先看一下課本這一節的思索題
截取自人教版小學數學
上一節的實驗中,最后通過描點法得到的v-t圖象是一條傾斜的直線,如右圖。我們發覺無論Δt選在哪些區間,對應的速率的變化量Δv與時間的變化量Δt之比都是一樣的,也就是說物體運動的加速度保持不變。所以實驗中貨車的運動是加速度不變的運動。順著一條直線,且加速度不變的運動,叫作勻變速直線運動()。勻變速直線運動的v-t圖象是一條傾斜的直線。
我們常常用v-t圖象來研究直線運動。例如右圖,隨著時間的下降,速率不發生變化,這就是勻速直線運動。
再來看一個圖象,隨著時間的下降,速率的大小在均勻地變大,稱為勻加速直線運動。
再看下邊的圖象,隨著時間的下降,速率的大小在均勻地減少,稱為勻減速直線運動。
勻加速直線運動和勻減速直線運動合上去叫做勻變速直線運動。我們來具體研究一下這兩種運動。通過圖象才能發覺勻變速直線運動的v-t圖象是一條直線;直線的斜率不等于零;直線的斜率是不變的。所以得出推論,勻變速直線運動的v-t圖象是一條傾斜的直線。
思索一個問題,只要v-t圖象是直線,就一定是勻變速直線運動嗎?看下邊兩個圖的運動,第一個圖中物體一開始的速率是沿正方向的物理實驗小車加速度,速率大小均勻增大,之后速率方向改變,速率大小均勻變大,而且整個過程圖象的斜率不變,因而是勻變速直線運動,是一個先減速再加速的勻變速直線運動。
第二個圖中,物體先沿負方向運動且速率越來越小,之后正向運動且速率越來越大,也是一個先減速再加速的勻變速直線運動。
看來穿過時間軸的直線也表示勻變速直線運動。
再看一個圖,是勻變速直線運動的圖象嗎?
很顯著不是的,由于曲線的斜率是始終在變化的,相同的時間變化對應的速率變化不相同,這些運動稱作變加速直線運動。
如今我們早已曉得了勻變速直線運動圖象的斜率是不變的,在圖中
,而加速度的定義式為
,也就是說斜率就是加速度,即
,這個推論對于任何v-t圖象都組建。
例如勻速直線運動的圖象斜率為零,就表示加速度為零;勻加速直線運動的圖象斜率為一個正的定值,就表示加速度為正,與規定的正方向相同,但是大小不變;勻減速直線運動的圖象斜率為一個負的定值,就表示加速度為負,與規定的正方向相反,但是大小不變。
變加速直線運動的圖象也可以這樣剖析,圖象上每位點的斜率都不一樣,因而加速度也始終在變化。觀察圖象,在經過相同時間速率的變化量越來越大,斜率越來越大,加速度也越來越大。
看一個反例,一個人坐扶梯從一樓到20樓,假定扶梯加速和減速階段做的都是勻變速直線運動,那v-t圖象是哪些樣子的?
扶梯的運動過程可以分成三段,扶梯先加速上升,a>0;之后勻速上升,a=0;最后減速上升,a<0。所以依照加速度可以得到圖象,如右圖。
總結
勻變速直線運動的v-t圖象是一條傾斜的直線物理實驗小車加速度,斜率k=a。