淺談高中物理中的幾個速度

1、淺談高中物理中的幾個“速度”內(nèi)容提要在高中物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生對運動學(xué)中的一些關(guān)于“速度”的物理量不能理解正確，這里將對幾個有“速度”字眼的物理量進行一番理順，讓學(xué)生能更好的了解它們，以便更好的學(xué)習(xí)高中物理。關(guān)鍵字速度、平均速度、瞬時速度、加速度、線速度、角速度、向心加速度眾所周知，力學(xué)在高中物理占了很重要的位置，運動學(xué)和力學(xué)的關(guān)系則是不可分割的。在高中物理運動學(xué)部分的教學(xué)中，關(guān)于“速度”的物理量出現(xiàn)了好幾個，例如：平均速度、瞬時速度、加速度、線速度、角速度、向心加速度等等，若沒能夠很好的理解這些“速度”，則是沒有學(xué)好運動學(xué)的根本原因，故我在這里談?wù)勥@幾個“速度”。一、平均速度和瞬時速度在初中物理

2、中，也提到過速度。北師大版物理八年級上冊第三章物質(zhì)的簡單運動第三節(jié)平均速度和瞬時速度中提到了平均速度和瞬時速度的概念：“平均速度用來描述物體運動的快慢，它表示的是物體在某一段路程內(nèi)（或某一段時間內(nèi)）運動的快慢程度。用表示平均速度，表示路程，表示時間則平均速度的公式是”、“運動物體在某一瞬間時的速度叫做瞬時速度?！倍隰斂瓢娴母咧形锢鞩的第二章運動的描述第三節(jié)速度和加速度也提到了平均速度和瞬時速度的概念：“運動物體的位移與所用時間的比，叫這段位移（或這段時間）內(nèi)的平均速度，用表示平均速度，表示位移，表示時間則平均速度的公式是?！薄ⅰ斑\動物體在某時刻或某位置的速度，叫做瞬時速度。”單單從字面上看，

3、初中和高中對平均速度和瞬時速度的描述基本相似，似乎都一樣。事實上，初中運動學(xué)只是學(xué)習(xí)了一種簡單的一維的勻速直線運動，因為是一維，所以就比較簡單的用路程和時間的比值表示了運動的平均速度。而高中物理在一開始就引進了矢量的概念，矢量是有方向的量，運動就可能不只在一個維度上運動，也有可能在二維空間中運動。所以高中的平均速度就又有了比初中更深一層的意思，它指的是位移和時間的比值，是有方向的。同樣對于瞬時速度的描述，高中相對于初中的描述也多了一層，瞬時速度已經(jīng)有了方向了。高一上的物理課本里涉及的運動依然是直線運動，是一維的運動，但是這個時候我們就應(yīng)該要對它的方向性特別的關(guān)注。平均速度是一個矢量，方向是朝著

4、位移變化的方向。瞬時速度在高中則是一個重點。瞬時速度比較抽象，在教學(xué)中很多學(xué)生并不了解瞬時速度的本質(zhì)，就是因為瞬時速度是一個理想化的物理量，就如質(zhì)點一樣。因為定義中的某一時刻或某一位置在時間軸和位移軸上只是一個點，這就導(dǎo)致了瞬時速度的理想化。實際上，瞬時速度是一個理想化物理量，它指的是在極短的時間內(nèi)物體運動的平均速度，由于時間很短或者走過的位移極小，小到想象不到的，用公式表示則是，其中極小或者極小。這時候我們?yōu)榱朔奖阊芯?，也為了區(qū)別平均速度，這時候采用了瞬時速度這個物理量。而魯科版的關(guān)于瞬時速度的光電門實驗也恰恰很好的解釋了瞬時速度的概念。用下面的一個例子更好的理解它們的關(guān)系。例：下列關(guān)于平均

5、速度和瞬時速度的說法正確的是：ABDA、平均速度，當(dāng)足夠小時，該式可表示某時刻的瞬時速度B、勻速直線運動的平均速度等于瞬時速度C、瞬時速度和平均速度都可以精確描述變速運動D、只有瞬時速度可以精確描述變速運動二、加速度認識事物的規(guī)律都是從簡單到復(fù)雜，在初中時，學(xué)習(xí)最簡單的勻速直線運動，到了高中，就必須認識到，物體的運動是非常復(fù)雜的，而不是簡單的勻速直線運動，所以學(xué)習(xí)了比較復(fù)雜的變速運動。而物體運動速度一旦發(fā)生改變，就產(chǎn)生了加速度這個物理量?！耙容^物體運動速度變化的快慢程度，就需要比較在相同時間內(nèi)物體速度變化的大小。物體速度變化跟發(fā)生這一變化所用事件的比，叫做物體運動的加速度?！睆亩x上理解加速

