速率(speed)= 距离 ÷ 时间。 你可以把它用在整段行程,也可以只用在其中一段,只要距离和时间来自同一段。
这项技能是运动与图像的基础。它既出现在简短的计算题里,也会在题目要求图像斜率时再次出现。
“某一段的速率”是什么意思?
一次行程常常分成几个部分:加速、匀速行驶、停下。**一段(segment)**就是两个选定时刻之间的一个部分。这一段的速率只用这两个时刻之间走过的距离和花费的时间来算。
“平均”这个词很重要。在一段中,物体的速率可能在变化,所以结果是这一段的平均速率,不是每一瞬间的速率。
怎样一步一步计算?
- 确定这一段的起始时间和结束时间。
- 求这一段走过的距离(末位置减去起始位置,或题目给出的数值)。
- 求所用时间:结束时间减去起始时间。
- 需要时换算单位,让它们一致(例如全部用米和秒)。
- 用距离除以时间,并写上单位。
完整例题
下表是一位骑单车的人在笔直公路上的虚构数据。
| 时间(s) | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 |
|---|---|---|---|---|---|
| 距离起点(m) | 0 | 100 | 250 | 250 | 400 |
求 20 s 到 40 s 的速率、40 s 到 60 s 的速率,以及整个 80 s 的平均速率。
20 s 到 40 s: 距离 = 250 − 100 = 150 m,时间 = 40 − 20 = 20 s,速率 = 150 ÷ 20 = 7.5 m/s。
40 s 到 60 s: 距离 = 250 − 250 = 0 m,速率 = 0 ÷ 20 = 0 m/s。骑车人停下了。
全程: 总距离 = 400 m,总时间 = 80 s,平均速率 = 400 ÷ 80 = 5 m/s。
合理性检查:5 m/s 低于行进时的 7.5 m/s,这是对的,因为停下的那段拉低了平均值。
要留意的错误
一位学生得知一辆车前 120 m 的速率是 6 m/s,后 120 m 的速率是 12 m/s,要求平均速率。
错误答案: (6 + 12) ÷ 2 = 9 m/s。
这样做等于假设汽车在两种速率下花的时间一样多。
车在第一段较慢,所以花的时间更长。
改正: 第一段时间 = 120 ÷ 6 = 20 s,第二段时间 = 120 ÷ 12 = 10 s。总距离 = 240 m,总时间 = 30 s,平均速率 = 240 ÷ 30 = 8 m/s。
改法永远一样:距离相加,时间相加,然后相除。
自我检测
先自己做,再打开每道题的答案。
1. 一位跑步者 45 s 跑了 360 m,速率是多少?
显示答案
速率 = 360 ÷ 45 = 8 m/s。
2. 把 72 km/h 换成 m/s。
显示答案
72 ÷ 3.6 = 20 m/s。检查:72 000 m ÷ 3600 s = 20 m/s。
3. 一列火车 10 分钟行驶 12 km。求它的平均速率,分别用 km/h 和 m/s 表示。
显示答案
10 分钟 = 1/6 小时,速率 = 12 ÷ (1/6) = 72 km/h。用 m/s:12 000 m ÷ 600 s = 20 m/s。两个答案一致,因为 72 km/h = 20 m/s。
接下来学什么?
某一段的速率掌握后,就可以学比较距离-时间图与速率-时间图,同样的速率会在那里变成斜率。当测量值经过四舍五入时,界限与四舍五入讲解器可以帮你看出算出的速率可能有多大的变化范围。
知道公式却在单位或多段行程上丢分的学生,常能从一对一线上物理补习中受益,因为老师能从你的解题过程里看出规律。