第4节 速度变化快慢的描述——加速度
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学习目标
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课程标准 学习目标
1.知道加速度的比值定义法,理解加速度的物理意义。 2.理解加速度的矢量性,知道其方向与速度变化方向一致。 3.知道速度、加速度、速度变化量的关系。 4.知道v-t图像中斜率的含义,会用v-t图像求加速度。 (1)通过阅读课本,联系生活实际体验速度的变化。 (2)通过阅读课本,联系生活实际体验速度变化的快慢,体会比值定义法。 (3)通过阅读课本,知道加速度的大小、方向是如何影响物体运动性质的。 (4)根据v t图像判定加速度的大小和方向。
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预习导学
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课前研读课本,梳理基础知识:
一、加速度
情境问题:下列三种车辆起步后,经某段时间达到了某一速度。
时间 速度
电动自行车 10 s 36 km/h
小型轿车 10 s 108 km/h
旅客列车 80 s 108 km/h
请分析思考:(1)哪种车辆速度变化较大?(2)哪种车辆速度增加得快?
知识梳理:
1.物理意义:加速度是描述物体的速度随时间变化 的物理量。
2.定义:速度的变化量与发生这一变化所用 之比。
3.定义式:a=,Δv是 ,Δt是对应的 。
4.单位:在国际单位制中,加速度的单位是米每二次方秒,符号是_ 或m·s-2。
二、加速度的方向
情境问题:图中做直线运动的列车,在40 s内速度由10 m/s增加到20 m/s,那么列车在40 s内速度的变化量是多少?列车的加速度是多少?加速度的方向与速度变化量的方向有什么关系?
知识梳理:
1.加速度的方向:加速度是 ,其方向与 的方向相同。
2.加速度方向与速度方向的关系:在直线运动中,速度增加时加速度的方向与速度的方向 ,速度减小时加速度的方向与速度的方向 。
三、从v t图像看加速度
知识梳理:
1.v t图像的斜率:表示物体运动的 ,即a=。(如图所示)
2.a的定性判断:在同一v t图像中,图线的 越大,其加速度也越大。
3.a的定量计算:在图线上取两点,坐标分别为(t1,v1),(t2,v2),则 。
(二)即时练习:
【练习1】(多选)下列说法中的“快”,指加速度较大的是( )
A.小轿车比大卡车启动得快
B.协和式客机能在两万米高空飞行得很快
C.乘汽车从烟台到济南,如果走高速公路能很快到达
D.汽车在紧急刹车的情况下,能够很快地停下来
【练习2】一质点沿直线运动,取定正方向,下面给出了质点的速度和加速度正负号的四种情况及对运动的判断,其中正确的是( )
A.若v0>0,a<0,则质点做加速运动
B.若v0>0,a>0,则质点做减速运动
C.若v0<0,a<0,则质点做加速运动
D.若v0<0,a>0,则质点做加速运动
【练习3】如图是某物体做直线运动的速度-时间图像,有关物体运动情况判断正确的是( )
A.前2 s的加速度大小为5 m/s2
B.2 s末运动方向改变
C.4 s末物体回到出发点
D.6~8 s做匀速运动
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探究提升
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【问题探究1】加速度
1.速度的变化量
速度的变化量也叫速度的改变量,是指速度改变的多少,它等于物体的末速度与初速度的矢量差,即速度的变化量为 △v =v2 - v1。
2.加速度
(1)定义:物理学中把速度的变化量与发生这一变化所用时间之比叫作加速度,加速度用于描述物体速度变化的快慢,用字母a表示。定义式为,国际单位制中加速度的单位为米每二次方秒符号为m/s2或m·s-2。
