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第七章
运动和力
7.2
运动的快慢 速度
田径场上，百米赛跑正在紧张地进行：游泳池里，比赛也正在激烈地展开(图 7-2-1)。怎样比较运动员运动的快慢呢
图7-2-1 比较运动员运动的快慢
比较物体运动快慢的两种方法
探究力的作用效果
请仔细观察图 7-2-2中秒表的示数与运动员游过的路程，讨论一下，如何判断谁游得快
观众认定，在相同时间内，游在前面的人快[图 7-2-2(a)]；裁判则认定，在运动员到达终点时，计时少的人游得快[图7-2-2(b)]。
你认为观众与裁判判断运动员游泳快慢所用的方法一样吗 为什么
在活动1中，观众与裁判判断运动员游泳快慢所用的方法是不同的。观众看谁游在前面，是用“相同时间比路程”的方法；裁判看谁先到达终点，是用“相同路程比时间”的方法。
如果两个运动物体通过的路程和所用的时间都不相同，怎样比较它们运动的快慢呢
为了解决这个问题，需要引人一个重要的物理量——速度。
速 度
物理学中，把物体通过的路程与通过这段路程所用时间之比叫做速度 (velocity )。
速度＝
若用字母 v 表示速度，s 表示路程，t 表示时间，则上面的公式可写成
v＝
速度的单位是由长度单位和时间单位组合而成的。在国际单位制中，速度的单位是米/秒，读作“米每秒”，符号是 m/s 或 m s－1。
例如，汽车在 1s 内通过 10m，速度就记作“10m/s”；飞机在 1s 内飞过 270m，速度就记作“270m/s”。
在实际生活中，常用的速度单位还有千米/时，符号是 km/h。
1 km/h＝＝ m/s
图7-2-3是汽车的速度表，它可以随时显示汽车运动的速度。
图7-2-1(b)显示的是每位游泳运动员的速度。可以看到，游在最前面的中国运动员的速度最大。
测量物体运动的速度
这个实验要求用皮尺和秒表测量同学们短跑时的速度。实验需要的器材是根皮尺和四个秒表。实验的步骤如下：
(1)在室外测出 40m 的路程，每隔 10m 做一记号。
(2)选出四名计时员分别站在 10m、20m、30m、40m 处。
(3)在班上选出男、女同学各一名。
(4)男、女同学分别跑完 40 m 的路程。
四名计时员分别记录男、女同学通过 10m、20m、30m、40m 处时所用的时间，并填人表7-2-1中。
表 7-2-1 男、女同学通过不同路程所用的时间
根据表 7-2-1 中的数据，计算男、女同学 10m 内、20m 内、30m 内和 40m 内的速度，填入表 7-2-2 中。
表 7-2-2 男、女同学不同路程内的速度
讨论：分析表中数据，描述这两名同学在短跑过程中的速度是怎样变化的，男、女同学的速度变化情况有什么不同。
(1)短跑过程中速度是变化的，开始慢，中间最快，终点较快。
(2)男同学在加速阶段有更强的爆发力，能够更快地达到最大速度。
例题 某大型喷气式客机的飞行速度为 990km/h，它 1min 内飞行多少千米 如果人骑自行车的速度约为 5m/s，要用多少时间才能通过客机 1min 内飞过的路程
解：该客机 1min飞行的路程为
s＝v1t1＝990 km/h×1 min＝990 km/h×h＝16.5km
人骑自行车通过路程 s 所需的时间为
t2＝＝＝ 3 300 s＝ 55 min
答：客机 1min 内飞行 16.5 km。人骑自行车要用 55 min 才能通过客机 1 min 内飞过的路程。
匀速直线运动和变速直线运动
物体做机械运动，按照运动轨迹的曲直可分为直线运动(图7-2-4)和曲线运动(图7-2-5)。
在直线运动中，按照速度是否改变，又可分为速直线运动和变速直线运动。下面来研究这两种直线运动。
比较汽车速度的变化
图 7-2-6 记录了两辆汽车在平直的公路上行驶相同时间所通过的路程，请计算它们在各段时间中的速度。比较一下，在图7-2-6(a)中，汽车在各段时间内的速度有什么特点 在图7-2-6(b)中，汽车在各段时间内的速度相等吗
图7-2-6(a)中汽车做直线运动时，在各段路程中，它的速度是相等的。物理学中，把速度不变的直线运动叫做匀速直线运动。物体做速直线运动时在任何相等的时间内，通过的路程是相等的。
自然界中严格地做匀速直线运动的物体是不常见的，以上的例子只是一种理想的情况。
自动扶梯将乘客缓缓地载送上下楼(图7-2-7)，通常可近似地看作匀速直线运动。
图7-2-6(b)中的汽车做直线运动时在相等的时间内，通过的路程不相等，其速度的大小是变化的。物理学中，把速度变化的直线运动叫做变速直线运动。
图7-2-8是小球竖直下落时的频闪照片。图中每两次闪光之间的时间间隔是相等的。由于小球的速度逐渐变大，在相等的时间内，它所通过的路程也逐渐变大。小球竖直下落的运动是变速直线运动。
在变速直线运动中，可以用平均速度 (average velocity) 来描述物体运动的快慢。它表示物体在某一段路程(或一段时间)内运动的快慢程度。用表示平均速度，s 表示路程，t 表示时间，则平均速度为
＝
