第 2 章 第 2 节 运动的快慢

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运动的快慢

图 2–2–1 中上海轨道交通 5 号线列车正在轨道上运行。从华宁路站到文井路站约 1.4 km,列车的行驶时间为 3 min;从文井路站到闵行开发区站约 1.1 km,行驶时间为 2 min。列车在哪两站间行驶得更快?

如何比较运动的快慢?

如图 2–2–2(a)所示,某学校举行的一场 25 m 游泳比赛中,观众觉得领先的运动员乙游得快。这是因为比赛开始时,三位运动员同时出发,他们运动时间相等,运动员乙通过的路径长度最大,游得最快。

如图 2–2–2(b)所示,裁判认定运动员甲游得最快。这是因为三位运动员都游到终点,他

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们通过的路径长度相等,运动员甲用时最短,游得最快。

图 2–2–2  谁游得快

运动物体通过的路径长度叫做路程。比较物体运动的快慢需要同时考虑物体通过的路程和时间。如果物体运动的时间相同,路程越长,运动得越快;如果路程相等,运动时间越短,运动得越快。

图 2–2–1 中列车通过两段路程的长短和所用的时间都不同,可以分别将列车的路程除以所用的时间,即计算列车单位时间内通过的路程来比较运动快慢。

我们把物体通过的路程与所用时间之比叫做速度(velocity),用符号 v 表示。像这样,用两个物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法叫做比值定义法。

v 表示速度,s 表示物体通过的路程,t 表示通过这段路程所用的时间,那么速度

\[v = \frac{s}{t}\]

速度的单位是由路程和时间的单位组合而成的。在国际单位制中,路程的单位是米,时间的单位是秒,因此速度的单位是米/秒,读作“米每秒”,符号是 m/s 或 m·s−1。1 m/s 表示物体在 1 s 内通过的路程为 1 m。

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示例·上海轨道交通 5 号线列车从莘庄站始发,沿途经过多个车站到达闵行开发区站,全长 17.2 km,行驶约 26 min。求 5 号线列车的速度。

解:已知列车通过的路程 s = 17.2 km,运动时间 t = 26 min ≈ 0.43 h。

列车运动的速度 v = \(\dfrac{s}{t}\) = \(\frac{{17.2\;{\rm{km}}}}{{0.43\;{\rm{h}}}}\) = 40 km/h。

 
图 2–2–3  汽车速度表

图 2–2–3 为某辆汽车仪表盘上的速度表,该车在 1 s 内通过的路程为多少米?

图 2–2–4 为一些常见物体速度的近似值。

图 2–2–4  一些常见物体速度的近似值

什么是匀速直线运动?

如果做直线运动的物体速度不变,这样的运

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动称为匀速直线运动(uniform rectilinear motion)。做匀速直线运动的物体在相等时间内通过的路程都相等。

 
图 2–2–5  俯视的物块

尝试用手拉着细线,带动图 2–2–5 中的物块沿直线做匀速直线运动。俯视物块,每隔相同时间记录物块的位置,如图 2–2–6 所示。

图 2–2–6  物块运动

在上述活动中,相对于笔直的参考线,我们可以看到物块开始运动时的运动轨迹会偏离直线,在相等时间内通过的路程长短不一。但从位置E到位置I,物块上标记点的运动轨迹接近直线,且间距近似相等,这段运动最接近匀速直线运动。

如果改用电动机牵引图 2–2–5 中的物块沿平直导轨运动,可以使物块的运动更接近匀速直线运动。动车组列车在平直轨道上平稳地行驶,乘客随自动扶梯缓慢上行,都可以近似看成匀速直线运动。

自然界中很难找到严格地做匀速直线运动的物体。匀速直线运动是一种理想化的物理模型,是从实际运动抽象出来的。建立物理模型是一种重要的物理学思想方法。

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1.做匀速直线运动的物体在相等_______内通过_______的相等,其运动轨迹是_______。

2.图 2–2–7 所示的情境中最接近匀速直线运动的物体是(    )。

A.运行中的旋转
木马
B.触地后向上
弹起的篮球
C.在水平路面上
转弯的汽车
D. 运行中的水
平代步扶梯
图 2–2–7

3.在某场自由泳比赛后,解说员说选手 A 的成绩打破了选手 B 保持的世界纪录。用比较运动快慢的方法说明谁游得快。

4.小明经常慢跑,他慢跑的速度为 4.0 m/s。小明从家出发,慢跑 4.3 km 到达图书馆,他跑了多长时间?

主题学习:身边的机械运动 1

以小组为单位,选择常见的运动物体,如蜗牛、自行车等,拍摄一段直线运动的视频。

(1)你所在的小组选择什么物体作为研究对象?

(2)用点代替物体描出其运动轨迹,选出其中最接近匀速直线运动的一段标为 AB


发布时间:2025/12/24 下午9:32:35  阅读次数:173

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