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第5講 物體的運動 速度
5.1 學習提要
5.1.1 機械運動和參照物
1. 機械運動
一個物體相對于另一個物體的位置變化，叫做機械運動，簡稱運動。機械運動是宇宙最普遍的現象。
2. 參照物
在研究機械運動時，說物體是運動還是靜止，要看是以另外的哪個物體作標準。這個被選作標準的物體就是參照物。參照物的選取是任意的，選取的參照物不同，對運動的描述往往不同。在具體問題中如何選取參照物，要以描述和研究問題簡單、方便為原則。在研究地面上物體的運動時，通常以地面或固定在地面上的物體為參照物。
3. 運動的相對性
對同一物體的運動情況，若選取不同的參照物，對其運動情況的描述可能是不同的。例如：列車在鐵道上行駛，地上的人看到列車上的某乘客在與列車一起運動，而列車上鄰座的乘客以列車為參照物，則認為該乘客并沒有動，這就是運動描述的相對性。

5.1.2 勻速直線運動、勻速直線運動的速度及路程
1. 勻速直線運動
物體在一條直線上運動，如果在任何相等的時間內，通過的路程都相等，這種運動就叫做勻速直線運動。勻速直線運動是機械運動中最簡單的運動形式。
實際物體的運動情況比較復雜，很難找到真正做勻速直線運動的物體，但很多實際運動在一定條件下可以近似看成是勻速直線運動。例如：汽車沿平直公路從A地駛向B地，在途中一段時間內，汽車的運動可以看成是勻速直線運動。在商場或大型超市，人隨自動扶梯一起運動也可看作是勻速直線運動。
2. 速度
速度是用來描述物體運動快慢的物理量。
在勻速直線運動中，物體運動速度的大小等于運動物體通過的路程與所用時間的比值。用公式可以表示為。式中v表示物體運動的速度，s表示物體運動的路程，t表示物體運動的時間。物體運動速度的大小在數值上等于單位時間內通過的路程。
在國際單位制中，路程的單位是米（符號是m），時間的單位是秒（符號是s），則速度的單位就是米/秒（符號是m/s）。常用的速度單位還有千米/小時（符號是km/h），它們之間的換算關系是：1m/s = 3.6km/h。
3. 路程
路程就是運動物體經過的軌跡的長度。由于勻速直線運動的方向不變，速度大小也不變，因此物體運動的路程與時間成正比，即。

5.1.3 變速直線運動、變速直線運動的平均速度
1. 變速直線運動
物體沿一條直線運動，如果在相等的時間內通過的路程并不相等，這種運動叫做變速直線運動。
做變速直線運動的物體，在相等的時間內通過的路程一般不相同，所以它的運動速度是變化的。
2. 平均速度
在描述做變速直線運動物體的快慢時，我們通常用平均速度粗略地對物體運動的快慢情況進行描述。一個做變速直線運動的物體，在某段路程（或某段時間）內通過的路程與對應的時間之比，叫做它在這段路程（或這段時間）內的平均速度。用公式可以表示為。式中 表示物體運動的平均速度，s表示物體運動的路程，t表示物體通過對應路程所用的時間。由于物體做變速直線運動，它的速度是變化的，平均速度大小與所選取的路程（或時間）有關，所以對變速直線運動來說，平均速度必須指明是哪一段路程（或時間）內的平均速度。
5.2難點釋疑
5.2.1 怎樣理解運動的相對性
世界上一切物體都在運動，絕對不動的物體是沒有的。這是自然界中普遍存在的規律，因此我們說物體的運動是絕對的。這就是所謂運動的絕對性。
雖然物體處于運動是絕對的，但是在物理學中，對物體的運動狀態的描述是相對的，都是相對于參照物而言的。當物體相對于參照物的位置發生改變時，我們認為這個物體在運動；當物體相對于參照物的位置不發生改變，我們用靜止狀態來描述這個物體。這就是所謂運動的相對性。

5.2.2 如何理解求平均速度必須指明某段路程（或某段時間）
由于運動物體的速度是變化的，平均速度大小與所選取的路程（或時間）有關。表5-1是某物體從A處出發開始計時，分別經過B、C、D、E處所測得的各段時間和對應的路程的數據。
表5-1
運動路徑 A A→B B→C C→D D D→E
時間（s） 0 60 60 30 60 60
路程（m） 0 30 60 60 0 30

如果我們要計算從A點出發，2min時間內（或A點到C點路程內）的平均速度，由表5-1中的數據可以求得平均速度為0.75m/s。如果我們要計算從A點出發，4.5min時間內（或A點到E點路程內）的平均速度，由表5-1中的數據可以求得平均速度為0.67m/s?？梢?，對變速直線運動來說，平均速度必須指明是哪一段路程（或時間）內的平均速度。

