浅谈高中物理中的几个“速度”

作者电话：[phone]仙游县榜头二中吴鹏腾……………………密……封……线…………………………………………………浅谈高中物理中的几个“速度”[内容提要]在高中物理学习中，学生对运动学中的一些关于“速度”的物理量不能理解正确，这里将对几个有“速度”字眼的物理量进行一番理顺，让学生能更好的了解它们，以便更好的学习高中物理。[关键字]速度、平均速度、瞬时速度、加速度、线速度、角速度、向心加速度众所周知，力学在高中物理占了很重要的位置，运动学和力学的关系则是不可分割的。在高中物理运动学部分的教学中，关于“速度”的物理量出现了好几个，例如：平均速度、瞬时速度、加速度、线速度、角速度、向心加速度等等，若没能够很好的理解这些“速度”，则是没有学好运动学的根本原因，故我在这里谈谈这几个“速度”。一、平均速度和瞬时速度在初中物理中，也提到过速度。北师大版物理八年级上册第三章《物质的简单运动》第三节《平均速度和瞬时速度》中提到了平均速度和瞬时速度的概念：“平均速度用来描述物体运动的快慢，它表示的是物体在某一段路程内（或某一段时间内）运动的快慢程度。用v表示平均速度，s表示路程，t表示时间则平均速度的公式是/vst”、“运动物体在某一瞬间时的速度叫做瞬时速度。”而在鲁科版的高中物理I的第二章《运动的描述》第三节《速度和加速度》也提到了平均速度和瞬时速度的概念：“运动物体的位移与所用时间的比，叫这段位移（或这段时间）内的平均速度，用v表示平均速度，s表示位移，t表示时间则平均速度的公式是/vst。”、“运动物体在某时刻或某位置的速度，叫做瞬时速度。”单单从字面上看，初中和高中对平均速度和瞬时速度的描述基本相似，似乎都一样。事实上，初中运动学只是学习了一种简单的一维的匀速直线运动，因为是一维，所以就比较简单的用路程和时间的比值表示了运动的平均速度。而高中物理在一开始就引进了矢量的概念，矢量是有方向的量，运动就可能不只在一个维度上运动，也有可能在二维空间中运动。所以高中的平均速度就又有了比初中更深作者电话：[phone]仙游县榜头二中吴鹏腾……………………密……封……线…………………………………………………一层的意思，它指的是位移和时间的比值，是有方向的。同样对于瞬时速度的描述，高中相对于初中的描述也多了一层，瞬时速度已经有了方向了。高一上的物理课本里涉及的运动依然是直线运动，是一维的运动，但是这个时候我们就应该要对它的方向性特别的关注。平均速度是一个矢量，方向是朝着位移变化的方向。瞬时速度在高中则是一个重点。瞬时速度比较抽象，在教学中很多学生并不了解瞬时速度的本质，就是因为瞬时速度是一个理想化的物理量，就如质点一样。因为定义中的某一时刻或某一位置在时间轴和位移轴上只是一个点，这就导致了瞬时速度的理想化。实际上，瞬时速度是一个理想化物理量，它指的是在极短的时间内物体运动的平均速度，由于时间很短或者走过的位移极小，小到想象不到的，用公式表示则是/vst，其中s极小或者t极小。这时候我们为了方便研究，也为了区别平均速度，这时候采用了瞬时速度这个物理量。而鲁科版的关于瞬时速度的光电门实验也恰恰很好的解释了瞬时速度的概念。用下面的一个例子更好的理解它们的关系。例：下列关于平均速度和瞬时速度的说法正确的是：ABDA、平均速度/vst，当t足够小时，该式可表示某时刻的瞬时速度B、匀速直线运动的平均速度等于瞬时速度C、瞬时速度和平均速度都可以精确描述变速运动D、只有瞬时速度可以精确描述变速运动二、加速度认识事物的规律都是从简单到复杂，在初中时，学习最简单的匀速直线运动，到了高中，就必须认识到，物体的运动是非常复杂的，而不是简单的匀速直线运动，所以学习了比较复杂的变速运动。而物体运动速度一旦发生改变，就产生了加速度这个物理量。“要比较物体运动速度变化的快慢程度，就需要比较在相同时间内物体速度变化的大小。物体速度变化跟发生这一变化所用事件的比，叫做物体运动的加速度。”从定义上理解加速度比较抽象，这时候若是理解好了瞬时速度以后再来看待加速度其实明确很多。物体在运动过程中，若是速度维持不变，也就是瞬时速度都没有任何变化，那便是匀速运动，若是瞬时速度发生了改变，不管是如何变化，变大变小，速度的变化一定需要时间，而速度变化与发生这个作者电话：[phone]仙游县榜头二中吴鹏腾……………………密……封……线…………………………………………………变化时间的比值则就是加速度。