王建青
加速度是一個(gè)橋梁,聯(lián)系著物體受力與運(yùn)動(dòng),對(duì)加速度概念的準(zhǔn)確理解、對(duì)加速度與速度關(guān)系的清晰認(rèn)識(shí),都直接影響著物理學(xué)習(xí)的效率。加速度不僅是一個(gè)重要物理量,同時(shí)也是一個(gè)較難掌握的物理量,初學(xué)者往往錯(cuò)誤百出。筆者在此將這些錯(cuò)誤進(jìn)行了歸類講解,希望對(duì)大家理解加速度能起一定的幫助作用。
第一類 對(duì)加速度正負(fù)號(hào)的理解誤區(qū)
誤區(qū)1:正加速度一定大于負(fù)加速度。
走出誤區(qū):加速度是矢量,既有大小,又有方向。加速度的正或負(fù)表示的是加速度方向與規(guī)定正方向相同或相反,它不同于數(shù)學(xué)上的正負(fù)數(shù),因此,數(shù)學(xué)上正負(fù)數(shù)比較大小的方法不能用來比較物理上同類矢量的大小。物理上同類矢量比較大小,比較的是其絕對(duì)值,所以,加速度比較大小應(yīng)比較絕對(duì)值。
例如:a1=2 m/s2,a2=-5m/s2,a3=1 m/s2,它們的大小關(guān)系是:a2>a1>a3。
誤區(qū)2:在加速運(yùn)動(dòng)中,加速度總為正值;減速運(yùn)動(dòng)中,加速度總為負(fù)值。
走出誤區(qū):由于加速度與速度都是矢量,所以,首先要規(guī)定正方向,與正方向相同的量為正值,與正方向相反的量為負(fù)值。在一般情況下,把初速度的方向規(guī)定為正方向,那么,當(dāng)物體做加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),加速度與速度同向,所以,加速度取正值;當(dāng)物體做減速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),加速度與速度反向,所以,加速度取負(fù)值。但如果把初速度方向規(guī)定為負(fù)方向,那么,加速時(shí),加速度取負(fù)值;減速時(shí),加速度取正值。情況和上面就剛好相反??梢?,加速度的正負(fù)與規(guī)定的正方向有關(guān),而與物體做加速、減速無關(guān)。
關(guān)鍵點(diǎn)撥:加速度的正或負(fù)只表示加速度與規(guī)定的正方向相同或相反,不能根據(jù)加速度的正負(fù)值判斷加速度大小,更不能根據(jù)加速度的正負(fù)判斷物體是做加速運(yùn)動(dòng)還是減速運(yùn)動(dòng)。
第二類 對(duì)加速度和速度大小關(guān)系的理解誤區(qū)
誤區(qū)3:物體的速度大,加速度一定大。
走出誤區(qū):速度是表示物體運(yùn)動(dòng)快慢的物理量,加速度是表示物體速度變化快慢的物理量,物體速度大但速度變化不一定快。比如,汽車在高速公路上快速勻速行駛時(shí),雖然速度很大,但速度變化卻為零。
誤區(qū)4:速度大小不變,則Δv=0,所以a=Δv/Δt=0。
走出誤區(qū)a=Δv/Δ是個(gè)矢量式,速度大小不變但方向改變時(shí),Δv不一定等于零,所以,加速度a不一定為零。如,在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中,雖然速度大小不變,但速度的方向時(shí)刻在變,加速度不為零。
誤區(qū)5:速度為零,則加速度也一定等于零;反之,加速度為零,則速度一定為零。
走出誤區(qū):我們知道加速度a的大小和速度v的大小沒有必然的聯(lián)系,那么這兩個(gè)物理量間更沒有瞬時(shí)對(duì)應(yīng)的關(guān)系,v=0時(shí)a不一定等于零,例如:處于靜止?fàn)顟B(tài)的物體,在外力作用的一瞬間,速度為零,但加速度不為零。同樣,a=0時(shí),v也不一定等于零,處在勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物體就屬于此類。又如彈簧振子在最大位移處時(shí)速度為零,但加速度卻是最大。
關(guān)鍵點(diǎn)撥:加速度“大”,只意味著速度變化“快”,不表示速度大,也不表示速度變化量大。加速度的大小與速度大小沒有必然的關(guān)系,加速度的大小與速度變化的大小也沒有直接關(guān)系。
第三類 對(duì)加速度和速度方向關(guān)系的理解誤區(qū)
誤區(qū)6:物體的速度方向不變,加速度方向一定不變。
走出誤區(qū):不少初學(xué)者把速度v和速度變化量Δv混為一談,認(rèn)為v的方向不變,則Δv的方向也不變,由a=Δv/Δt得a的方向也不變。事實(shí)上,v的方向與Δv的方向并不一定相同。如,汽車在平直公路上先勻加速行駛,然后勻減速行駛,汽車的速度方向是不變的,但加速時(shí)Δv方向向前,a方向也向前;減速時(shí)Δv方向向后,a方向也向后。這時(shí),雖然速度方向不變,但加速度方向卻改變了。
誤區(qū)7:物體的速度方向改變,加速度的方向一定改變。
走出誤區(qū):如豎直向上拋出的物體,從上升到下落的過程中,速度方向改變了,但加速度的方向卻始終向下。又如,在平拋運(yùn)動(dòng)中,忽略空氣阻力,物體的速度時(shí)刻在變,但物體的加速度卻保持不變,始終等于重力加速度??梢姡矬w的速度方向改變,加速度的方向卻不一定改變。
關(guān)鍵點(diǎn)撥:加速度a的方向與速度v的方向沒有必然的聯(lián)系。加速度a的方向有可能與v的方向相同,即物體做加速直線運(yùn)動(dòng);a也可能與v方向相反,物體做減速直線運(yùn)動(dòng);也可能有一定的夾角,則物體做曲線運(yùn)動(dòng)。
第四類 對(duì)動(dòng)態(tài)變化加速度的理解誤區(qū)
誤區(qū)8:加速度a增大,則速度v一定增大;加速度a減小,速度v也一定減??;速度v或加速度a的大小恒定,則a或v一定為恒量。
走出誤區(qū):只要a和v的方向相同,無論a增大還是減小,v均增大,例如:加速運(yùn)動(dòng)的汽車,其加速度由5 m/s2依次減小到4 m/s2、3 m/s2、2 m/s2,此時(shí)汽車依然在加速,其速度是不斷增大的,加速度值不斷減小僅僅表明在單位時(shí)間里,速度的增加量在不斷減小,但速度依然是增大的事實(shí)并沒有改變。同理,如果a和v的方向相反,無論a增大還是減小,v均減小。如果a恒定,則表示物體做勻變速運(yùn)動(dòng),速度一定是變化的。
關(guān)鍵點(diǎn)撥:判斷物體速度是增加還是減小,不必考慮物體加速度的大小,更不必考慮加速度是增加還是減小,只需要判斷加速度和速度的方向是相同還是相反就可以了。只要加速度方向和速度方向相同(用正、負(fù)號(hào)表示方向時(shí),應(yīng)同為正值或同為負(fù)值),就是加速;加速度方向和速度方向相反(一正值一負(fù)值),就是減速。
(作者單位 山西省代縣職業(yè)技術(shù)學(xué)校)