小數蛙在和狐狸貓們聊天時, 提到他和狐狸貓暑假時一起參加了賽車手職業體驗營, 那時候在教練的指導下, 他們開著電動車, 享受駕駛與競賽的趣味性。 除了練習開車技術、轉彎技巧之外, 最讓小數蛙印象深刻的是他們開著車, 在一條筆直的賽道上, 展開激烈的追逐競賽。 小數蛙記得, 那天他和狐狸貓剛好分在同一組的比賽, 當開始倒數結束時, 他們同時踩下油門, 以最快的速度往前奔馳; 而在競速過程中, 狐狸貓一直開在小數蛙的前方, 保持領先的位置, 直到他們抵達終點。 最後, 比賽結束的時候, 教練還發給他們每人一張成果表, 上面記錄他們在賽道上的運動狀態。 於是, 小數蛙拿出來和狐狸貓分享, 小數蛙看著上面的表格, 聯想到這似乎能用他們學過的位置對時間關係圖, 也就是x-t圖, 來畫出賽車的運動軌跡。 同學們, 你是否能幫助小數蛙和狐狸貓, 運用他們拿到的賽車運動狀態資料表, 找出x-t圖? 在畫x-t圖的過程中, 小數蛙發現他和狐狸貓的運動位置, 在每一段相同的時間間隔內, 往前移動的距離都是相同的, 並且畫出來的x-t圖是斜直線。 畫完圖的小數蛙立刻將他的成果展示給狐狸貓。 狐狸貓說當物體在每單位時間內的位移都相同, 表示物體的速度都相同, 運動軌跡呈現一直線, 我們稱為等速度直線運動, 簡稱為等速度運動。 當物體進行等速度運動時, 因為物體會隨著時間的增加, 位移也會增加, 兩者成正比, 因此在x-t圖上會呈現一條斜直線。 而且斜直線傾斜的夾角越大, 就表示單位時間內的位移越大, 也就是速度會越快。 所以從這張x-t圖上, 我們除了知道小數蛙和狐狸貓賽車是直線運動外, 也可以知道狐狸貓的開車速度比小數蛙的還要快。 看完x-t圖後, 小數蛙想知道賽車期間的速度變化, 可以用什麼圖來呈現? 狐狸貓從書本查詢, 找到一張可以呈現速度隨時間變化的關係圖, 能夠用來辨別物體運動的快慢和方向, 這張圖稱為速度對時間關係圖, 或是v-t圖。 小數蛙與狐狸貓先換算出他們每一段時間的平均速度, 觀察到他們在每段時間都是維持穩定的速度。 同學們, 你覺得小數蛙和狐狸貓的v-t圖會長什麼樣子? 請你幫忙小數蛙找到這個答案。 當物體作等速度運動時, 其運動方向和速度維持不變, 根據平均速度的定義, 我們可以算出小數蛙賽車在第一秒與第二秒之間、 第二秒與第三秒之間、 以此類推, 計算出來每一段時間的平均速度都是每秒10公尺, 而狐狸貓賽車以相同方式計算出的平均速度則為每秒15公尺。 因此, 我們畫出來的v-t圖, 會是兩條水平直線。 你答對了嗎? 小數蛙等人討論完等速度運動概念、x-t圖與v-t圖後, 好奇的小數蛙又向狐狸貓提出他的疑惑。 為什麼他們開的賽車會變成等速度運動? 他記得地面和輪胎之間會有摩擦力, 這不是會讓車子慢慢減速嗎? 狐狸貓說小數蛙的問題問得很好。 確實在現實世界的直線運動中, 能維持穩定的等速度運動其實並不常見, 好比小數蛙體育課丟球時, 球在地面上滾動的過程, 即使是沿著直線方向快速丟出到一定速度後, 球速也會因為球與地面的摩擦力而逐漸變慢; 還有,平常爸爸媽媽開車時, 也不太能維持穩定的速度, 因為有紅綠燈、或是其他的路況, 使得汽車的速度無法固定在某個數值。 下午回到家的小數蛙還想著等速度運動的概念。 如果小數蛙練習賽跑時, 以維持穩定的速度跑步, 但是中間停留下來休息了幾秒鐘, 再繼續沿著直線跑道跑步, 那麼整個運動過程算等速度運動嗎? 狐狸貓將大家今天學到的知識,進行整理。 等速度運動是物體在單位時間內的位移量相同, 所以速度大小和方向保持不變, 且任何一個時刻的瞬時速度等於平均速度的直線運動。 等速度運動的x-t圖呈現斜直線, 而v-t圖則呈現水平線。 最後,來和狐貍貓腦力激盪一下吧! 時鐘上的秒針每秒前進一格, 你覺得秒針算是做等速度運動嗎?