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高一上册物理 速度变化快慢的描述——加速度 逐字稿-2,975字

  师:同学们,前面我们学习了时间、位移和速度,位移用来描述物体位置的变化,速度用来描述物体运动的变化。今天我们学习加速度,它用来描述物体速度变化的快慢。先看一个情景,红色法拉利和飓风战斗机在跑道上进行600米、900米、1200米三次比赛,赛车只赢了600米那一场。赛车可达时速远低于战斗机最高时速,从静止加速到最大速度过程中,它们做什么运动?速度如何变化?速度变化情况相同吗?速度变化有快慢之分吗?又如何定量描述物体速度变化快慢?这就是今天要研究的问题。

  来看这个表格,有甲、乙、丙、丁四种运动情况。先看甲和乙,甲小朋友从高处沿滑梯下滑,乙小球从高处由静止开始下落。甲、乙经历时间相同,都是2秒,甲速度变化量是3米每秒,乙速度变化量为20米每秒,谁速度变化快?很显然是乙。

  再比较乙和丙,研究赛车从静止出发。乙和丙速度变化量都是20米每秒,但乙所用时间少,所以乙速度改变较快。

  现在思考,比较甲和丙,它们时间不同,速度变化也不同,怎么办?可以研究平均每秒速度的变化量。看表格新增这一列Δv比Δt,甲的Δt是2秒,Δv是3米每秒,速度变化率是1.5米每二次方秒;丙的Δt是4秒,速度变化量20米每秒,Δv比Δt为5米每二次方秒。由此可知,单位时间内速度变化大的速度改变快,所以丙速度改变较快。

  通过比较甲和乙、乙和丙、甲和丙,我们知道研究速度改变快慢,单纯看Δt或Δv都不行,要看Δv比Δt 。现在甲乙丙丁的Δv比Δt都有了,能比较出四个运动中谁速度改变最快,很显然是乙。

  翻开教材29页,速度的变化量与发生这一变化所用时间的比值定义为加速度,也就是速度随时间的变化率。加速度公式是a = Δv / Δt ,这是今天很关键的一个物理量。它的单位是米每二次方秒,也可写为米乘以秒的负二次方。

  研究加速度,要清楚加速度与速度变化的区别。因为加速度a = Δv / Δt ,速度是矢量,所以加速度也是矢量,加速度方向与速度变化量方向相同,为什么呢?后面会讲解。

  下面研究速度、加速度和速度变化之间的关系。速度v = Δx / Δt ,描述物体运动快慢和方向,对应某一时刻;速度变化Δv = vt - v0 ,是末速度和初速度的差,描述速度变化大小和方向,对应某一过程;加速度a = Δv / Δt ,即速度的变化率,反映速度变化快慢和方向。加速度是速度的变化率,它与速度、速度变化没有直接关系,所以a与v、Δv三者大小无必然联系。速度大,加速度不一定大,比如战斗机匀速在空中飞行,速度大但加速度为0;加速度大,速度不一定大,像子弹离开枪口时加速度大,但速度小;速度变化大,加速度不一定大,之前表格也体现了这点;加速度为0,速度可以不为0,比如同学匀速走路;速度为0,加速度可以不为0,像竖直上抛运动到达最高点时,速度为0,加速度不为0 ,这个案例先记着,后续会用。

  来看个例题,小球以3米每秒速度v1水平向右运动,碰到墙壁经Δt = 0.01秒后,以大小为2米每秒的速度v2沿同一直线反向弹回,求小球这0.01秒内的平均加速度。为求解加速度,先设定正方向,以小球原来速度v1方向为正方向。根据a = Δv / Δt ,可求出加速度a = - 500米每二次方秒。这里负号表示什么?物理学中矢量的符号表示方向,负号表明加速度方向与设定正方向相反,即水平向左,加速度大小和方向都得出了。

  例题会做了吧。接着研究方向问题,教材说加速度方向与速度变化方向一致。赛车以360公里每小时速度行驶,3秒内降到72千米每小时,这个过程加速度方向如何?与速度方向有何关系?

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