x-t图像
一、图像是什么?
直线运动中,每个时刻物体在坐标系中都有对应的一个位置,这个位置可以用一个正数或负数坐标来表示。
我们将这个位置坐标和对应的时间一一记录下来,就成了物体的位置时间图像。
只有直线运动的位置坐标用一个数字就可以表示,例如表示物体在坐标系中这个位置上。
二维以上的运动确定位置需要更多的坐标,因此图像只能描述直线运动。
二、x-t图像如何读?
在图像中,我们关心的信息有物体运动的位置、位移、和速度。
1、读取位置
图像中,纵轴就是物体运动的坐标系,直接读出点的纵坐标就是位置。
将图像的位置坐标投射到纵轴上,根据每个时刻的物体位置,我们可以直接读出物体运动的情况。
在同一个x-t图像中,两条线的交点意味着两个运动物体同一时刻处于同一位置,我们把这种现象叫相遇。
2、读取位移
位移,在图像中,只需要找到和时刻对应的位置坐标和,两者相减即可。
读位移时注意,和分别对应初末时刻和,要找准时间和位置上的先后顺序,然后确定位移方向。
位移大小在图像上是两点纵坐标之间的线段长。
3、读取平均速度
我们先补充一下数学中斜率的概念。
三个斜面,同样往前走20m,分别上升10m、15m、20m,哪个更陡呢?
明显上升20m的斜面更陡。
为了衡量平面直角系里一条直线的倾斜程度,我们可以借鉴这种比较方法。
用上升的高度比上水平所走,看往前移动单位长度,相应会上升多少高度。
这个比值叫做斜率,常用字母表示,越大,就说明直线越倾斜。
倾斜直线与水平方向的夹角叫做倾斜角,例如上图中的。倾斜角越大,直线越倾斜。
倾斜角和斜率都可以表示直线的倾斜程度。
从图中我们可以看出,我们前面所求的比值实际上正是倾斜角的正切值。
在平面直角坐标系中,只要知道直线上任意两点(,)和()就可以求出其斜率。
,其中,。
斜率有正负之分,就像山有上坡和下坡之分。沿x轴正方向,向上走为正,向下走为负。
计算时要注意,不能直接用长度去比,还要看倾斜方向添加正负号。
斜率为正
斜率为负
对于曲线,我们将曲线上不同两点之间连线叫作割线。割线斜率的求法和直线一样。
然后我们再来看,图像中平均速度如何读取:
在图像中,无论是不是匀速直线运动,时间的平均速度都是、时刻对应两点连线的斜率。
斜率的值越大,表示物体的运动速度越快。
斜率为正表示速度方向为正,物体沿坐标系正方向运动:
斜率为负表示物体速度方向为负,物体沿坐标系负方向运动:
4、读取瞬时速度
匀速直线运动每个时刻的瞬时速度都等于平均速度,图像中可以用直线的斜率直接去表示。
非匀速直线运动则需要另辟蹊径。
实际应用中切线的斜率可以借助切点和切线与坐标轴的交点来求取。
除此之外,在数学里有专门求切线斜率的工具——导数,有兴趣的同学可以自己去了解。
多数时候我们不用求出切线的斜率,只需要比较切线的斜率大小,从而判断一个物体的速度变化即可。
斜率变大,速度逐渐变大
斜率变小,速度逐渐变小