6、度比較抽象，這時候若是理解好了瞬時速度以后再來看待加速度其實明確很多。物體在運動過程中，若是速度維持不變，也就是瞬時速度都沒有任何變化，那便是勻速運動，若是瞬時速度發(fā)生了改變，不管是如何變化，變大變小，速度的變化一定需要時間，而速度變化與發(fā)生這個變化時間的比值則就是加速度。用公式看來，其中、分別表示兩個時刻的瞬時速度，則表示發(fā)生這個速度變化所花的時間。加速度也是矢量，方向則與速度變化的方向一致。加速度這個物理量是高中學(xué)生最難接受的一個概念，一直與速度混淆。只有認清平均速度、瞬時速度，就可以更好的理解什么是加速度。下面從一個例題中來讓學(xué)生理清這些關(guān)系。例：關(guān)于速度和加速度的關(guān)系，下列說法正確的是

7、：BA、速度變化的越多，加速度就越大B、速度變化的越快，加速度就越大C、加速度方向保持不變，速度方向也保持不變D、加速度大小不斷變小，速度大小也不斷變小三、線速度、角速度、向心加速度隨著學(xué)習(xí)的不斷深入，我們已經(jīng)學(xué)會了相對復(fù)雜的一維運動，高一下學(xué)期我們就學(xué)習(xí)更加復(fù)雜的二維運動，這時候矢量的重要性就更加突出。在曲線運動中，我們也是學(xué)習(xí)了比較簡單有規(guī)律性的拋體運動和圓周運動。在圓周運動中，我們采用了線速度和角速度來表示運動的快慢，這是為了更好描述圓周運動而引入的?！白鰟蛩賵A周運動的物體通過的弧長與所用時間的比值可以描述勻速圓周運動的快慢，這個比值就是勻速圓周運動線速度的大小，?！保皥A周運動線速度的

8、方向總是沿著圓周的切線方向?！睆亩x上看，圓周運動的線速度和直線運動的速度有不同之處，在于，線速度的大小是路程和時間的比值，而速度則是位移和時間的比值。勻速圓周運動線速度的方向是時刻發(fā)生變化的，而直線運動的速度則一直在運動的那條直線上。由于圓周的特殊性，即質(zhì)點運動的軌跡是個圓周，周而復(fù)始，所以又引入了另一個物理量來表示圓周運動快慢，即角速度。“可用半徑轉(zhuǎn)過的角度與所用時間的比值來描述物體轉(zhuǎn)動的快慢，這個比值就是勻速圓周運動的角速度，?！边@個物理量的方向則只有順時針和逆時針兩個方向。在直線運動中，由于速度的方向和加速度的方向始終在一條直線上，所以，物體的速度大小發(fā)生變化，而速度的方向則始終在一條

9、直線上。但在曲線運動里面，由于速度的方向和加速度的方向并不在同一直線上，所以，速度的大小發(fā)生變化，方向也發(fā)生變化。而圓周運動更為特殊，它加速度的方向和速度的方向是垂直的，在運動的過程中，線速度的大小不變，而方向卻時刻變化。所以我們總結(jié)出速度和加速度之間的關(guān)系有以下特點：1、速度方向與加速度方向在同一直線上物體做直線運動，速度大小發(fā)生改變，速度方向在這條直線上，是做一維運動。2、速度方向與加速度方向成一定角度，但不是直角，速度大小發(fā)生改變，速度方向也發(fā)生變化，物體做曲線運動，是做二維平面運動。3、速度方向與加速度方向互相垂直，速度的大小不變，而速度的方向發(fā)生改變，也是做曲線運動，若這時，速度和加

10、速度方向始終垂直，則物體做圓周運動。那么我們就知道，在勻速圓周運動中，加速度的作用是改變線速度的方向，它們始終垂直，加速度的方向始終指向圓周運動的圓心，所以我們稱之為向心加速度。由于向心加速度的方向是一直改變的，所以圓周運動則是一個變加速曲線運動。例：關(guān)于勻速圓周運動的下列說法，正確的是BDA、勻速圓周運動是勻速運動B、勻速圓周運動是變速運動C、勻速圓周運動的線速度不變D、勻速圓周運動的角速度不變例：關(guān)于向心加速度的說法正確的是AA、向心加速度方向始終與速度方向垂直B、向心加速度方向保持不變C、在勻速圓周運動中向心加速度恒定D、它是描述角速度變化快慢的物理量當(dāng)然，關(guān)于“速度”的話題遠遠不止我提到的這些，運動學(xué)與力學(xué)要結(jié)合起來才讓我們更好的掌握高中物理，在這里我只是稍微談?wù)劯咭恢谐霈F(xiàn)的幾個“速度”，希望能夠讓學(xué)生分清楚和加深對運動學(xué)