(2)加速度是矢量,既有大小,又有方向。加速度的大小在数值上等于单位时间内物体速度的变化量大小,加速度的方向与速度变化量的方向相同。
【典型例题1】一辆小轿车和一辆大货车均做匀加速直线运动,速度都从零增加到60 km/h,小轿车用时10 s,大货车用时20 s。在上述加速过程中( )
A.小轿车的速度变化量较大
B.大货车的速度变化量较大
C.大货车的加速度较大
D.小轿车的加速度较大
【典型例题2】小球以的速度水平向右运动,碰一墙壁经后以的速度沿同一直线反向弹回(如下图所示),小球在这内的平均加速度是( )
A.,方向向左 B.,方向向右
C.,方向向左 D.,方向向右
【对点训练1】如图所示,在世界女排大奖赛中,中国球员朱婷跳起将速度为20 m/s、水平飞来的排球迎面击出,排球以30 m/s的速率水平返回。假设朱婷对排球的击打时间为0.25 s。求:排球被击打过程中的速度变化Δv;
【对点训练2】乒乓球被称为中国的国球,在历次国际性的比赛中,中国队都取得了非常好的成绩.假设在某次比赛中,中国选手马琳接住了对手打来的速度大小为30 m/s 的乒乓球,并将球以45 m/s的速度反向扣杀,从接住到扣杀历时0.15 s,则乒乓球在被扣杀时平均加速度大小为( )
A.50 m/s2 B.100 m/s2
C.250 m/s2 D.500 m/s2
【问题探究2】加速度的方向
1.由公式 可知, a的方向应该与 v的方向一致。确定了 v的方向也就确定了a的方向。
下面以直线运动的两种情况来举例说明,规定v1的方向为正方向。
①如图甲所示,若v2与v1同向,均为正值,且v2>v1,则△v =v2 - v1>0,表示 △v与v1方向相同,为加速直线运动。
②如图乙所示,若v2与v1同向,均为正值,且v2<v1,则△v =v2 - v1<0,表示△v与v1方向相反,为减速直线运动。
结论:加速度方向和速度变化量的方向相同,与速度方向无关。
【典型例题3】如图所示是研究汽车速度变化时所画出的示意图,汽车的初速度为,末速度为,速度的变化量为,加速度为a。下列说法正确的是( )
A.甲图中汽车做加速运动,其a与方向相同
B.乙图中汽车做减速运动,其a与方向相反
C.汽车的速度越大,加速度一定越大
D.汽车的加速度越大,速度变化量一定越大
【典型例题4】一汽车向右沿直线做减速运动,原来的速度是v1,经过一小段时间之后,速度变为v2,用Δv表示速度的变化量。则( )
A.汽车的加速度方向与v1的方向相同
B.汽车的加速度方向与v2的方向相同
C.汽车的加速度方向与v1的方向相反
D.汽车的加速度方向与Δv的方向相反
【对点训练3】物体在一直线上运动,用正、负号表示方向的不同,根据给出速度和加速度的正负,下列对运动情况判断正确的是( )
A.v0<0,a<0,物体的速度越来越大
B.v0>0,a<0,物体的速度越来越大
C.v0<0,a>0,物体的速度越来越大
D.以上说法都有可能
【对点训练4】(多选)下面关于速度和加速度的说法正确的是( )
A.物体的加速度()不变,则物体的速度就不变
B.物体加速度变小时,其速度可能变大
C.物体具有向东的加速度,其速度方向也可能向西
D.物体速度增加的越多,其加速度一定越大
【问题探究3】从v t图像看加速度
1.从v-t图像中得到加速度的信息
v-t图像反映了物体的速度随时间变化的规律,如图所示在v-t图像中任取两点(t1 ,v1)、(t2 ,v2),根据(即v-t图线的斜率)可确定加速度.
(1)斜率的大小表示加速度的大小. 斜率大小越大,加速度越大;斜率大小越小,加速度越小;斜率为零,加速度为零,即速度保持不变。
(2)斜率的正负表示加速度的方向.斜率为正,表示加速度的方向与规定的正方向相同;斜率为负,表示加速度的方向与规定的正方向相反。
匀变速直线运动的特点:加速度是恒量(大小、方向都不变)。
2.由v-t图像判断速度的变化
(1)随着时间的推移,若图线远离时间轴,v的数值在增大,说明物体做加速直线运动. 若图线靠近时间轴,v的数值在减小,说明物体做减速直线运动.
如图甲所示,在0-t0时间内v<0,a>0 ,物体做减速直线运动;在t>t0时间内v>0,a>0,物体做加速直线运动.
