淺析高中物理中速度與加速度的關(guān)系

譚歆榕

摘要：物理課程在我們高中學(xué)習(xí)階段所占的比例較高且學(xué)習(xí)難度大。其中速度與加速度這一內(nèi)容在學(xué)習(xí)的過(guò)程中需要理解的問(wèn)題很多，所存在的難度也非常高，因此我們?cè)趯?duì)速度相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)的過(guò)程中會(huì)遇到的問(wèn)題比較多。文章主要對(duì)加速度與速度的概念進(jìn)行了區(qū)分，并闡述二者之間的聯(lián)系與區(qū)別。

關(guān)鍵詞：高中物理;速度;加速度

一、速度與加速度學(xué)習(xí)的基本闡述

高中物理學(xué)科的難度是所有科自中較高的，不僅需要強(qiáng)大的邏輯思維，還需要較高的理解能力。其原因是物理學(xué)科的很多知識(shí)概念都具有較強(qiáng)的抽象性，這些抽象的概念對(duì)同學(xué)們的理解造成了不小的障礙，特別是對(duì)于物理基礎(chǔ)一般的同學(xué)而言，抽象概念的理解存在相當(dāng)大的難度。

我們?cè)趯W(xué)習(xí)速度以及加速度的相關(guān)知識(shí)的時(shí)候，應(yīng)對(duì)二者的概念有清晰的認(rèn)識(shí)。速度為某段時(shí)間內(nèi)物體位移與其所用時(shí)”的比值，其定義式為：v=Δx/Δt。加速度則是描述速度變化率的物理量，為速度的變化量與其所用時(shí)間的比值，其定義式為：a=Δv/Δt。最好可以代人實(shí)際生活情景中體會(huì)：例如跑步時(shí)，有的人可能提速很快，但是全程所用的時(shí)間卻比別人長(zhǎng)一即它的加速度很大，但是全程的速度較小。

二、速度與加速度的聯(lián)系與區(qū)別

物理課程的學(xué)習(xí)過(guò)程中，常出現(xiàn)以下疑問(wèn)，如速度以及加速度之間存在怎樣的聯(lián)系，以及怎樣進(jìn)行區(qū)分等問(wèn)題。下面筆者將通過(guò)自身物理學(xué)習(xí)過(guò)程中所掌握的速度以及加速度的相關(guān)知識(shí)，對(duì)速度與加速度的聯(lián)系和區(qū)別進(jìn)行理解闡述：

首先，讓我們對(duì)二者的概念做進(jìn)一步深入。二者都是某個(gè)物理量對(duì)時(shí)間的“變化率”，那我們就要首先了解所對(duì)應(yīng)的變化量。速度對(duì)應(yīng)的是單位時(shí)間內(nèi)位移的變化量，而加速度對(duì)應(yīng)的是單位時(shí)間內(nèi)速度的變化量。由于位移是矢量，所以位移的變化量也是矢量，即：（遵循矢量加減法則）。那么位移的變化率很顯然也是矢量，所以速度是矢量。同理，加速度也是矢量，二者都具有方向性。

我們還知道，速度和加速度都是狀態(tài)量，物體在每一時(shí)刻都具有速度和加速度，那么如何表示物體在某一刻的速度或加速度呢？不難想到，當(dāng)時(shí)間很短時(shí)，位移將變得非常小，那么可以用這段小位移的平均速度近似替代瞬時(shí)速度。同理，瞬時(shí)加速度也可以用類似的方法處理。即：

對(duì)于v=Δx/Δt當(dāng)Δt→0時(shí)，v就是瞬時(shí)速度。

對(duì)于a=Δv/Δt當(dāng)Δt→0時(shí)，a就是瞬時(shí)加速度。

對(duì)于二者，我們可以利用導(dǎo)數(shù)的概念加深理解：速度可以看做位移關(guān)于時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù);加速度則是速度關(guān)于時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)。即：

我們不難得到加速度是位移關(guān)于時(shí)間的二階導(dǎo)數(shù)：a=x"（t）

所以，如果我們能夠得到物體關(guān)于時(shí)間的軌跡方程，那么就可以很容易的求出物體在任意時(shí)刻的速度與加速度。

雖然二者都是變化率，但還是存在較大的區(qū)別，速度是不能夠突變的，而加速度可以突變。由牛頓第二定律我們知道，力是決定物體加速度的因素，加速度由物體的受力狀況決定。而物體的受力狀況顯然可以發(fā)生突變。而速度的變化是由于物體存在加速度，是加速度對(duì)時(shí)間的累積效果。而且速度與加速度大小是無(wú)關(guān)的，速度大的物體可以加速度小，速度小的物體可以加速度大。當(dāng)速度與加速度同向時(shí)，物體做加速運(yùn)動(dòng)，反之則做減速運(yùn)動(dòng)。

在利用公式進(jìn)行計(jì)算時(shí)要注意以下三點(diǎn)：（1）速度與加速度都是矢量，計(jì)算的結(jié)果符號(hào)表示方向，與大小之間不具備任何的關(guān)系;（2）所選擇的參考系不一樣，速度與加速度也不同。多數(shù)情況下，在討論問(wèn)題時(shí)會(huì)選擇地面參考系;（3）二者沒(méi)有大小關(guān)系，不要依據(jù)所謂的常識(shí)亂做判斷。

這里引申一下速率與加速度的區(qū)別聯(lián)系，便于對(duì)速度與加速度的理解更加透徹：速率作為一個(gè)標(biāo)量，可以對(duì)某一物體運(yùn)動(dòng)的快慢進(jìn)行描述，但是不能反映物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的方向。速率是路程與時(shí)間的比值v=Δs/Δt，不具有方向性。只有當(dāng)物體進(jìn)行一維同向運(yùn)動(dòng)時(shí)，路程才會(huì)在數(shù)值上等于位移。理解速率，也可以幫助我們更好的理解速度加速度之間的關(guān)系。

三、結(jié)語(yǔ)

加速度與速度是高中物理中最基礎(chǔ)的兩個(gè)概念，研究二者的區(qū)別與聯(lián)系，能夠幫助我們更好理解二者，并且對(duì)物理學(xué)的研究方法有更深的理解。

文章從微分的角度對(duì)速度以及加速度進(jìn)行了闡述，認(rèn)為二者的聯(lián)系在于二者都是“變化率”。速度是位移的變化率，加速度可以理解為速度的變化率，且二者均具有方向性。此外，文章還對(duì)二者進(jìn)行了區(qū)分：速度不能突變，加速度可以突變，是因?yàn)槎叩臎Q定因素不同。最后提出了在實(shí)際計(jì)算中幾個(gè)常見(jiàn)的誤區(qū)。

速度與加速度是我們最熟悉的變化率問(wèn)題。在接下來(lái)的物理學(xué)習(xí)中，我們還會(huì)了解到更多的變化率問(wèn)題，學(xué)會(huì)對(duì)變化率問(wèn)題的處理方式，對(duì)日后的學(xué)習(xí)非常有用。

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