“速度是表示物體運動快慢的物理量”的再思考

王群

【摘要】

在教科書及教輔材料中，我們常常會看到“速度是表示物體運動快慢的物理量”，然而，在實際教學過程中，也會有學生對此提出質(zhì)疑并舉出反例，好像有時速度“并不能”表示物體運動的快慢。然而事實真的像一些同學所想的那樣嗎，本文通過對平均速度、瞬時速度、平均速率、瞬時速率幾個物理概念的分析，進一步理解速度的相關概念。

【關鍵詞】

速度 運動快慢 相關概念

在教科書及教輔材料中，我們常常會看到關于速度的表述為“速度是表示物體運動快慢的物理量，它等于位移 跟這段位移所用時間 的比值。用 表示速度，則有 ”?？墒?，在實際的教學過程中，常常會有一些學生提出質(zhì)疑。首先我們來看幾個例子。

例1. 有甲、乙兩個物體均從A運動到B。甲物體沿A、B連線從A運動到B，乙物體經(jīng)過相同的時間，沿如圖1所示的曲線從A運動到B。那么依據(jù)書中所給的關于速度的定義可知，甲、乙兩物體運動的快慢程度是一樣的。然而這卻與實際情況并不相符。

圖1 圖2

那么當兩個物體均做直線運動時，速度可以描述物體運動的快慢嗎？我們再來看一個例子。

例2.如圖2所示，甲、乙兩個物體均分別沿AB、CD兩條直線運動。其中甲物體從A運動到B后停止。在相同的時間內(nèi)，乙物體從C運動到D，而后又返回到E，CE之間的距離與AB間距離相等。依據(jù)部分教輔書中速度的定義，甲、乙兩物體在相同的時間內(nèi)，運動的位移相等，因此可以得出甲、乙兩物體速度相同，即運動快慢程度相同，然而根據(jù)實際情況，甲、乙兩物體的運動快慢程度并不相同。

通過分析同學們提出的以上兩個問題，我們不難發(fā)現(xiàn)，之所以提出這樣的問題，實際上是由于學生對于平均速度、瞬時速度、平均速率、瞬時速率的理解不透造成的。下面我們對于速度的相關概念進一步理解和分析。

如圖3所示，設在 時刻質(zhì)點的位矢為 ， 時刻質(zhì)點的位矢為 ，在 時間內(nèi)，質(zhì)點的位移為 ，我們把比值 定義為質(zhì)點在 至 時間間隔內(nèi)的平均速度，記為 ，它是矢量，方向與位移方向相同，即 = 。

圖3

平均速度能夠提供一段時間內(nèi)位置總變動的方向和平均快慢，卻不能很精細地描述質(zhì)點在這段時間內(nèi)發(fā)生的運動方向和快慢程度的詳細情況。顯然，時間越短，平均速度越能精細地反映運動情況。利用極限的數(shù)學方法，當 趨近于0時，平均速度 的極限值稱為質(zhì)點在該時刻的瞬時速度，即 。

速度是矢量，能夠精確地描述質(zhì)點在軌道上每一點的速度大小和方向，速度的方向沿著軌道在該點處的切線上，并指向質(zhì)點的運動方向，大小為 ， 稱為瞬時速率。即瞬時速率等于瞬時速度的大小。

平均速率是標量，用 表示，若在 時間內(nèi)通過的路程為 ，則比值 稱為這段時間內(nèi)的平均速率，即 。

通過比較以上幾個物理量，可以發(fā)現(xiàn)，教材中所說的“速度是表示物體運動快慢的物理量”，實際上指的是瞬時速度，或者說瞬時速度的大小，即瞬時速率是表示物體運動快慢的物理量。

對于物理概念的準確認識和理解，是學好物理的前提。因此，在教學過程中，教師要注重引導學生把握和理解物理的相關概念，為學生高中階段的物理學習打下良好的基礎。

參考文獻：

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2 漆安慎，杜嬋英.力學.北京：高等教育出版社，2012.31