直線運動 Chang-Ju, Lee.

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1 直線運動 Chang-Ju, Lee

2 單擺 定義：取一細線上端固定，下端綁住一小重物，就是一種單擺。 擺錘：懸掛於擺線末端的重物。 擺長：擺線的長度。
擺角：擺錘最高點至最低點的夾角。

3 （1）擺動一次： A  O  B  O  A （2）週期：(T) 擺動一次所需的時間 單位：秒/次 或 秒 （3）頻率：(frequency, f) 每秒振動的次數 單位：次/秒 或 1/秒 或 赫茲 或 Hz

4 時間 單擺：16世紀，伽立略發現擺錘能在同平面往返運動
結果發現單擺的長度改變，擺動的週期就不一樣；但是擺錘的重量、擺幅的大小和擺動的週期無關  單擺來回一次的時間是 不變  擺的等時性

5 頻率 f 與週期 T：  互為倒數關係 T ×f ＝1 甲、乙單擺的擺動次數與時間如圖 1.甲單擺的週期 秒，頻率 Hz。 2.乙單擺的週期 秒，頻率 Hz。

6 單擺的週期 改變擺長（100cm、25cm），對週期之影響 改變擺錘質量（20g、40g），對週期之影響
單擺擺動一次的時間不變 當擺動次數愈多，擺動 時間也成正比例的增加

7 改變擺長 ◎ 由上表發現：  單擺擺長愈長，週期愈大（擺的愈慢，時間愈長） 擺錘：20g，擺長100cm 次數 擺10次 的時間
週期（s） 1 20.0 2.00 2 20.2 2.02 3 20.1 2.01 擺錘：20g，擺長25cm 次數 擺10次 的時間 週期（s） 1 10.0 1.00 2 10.1 1.01 3 ◎ 由上表發現：  單擺擺長愈長，週期愈大（擺的愈慢，時間愈長）

8 改變擺錘質量 ◎ 由上表發現：  單擺擺錘質量，不影響單擺的週期 擺錘：20g，擺長100cm 次數 擺10次 的時間 週期（s） 1
20.0 2.00 2 20.2 2.02 3 20.1 2.01 擺錘：40g，擺長100cm 次數 擺10次 的時間 週期（s） 1 20.0 2.00 2 20.2 2.02 3 20.1 2.01 ◎ 由上表發現：  單擺擺錘質量，不影響單擺的週期

9 單擺的等時性 同一地點，擺長固定時，單擺的週期是定值 （通常限定擺角在10度以下） 即週期僅與擺長有關，與擺角及擺錘質量無關
同一地點，擺長固定時，單擺的週期是定值 （通常限定擺角在10度以下） 即週期僅與擺長有關，與擺角及擺錘質量無關  擺長愈短，週期愈小（擺的愈快）  週期與擺長的平方根成正比（補充）

10 時間 時間的基本單位：秒  將平均太陽日分成86400分之一，稱為一秒
時間的基本單位：秒  將平均太陽日分成86400分之一，稱為一秒 1.太陽日：太陽在天空中的高度角，連續兩次出 現最大值所經歷的時間 2.平均太陽日：一年各太陽日的平均值 即為我們所謂的「一天」，再分時、分、秒 時間的單位 秒  s 或 sec 分鐘  min 小時  h 或 hr. 年：當地球繞行太陽公轉一週的時間，稱為一年。

11 時間的測量 在科學上，凡是具有規期性或週率性變化的物體，都可用來作為測量時間。 現象：日出日落、潮汐漲落、月之盈虧、四季循環…

12 練習題 一物體每分鐘震動600次，則其震動的頻率為何？（93年基測考題）
擺長為160公分的擺，其擺錘質量為200公克，擺動角度為5o，來回擺動6次需時15秒，則下列敘述何者正確？　(A)擺動週期為2.5秒　(B)擺動頻率為0.8赫　(C)欲使擺動變快，需減輕擺錘質量　(D)欲使擺動變快，需減小擺動角度。

13 位置和位移 位置（X）  位置描述原則：  先選參考點（基準點，任選）  此物相對於參考點的方向與距離 （相對位置）
位置座標 1.直線座標：用於直線位置  數線 P（X）  原點：參考點  右方為正，左方為負（習慣上）