前面实验中测量的速度，实际上是平均速度。日常所说的速度，多数情况下也是指平均速度。
表7-2-3 所示为一些事物的运动速度。
表 7-2-3 一些运动速度
制订一个提高自己短跑速度的计划
●活动主题 我国正在朝着世界体育强国迈进，为了充分发挥体育在全面建设社会主义现代化国家新征程中的重要作用，国家制定了《体育强国建设纲要》。
同学们学习了《体育强国建设纲要》后，在积极参加全民健身运动的同时，希望能通过既科学又安全的训练来提高自己的体育技能和成绩。因此，不少同学提出了“如何科学、安全地提高自己的短跑速度”这个问题。
●方案制订与实施 同学们在物理老师和体育老师的指导下，结合体育课上的短跑训练，并通过查阅资料，制订一个提高自己短跑速度的科学训练计划。
(1) 将 100m 跑道分成前 20m、中间 60m 和后 20m 三段路程，并分别测出自己在这三段路程中的平均速度。
(2) 对所测出的三个平均速度进行比较，分析影响短跑速度的因素。
(3) 在体育老师的指导下，根据分析的结果，制订一个提高自己短跑速度的科学训练计划。
(4) 根据计划进行系统训练，每天记录自己的训练情况，经过一段时的训练后，再看看自己的短跑成绩。
●成果展示与交流 利用课外时间，组织小组同学进行短跑比赛，并在小组会上交流自己对短跑训练的体会。
1. 在“龟免赛跑”的故事中，比赛开始，“观众”通过 _____ ________________________ 认为跑在前面的免子运动得快；由于兔子大意轻敌，中途睡了一觉，“裁判员”通过_____ _______________________，判定最先到达终点的乌龟运动得快。
相同的时间比路程
相同的路程比时间
2.一辆小汽车在高速公路上行驶，高速公路对于小轿车的限速为 120 km/h。车上的一位乘客在车经过如图所示的 A 处时看了一下手表，时间正好是 9 点钟；当车经过如图所示的 B 处时，他又看了一下手表，时间是9点48分，则小汽车从 A 处到 B 处用了_____h；小汽车在 A、B 之间的平均速度是______ km/h；在交通规则允许的情况下，
小汽车从 B 处最快要_____
min 才能到达甲地。
0.8
100
20
3. 小华在“测小车的平均速度”的实验中，设计了如图所示的实验装置。小车从带刻度 (分度值为1cm) 的斜面顶端由静止下滑，图中的圆圈是小车到达 A、B、C 三处时电子秒表的显示(数字分别表示“小时 ∶ 分 ∶ 秒”)。
(1) 该实验是根据公式___________进行速度计算的。
(2) 实验中为了方便计时，应使斜面的坡度较_______(选填“大”或“小”)。
＝
小
(3) 请根据图中信息回答：sAB＝______cm；tBC＝_______s；vAB＝_______m/s； vBC＝_______m/s。
(4) 由实验看出，小车在下滑过程中速度______，是在做______运动。
40.0
1
0.2
0.5
大
变速
(5) 实验前必须学会熟练使用电子秒表，如果让小车过了A 点后才开始计时，则会使所测 AC 段的平均速度 vAC 偏 _____ (选填“大”或“小”)。
大
自我评价与作业
1.自然界中物体的运动是丰富多样的，有的速度很大，有的速度很小。
(1)自然界中物体运动速度的最大值是多少 测得光从太阳到地球所花的时间为 8min 20s，则地球与太阳之间的距离是多少
3×108 m/s；1.5×1011 m
(2) 刺猬(图7-2-9) 是哺乳动物中的“慢跑冠军”，它用 15 min 移动了 260 m，则它的速度是多少
0.29 m/s
2.一辆汽车行驶在合肥到南京的高速公路上，汽车上的速度表指针始终指在如图 7-2-10(a) 所示的位置。汽车由图 7-2-10(b) 中所示的位置 A 处行驶到 B 处，需要多少时间
图 7-2-10
0.8 h
3. 2010年5月底，当时创造世界过江隧道之最的南京长江隧道 (现为南京应天大街长江隧道) 建成通车。坐在匀速行驶汽车上的一名乘客，为估测隧道的长度，在进、出隧道口时，分别看了一下手表，如图7-2-11 所示。
如果汽车通过隧道时的速度是 20m/s，那么此隧道多长 查阅南京长江隧道实际长度，判断该乘客的估测是否正确。
6 km；该乘客的估测是正确的
4. 在百米跑的过程中，小明同学前 50m 用时 6s，后 50m 用时 7s，小明在前、后 50m 及百米全程的平均速度各是多少
v前＝＝≈8.3m/s，
v后＝＝≈7.1m/s，
v总＝＝≈7.7m/s.
5. 人快步行走时的速度大约是 2m/s，汽车在一般道路上的行驶速度大约是 10m/s。人要安全横穿 16m 宽的道路，并且要求预留 10s 的安全时间，至少要离行驶过来的汽车多远，才能保证安全
请与同学一起查阅有关交通规则，并讨论过马路的安全问题。
180 m
找一只小昆虫(如蚂蚁)，放在坐标纸上，观察并记录昆虫的运动轨迹。请设计一个实验进行探究，粗略测量这种昆虫的运动速度。(注意不要伤害昆虫，同时确保自身安全)

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