5.3 例題解析
5.3.1 運動的相對性
例1 一位跳傘運動員在下落過程中，看到身旁的直升機在向上運動，直升機相對地面的運動是（ ）
A、一定上升 B、一定下降 C、一定靜止 D、無法判定
【點撥】 確定跳傘運動員在下落和直升機在向上運動分別以什么為參照物是本題的關鍵。
【解析】跳傘運動員看到直升機在向上運動時是以自身作參照物。由于跳傘運動員相對地面是在向下運動，若直升機相對地球向上運動或靜止時，跳傘運動員都會看到直升機與自身距離變大，即看到直升機向上運動。若直升機相對地面向下運動，且下降速度比跳傘運動員下降速度慢，跳傘運動員同樣會看到直升機與自身距離變大，即認為直升機向上運動。由此可見，跳傘運動員無法依據自己看到的現象來判定直升機相對地球的運動情況。
【答案】 D
【反思】 若跳傘員看到直升機下降，則根據自身參照物對于地面處于下降的狀態，就可以判斷直升機相對地面在下降，而且下降速度比跳傘員下降速度還要大。

5.3.2 速度的估算與比例
例2 以60km/h的速度運動的物體，可能是（ ）
A、匆匆行走的人 B、內環線高架上行駛的汽車
C、正在飛行的客機 D、繞地球飛行的“神七”
【點撥】 匆匆行走的人，速度約1m/s，合3.6km/h。汽車的速度約從40km/h~100km/h。民航客機的速度接近音速，約340m/s，合1200km/h。繞地球飛行的“神七”的速度要達到7.9×103m/s！
【答案】 B
【反思】 物理要走向生活，同時要從生活中學習物理這就要求我們關注生活中的物理現象。如果我們能注意身邊的物理現象，記住一些常見物體的基本物理量的數據，并能以此為依據推斷其他物體的大致數據，就能完成此類估測判斷題。
例3 甲、乙、丙三個物體做勻速直線運動，運動路程之比為3：2：1，運動所用時間之比為1：2：3，則甲、乙、丙三個物體的運動速度之比（ ）
A、1：1：1 B、1：2：3 C、1：3：9 D、9：3：1
【點撥】 這是已知兩個物理量的比值，求第三個物理量的比值的題目，這類題目的關鍵是根據公式，也就是根據規律進行運算。
【解析】 。
【答案】 D
【反思】 求三個物理量的比值的過程中，最好采用通分的方法，使三個物理量的分母相同而約去，這樣做才不會錯。

5.3.3 過橋、穿洞問題
例4 某特快列車長240m，經過一個小站時不停。一位站臺上的旅客測得列車經過他面前的時間為8s。如果列車保持這個速度，經過長度為1500m的某鐵路大橋需要多少時間？
【點撥】 以旅客為參照物，列車8s經過的路程是列車本身的長度。當列車過橋時，列車的長度不能忽略，過橋經過的路程是橋長和車長之和。
【解答一】 用速度公式法，列車的速度為
列車過橋的時間為
【解答二】 采用比例法， ，所以
【答案】 經過鐵路橋需要58s
【反思】 找到題目中的等量關系，采用等比例的方法，可以使解題快捷方便。

5.3.4 不同勻速運動的平均速度
例5 一個人騎自行車前進，開始以2m/s的速度勻速前進40m，然后又以5m/s的速度勻速前進50m，則他在整個路程中的平均速度為 （ ）
A、3m/s B、7m/s C、3.5m/s D、2.5m/s
【點撥】 平均速度的定義是物體通過的路程與這段時間的比值。要嚴格按照定義來計算平均速度。
【解析】
【答案】 A
【反思】 平均速度概念的理解是初中物理學中的一個難點。平均速度在一般情況下不是速度的平均值。

例6 某同學的家與學校之間隔了一座山。每天上學的過程中，前五分之二的路是上坡路，其余都是下坡路，他從家到學校要走36min。如果該同學上坡行走速度不變，下坡行走速度也不變，而且上坡行走速度是下坡行走速度的三分之二，那么他回家要走 min。
【點撥】 運動路程未明確給定，需要假設確定；上坡與下坡運動的速度不同，應分段應用速度公式進行運算。
【解析】 設學校與家的距離為s，上坡的速度為v上，下坡的速度為v下，從家走到學校的時間為t1，從學?；丶业臅r間為t2。
從家走到學校，有 ①
從學?；丶?，有 ②
根據題意，有 v上 v下 ③
將t1=36min帶入①式，把③式帶入①、②式，得
④
⑤
由④式÷⑤式，即可解得： t2=39min
【答案】 回家需要走39min
【反思】 看似同一個人走路的特征不變，且上學與回家的路程又相同，“感覺”來回的時間似乎應該相等，實際不等的原因在于上坡與下坡的路程不相等，回家的上坡路較長，用時較多。所以運動過程中速度不同的運動，需要分段對應運算處理。
5.4 強化訓練
A卷
1、圖5-l（a）是小王同學在不同的時刻對公路上的卡車和轎車拍攝的兩幅照片。由此照片 (選填“能”或“不能”)確定卡車的運動狀態，原因是 ，若拍攝的照片為圖5-1(b)，則卡車是 的，轎車是 的〔選填“靜止”或“運動”)，因為 。

圖5- 1
2、速度是用來表示 的物理量。在勻速直線運動中，速度在數值上等于運動物體
在 。速度的國際單位是 ，讀作 。

3、汽車做勻速直線運動的速度是15 m/s，它表示的物理意義是： 。