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用斜率求加速度

你看得出图线向上倾斜,但把这个斜度变成带正确单位的数字,又是另一步。

本页内容
  1. 加速度衡量什么?
  2. 怎样一步一步求?
  3. 完整例题
  4. 要留意的错误
  5. 自我检测
  6. 接下来学什么?

加速度(acceleration)= 速率变化 ÷ 所用时间。 在速率-时间图上,它就是图线的斜率,用“竖直变化 ÷ 水平变化”来求。

这一课接在比较距离-时间图与速率-时间图之后,是运动与图像中的核心技能。

加速度衡量什么?

加速度衡量速率变化得有多快。一辆车在 10 s 内从 0 加速到 20 m/s,每秒速率增加 2 m/s,也就是加速度 2 m/s²。

如果速率下降,变化量就是负的。物体在减速,图线向下倾斜。

怎样一步一步求?

  1. 在图线的直线部分选两点,距离远一些,读数误差的影响会小一点。
  2. 读出每个点的速率和时间。
  3. 求速率变化(后一个速率减去前一个速率)。
  4. 求时间变化(后一个时间减去前一个时间)。
  5. 相除:速率变化 ÷ 时间变化,单位写 m/s²。

完整例题

这是一辆踏板车的虚构速率-时间图。速率在 0 s 到 6 s 之间从 0 升到 12 m/s,保持 12 m/s 到 14 s,然后在 18 s 降到 0 m/s。

0 到 6 s: 速率变化 = 12 − 0 = 12 m/s,时间 = 6 s,加速度 = 12 ÷ 6 = 2 m/s²。

6 到 14 s: 速率不变,斜率为 0,加速度 = 0 m/s²。踏板车匀速行驶。

14 到 18 s: 速率变化 = 0 − 12 = −12 m/s,时间 = 18 − 14 = 4 s,加速度 = −12 ÷ 4 = −3 m/s²。踏板车以 3 m/s² 减速。

合理性检查:刹停阶段比加速阶段短,但速率变化量相同,所以变化率一定更大。确实如此(3 对 2)。

要留意的错误

一位学生被问到,速率在 6 s 内从 4 m/s 变到 16 m/s 时的加速度。

错误答案: 16 ÷ 6 = 2.67 m/s。

这是用末速率除以时间,忽略了物体一开始就已经以 4 m/s 在运动。单位也写错了。

改正: 速率变化是 16 − 4 = 12 m/s。加速度 = 12 ÷ 6 = 2 m/s²。只用末速率,仅在物体从静止开始时才是对的。

自我检测

先自己做,再打开每道题的答案。

1. 一位骑单车的人速率在 5 s 内从 10 m/s 升到 30 m/s。求加速度。

显示答案

速率变化 = 30 − 10 = 20 m/s。加速度 = 20 ÷ 5 = 4 m/s²。

2. 一辆车在 10 s 内从 25 m/s 减到 5 m/s。求加速度,并用文字说明。

显示答案

速率变化 = 5 − 25 = −20 m/s。加速度 = −20 ÷ 10 = −2 m/s²。汽车以 2 m/s² 减速。

3. 速率-时间图一条直线上的两点是 (2 s, 6 m/s) 和 (8 s, 18 m/s)。求斜率,并说明它代表什么。

显示答案

斜率 = (18 − 6) ÷ (8 − 2) = 12 ÷ 6 = 2 m/s²。它代表加速度,因为图线是直线,所以加速度不变。

接下来学什么?

下一步是:同一张图线下的面积给出距离,见理解速率-时间图下的面积。当你的读图只精确到某个给定的位数时,界限与四舍五入讲解器会有帮助。

如果你会算加速度,但在正负号和单位上仍犹豫,一对一线上物理补习能让老师逐步检查你的解题过程。

常见问题

加速度的公式是什么?

加速度 = 速率变化 ÷ 所用时间。若速率在 6 s 内从 4 m/s 升到 16 m/s,加速度 = (16 − 4) ÷ 6 = 2 m/s²。在速率-时间图上,这就是图线的斜率。

为什么单位是 m/s² 而不是 m/s?

加速度是每单位时间(s)内速率(m/s)的变化。m/s 除以 s 得 m/s²,读作“米每二次方秒”。写成 m/s 就变成了速率的单位,那是另一个量。

负斜率是什么意思?

速率-时间图上的负斜率表示速率在下降,物体在减速。你可以把它说成某个大小的减速,例如 3 m/s²。请按课程大纲和题目措辞处理正负号。

更新于:

下一步

如果加速度的答案总在起始速率或单位上丢分,一对一的老师可以用你没见过的图像和你一起重建解法。

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