高中物理 運(yùn)動的描述——位置變化快慢的描述:平均速度和瞬時速度

一般來說,物體在某一段時間內(nèi)運(yùn)動的快慢通常是變化的。所以由求得的速度v,表示的只是物體在時間 Δt 內(nèi)運(yùn)動的平均快慢程度,叫作平均速度(average velocity)。
比如,百米賽跑的運(yùn)動員在整個比賽過程中的快慢肯定是不一樣的,假設(shè)他用10s跑完全程,那么速度,很顯然這個速度不能準(zhǔn)確的描述運(yùn)動員在比賽過程中的快慢,只能表示這個過程中的平均快慢程度,所以叫做平均速度,通常用
表示(這里注意一下
的上面是一條短橫線,而向量的上面是一個箭頭)。
看一下課本上的思考題

速度是一段時間內(nèi)位移與時間的比值,而現(xiàn)在要描述的是某一時刻運(yùn)動的快慢,那么速度的定義還適用嗎?
平均速度只能粗略的描述物體在某段時間內(nèi)的平均快慢程度。那么為了更加精確的描述物體的運(yùn)動,可以設(shè)想用由時間t 到t +Δt 這一小段時間內(nèi)的平均速度來代替時刻t 物體的速度。如果Δt 取得小一些,物體在Δt這樣一個較小的時間內(nèi),運(yùn)動快慢的差異就不會太大。Δt 越小,運(yùn)動快慢的差異就越小。當(dāng) Δt 非常非常小,即無限的趨近于0時,運(yùn)動快慢的差異可以忽略不計,此時我們就把叫作物體在時刻 t 的瞬時速度(instantaneous velocity),寫成
。
所以瞬時速度可以認(rèn)為是質(zhì)點(diǎn)在某時刻前后極微小時間間隔內(nèi),或某位置附近極微小位移內(nèi)的平均速度。
當(dāng)物體做勻速直線運(yùn)動的時候,任何時刻的瞬時速度都保持不變。也就意味著在整個運(yùn)動過程中,任何一段時間內(nèi)的平均速度與任何一時刻的瞬時速度都相等。
當(dāng)物體做變速直線運(yùn)動時,每個時刻的運(yùn)動情況可能都不同,因此質(zhì)點(diǎn)的瞬時速度都不相等。
如果要求平均速度,必須要指明是在哪一段時間內(nèi),或者哪一段位移上平均速度。在不同時間內(nèi)或者不同位移上的平均速度一般不同。
在題目中,速度一詞有時指平均速度,有時指瞬時速度,需要結(jié)合上下文內(nèi)容仔細(xì)判斷。比如,一輛汽車從靜止加速到40m/s的速度需要10s,總共前進(jìn)了200m。40m/s是汽車在第10s末達(dá)到的速度,就是瞬時速度;在整個10s的加速時間內(nèi),平均速度大小。
而汽車儀表盤上的讀數(shù)通常指的是瞬時速度,比如 60 km/h。

平均速度和瞬時速度都是矢量,滿足矢量的特點(diǎn),既有大小又有方向。平均速度的方向是對應(yīng)時間內(nèi)位移的方向;瞬時速度的方向與物體經(jīng)過該位置時的運(yùn)動方向相同;如果是曲線運(yùn)動,瞬時速度的方向就是軌跡上每點(diǎn)的切線方向。

如上圖,將一個小球從空中拋出直到落至地面,整個過程的平均速度方向由初位置指向末位置;但在空中任意位置的瞬時速度方向就是該點(diǎn)切線的方向。
總結(jié)
平均速度:粗略描述質(zhì)點(diǎn)在一段時間內(nèi)或一段位移上的運(yùn)動快慢。
瞬時速度:精確描述質(zhì)點(diǎn)在某一時刻或某一位置的運(yùn)動快慢。
平均速度,當(dāng)Δt→0時,平均速度就是瞬時速度,即
。
平均速度和瞬時速度都是矢量。