加速度:是描述速度變化快慢的物理量,是速度的變化和所用時間的比值(即速度的變化率):a=,單位:m/s2。加速度是矢量,它的方向與速度變化(Δv)的方向相同。
物體做加速直線運動還是做減速直線運動,判斷的依據(jù)是加速度的方向和速度方向是相同還是相反。只要加速度方向跟速度方向相同(v>0 、a>0 或v<0 、 a<0),物體的速度一定增大;只要加速度方向跟速度方向相反(v>0、a<0或v<0、a>0),物體的速度一定減小。
加速度是表示速度(大小和方向)改變快慢的物理量。物體做變速直線運動時,其加速度方向與速度方向在同一直線上,該加速度表示速度大小改變的快慢;物體做勻速圓周運動時,加速度方向跟速度方向垂直,該加速度表示速度方向改變的快慢。當(dāng)然,若加速度方向跟速度方向既不共線又不垂直,則物體速度的大小和方向均變化,加速度表示了速度(大小和方向)改變的快慢(例如平拋運動)。
[注意]:①加速度與速度無關(guān).只要運動在變化,無論速度的大小,都有加速度;只要速度不變化(勻速),無論速度多大,加速度總是零;只要速度變化快,無論速度大、小或零,物體的加速度大.
②速度的變化就是指末速度與初速度的矢量差.
③加速度與速度的方向關(guān)系:方向一致,速度隨時間增大而增大,物體做加速度運動;方向相反,速度隨時間的增大而減小,物體做減速度運動;加速度等于零時,速度隨時間增大不變化,物體做勻速運動.
1.速度(v)、速度變化量(Δv)、加速度(a)的理解
(1)速度是表示物體運動快慢的物理量,即指物體位置變化的快慢,其大小等于位移與所用時間的比值.物體的速度越大,表示運動得越快,速度的方向就是運動的方向.
(2)速度的變化量是指速度改變的多少,它等于物體的末速度與初速度的矢量差,即Δv=v-v0,它是一矢量,其方向由初速度和末速度共同決定.下面以直線運動的三種情況來理解Δv.
①如物體沿x軸方向做加速運動,計時時的初速度v0=3 m/s,經(jīng)時間Δt=10 s,其末速度變?yōu)関=7 m/s,則在10 s時間內(nèi)速度的改變量Δv=v-v0=7 m/s-3 m/s=4 m/s,速度變化量的大小是4 m/s,方向沿x軸正方向.
②如物體沿x軸方向做減速運動,計時時的初速度為v0=7 m/s,經(jīng)時間Δt=10 s,其末速度v=3 m/s,則在10 s時間內(nèi)速度的改變量Δv=v-v0=3 m/s-7 m/s=-4 m/s,速度變化量的大小是4 m/s,方向沿x軸負(fù)方向.
③如物體沿x軸方向做減速運動,計時時的初速度變?yōu)関0=7 m/s,經(jīng)時間Δt=10 s,速度減到0,以后又沿x軸負(fù)方向運動,其末速度變?yōu)関’=-3 m/s,則在10 s時間內(nèi)速度的改變量Δv=v′-v0=-3 m/s-7 m/s=-10 m/s,速度變化量的大小是10 m/s,方向沿x軸負(fù)方向.
特別提醒:①分析同一直線上物體的運動時,應(yīng)注意正方向的選取,一般情況下,規(guī)定初速度的方向為正方向,和正方向相同的物理量前面加“+”號(一般省略),和正方向相反的物理量前面加“-”號,這樣就把矢量運算轉(zhuǎn)化成標(biāo)量運算.
②求速度變化量時,若非直線運動,不能直接用末速度的大小減去初速度的大小,應(yīng)當(dāng)按矢量運算法則求.
③Δv與v的大小無直接關(guān)系,v很大時,Δv不一定很大,Δv等于零時,v不一定等于零.比如勻速直線運動的物體速度可能很大,但任一段時間內(nèi)速度的變化量為零.
(3)加速度是表示速度改變快慢的物理量,即速度對時間的變化率,在數(shù)值上等于單位時間內(nèi)速度的變化,與速度的大小及速度變化的大小無必然聯(lián)系.a=為定義式,給出了一種計算加速度的方法,不是決定式.
加速度與速度的關(guān)系:加速度大表示速度變化快,并不表示速度大,也不表示速度變化大.例如,小汽車啟動時加速度很大,速度卻很小,當(dāng)小汽車高速行駛時,速度很大,加速度卻很小,甚至為零.
加速度是矢量,它的方向與速度的變化量Δv方向相同,與速度v的方向無必然聯(lián)系,a可以與速度方向相同,也可以相反,還可以成一夾角.
課程要求
理解加速度的概念.知道加速度是表示速度變化快慢的物理量,知道它的定義、公式、符號和單位.
知道加速度是矢量,知道加速度的方向始終跟速度的改變量的方向一致.知道加速度跟速度改變量的區(qū)別.
知道什么是勻變速直線運動,能從勻變速直線運動的v-t圖象理解加速度的意義.
