高中物理 匀变速直线运动的研究

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高中物理 匀变速直线运动的研究

2024-07-09 09:52| 来源: 网络整理| 查看: 265

先看一下课本这一节的思考题

截取自人教版高中物理

上一节的实验中,最后通过描点法得到的v-t图像是一条倾斜的直线,如下图。我们发现无论Δt选在什么区间,对应的速度的变化量Δv与时间的变化量Δt之比都是一样的,也就是说物体运动的加速度保持不变。所以实验中小车的运动是加速度不变的运动。沿着一条直线,且加速度不变的运动,叫作匀变速直线运动(uniform variable rectilinear motion)。匀变速直线运动的v-t图像是一条倾斜的直线。

我们经常用v-t图像来研究直线运动。比如下图,随着时间的增长,速度不发生变化,这就是匀速直线运动。

再来看一个图像,随着时间的增长,速度的大小在均匀地变大,称为匀加速直线运动。

再看下面的图像,随着时间的增长,速度的大小在均匀地减小,称为匀减速直线运动。

匀加速直线运动和匀减速直线运动合起来称作匀变速直线运动。我们来具体研究一下这两种运动。通过图像能够发现匀变速直线运动的v-t图像是一条直线;直线的斜率不等于零;直线的斜率是不变的。所以得出结论,匀变速直线运动的v-t图像是一条倾斜的直线。

思考一个问题,只要v-t图像是直线,就一定是匀变速直线运动吗?看下面两个图的运动,第一个图中物体一开始的速度是沿正方向的,速度大小均匀减小,然后速度方向改变,速度大小均匀变大,但是整个过程图像的斜率不变,因此是匀变速直线运动,是一个先减速再加速的匀变速直线运动。

第二个图中,物体先沿负方向运动且速度越来越小,然后正向运动且速度越来越大,也是一个先减速再加速的匀变速直线运动。

看来穿过时间轴的直线也表示匀变速直线运动。

再看一个图,是匀变速直线运动的图像吗?

很明显不是的,因为曲线的斜率是一直在变化的,相同的时间变化对应的速度变化不相同,这种运动叫做变加速直线运动。

现在我们已经知道了匀变速直线运动图像的斜率是不变的,在图中,而加速度的定义式为,也就是说斜率就是加速度,即,这个结论对于任何v-t图像都成立。

比如匀速直线运动的图像斜率为零,就表示加速度为零;匀加速直线运动的图像斜率为一个正的定值,就表示加速度为正,与规定的正方向相同,而且大小不变;匀减速直线运动的图像斜率为一个负的定值,就表示加速度为负,与规定的正方向相反,而且大小不变。

变加速直线运动的图像也可以这样分析,图像上每个点的斜率都不一样,因此加速度也一直在变化。观察图像,在经过相同时间速度的变化量越来越大,斜率越来越大,加速度也越来越大。

看一个例子,一个人坐电梯从一楼到20楼,假设电梯加速和减速阶段做的都是匀变速直线运动,那v-t图像是什么样子的?

电梯的运动过程可以分成三段,电梯先加速上升,a>0;然后匀速上升,a=0;最后减速上升,a<0。所以根据加速度可以得到图像,如下图。

总结

匀变速直线运动的v-t图像是一条倾斜的直线,斜率k=a。



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