
[學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.理解加速度的概念,知道加速度的方向并會(huì)用公式a=eq \f(Δv,Δt)進(jìn)行定量計(jì)算(重難點(diǎn))。2.學(xué)習(xí)并體會(huì)用物理量之比定義新物理量的方法。3.理解加速度與速度、速度變化量和速度變化率之間的區(qū)別與聯(lián)系,初步體會(huì)變化率對(duì)描述變化過程的意義(重點(diǎn))。
一、速度變化量
看圖回答問題(向右為運(yùn)動(dòng)的正方向)
(1)速度變化量定義式:Δv=____________。
(2)請(qǐng)分別把甲物體和乙物體的速度變化量在圖中表示出來,并寫出數(shù)據(jù)。
(3)圖中兩物體的速度變化量相同嗎?你能得到什么結(jié)論?
答案 (1)v2-v1
(2)
(3)不相同,兩物體速度變化量大小相等、方向不同,速度變化量有方向,為矢量,可以用速度變化量的正負(fù)表示它的方向。
例1 下列說法正確的是( )
A.速度是矢量,速度的變化量是標(biāo)量
B.甲物體的速度變化量為3 m/s,乙物體的速度變化量為-5 m/s,甲物體的速度變化量大
C.一小球以10 m/s的速度與墻相撞,彈回時(shí)速度大小也為10 m/s,小球的速度變化量的大小為20 m/s
D.一汽車以10 m/s的速度開始剎車,一段時(shí)間后速度變?yōu)? m/s,則汽車的速度變化量為8 m/s
答案 C
解析 速度、速度的變化量都是矢量,正負(fù)號(hào)表示方向,所以乙物體的速度變化量大,A、B錯(cuò)誤;小球速度變化量Δv=v2-v1=(-10-10) m/s=-20 m/s,即大小為20 m/s,方向與初速度方向相反,C正確;汽車的速度變化量Δv=v2-v1=(2-10) m/s=-8 m/s,D錯(cuò)誤。
二、加速度
填寫下表,并回答下列問題:
(1)各物體中,末速度最大的是________。
(2)哪個(gè)物體的速度變化得最快?說出你判斷的依據(jù)。
答案 Δv:5 6 6 20 eq \f(Δv,Δt):eq \f(5,3) 2 0.3 0.2
(1)火車 (2)公共汽車,它的eq \f(Δv,Δt)最大
1.加速度
(1)定義:速度的變化量與發(fā)生這一變化所用時(shí)間之比,叫作加速度。
(2)定義式:a=eq \f(Δv,Δt)。其中Δv表示速度的變化量,a在數(shù)值上等于單位時(shí)間內(nèi)速度變化量的大小。
注意:a=eq \f(Δv,Δt)只是加速度a的定義式,不是決定式,a與Δv、Δt無關(guān),計(jì)算結(jié)果為Δt內(nèi)的平均加速度。
(3)物理意義:表示速度變化快慢的物理量。
(4)單位:在國(guó)際單位制中,加速度的單位是米每二次方秒,符號(hào)是 m/s2或 m·s-2。
2.eq \f(Δv,Δt)叫作速度的變化率。所以加速度越大,速度的變化率越大;加速度越小,速度的變化率越小。
(1)物體的速度越大,加速度一定越大。( × )
(2)物體速度變化量越大,加速度一定越大。( × )
(3)速度很大的物體,其加速度有可能很小,但不能為零。( × )
(4)加速度很大時(shí),物體運(yùn)動(dòng)的速度可能很小。( √ )
例2 (多選)(2022·佛山市南海區(qū)聯(lián)考)對(duì)下列運(yùn)動(dòng)情景中加速度的判斷正確的是( )
A.運(yùn)動(dòng)的汽車在某時(shí)刻速度為零,故加速度一定為零
B.轎車緊急剎車,速度變化很快,所以加速度很大
C.高速行駛的磁懸浮列車,速度很大,但加速度不一定很大
D.點(diǎn)火后即將升空的火箭,只要火箭的速度為零,其加速度一定為零
答案 BC
解析 加速度與速度之間,沒有必然關(guān)系,故A、D錯(cuò)誤,C正確;加速度反映了速度變化的快慢,故B正確。
三、加速度的方向及計(jì)算
1.一輛汽車做直線運(yùn)動(dòng),原來的速度是v1,經(jīng)過一小段時(shí)間Δt后,速度變?yōu)関2,試在圖中標(biāo)出速度變化量Δv的方向及加速度a的方向。
答案
2.下列表格中列出了一些運(yùn)動(dòng)物體的加速度,汽車急剎車和高鐵起步時(shí)的加速度哪個(gè)大?為什么?