(2)如果速度变化不均匀,说明物体的加速度在变化,其v-t图像为曲线,如图乙所示,曲线上某点的切线斜率大小表示该时刻的加速度的大小。由v-t图线的斜率表示加速度,可知该图像表示物体的加速度逐渐减小。
3.常见运动的v-t图像
如图所示①表示匀速直线运动;
②表示初速度为零,做正向的匀加速直线运动;
③表示初速度为正,做正向匀加速直线运动;
④表示初速度为负,先做负向的匀减速直线运动,后做正向的匀加速直线运动;
⑤表示初速度为正,先做正向的匀减速直线运动再做负向的匀加速直线运动;
⑥表示初速度为负,做负向的匀加速直线运动:⑦表示初速度为零,做正向的变加速直线运动。
【典型例题5】A、B两物体在同一直线上做变速直线运动,它们的速度—时间图像如图所示,则( )
A.A、B两物体的运动方向一定相反
B.0~6 s内A比B运动得快
C.t= 4 s时,A、B两物体的速度相同
D.A物体的加速度比B物体的加速度大
【典型例题6】(多选)某物体运动的v t图像是一条直线,如图所示,下列说法正确的是( )
A.物体在第1 s末运动方向发生变化
B.物体在第2 s内和第3 s内的加速度大小相等,方向相反
C.物体在第2 s末运动方向发生变化
D.物体在前4 s内的加速度不变
【对点训练5】如图所示是A、B两个物体做直线运动的图像,则下列说法中正确的是( )
A.物体A做加速直线运动
B.物体B做减速直线运动
C.物体A的加速度大于B的加速度
D.物体B的速度变化比A的速度变化快
【对点训练6】 一枚火箭由地面竖直向上发射,其速度—时间图像如图所示,由图像可知( )
A.0~ta时间内火箭的加速度小于ta~tb时间内火箭的加速度
B.在0~tb时间内火箭是上升的,在tb~tc时间内火箭是下落的
C.tb时刻火箭离地面最远
D.tc时刻火箭回到地面
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体系构建
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记忆清单
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1.加速度的大小决定了速度变化的快慢
(1) (2)
2.加速度方向与速度方向的关系决定了速度大小的变化——加速、减速的判断
(1)加速度与速度同向时,物体做加速运动;
(2)加速度与速度反向时,物体做减速运动。
3.有关加速度的几个“不一定”
物体具有加速度,但不一定做加速运动;物体的速度方向改变,但加速度的方向不一定改变。
物体的速度方向不变,但加速度方向不一定不变;物体的速度大,但加速度不一定大。
物体速度等于零,但加速度不一定等于零;物体加速度为零,但速度不一定为零。
物体的速度大小不变,但加速度不一定为零;在加速直线运动中,加速度不一定总取正值。
4.应用a=计算加速度时注意的问题
(1)在公式a==中,v1表示物体的初速度,v2表示物体的末速度,应用时不能将两者颠倒;公式a==是矢量式,速度、速度的变化量、加速度皆为矢量。应用该公式解题时要先规定好正方向,v1、v2的方向与规定的正方向相同时取正值,相反时取负值;注意根据计算结果中加速度a的正、负来判定加速度的方向。
(2)基本步骤
先规定正方向,一般选取初速度方向为正方向;根据题意,求出初速度v0和末速度v,利用Δv=v-v0求出Δv;找出发生Δv所用的时间Δt;由a=计算加速度,并对a的方向做出说明。
5.分析v t图像时的三点提醒
(1)只要图像的斜率相同,则加速度的大小和方向都相同。
(2)图像向下倾斜表示加速度沿负方向,速度可能沿负方向在增大,也可能沿正方向在减小。
(3)图像不是物体运动的轨迹,分析问题时要根据图像的变化,判断物体速度、位移、加速度的变化情况,进而建立物体运动的情境。总之图像是数学语言,将其转换成物理情境,是解决图像问题的前提。
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强化训练
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1.加速度的单位是( )
A. B. C. D.
2.针对下列几种运动情景,分析判断正确的是( )
A.高速公路上高速行驶的轿车紧急刹车。因为轿车紧急刹车,速度很快减为零,所以加速度很大
B.长征二号火箭点火后即将升空,因为火箭还没运动,所以加速度为零
C.磁悬浮列车高速行驶,因为列车速度很大,所以加速度很大
D.张培萌夺得全运会男子100m决赛冠军。因为张培萌率先冲过终点,所以比其他运动员经过终点时的加速度一定大
3.关于速度、速度变化量和加速度,下列说法正确的是( )
A.运动物体的速度变化量越大,它的加速度就越大
B.某时刻物体速度为零,其加速度不一定为零
