13运动快慢的描述——速度

在第一节课我们就讲过本章主要学习运动的描述，在前面两节课中我们已经学习了一些描述物体运动的物理量，这节课同样地还是来学习一个描述物体运动的物理量，在我们周围，到处可以看到物体的运动，爬行的蜗牛，高速行驶的列车，奔跑在马路上的小汽车，在蓝空中翱翔的飞机，我们可以发现，不同的运动，他位置变化的快慢往往不相同，也就是说物体运动的快慢不相同，看图上蜗牛和飞机的他们的运动快慢差异就非常明显。我们看一下这边正在进行的一百米跨栏比赛，大家思考一下，假如你是裁判，你如何判断运动员运动的快慢（根据秒表所按下的时间长短来看），所以裁判是判断运动员通过相同的位移来所需的运动时间长短来比较运动员运动的快慢的。再设想一下，假如你是在场观众的话，你是怎么判断运动员运动的快慢的呢？（看谁先跑到终点），所以观众是通过比较相同的时间，谁运动的位移最大，来比较运动员的快慢的。这就是我们比较运动快慢的两种方法：第一种相同的位移，比较时间的长短，时间越短，说明运动得越快，时间越长，则说明运动得越快；第二种方法就是相同的时间，比较位移的大小，位移越大，则说明运动得越快，位移越小则说明运动得越慢。那么问题就来了，假如时间和位移都不相同，这时候我们该如何去判断物体运动的快慢呢？所以我们必须找出一个统一的标准，物理学上用位移与发生这个位移所用时间的比值表示物体运动的快慢，这就是速度，也就是我们今天所要学习的新的一个描述物体运动的物理量，通常用字母v来表示，用公式表达的话就是，这边的表示的是位移，表示发生这段位移所需要的时间，这里我们用两个物理量的比值定义了一个新的物理量，这个物理量的意义与原来两个物理量完全不同，我们把这种定义法称之为比值定义法，我们初中所学习的密度，压强等等都是利用比值定义法定义的。速度的国际单位是米每秒，其他的单位有千米每小时，其次要知道速度是一个矢量，从他的定义式上可以看出，矢量比上一个标量，其实就相当于矢量比上一个数字，仍旧是一个矢量，所以速度是一个矢量，它的大小就是单位时间内位移的大小，他的方向与物体运动方向相反。因此我们在比较两个速度是否相同时，既要比较其大小是否相等，也要比较其方向是否相同。接下来看一个题目（注意方向）这与我们初中阶段所学习的速度有什么区别？初中阶段我们是用路程比上时间来表示速度，我们已经知道路程和位移是不一样的，那初中和高中阶段的速度定义不是矛盾了吗？（初中只研究匀速直线运动，不注重运动方向，所以在初中看来，位移的大小就是路程），第二个问题：速度的正负表示什么，正的速度一定大于负的速度吗？（正负表示方向，并不表示大小）速度大的物体位移一定大吗？（还和时间有关）速度的大小与位移成正比，与时间成反比？这个式子只是一个定义式，并不是决定式，我们不能说位移大了，物体的速度就大了，速度是有物体本身的运动机理决定的。 从北京到香港的京九铁路全长2400km，特快列车从北京到香港只需要30h，可以算得列车的速度是80千米每小时，但是一般来说，物体在某一时间间隔内，运动的快慢不一定是时时相等的，所以我们上面算出的速度只能表示在这个时间间隔内的平均快慢程度，我们把它称为平均速度，我们来看一下平均速度的习题。那假如我要知道物体在某个时刻的速度呢？我们从平均速度并不能看出来，所以平均速度只能粗略地描述物体运动的快慢，为了描述更加精确些，我们可以把t取得小一些，物体在从t到t+t这样一个较小的时间间隔内，运动快慢的差异也就小一些，t越小，运动的描述也就越精确，因此当t非常非常小的时候，我们把 称做物体在时刻t的瞬时速度，它对应的是某一位置和某一时刻的速度。匀速直线运动是瞬时速度保持不变的运动，在匀速直线运动中，平均速度与瞬时速度相等，做个题，“速度”一词有时指平均速度，有时候指瞬时速度，要根据上下文判断。做个题。瞬时速度的大小也叫作瞬时速率或者是速率，比如汽车速度计不能显示汽车运动的方向，他的读数实际上就是汽车的速率，平均速度是否也就平均速率呢？