表 一些運(yùn)動(dòng)物體的加速度(近似值)
答案 汽車急剎車時(shí)的加速度大,加速度是矢量,負(fù)號(hào)說明方向與所選的正方向相反,而不是代數(shù)上的正負(fù)數(shù)。
1.加速度是矢量,正負(fù)表示方向,大小表示速度的變化率。
2.根據(jù)a=eq \f(Δv,Δt)可知加速度的方向與速度變化量Δv的方向相同,確定了Δv的方向,也就確定了加速度的方向。
(1)加速度方向一定與速度方向相同。( × )
(2)加速度方向可能與速度方向相反。( √ )
例3 (1)做加速運(yùn)動(dòng)的火車,在40 s內(nèi)速度從10 m/s增加到20 m/s,求火車的加速度大??;
(2)汽車緊急剎車時(shí)做減速運(yùn)動(dòng),在2 s內(nèi)速度從10 m/s減小到零,求汽車的加速度大小。
答案 (1)0.25 m/s2 (2)5 m/s2
解析 (1)以火車初速度方向?yàn)檎较?,a=eq \f(Δv,Δt)=eq \f(20-10,40) m/s2=0.25 m/s2
(2)以汽車初速度方向?yàn)檎较颍琣′=eq \f(Δv′,Δt′)=eq \f(0-10,2) m/s2=-5 m/s2,負(fù)號(hào)表示加速度方向與初速度方向相反。
例4 冰球比賽是一種運(yùn)動(dòng)速度快、亢奮性強(qiáng)的集體運(yùn)動(dòng),極具侵略性,要求運(yùn)動(dòng)員配合較高,觀賞性極強(qiáng),越來越受觀眾們歡迎。在冰球比賽時(shí),若球桿與速度為0的冰球作用0.1 s后,冰球獲得30 m/s的速度,冰球在冰上運(yùn)動(dòng)0.3 s后被守門員用小腿擋住,守門員小腿與球接觸時(shí)間為0.1 s,且冰球被擋出后以10 m/s的速度沿原路反彈,忽略冰球與冰的摩擦,求:
(1)球桿與冰球作用瞬間,冰球的加速度大??;
(2)守門員擋住冰球瞬間,冰球的加速度。
答案 (1)300 m/s2 (2)400 m/s2,方向與剛開始獲得的速度方向相反
解析 以冰球剛開始運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎较?br>(1)a1=eq \f(v1-v0,t1)=300 m/s2
(2)守門員擋住冰球瞬間,冰球的加速度為a2=eq \f(v2-v1,t2)=eq \f(-10-30,0.1) m/s2=-400 m/s2
方向與剛開始獲得的速度方向相反。
1.位置eq \(――→,\s\up7(位置),\s\d5(變化))位移eq \(――――→,\s\up7(位移變化),\s\d5(快慢))速度eq \(――――→,\s\up7(速度變化),\s\d5(快慢))加速度
2.速度v、速度變化量Δv與加速度的比較
課時(shí)對(duì)點(diǎn)練
考點(diǎn)一 加速度的理解
1.關(guān)于加速度,下列說法中正確的是( )
A.加速度表示速度的“增加”
B.加速度就是速度的“變化量”
C.加速度表示速度變化的快慢
D.加速度表示速度變化的大小
答案 C
2.小朱同學(xué)在現(xiàn)場(chǎng)觀看F1賽車表演時(shí),看到賽車一閃而過,感嘆“真快啊”!當(dāng)?shù)搅私K點(diǎn)時(shí),賽車突然剎車停住,小朱同學(xué)又感嘆“真快啊”!下列說法正確的是( )
A.第一個(gè)“真快”是描述加速度大;第二個(gè)“真快”是描述速度大
B.第一個(gè)“真快”是描述速度大;第二個(gè)“真快”是描述速度大
C.第一個(gè)“真快”是描述速度大;第二個(gè)“真快”是描述加速度大
D.第一個(gè)“真快”是描述加速度大;第二個(gè)“真快”是描述加速度大
答案 C
