运动物体在某一瞬间或经过某一位置时的速度,叫做瞬时速度(instantaneous velocity)。平时说到的百米赛跑运动员冲线的速度,子弹飞出枪口的速度、飞船与运载火箭分离时的速度等,都是瞬时速度。
瞬时速度的方向跟物体经过某一位置时的运动方向相同。瞬时速度的大小,叫做瞬时速率(instantaneous speed,简称速率)。汽车行驶中速度计上指示的数值就是瞬时速率(如课本P32图1—21)。
实验装置如课本P33图1—22,使一辆小车从一端垫高的木板上滑下,木板旁装有光电门,其中A管发出光线,B管接收光线。当固定在车上的遮光板通过光电门时,光线被阻挡,记录仪上可以直接读出光线被阻挡的时间。这段时间就是遮光板通过光电门的时间。根据遮光板的宽度Δs和测出的时间Δt,就可以算出遮光板通过光电门的平均速度(v=Δs/Δt)。由于遮光板的宽度Δs很小,因此可以认为,这个平均速度就是小车通过光电门的瞬时速度。
学生理解瞬时速度是矢量,既有大小(叫速率),又有方向(物体的运动方向)。
讨论与思考(课本P33)之后学习S-T图像讨论与思考(课本P33)物体的运动情况,除了用语言文字和数学公式描述外,还可以直观地用图像来描述,给出了一辆汽车在平直公路上作匀速直线运动时在不同时刻的位移。
提问:请同学以上面图表所给出的数据,以横轴为(t)轴,纵轴为位移(s)轴,用描点法作图,看是一个什么样的图像,s与t存在一个什么函数关系?
教师边看边指导,然后把同学所画的图像在投影仪(实物)上打出。
总结:可以看出几个点几乎都在过原点的一条直线上。s与t成正比。
物理量之间的关系可以用公式来表示,也可以用图像来表示,利用图像可以比较方便地处理实验(或观测)结果,找出事物的变化规律。以后我们还会遇到更多的用图像来处理物理量之间的变化规律,所以,现在我们就要重视图像的学习。
案例分析请把龟兔赛跑的过程粗略地用s—t图像表示出来。(提示:乌龟和兔子从同一地点出发,假定跑动过程都是匀速直线运动。)
分析与解答:
开始时,兔子的速度大,反映在图像上,是它的斜率比较大(比较陡),在同一时间内,兔子通过的位移大。接着,骄傲的兔子打瞌睡了,时间不停地流逝,兔子的位移没有变化。乌龟的速度虽然小,却一直不停地向前做匀速直线运动。等到兔子猛然醒来,发现乌龟已快接近终点了,于是,兔子以更大的速度向前奔(图像的斜率更大),可为时已晚,最后乌龟取得了胜利。(s—t图像如下图。)