高中物理 運(yùn)動的描述——三種運(yùn)動圖像的比較

這一章學(xué)習(xí)了三個很重要的物理量,分別是位移、速度和加速度,它們隨時間的變化可以用圖像來表示,分別是位移-時間圖像(x-t圖)、速度-時間圖像(v-t圖)和加速度-時間圖像(a-t圖)。三種圖像都有各自的特點(diǎn),這節(jié)內(nèi)容來對比一下。
舉個例子,一輛汽車原來處于靜止?fàn)顟B(tài),隨后向右開始做勻加速直線運(yùn)動,之后變成了勻速直線運(yùn)動,又過了一會開始做勻減速直線運(yùn)動,直到速度降到零之后,仍然以這個加速度開始加速倒車,隨后倒車的速度開始降低,最后停了下來。試著畫一下這輛汽車的x-t圖像、v-t圖像和a-t圖像。
因為題目中直接描述的是速度,所以先畫v-t圖像。最開始做的是勻加速直線運(yùn)動,所以先畫一段斜率大于零的傾斜線段;接著做勻速直線運(yùn)動,所以畫一條平行于時間軸的線段;接著是勻減速直線運(yùn)動以及保持這個加速度反向的加速運(yùn)動,用一段斜率為負(fù)的傾斜線段來表示;最后反向速度逐漸減小再達(dá)到靜止?fàn)顟B(tài),再用一段傾斜線段來表示。這樣v-t圖像就畫好了。

接下來畫加速度-時間圖像(a-t圖)。開始的勻加速直線運(yùn)動中加速度是一個恒定的正值;后來的勻速直線運(yùn)動加速度為零;再后面的勻減速直線運(yùn)動和反向勻加速直線運(yùn)動的加速度是反向的,是一個恒定的負(fù)值,在縱軸的負(fù)半軸區(qū)域畫一條平行于時間軸的直線段,反向剎車減速的過程中,加速度又變成正向,是一個恒定的正值,最后停止時加速度為零。

再來看位移-時間圖像(x-t圖)。第一段勻加速直線運(yùn)動的位移圖像是一段曲線(這里一定要注意,x-t圖像的斜率是速度的大小,勻加速直線運(yùn)動的速度隨著時間越來越大,斜率就要越來越大);勻速直線運(yùn)動的位移圖像是一段傾斜的線段;在勻減速直線運(yùn)動時,速度在逐漸減小,曲線的斜率就要逐漸變小直到為零;反向的勻加速直線運(yùn)動速度是負(fù)的且越來越大,所以曲線的斜率是負(fù)的且絕對值越來越大;最后一段汽車減速到靜止,曲線的斜率越來越小,最終變成一條平行于時間軸的線段。

綜合看一下這三種圖像。速度-時間圖像反應(yīng)了位移-時間圖像的斜率變化,而加速度-時間圖像反應(yīng)了位移-時間圖像的斜率變化。在利用圖像解決運(yùn)動學(xué)問題的時候,一定要注意縱坐標(biāo)上的物理量,否則極容易出錯。

總結(jié)
位移-時間圖像、速度-時間圖像和加速度-時間圖像的聯(lián)系與區(qū)別。