C.速度很大的物体,其加速度也很大
D.物体加速度方向与速度方向、速度变化量方向无关
4.一个做变速直线运动的物体,它的加速度逐渐减小,直至为零,那么该物体的运动情况可能是( )
A.速度一定越来越小
B.速度不断减小,加速度为零时,速度最大
C.速度不断增大,加速度为零时,速度最大
D.速度的变化越来越小,加速度为零时的速度等于初速度
5. 雨滴从高空由静止下落,由于空气阻力作用,其加速度逐渐减小,直到变为零,在此过程中雨滴的运动情况是( )
A.速度不断减小 B.速度越来越大
C.位移越来越小 D.速度的变化率越来越大
6.物体A的加速度为3,物体B的加速度为-5,下列说法正确的是( )
A.物体B的速度变化比物体A的速度变化快
B.物体B的速度可能在减小
C.物体A的速度一定在减小
D.物体A的加速度比物体B的加速度大
7.如图所示是汽车的速度计,某同学在汽车中观察速度计指针位置的变化。开始时指针指示在如图甲所示的位置,经过8s后指针指示在如图乙所示的位置,若汽车做匀变速直线运动,那么它的加速度约为( )
A.0.6 m/s2 B.1.4 m/s2 C.11 m/s2 D.5.0 m/s2
8.如图所示,汽车原来的速度是v1,经过一小段时间Δt之后速度变为v2,在图中以原来的速度v1的箭头端为起点,以后来的速度v2的箭头端为终点,作一个新的有向线段,用它表示速度的变化量Δv。则以下说法中错误的是( )
A.速度的变化量Δv越大,表示加速度也越大
B.汽车加速时,加速度方向和初速度v1方向相同
C.汽车减速时,加速度方向和初速度v1方向相反
D.无论汽车加速或减速,加速度方向与速度变化量Δv的方向相同
9. 如图所示为一物体做直线运动的v-t 图像,用v1、a1表示物体在0~t1时间内的速度和加速度,v2、a2表示物体在t1~t2时间内的速度和加速度,则由图可知( )
A.v1与v2方向相同,a1与a2方向相同,a1>a2
B.v1与v2方向相同,a1与a2方向相反,a1
C.v1与v2方向相反,a1与a2方向相同,a1>a2
D.v1与v2方向相反,a1与a2方向相反,a110. 中国“利剑”无人机发展迅速,最近更“取得重大成果”,并“实现历史性跨越”.军事专家分析认为,“利剑”是以航母舰载机为发展目标的新一代无人机,未来将登上航母,成为无人攻击机,在某次“利剑”进行滑行试验中,某检测装置观测到其降落后的滑行过程中制动力逐渐增大,下列各图中能反映其速度v随时间t变化关系的是( )
11.在无人机上安装摄影装置进行拍摄,可以获得很好的拍摄效果。取竖直向上为正方向,某校运动会上无人机摄影时,无人机在竖直方向的速度随时间变化关系的图像如图所示。下列说法正确的是( )
无人机在时刻速度方向发生变化
B.无人机在时刻比时刻能够拍摄地面景物的范围更大
C.无人机在时刻与时刻的加速度可能相同
D.无人机在时刻比时刻更适合拍摄地面上的近景
12.物体沿轴做直线运动,取轴正方向为速度正方向,其速度-时间图像如图所示,则下列说法正确的是( )
A.在3.5s末,物体速度为1.5m/s
B.4s末,物体加速度为0
C.第4秒内,物体做沿轴负方向的减速运动
D.第8秒内,物体做沿轴负方向的减速运动
13.蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目,一位运动员从高处自由落下,以大小为的竖直速度着网,与网作用后,沿着竖直方向以大小为的速度弹回,已知运动员与网接触的时间,那么运动员在与网接触的这段时间内加速度的大小和方向分别为( )
A.2 m/s2,向下 B.8 m/s2,向上 C.10 m/s2,向下 D.18 m/s2,向上
14. 如图所示,为了测定气垫导轨上滑块的加速度,滑块上安装了宽度为3.0 cm的遮光板.滑块向右做加速直线运动依次通过两个光电门A和B,光电门上的黑点处有极细的激光束,当遮光板挡住光束时开始计时,不遮挡光束时停止计时.现记录了遮光板通过第一个光电门所用的时间为Δt1=0.30 s,通过第二个光电门所用的时间为Δt2=0.10 s,光电门从第一次计时结束到第二次计时开始经历的时间为Δt=0.30 s.则滑块的加速度应为( )
A.0.67 m/s2 B.0.14 m/s2 C.0.40 m/s2 D.0.22 m/s2
15.如图所示,图中两条直线a、b分别是两辆赛车启动时的v-t图象,通过计算两辆赛车加速度的大小,比较哪辆赛车启动性能较好?
16.有些国家的交管部门为了交通安全,特制定了死亡加速度为500g(g取10 m/s2)这一数值以警示世人。意思是如果行车加速度超过此值,将有生命危险。这么大的加速度,一般车辆是达不到的,但是如果发生交通事故时,将会达到这一数值。试判断:两辆摩托车以36 km/h的速度相向而撞,碰撞时间为2×10-3 s,碰撞后速度均减为0,驾驶员是否有生命危险?