速度和加速度是技校物理描述物體運動情況的兩個重要概念,也是物理運動學(xué)知識的重點和難點。只有很好理解這兩個概念的意義、本質(zhì)和區(qū)別,才能澄清錯誤認識,正確解決具體問題,并為學(xué)習(xí)后面的內(nèi)容打下基礎(chǔ)。
一、正確理解速度和加速度的概念
速度等于位移跟發(fā)生這段位移所用時間的比值。其定義式為,即速度是每秒物體的位移,它是表示物體運動快慢的物理量。而加速度等于速度的變化與經(jīng)過時間的比值。定義式為,加速度等于每秒速度的變化,即速度的變化率。它是描述物體速度變化快慢的物理量。可見,物體運動的快慢——速度和物體速度變化的快慢——加速度,這兩個概念物理意義的表述是有區(qū)別的。但對于技校學(xué)生來說,如果僅對速度和加速度這兩個概念進行簡單的機械記憶,不能正確理解概念,一遇到具體問題,就很容易出現(xiàn)錯誤。
二、正確處理有關(guān)速度和加速度的問題
學(xué)生容易把加速度的大小與速度的大小、速度變化的大小混淆起來。有的學(xué)生認為:“加速度大,速度一定大;加速度為零,速度一定為零”。為了糾正學(xué)生這些錯誤,我們可多舉一些實例,如,物體以某一速度做勻速直線運動,盡管物體的速度很大,但由于它的速度未變,所以物體的加速度為零。啟發(fā)學(xué)生進一步從概念分析上理解加速度是表示速度變化的快慢,而不是表示速度的大小,加速度和速度沒有必然聯(lián)系。有的學(xué)生錯誤地認為“加速度大,速度變化一定大或者速度變化大,加速度一定大”,我們可把問題具體化,如,汽車的速度變化5米/秒,火車的速度變化10米/秒。能否就此說火車的加速度一定比汽車的加速度大呢?我們要引導(dǎo)學(xué)生從概念上分析說明,速度的變化大,只表示vt-v0大,而加速度的定義是速度的變化和經(jīng)過時間的比值,它的定義式,加速度的大小除考慮速度變化以外,還必須得考慮時間,只有當(dāng)時間t一定時,速度變化大的物體,它的加速度大,否則,加速度不一定大。加速度不是物體增加的那一部分速度,而是反映物體速度變化的快慢。它是由速度的變化和時間共同決定的。的值越大,加速度越大,速度變得 快,所以加速度是描述物體速度變化快慢的物理量,而不是表示速度變化的物理量。
學(xué)生也容易出現(xiàn)以下的錯誤:例如“只要有加速度,物體的速度就一定增加”。其實,由加速度的定義式可知,當(dāng)vt-v0>0時,a是正值,物體的速度增加,物體作勻加速直線運動;當(dāng)vt-v0<0時,加速度是負值,物體的速度減小,物體作勻減速直線運動。所以有加速度,物體的速度不一定增加,相反有時還可以減速。再如有的學(xué)生認為:“如果加速度很小,物體的速度就會減小”。其實對于作勻加速直線運動的物體來說,加速度小,說明物體每秒速度增加得小,增加得再小,物體的速度還是比不增加大,所以物體的速度還是越來越大。還有學(xué)生認為:“如果物體的加速度很大,物體的速度就會越來越大”,要糾正這個錯誤的說法,就必須讓學(xué)生明確加速度的大小反映的是物體速度變化的快慢。對于作勻減速直線運動的物體來說,加速度大,說明物體每秒速度減小得多,即速度減小得快。如,汽車遇障礙物,緊急剎車,這個過程汽車作勻減速直線運動,且速度減小得快,盡管汽車的加速度大,但汽車的速度還是越來越小。又如,有的同學(xué)認為:“如果物體的速度為零,則加速度也一定為零;反之,物體的加速度為零,速度也一定為零”。其實由加速度的定義,我們知道加速度的大小和速度沒有必然的聯(lián)系,兩個物理量之間也沒有瞬時對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)物體處于靜止?fàn)顟B(tài)時,在外力作用的一瞬間,物體的速度為零,但加速度不為零。如:自由落體運動,物體在開始下落時,速度為零,但加速度是重力加速度g。對于勻變速直線運動來說,無論物體的速度如何變化,加速度不變;作勻速直線運動的物體,由于速度不變,根據(jù)加速度的定義知,其加速度是零。
引導(dǎo)學(xué)生正確區(qū)別速度方向和加速度的方向。速度的方向與物體運動方向相同,而由加速度的定義可知,加速度不僅定義了加速度的大小,也同時定義了加速度的方向。即加速度的方向就是物體速度變化的方向,而不是物體速度的方向。加速度的方向和物體速度的方向沒有必然的關(guān)系。因此,加速度的方向可能與物體速度方向相同,物體作勻加速直線運動;也可能與物體速度的方向相反,物體作勻減速直線運動;還可能與速度方向有一定的夾角,物體作曲線運動。
速度和加速度是技校物理教學(xué)的重點和難點,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很容易出現(xiàn)問題。教師在教學(xué)中要注意準(zhǔn)確表述二者的概念,并結(jié)合具體問題多舉例子,做到講精講透。同時針對學(xué)生易出現(xiàn)的問題,讓學(xué)生通過適當(dāng)?shù)木毩?xí),加深對速度和加速度概念的正確認識,進而提高解決問題的能力,并為學(xué)習(xí)以后的知識打下堅實的基礎(chǔ)。
(作者單位:河南省開封市技師學(xué)院)