撞车中的物理问题

近五年来，中国每年交通事故50万起，因交通事故死亡人数均超过10万人，高居世界第一。每年因交通事故所造成的经济损失达数百亿元。这些马路杀手的来源的两个重要组成，一是驾驶速成班；二是酒后驾车。两车的“碰撞”过程，涉及力学中的众多核心知识：运动学问题、动力学问题、动量问题、能量问题等。下面以此为背景材料解析几例与之相关的试题。

例1.2009年9月13日佛山市区一辆燃烧大巴顺桥飞速倒滑，年轻民警卢绍毅驾车奋勇冲了上去，与大巴迎面相撞，后被撞开，这给经过车辆和围观群众的疏散争取了宝贵的时间，没有造成人员伤亡。而驾车的民警卢绍毅经送医院检查，有轻微脑震荡，需要进一步观察。回答下列问题：

（1）关于警车与大巴的相互作用力，一定相同的是（ ）

A.相互作用力的大小

B.相互作用力的冲量

C.相互作用力的功

D.相互作用力持续的时间

解析：根据牛顿第三定律可知，警车与大巴之间的作用力与反作用力大小相等，方向相反，故A项正确；相互作用力同时产生，同时消失，故持续时间一定相同，D项正确；而相互作用力的冲量方向与相互作用力方向一致，故二者方向相反，B项错；两车相互作用过程中，两车的位移不一定相同，故做功不一定相等，C项错。

答案：AD

（2）“火”车在燃烧过程中，沿大桥的桥面不断加速下滑，在这危急关头，民警卢绍毅奋不顾身驾警车向“火”车撞去，以争取更多的经过车辆和围观群众的疏散时间。设桥面可看作倾角一定的斜面，“火”车沿桥面下滑过程中，车与地面的摩擦因数不变，则“火”车( )

A.所受摩擦力不断减小，加速度不断增大

B.所受重力不断减小，加速度不断减小

C.所受合外力不断减小，加速度减小

D.所受合外力不断减小，但加速度不变

解析：“火”车燃烧过程中，车的质量不断减小，因此车所受重力减小，可知摩擦力不断减小，合外力 也不断减小，由牛顿第二定律可知车的加速度不变，D项正确。

答案：D

例2.最近，随着国内各大轿车厂家纷纷组织撞车试验，汽车的安全性又一次成为消费者关注的热门话题，ABS、气囊、安全带等装置成为人们津津乐道的词语。一辆汽车在发生交通事故时，有无安全带或气囊对司机的影响不同的是（ ）

A.司机的动量变化量

B.司机的动量变化的快慢

C.司机受到的冲击力

D.汽车对人所做的功

解析：汽车的初速度为v0,末速度为零；因此人的动量变化均为mv0,A项不正确；但有汽车气囊弹出或司机系好安全带时，司机动量减为零的过程中所用时间变长，故B项正确；根据动量定理[WTBX]F=ΔpΔt可知，C项正确；由动能定理可知，汽车对人所做功等于司机的动能的变化量，故汽车对司机所做的功相同，D项不正确。

答案：BC[WT]

例3.酒后驾车、疲劳驾驶、超速、超载等是发生交通事故的重要原因。交通部门规定汽车在市区某些街道的行驶速度通常不得超过30km/h。 一辆汽车在该水平路段紧急刹车时车轮被抱死，沿直线滑行一段距离后停止，交警测得车轮在地面上滑行的轨迹长x=6.25m。从手册中查出该车轮与地面间的动摩擦因数为0.8，取g=10m/s2。

（1）试通过计算，判断该汽车是否违反规定超速行驶。

（2）目前，安装防抱死装置（ABS）的汽车，在紧急刹车时的制动力增大，设制动力恒为F ，驾驶员的反应时间为t，汽车的质量为m，汽车刹车前匀速行驶的速度为v ，试推导出驾驶员发现情况后紧急刹车时的安全距离s的表达式（用上述已知物理量F、t、m、v表示）。

（3）为了减少交通事故的发生，联系以上表达式，根据生活实际提出三条建议。

解析：（1）汽车刹车且车轮被抱死后，汽车受滑动摩擦力作用匀减速运动。

滑动摩擦力为：f=μmg，汽车的加速度为：a=－fm=－μg 。

由匀减速运动知：v2t－v20=2ax（式中vt=0），解得：v0=2μgx=10m/s=36km/h＞30km/h。

即这辆车是超速行驶的。

（2）刹车距离由两部分组成，一是司机在反应时间内汽车行驶的距离s1，二是刹车后匀减速行驶的距离s2,据题意有：s=s1+s2。

式中：s1=vt，s2=v22a，加速度大小为：a=Fm。

则安全距离为：s=vt+mv22F。

（3） 由安全距离的表达式可知，安全距离与汽车的速度、质量及司机的反应时间有关。因此建议：不超速； 不超载； 不酒后驾车（或驾车时不接打电话，或不疲劳驾车）；经过正规驾校培训，取得驾照。

新课程改革要求提高学生的探究能力，培养创新精神，使学生具有探究和创新的意识。看到一个新闻、一个事件、一个生产、生活中普通的情景，你就能从中提取出相关的物理知识，对其进行科学的思考，这才是学习的意义。本文中主要考查对碰撞问题和匀变速直线运动问题的处理方法，很好地将理论与实际问题有机地结合起来，真正做到学以致用。

（作者单位：新疆乌鲁木齐市第61中学）