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?
- 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。
- 读出每个点的速率和时间。
- 求速率变化(后一个速率减去前一个速率)。
- 求时间变化(后一个时间减去前一个时间)。
- 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。