典例剖析
[典例1]試舉出下列實例:(1)速度很大而加速度較小,甚至為0;(2)速度很小而加速度很大;(3)加速度為0而速度不為0;(4)速度為0而加速度不為0。 (5)速度方向與加速度方向相反。
【答案】 (1)高速飛行的飛機速度很大,但加速度不一定也很大,甚至可能為0(當(dāng)飛機高速勻速飛行時);
(2)子彈在槍膛里剛被激發(fā)時,速度很小而加速度很大;
(3)一切勻速運動的物體加速度為0而速度不為0;
(4)剛啟動時刻的汽車、火車,速度為0而加速度不為0,豎直向上拋出的石子在最高點時速度為0而加速度不為0。
(5)汽車剎車后停止運動前作減速運動過程中,速度方向與加速度方向相反。
【解析】略
拓展:由例1可知,速度和加速度是完全不同的物理量。大小不成比例,方向不一定相同。
[典例2]下列說法正確的是( )
A.加速度增大,速度一定增大
B.速度變化量Δv越大,加速度就越大
C.物體有加速度,速度就增加
D.物體速度很大,加速度可能為零
【答案】 D
【解析】 加速度描述的是速度變化的快慢,加速度大小是Δv與所需時間Δt的比值,不能只由Δv大小判斷加速度大小,故B錯。加速度增大說明速度變化加快,速度可能增大加快,也可能減小加快,或只是方向變化加快,故A、C錯。加速度大說明速度變化快,加速度為零說明速度不變,但此時速度可以很大,也可以很小,故D正確。
[典例3]某汽車做變速直線運動,10 s內(nèi)速度從5 m/s均勻增加到25 m/s,求汽車在這段運動中的加速度大小和方向。如果遇到緊急情況剎車,2 s內(nèi)速度均勻減為零,求這個過程中加速度的大小和方向。
【答案】2 m/s2,其方向與規(guī)定的正方向相同
-12.5 m/s2,其方向與規(guī)定的正方向相反,物體做減速運動
【解析】 以初速度的方向為正方向,有
v0=5 m/s,v=25 m/s,t=10 s,
則a= m/s2=2 m/s2
a為正值,表示其方向與規(guī)定的正方向相同.
對于剎車階段:v0=25 m/s,v=0 m/s,t=2 s,
則a= m/s2=-12.5 m/s2
a為負(fù)值,表示其方向與規(guī)定的正方向相反,物體做減速運動.
【點評】:該題考查的是根據(jù)加速度的定義式求加速度,但應(yīng)分清物理過程,本題包括兩個物理過程:(1)速度從5 m/s增加到25 m/s;(2)速度從25 m/s減小到零,因此該題所求的加速度有兩個.同時,還應(yīng)注意速度、加速度都是矢量,應(yīng)先規(guī)定正方向再計算,結(jié)果的正、負(fù)只表示加速度的方向與所規(guī)定的正方向相同、相反,不表示大小.
[典例4]籃球以6m/s的速度豎直向下碰地面,然后以4m/s速度豎直向上反彈,碰地的時間為0.2秒。
(1)求籃球在這0.2秒內(nèi)的速度變化Δv。
(2)有的同學(xué)這樣計算球的加速度:a =(v2-v1)/ t=(4-6)/0.2m/s2=-10m/s2。他的方法對嗎?為什么?正確的是多少?
【答案】(1)—10m/s(2)不對,-50m/s2,負(fù)號表示加速度方向與正方向相反
【解析】 (1)Δv =v2— v1= —10m/s
(2)不對。他沒有注意速度的方向。正確解法為:
以向下為正方向,v1=+6m/s,v2=-4m/s,加速度為
a =(v2-v1)/ t=(-4-6)/0.2m/s2=-50m/s2
負(fù)號表示加速度方向與正方向相反,即向上。
拓展:加速度的定義式為矢量式,只要規(guī)定正方向,速度和加速度均可以用帶有正負(fù)號的代數(shù)量表示,在解題時要特別注意各個量正負(fù)號的確定。已知量代入公式時必須冠以符號,未知量一般可先假設(shè)為正,求解后再作出判斷說明。
[典例5] 如圖所示是某物體運動的v-t圖像,則下列說法正確的是( )
A.前2 s和后3 s內(nèi)物體的加速度大小均不變
B.2~5 s內(nèi)物體靜止
C.前2 s和后3 s內(nèi)速度的變化量均為5 m/s
D.前2 s的加速度為2.5 m/s2,后3 s的加速度為eq \f(5,3) m/s2
[思路點撥] 解答本題時應(yīng)把握以下兩點:
(1)v-t圖象中圖線的斜率表示加速度。
(2)v-t圖象中平行于t軸的直線表示速度不變。
【答案】 A
【解析】 根據(jù)v-t圖象中圖線的斜率表示加速度可知,前2 s和后3 s內(nèi)圖線的斜率均不變,故前2 s和后3 s內(nèi)物體的加速度大小均不變,選項A正確;0~2 s內(nèi)物體沿正方向做加速運動,前2 s內(nèi)速度的變化量為5 m/s,加速度a1=eq \f(5-0,2) m/s2=2.5 m/s2,2~5 s內(nèi)物體的速度保持5 m/s不變,物體做勻速直線運動,5~8 s內(nèi)物體沿正方向做減速運動,速度的變化量為-5 m/s,加速度a2=eq \f(0-5,3)m/s2=-eq \f(5,3) m/s2,故選項B、C、D錯誤。
分析v -t圖像時的注意事項
(1)圖像不是物體運動的軌跡,但分析時要把圖像與物體的實際運動結(jié)合起來。
(2)只要圖像的斜率相同,則加速度的大小和方向都相同。
(3)圖像向下傾斜表示加速度沿負(fù)方向,速度可能沿正方向在減小,也可能沿負(fù)方向在增大。
總結(jié):
1.求解加速度時要注意首先選定正方向.