解析 由題意可知,第一個(gè)“真快”是描述賽車運(yùn)動(dòng)的快,即速度大;第二個(gè)“真快”是描述賽車停下來的時(shí)間很短,即加速度大,故C正確,A、B、D錯(cuò)誤。
3.(2022·莆田二中期中)下列關(guān)于加速度表達(dá)式a=eq \f(Δv,Δt)的說法,正確的是( )
A.由a=eq \f(Δv,Δt)求得的加速度是Δt時(shí)間內(nèi)的平均加速度
B.Δv的方向不一定與加速度a的方向相同
C.Δv叫作速度的變化率
D.加速度a與Δv成正比,與Δt成反比
答案 A
解析 由a=eq \f(Δv,Δt)求得的加速度是Δt時(shí)間內(nèi)的平均加速度,故A正確;Δv的方向一定與加速度a的方向相同,故B錯(cuò)誤;Δv叫作速度的變化量,故C錯(cuò)誤;加速度a由物體本身的運(yùn)動(dòng)情況而定,與Δv和Δt均無關(guān),故D錯(cuò)誤。
考點(diǎn)二 加速度的計(jì)算
4.火箭發(fā)射時(shí),速度能在10 s內(nèi)由0增加到100 m/s;汽車以108 km/h的速度行駛,急剎車時(shí)能在2.5 s內(nèi)停下來,規(guī)定初速度的方向?yàn)檎较?,下列說法中正確的是( )
A.10 s內(nèi)火箭的速度改變量為10 m/s
B.2.5 s內(nèi)汽車的速度改變量為-30 m/s
C.火箭的速度變化比汽車的快
D.火箭的加速度比汽車的加速度大
答案 B
解析 由題可知,火箭的速度改變量Δv=v2-v1=100 m/s-0=100 m/s,故A錯(cuò)誤;汽車的初速度v1′=108 km/h=30 m/s,汽車的速度改變量Δv′=v2′-v1′=0-30 m/s=-30 m/s,故B正確;根據(jù)a=eq \f(Δv,Δt)得火箭的加速度a1=eq \f(Δv,Δt)=eq \f(100,10) m/s2=10 m/s2,汽車的加速度為a2=eq \f(Δv′,Δt′)=eq \f(-30,2.5) m/s2=-12 m/s2,所以火箭的加速度比汽車的加速度小,火箭的速度變化比汽車的慢,故C、D錯(cuò)誤。
5.(2023·商丘市高一期中)大自然的植物多數(shù)是靠動(dòng)物或鳥類幫忙傳播種子,但也有一些植物會(huì)彈射自己的種子、自己播種,比如沙盒樹。沙盒樹的果實(shí)在成熟后會(huì)炸開,據(jù)說會(huì)發(fā)出類似手槍的響聲,種子在eq \f(1,10) s時(shí)間內(nèi)能以180公里的時(shí)速射向四周,宛如天然暗器一樣。則沙盒樹種子的加速度大小約為( )
A.50 m/s2 B.500 m/s2
C.180 m/s2 D.1800 m/s2
答案 B
解析 種子在eq \f(1,10) s末的速度v=180 km/h=50 m/s,
則此段時(shí)間內(nèi)種子的平均加速度為a=eq \f(Δv,Δt)=500 m/s2 ,故選B。
6.(2022·駐馬店市高一期末)2021年5月,天問一號(hào)著陸器成功著陸火星表面。在靠近火星表面的過程中,著陸器先經(jīng)過火星的大氣層減速,當(dāng)速度減為4.6×102 m/s時(shí)打開降落傘,經(jīng)過90 s速度進(jìn)一步減為1.0×102 m/s,此時(shí)著陸器與降落傘分離,經(jīng)過對(duì)著陸點(diǎn)的探測(cè)后平穩(wěn)著陸。若著陸器從打開降落傘到與降落傘分離的運(yùn)動(dòng)是豎直向下的,則從打開降落傘到與降落傘分離這個(gè)過程中,著陸器的平均加速度大小與方向分別為( )
A.5.1 m/s2 豎直向上 B.4 m/s2 豎直向上
C.4 m/s2 豎直向下 D.1.1 m/s2 豎直向下