14 直角座標：用於平面位置  P（X，Y）  X、Y座標軸可任取  原點：參考點
A C B

15 位置和位移 位移 ：物體運動時，由終點至起點的直線距離，稱為位移。 位移一定是直線，且有方向性，其方向為起點至終點的方向。 意義：
位移 ：物體運動時，由終點至起點的直線距離，稱為位移。 位移一定是直線，且有方向性，其方向為起點至終點的方向。 意義： 當Δx >0時，代表物體向正方向移動。 當Δx <0時，代表物體向負方向移動。 當Δx =0時，代表物體回到原點。

16 甲從CA，路程＝ cm；位移＝ cm。 乙從BO，路程＝ cm；位移＝ cm。 丙從OBC，路程＝ cm；位移＝ cm。 丁從BOB，路程＝ cm；位移＝ cm。 戊從CAO，路程＝ cm；位移＝ cm。 跑操場一圈，路程＝ cm；位移＝ cm。

17 路程 物體運動時所走的路線長，稱為路徑。 路徑可能是直線，也可能是曲線，必須視物體實際運動的情形而定。且由於路徑沒有方向性，所以其值恆為正值。

18 練習題 參考附圖，試回答下列問題： a.一隻蝸牛從O點爬到B點的位移是多少公分？ b.若蝸牛從B點爬回A點，則其位移為多少公分？
c.承(a)(b)兩題，此蝸牛從O點爬至B點後，又爬到A點時，位移及總路程為何？

19 平均速率 運動的快慢：單位時間內距離的變化  將距離與時間相比  定義此比值＝速率 距離的二個定義
運動的快慢：單位時間內距離的變化  將距離與時間相比  定義此比值＝速率 距離的二個定義 1.路程：運動路徑的總長度（必為正值） 位移：起點到終點的直線長度 （後座標－前座標）

20 瞬時速率與等速率運動 瞬時速率： 在極短的時間內，物體運動的平均速率，稱為物體在該時刻的瞬時速率。 等速率運動：
如果物體在運動過程中，任一個時刻期運動速率都相同時，稱為等速率運動。

21 平均速率 速率：有大小、無方向性  V0 速度（率）常用單位
實例：李老師開車由第二高速公路的基隆開往林邊，全程429.2km，共花5個小時，試問李老師開車的平均速率為何？

22 平均速度 速度：有大小、有方向性  V0 或V＜0 速度（率）常用單位

23 練習題 甲從C→A費時4秒，平均速率＝ cm/s；平均速度＝ cm/s。 乙從B→O費時4秒，平均速率＝ cm/s；平均速度＝ cm/s。
丙從O→B→C費時4秒，平均速率＝ cm/s；平均速度＝ cm/s。 丁從B→O→B費時4秒，平均速率＝ cm/s；平均速度＝ cm/s。 戊從C→A→O費時4秒，平均速率＝ cm/s；平均速度＝ cm/s。

24 瞬時速度與等速率度運動 瞬時速度 在極短的時間內，物體運動的平均速度，稱為物體在該時刻的瞬時速度。 等速度運動
如果物體在運動過程中，任一個時刻期運動速度都相同時，稱為等速度運動。

25 練習題 下圖為龜、兔賽跑的位置與時間的關係圖，請依照關係圖回答下列問題： 兔子曾經在何處休息？休息時間多久？ 兔子與烏龜在比賽中共相遇幾次？
誰最先到達終點？早幾分鐘？領先多少公尺？ 烏龜及兔子各做何種運動？其平均速率為何？其平均速度為何？

26 右圖為李老師運動時位置與時間的關係圖，並試著回答下列問題：
請問李老師有在發呆嗎？發呆的時間是多久？ 請問從4~10秒時，平均速度為何？平均速率為何？ 從10~14秒時，平均速度為何？平均速率為何？ 從0~14秒時，李老師的平均速度為何？平均速率為何？

