有些学生对加速度和匀变速直线运动的定义提出了自己的想法:既然速度的变化快慢可以用单位时间内速度的变化来描述,是否可以用发生单位位移的速度变化来描述速度变化快慢?这个描述是否也叫加速度?以这个恒定的加速度运动时,是否可以叫匀变速直线运动?物体在运动过程中受力有什么特点?这些问题引起笔者深入的思考。
历史上确实有一些科学家曾把加速度定义为,其中v0,v分别表示某段位移x内的初速度和末速度,这种加速度现在叫“另类加速度”。它表示物体发生单位位移的速度变化,A>0表示物体加速,A<0表示减速,当物体以“另类加速度”A恒定不变作直线运动时,称之为匀变速直线运动,现在叫“另类匀变速直线运动”。这种“另类匀变速直线运动”的模型,在现行的高中物理教材中已无迹可寻,但在高三各种物理复习资料中却频现身影。
从“另类加速度”定义来看,“另类匀变速直线运动”的模型实质是速度的变化与其发生的位移成正比,满足这样关系的物理模型是一些变力作用下的物体运动中,变力有什么变化规律呢?请看下面一例:
v0 L
今有一“[”形导体框架,宽度为L,垂直于框架平面有一匀强磁场,其磁感应强度为B,一导体棒沿框架以初速v0向右运动,导体棒质量为m,电阻为R,其余电阻不计(如图所示)。若以此处为位移起点,从x=0开始计时,且x=0时导体棒恰和框架左边重合,试求位移为x时导体棒的“另类加速度”?解:对于导体棒,在运动过程中仅受安培力作用,设某一点速度为v,则
① ② ③
①②③得 ④
⑤
由④⑤得
由得
另类匀变速加速度:⑥
从⑥式可以看出,速度的变化量与发生的位移成正比,导体棒运动的另类加速度恒定,导体棒切割磁感线运动是一个“另类匀变速直线运动”的模型。
回顾本题推导过程,我们可以总结出“另类匀变速直线运动”受力特点:当物体所受的合外力与其速度成正比时,就可以推导出它的另类加速度是个恒定的量,这样的运动就是“另类匀变速直线运动”。