答案 B
解析 由a=eq \f(Δv,Δt)可知a=-4 m/s2,負(fù)號(hào)表示加速度方向與速度方向相反,為豎直向上,故B正確。
7.(2022·揚(yáng)州市邗江區(qū)高一期中)東京奧運(yùn)會(huì)蹦床女子決賽中,我國(guó)選手勇奪冠軍。假設(shè)她從高處自由落下,以大小為5 m/s的速度著網(wǎng),與網(wǎng)作用后,沿著豎直方向以大小為7 m/s的速度彈回。已知她與網(wǎng)接觸的時(shí)間Δt=1 s,那么她在與網(wǎng)接觸的這段時(shí)間內(nèi)的平均加速度大小是( )
A.2 m/s2 B.5 m/s2
C.7 m/s2 D.12 m/s2
答案 D
解析 根據(jù)加速度的定義式有a=eq \f(v2-v1,Δt),取豎直向下為正方向,則有v1=5 m/s ,v2=-7 m/s,代入數(shù)據(jù)可得a=-12 m/s2,則她在與網(wǎng)接觸的這段時(shí)間內(nèi)的平均加速度大小是12 m/s2,所以D正確,A、B、C錯(cuò)誤。
8.一個(gè)質(zhì)點(diǎn)以某一加速度沿直線從A點(diǎn)加速運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),在A點(diǎn)時(shí)速度為 3 m/s,到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度變?yōu)?2 m/s,此過程歷時(shí)6 s;通過B點(diǎn)后又以另一加速度沿直線減速運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)并停下來,此過程歷時(shí)6 s。求質(zhì)點(diǎn):
(1)從A點(diǎn)到B點(diǎn)過程中的加速度大小;
(2)從B點(diǎn)到C點(diǎn)過程中的加速度。
答案 (1)1.5 m/s2 (2)2 m/s2,方向由C點(diǎn)指向B點(diǎn)
解析 (1)從A點(diǎn)到B點(diǎn)過程中,a1=eq \f(vB-vA,t1)=eq \f(12-3,6) m/s2=1.5 m/s2。
(2)從B點(diǎn)到C點(diǎn)過程中,a2=eq \f(vC-vB,t2)=eq \f(0-12,6) m/s2=-2 m/s2,負(fù)號(hào)表示加速度方向與在B點(diǎn)的速度方向相反,即加速度方向由C點(diǎn)指向B點(diǎn)。
9.(多選)(2022·株洲二中高一期末)如圖所示,將彈性小球以10 m/s的速度從距地面2 m處的A點(diǎn)豎直向下拋出,小球落地后豎直反彈經(jīng)過距地面1.5 m高的B點(diǎn)時(shí),向上的速度為7 m/s,小球由A落地后反彈到B共用時(shí)0.3 s,則此過程中( )
A.小球的位移大小為0.5 m,方向豎直向下
B.小球速度變化量的大小為3 m/s,方向豎直向下
C.小球平均速度的大小為8.5 m/s,方向豎直向下
D.小球平均加速度的大小約為56.7 m/s2,方向豎直向上
答案 AD
解析 由題意可知,小球的位移大小為0.5 m,方向豎直向下,故A正確;規(guī)定豎直向下為正方向,速度變化量Δv=-7 m/s-10 m/s=-17 m/s,負(fù)號(hào)表示與規(guī)定正方向相反,即速度變化量的方向豎直向上,故B錯(cuò)誤;小球的平均速度v=eq \f(s,t)=eq \f(0.5,0.3) m/s≈1.67 m/s,方向豎直向下,故C錯(cuò)誤;小球的平均加速度a=eq \f(Δv,t)=eq \f(-17,0.3) m/s2≈-56.7 m/s2,方向豎直向上,故D正確.