用公式看来0tvvat，其中0v、tv分别表示两个时刻的瞬时速度，t则表示发生这个速度变化所花的时间。加速度也是矢量，方向则与速度变化的方向一致。加速度这个物理量是高中学生最难接受的一个概念，一直与速度混淆。只有认清平均速度、瞬时速度，就可以更好的理解什么是加速度。下面从一个例题中来让学生理清这些关系。例：关于速度和加速度的关系，下列说法正确的是：BA、速度变化的越多，加速度就越大B、速度变化的越快，加速度就越大C、加速度方向保持不变，速度方向也保持不变D、加速度大小不断变小，速度大小也不断变小三、线速度、角速度、向心加速度随着学习的不断深入，我们已经学会了相对复杂的一维运动，高一下学期我们就学习更加复杂的二维运动，这时候矢量的重要性就更加突出。在曲线运动中，我们也是学习了比较简单有规律性的抛体运动和圆周运动。在圆周运动中，我们采用了线速度和角速度来表示运动的快慢，这是为了更好描述圆周运动而引入的。“做匀速圆周运动的物体通过的弧长s与所用时间t的比值可以描述匀速圆周运动的快慢，这个比值就是匀速圆周运动线速度的大小，/vst。”，“圆周运动线速度的方向总是沿着圆周的切线方向。”从定义上看，圆周运动的线速度和直线运动的速度有不同之处，在于，线速度的大小是路程和时间的比值，而速度则是位移和时间的比值。匀速圆周运动线速度的方向是时刻发生变化的，而直线运动的速度则一直在运动的那条直线上。由于圆周的特殊性，即质点运动的轨迹是个圆周，周而复始，所以又引入了另一个物理量来表示圆周运动快慢，即角速度。“可用半径转过的角度与所用时间t的比值来描述物体转动的快慢，这个比值就是匀速圆周运动的角速度，/t。”这个物理量的方向则只有顺时针和逆时针两个方向。在直线运动中，由于速度的方向和加速度的方向始终在一条直线上，所以，v作者电话：[phone]仙游县榜头二中吴鹏腾……………………密……封……线…………………………………………………物体的速度大小发生变化，而速度的方向则始终在一条直线上。但在曲线运动里面，由于速度的方向和加速度的方向并不在同一直线上，所以，速度的大小发生变化，方向也发生变化。而圆周运动更为特殊，它加速度的方向和速度的方向是垂直的，在运动的过程中，线速度的大小不变，而方向却时刻变化。所以我们总结出速度和加速度之间的关系有以下特点：1、速度方向与加速度方向在同一直线上物体做直线运动，速度大小发生改变，速度方向在这条直线上，是做一维运动。2、速度方向与加速度方向成一定角度，但不是直角，速度大小发生改变，速度方向也发生变化，物体做曲线运动，是做二维平面运动。3、速度方向与加速度方向互相垂直，速度的大小不变，而速度的方向发生改变，也是做曲线运动，若这时，速度和加速度方向始终垂直，则物体做圆周运动。那么我们就知道，在匀速圆周运动中，加速度的作用是改变线速度的方向，它们始终垂直，加速度的方向始终指向圆周运动的圆心，所以我们称之为向心加速度。由于向心加速度的方向是一直改变的，所以圆周运动则是一个变加速曲线运动。22vatt。例：关于匀速圆周运动的下列说法，正确的是BDA、匀速圆周运动是匀速运动B、匀速圆周运动是变速运动C、匀速圆周运动的线速度不变D、匀速圆周运动的角速度不变例：关于向心加速度的说法正确的是AA、向心加速度方向始终与速度方向垂直B、向心加速度方向保持不变C、在匀速圆周运动中向心加速度恒定D、它是描述角速度变化快慢的物理量作者电话：[phone]仙游县榜头二中吴鹏腾……………………密……封……线…………………………………………………当然，关于“速度”的话题远远不止我提到的这些，运动学与力学要结合起来才让我们更好的掌握高中物理，在这里我只是稍微谈谈高一中出现的几个“速度”，希望能够让学生分清楚和加深对运动学只是的掌握。[参考文献]1、北师大物理八年级上册教科书2、山东科学技术出版社普通高中课程标准实验教科书物理1必修3、山东科学技术出版社普通高中课程标准实验教科书物理1必修4、2012新课标高中同步学习导与练物理必修15、2012新课标高中同步学习导与练物理必修26、人教版高中教科书物理必修17、人教版高中教科书物理必修2