27 小明及小華在比賽跑步，其關係圖如右，(1)請問兩個人的起跑點是否相同？(2)請問兩著何時相會，在哪相會？(3)請問哪一個人的速度比較快？

28 x-t圖分析 0~3秒、3~5秒 斜率＝0； 速度＝0，靜止 上升曲線： 斜率＞0，表示往前運動，速度＞0。
斜率不固定且漸大，表示逐漸加速運動。

29 x-t圖分析 上升直線： 斜率＞0，表示往前運動，速度＞0。 斜率固定，表示等速度運動。 下降直線： 斜率＜0，表示往後運動，速度＜0。

30 x-t圖分析 上升曲線： 斜率＞0，表示往前運動，速度＞0。 斜率不固定且漸小，表示逐漸減速運動。 斜率越大，速度越快。

31 x-t圖分析 甲、乙、丙皆上升線，故甲、乙、丙皆往前運動。 甲越走越快，乙維持等速度，丙越走越慢。

32 x-t圖與v-t圖之意義與轉換 甲距離原點10m處靜止 乙在原點處靜止 丙在具原點- 10m處靜止 甲、乙、丙均靜止，因此v=0

33 x-t圖與v-t圖之意義與轉換 甲為等速度運動 乙為等速度運動 V甲> V乙 甲、乙、丙均為等速度運動，且V甲> V乙

34 x-t圖與v-t圖之意義與轉換

35 x-t圖與v-t圖之意義與轉換

36 練習題 趙老師在操場跑步，其v-t圖如右請試著回答下列問題：0~4秒、4~8秒、8~14秒及0~14秒此四個時段，趙老師分別跑了多少距離？

37 加速度運動 定義：凡物體的速度隨著時間而改變的運動，均稱為加速度運動。
舉例：如軍人在跑五千公尺障礙，速度時快時慢即是屬於加速度運動。或是火車進站要減速也是一種加速度運動。

38 平均加速度 定義：凡物體的在單位時間內的速度變化量稱為平均加速度。 數學式：
特性：由於速度是具有方向性的，因此加速度也是有方向性的，其方向代表速度變化的方向。

39 瞬時加速度 定義：凡物體的在極短時間內的速度變化量，或是極短時間內的平均加速度，稱為瞬時加速度。
性質：瞬時加速度較能夠描述出物體在某一時刻速度的變化情形。

40 等加速度運動 定義：物體在運動過程中，加速度的大小及方向均維持不變，稱為等加速度運動。
性質：在等加速度運動中，由於加速度保持不變，因此瞬間加速度＝平均加速度。

41 等加速度公式

42 等加速度公式

43 練習題 有一輛汽車在直線道路上行駛，自靜止開始加速，若加速度保持在2公尺/秒2，則經5秒後，其速度增為何？又在5秒內，其位移的大小為何？

44 練習題 一輛汽車自靜止啟動，做等加速度運動，在10秒內速度加速至30公尺/秒，試求在這段時間內汽車的平均加速度為何？又位移的大小為何？

45 等加速度運動各種關係圖之分析 初速度為0，加速度與速度方向相同。 位移隨著時間增加而增加 速度隨著時間增加而增加 加速度為正定值

46 等加速度運動各種關係圖之分析 初速度不為0，加速度與速度方向相同。 位移隨著時間增加而增加 速度隨著時間增加而增加 加速度為正定值

47 等加速度運動各種關係圖之分析 初速度不為0，加速度與速度方向相反。 位移隨著時間增加而減少 速度隨著時間增加而減慢 加速度為負定值

48 等加速度運動各種關係圖之分析 甲//乙，表示兩者加速度相同，但初速度不同。 甲、乙兩者初速度相同，但加速度不相同。 a甲> a乙
甲正在減速。 乙正在加速。

49 練習題 右圖為一部電梯自地面一樓上升之v-t圖試求：(1)0~4秒的平均加速度為何？電梯的運動方式為何？(2)4~8秒的平均加速度為何？電梯的運動方式為何？(3)8~10秒的平均加速度為何？電梯的運動方式為何？(4)0~10秒的位移為何？ (5)0~10的平均速率為何？平均速度為何？(6)電梯在0~10秒期間是否做等加速度運動？(7)電梯在0~4秒、4~8秒、8~10秒的期間，其運動方向是上生、靜止或下降？

50 伽立略實驗 傳統觀念：一般人的直覺認為當有若干個不同重量的重物，從同一高度落下時，當物體越重時，落下的速度越快，因此重物也是最早落地。
伽立略實驗：在比薩斜塔上同時落下三個重量輕重不等的鐵球，結果三個鐵球幾乎同時落下。

51 波以耳實驗

52 自由落體運動 定義：當物體只受地球引力作用，不計阻力的影響，從空中靜止開始落下時所做的運動，稱為自由落體運動。
地球引力(gravitation)：物體所受的地球引力又稱為重力，所產生的加速度稱為重力加速度，以g表示之。 重力加速度(g)：自由落體為一種等加速度運動，因此其重力加速度值為9.8m/s2或980cm/s2。

53 性質 在同一地點，所受到之重力加速度相同，而與物體大小、輕重、種類無關，且重力加速度方向恆向下。
自由落體是在空氣中靜止落下的等加速度運動，因此也適用等加速度運動公式；其初速為0，公式可改寫為：

54 公式變形 V1＝0 a = g