10.(多選)(2022·北京市京源學(xué)校高一期中)一物體做加速度恒定的直線運(yùn)動(dòng),某時(shí)刻速度的大小為4 m/s,1 s后速度的大小變?yōu)?0 m/s,在這1 s內(nèi)該物體的( )
A.速度變化量的大小可能小于4 m/s
B.速度變化量的大小可能大于10 m/s
C.加速度的大小可能小于4 m/s2
D.加速度的大小可能大于10 m/s2
答案 BD
解析 某時(shí)刻速度的大小為4 m/s,設(shè)其方向?yàn)檎较颍? s后速度的大小變?yōu)?0 m/s,若方向與正方向相同,則速度變化量為Δv1=v1-v0=10 m/s-4 m/s=6 m/s;若方向與正方向相反,則速度變化量為Δv2=v2-v0=-10 m/s-4 m/s=-14 m/s,故速度變化量的大小不可能小于4 m/s,可能大于10 m/s,A錯(cuò)誤,B正確;兩種情況下物體的加速度分別為a1=eq \f(Δv1,Δt)=6 m/s2,a2=eq \f(Δv2,Δt)=-14 m/s2,故加速度的大小不可能小于4 m/s2,可能大于10 m/s2,C錯(cuò)誤,D正確。
11.某同學(xué)為了測(cè)定氣墊導(dǎo)軌上滑塊的加速度(可視為恒定),在滑塊上安裝了寬度d=2 cm的遮光條,如圖所示。然后利用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄了遮光條通過光電門1所用的時(shí)間為Δt1=0.1 s,通過光電門2所用的時(shí)間為Δt2=0.05 s,遮光條從開始遮住光電門1到開始遮住光電門2的時(shí)間為t=2 s,則滑塊的加速度大小為多大?
答案 0.1 m/s2
解析 設(shè)遮光條通過兩光電門的速度分別為v1、v2,
則v1=eq \f(d,Δt1)=eq \f(2×10-2,0.1) m/s=0.2 m/s,
v2=eq \f(d,Δt2)=eq \f(2×10-2,0.05) m/s=0.4 m/s,
則滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度大小為
a=eq \f(v2-v1,t)=eq \f(0.4-0.2,2) m/s2=0.1 m/s2。
12.一輛以72 km/h的速度行駛的貨車與一輛以54 km/h的速度行駛的摩托車相向而行發(fā)生碰撞,摩托車以與貨車相同的速度被撞飛,碰撞時(shí)間為2.1×10-3 s,(摩托車與貨車相撞瞬間,貨車速度幾乎不變)
(1)計(jì)算摩托車被撞時(shí)的加速度大??;
(2)為了防止碰撞,兩車的駕駛員同時(shí)緊急剎車,貨車、摩托車急剎車后到完全靜止所需時(shí)間分別為4 s、3 s,貨車的加速度大小與摩托車的加速度大小之比為多少?
答案 (1)16 667 m/s2 (2)1∶1
解析 (1)兩車碰撞過程中,取摩托車的初速度方向?yàn)檎较?,摩托車的速度變化量為Δv=v2-v1=-72 km/h-54 km/h=-20 m/s-15 m/s=-35 m/s,兩車相碰撞時(shí)摩托車的加速度為a=eq \f(Δv,Δt)=eq \f(-35 m/s,2.1×10-3 s)≈-16 667 m/s2,負(fù)號(hào)表示與初速度的方向相反。
(2)設(shè)貨車、摩托車的加速度大小分別為a1、a2,根據(jù)加速度定義得a1=eq \f(Δv1,Δt1),a2=eq \f(Δv2,Δt2),所以a1∶a2=eq \f(Δv1,Δt1)∶eq \f(Δv2,Δt2)=eq \f(20,4)∶eq \f(15,3)=1∶1。自行車下坡
公共汽車出站
某艦艇出航
火車出站
初速度v1/(m·s-1)
2
0
0
0
所用時(shí)間t/s
3
3
20
100
末速度v2/(m·s-1)
7
6
6
20
速度的變化量Δv/(m·s-1)
速度的變化率eq \f(Δv,Δt)/(m·s-2)
運(yùn)動(dòng)物體
a/(m·s-2)
運(yùn)動(dòng)物體
a/(m·s-2)
子彈在槍筒中
5×104
賽車起步
4.5
傘兵著陸
-25
汽車起步
2
汽車急剎車
-5
高鐵起步
0.35
項(xiàng)目
速度v
速度的變化量Δv
加速度a
物理意義
表示物體運(yùn)動(dòng)的快慢和方向
表示物體速度變化的大小和方向
表示物體速度變化的快慢和方向
定義
位移與所用時(shí)間的比值
末速度與初速度的差值
速度變化量與時(shí)間的比值
表達(dá)式
v=eq \f(Δx,Δt)
Δv=v2-v1
a=eq \f(Δv,Δt)
方向
物體運(yùn)動(dòng)的方向
由初、末速度決定
與Δv方向相同
聯(lián)系
三者無必然聯(lián)系。速度v很大,速度的變化量Δv可能很小,甚至為0,加速度a也可大可小
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