例4 一球以8 m/s的速度飞来,一足球运动员迎球一脚,将足球以12 m/s的速度反向踢回.已知作用时间为0.2 s,求足球的加速度.
思路解析 速度和加速度都是矢量,必须选定正方向才能对条件和结果作出正确的判断.
答案:取足球原运动的方向为正方向,由公式a=得,a==m/s2=-100 m/s2,式中的"-"号表示足球的加速度方向与原运动方向相反.
知识导学
平均速度是重点,也是难点.平均速度只能粗略地表明物体运动的快慢.也就是说,平均速度只是对运动物体在某一段时间内(或某一段位移内)而言的,对同一运动物体,在不同的过程中,它的平均速度可能是不同的,因此,平均速度必须指明"哪段时间"或"哪段位移".
注意与平均速率的区别,平均速率不是平均速度的大小,平均速率是物体通过的路程与所用时间的比值,只有大小,没有方向,是标量.
瞬时速度的引入:
为了精确地描述做变速直线运动的质点运动的快慢和运动的方向,我们采用无限取微逐渐逼近的方法,即以质点经过某点起在后面取一小段位移,求出质点在该段位移上的平均速度,从该点起所取的位移越小,质点在该段时间内的速度变化就越小,即质点在该段时间内的运动越趋于匀速直线运动.当位移足够小(或时间足够短)时,质点在这段时间内的运动可以认为是匀速的,求得的平均速度就等于质点通过该点时的瞬时速度.对变速直线运动,各点的瞬时速度是变化的.
在匀速直线运动中,各点的瞬时速度都相等,所以任一段时间内的平均速度等于任一时刻的瞬时速度.因此,匀速直线运动应是速度不变的运动.
无限取微逐渐逼近,是微积分思想在高中数学中初步定性运用.
关于加速度定义式a=的说明:
(1)式中v0表示物体开始时刻的速度(初速度),vt表示经过一段时间t末了时刻的速度(末速度),vt-v0表示速度的改变.
(2)Δv=vt-v0,叫做速度的改变量,由于速度是矢量,求其变化量时要特别注意其方向性.
(3)若仍规定初速度的方向为正方向,加速度中的"-"号表示速度改变量的方向与规定的正方向相反.
加速直线运动:加速度的方向和初速度的方向相同,为正值;减速直线运动:加速度的方向和初速度的方向相反,为负值.
在直线运动中,我们一般规定初速度的方向为正方向,若加速度的方向与初速度的方向一致,则为正值;否则,为负值.但这里的"+"号和"-"号没有大小意义,只具有方向意义.
疑难导析
为了描述质点在某段时间内(或某段位移上)运动的快慢和方向,常把该段时间内(或该段位移上)的变速直线运动等效为匀速直线运动,这样质点的位移s与相应时间t的比值就是质点在这段时间内(或这段位移上)的平均速度.它粗略地描述质点的运动快慢.对变速直线运动,在不同时间内的平均速度一般不同.
若物体某段时间内平均速度所对应的时间(或位移)越小,则这段时间(或位移)对