2.對于速度的變化量必須是末速度減去初速度.
3.加速度是矢量,計算結(jié)果中要注意說明方向.
對點精練
一、不定項選擇題
1.做勻加速直線運動的物體的加速度為3 m/s2,對于任意1 s來說,下列說法中正確的是( )
A.某1 s末的速度比該1 s初的速度總是大3 m/s
B.某1 s末的速度比該1 s初的速度總是大3倍
C.某1 s初的速度與前1 s末的速度相等
D.某1 s末的速度比前1 s初的速度總是大6 m/s
【答案】 ACD
【解析】 據(jù)a=eq \f(vt-v0,t)可知:某1 s末的速度比該1 s初的速度大3 m/s.即vt-v0=at=3×1 m/s=3 m/s,故A對;而v0不知為多少,故vt不一定等于3v0,故B不對;某1 s初與前一秒末為同一時刻,故速度相等,即C對;某1 s末到前一秒初的時間間隔為2 s,故有vt-v0=at=3×2 m/s=6 m/s,D對.所以,本題的正確選項為A、C、D.
2.物體的加速度為2m/s2,表示這物體 ( )
A 每秒運動2m B每經(jīng)過1秒,其速度增大2m/s2
C 每經(jīng)過1秒,其速度增大2m/s D每經(jīng)過1秒,其速度增大2m
【答案】C
【解析】加速度等于單位時間內(nèi)速度的變化量,加速度為2m/s2,每1s內(nèi)物體的速度均變化2m/s.
即每經(jīng)過1秒,其速度增大或減小2m/s.故ABD錯誤, C正確
故選C.
3.下列關(guān)于速度和加速度的說法中,正確的是( )
A.物體運動的速度改變越大,它的加速度一定越大
B.物體運動的加速度為零,它的速度也一定為零
C.物體運動的速度改變越小,它的加速度一定越小
D.加速度的大小是表示物體運動速度隨時間變化率的大小
【答案】D
【解析】根據(jù)可知加速度a由速度的變化量△v和速度發(fā)生改變所需要的時間△t共同決定,雖然△v大,但△t更大時,a可以很小。故A錯誤;物體運動的加速度為零,它的速度不一定為零,例如勻速直線運動,故B錯誤;根據(jù)可知加速度a由速度的變化量△v和速度發(fā)生改變所需要的時間△t共同決定,雖然△v小,但△t更小時,a可以很大。故C錯誤。加速度等于物體速度隨時間的變化率,故D正確;故選D。
4.一個質(zhì)點做直線運動,原來v>0,a>0,x>0,從某時間開始把加速度均勻減小,則( )
A.速度逐漸增大,直到加速度等于零為止
B.速度逐漸減小,直到加速度等于零為止
C.位移繼續(xù)增大,直到加速度等于零為止
D.位移繼續(xù)增大,直到速度等于零為止
【答案】 AD
【解析】 本題考查對基本概念的理解,并弄清不同的物理量間的關(guān)系,提高分析思維能力,由題意知,v、a、x均大于零,即它們的方向相同,都沿正方向,則a與v方向相同,v就增大(加速),盡管a是減小的,當(dāng)a=0時,速度不變,又v與x方向相同,x就繼續(xù)增大,當(dāng)v=0時,物體停止,x才不變.
5.下列關(guān)于加速度的說法中正確的是( )
A.加速度表示物體運動的快慢 B.加速度表示物體速度變化的快慢
C.物體運動速度越大,其加速度越大 D.物體運動速度為零,其加速度一定也為零
【答案】 B
【解析】A、加速度表示速度變化的快慢,A 錯B對
C、加速度等于單位時間內(nèi)速度變化的大小,速度越大,速度變化不一定越多,加速度不一定越大,故C錯誤;
D、物體運動速度為零,速度變化不一定為零,加速度不一定為零。故D錯誤;
故選B.
6.物體做直線運動,規(guī)定正方向后根據(jù)給出的速度和加速度的正負(fù),下列說法正確的是( )
A.v>0,a0,a

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