速率与距离时间图

进阶

速率 = 距离 ÷ 时间。距离时间图的斜率代表速率:越斜越快,水平线代表静止;平均速率 = 全程距离 ÷ 全程时间。

适合:中二科学 · 单元:力和运动 · 建议学习路径第 12/19 课

学完呢课,你会识:
  • 速率 = 距离 ÷ 时间;距离 = 速率 × 时间;时间 = 距离 ÷ 速率。
  • 常用单位是 m/s 和 km/h,比较前必须统一。
  • 距离时间图的斜率代表速率:越斜越快。
文体:科普知识有声朗读

文体小知识:科普知识文章用生活实例解释科学概念,先看现象再讲原理,读完就能解释日常见到的东西。

科学Science

§课文原文 Passage

1「快」与「慢」听起来很主观,物理学却把它变成可以计算的数字:速率。速率 = 距离 ÷ 时间 — 一小时行 60 千米,就是 60 km/h;两秒行 6 米,就是 3 m/s。

2有了公式,三个量知道其中两个就能求第三个:求距离用速率乘时间(3 m/s 跑 10 秒 = 30 米),求时间用距离除以速率(120 km 以 60 km/h = 2 小时)。记住比较速率前要统一单位。

3距离时间图把整段旅程画成一条线:横轴是时间,纵轴是距离。线越斜,速率越大;线是水平,代表距离不变 — 物体正在休息。先斜升、后水平、再更斜地上升,就是「前行 — 停站 — 加速」的旅程。

4长途旅程往往时快时慢,这时用平均速率 = 全程距离 ÷ 全程时间来概括。学会了描述运动,下一课我们问一个更深的问题:为什么急煞巴士时,身体会不由自主向前倾?

1重点摘要 Summary

速率 = 距离 ÷ 时间。距离时间图的斜率代表速率:越斜越快,水平线代表静止;平均速率 = 全程距离 ÷ 全程时间。

2生字卡 Vocabulary

S
Speed速率

物体每单位时间移动的距离,即距离 ÷ 时间。

M
Metre per second米每秒

速率单位,符号 m/s;1 m/s 即每秒移动 1 米,约等于 3.6 km/h。

K
Kilometre per hour千米每小时

日常速率单位,符号 km/h,汽车速度计以此显示。

D
Distance-time graph距离时间图

横轴为时间、纵轴为距离的图线,线的斜率代表速率。

S
Slope斜率

图线的倾斜程度:距离时间图中越斜速率越大,水平线代表静止。

U
Uniform speed匀速

速率保持不变的运动,其距离时间图是一条倾斜的直线。

A
Average speed平均速率

全程距离除以全程时间所得的速率。

S
Speedometer速度计

显示车辆即时速率的仪表。

3逐步讲解 Steps

  1. 速率公式速率描述物体运动的快慢,公式是速率 = 距离 ÷ 时间:小明 20 秒行 40 米,速率便是 40 ÷ 20 = 2 m/s。三个量中知道任何两个,代入公式即可求出第三个,这是所有运动计算的基础。比赛裁判、导航系统都在使用这条简单的关系式,可见基础公式的威力。
  2. 认识单位速率单位必须统一才能比较:步行约 1.5 m/s、单车约 5 m/s、市区汽车约 50 km/h,两种单位不能直接相比,要先换算。记住 1 m/s = 3.6 km/h,例如 50 km/h 约等于 14 m/s,可见汽车远快于单车。日常看路牌用 km/h,科学计算多用 m/s,换算能力是解题的基本功。
  3. 求距离把公式变形可得距离 = 速率 × 时间:以 3 m/s 跑 10 秒,距离便是 3 × 10 = 30 米。这条式适合估算路程,例如上学步速约 1.5 m/s,走 10 分钟即 600 秒,全程约 900 米,出门时间便有依据。物流行业计算送货时间、跑手规划训练距离,同样依赖这个简单关系。
  4. 求时间再变形得时间 = 距离 ÷ 速率:以 60 km/h 行驶 120 公里,需时 120 ÷ 60 = 2 小时。出发前用这条式预算车程,安排时间更准确,例如想知道能否赶上开场的电影,先算车程再加余量。长途旅行规划、货运排程都靠这个计算,迟到与准时的差别,往往就在这一步。
  5. 读图:斜率距离时间图上,斜率代表速率:同一张图中,甲线比乙线斜,表示甲的速率较大;线越斜,走得越快。水平线段表示距离不变,即物体静止,例如中途休息。比较斜率必须在同一张图、同一单位下进行,两张不同图的线不能单凭目测比较。读懂斜率,等于掌握了整张图的主旨。
  6. 综合读图完整旅程的图要分段解读:一张图先斜升、后水平、再以更斜的直线上升,依次表示匀速前行、中途休息、以更快速率前行。每段各自用斜率计算速率,再合成整体印象;求平均速率时要用总距离除以总时间,休息时间也要计入。分段读图是处理复杂旅程数据的基本方法,务必熟练。

4图解 Diagrams

距离-时间图 Distance–time graph时间 Time(秒 s)距离 Distance(米 m)0246810020406080A 静止(水平线)at rest (horizontal)B 匀速steady speedC 更斜 = 更快 steeper = faster斜度 = 速率 Slope = speed线愈斜,速率愈快steeper line = faster例:B 线 8 秒走了 60 米 → 速率 = 60 ÷ 8 = 7.5 米/秒
图 1:距离-时间图
常见速率比较 Typical speeds(米/秒 m/s)步行 Walking1.5 m/s跑步 Running4 m/s单车 Cycling6 m/s百米短跑 Sprinting10 m/s市区车速限制 50 km/h13.9 m/s声音每秒传播约 340 米——比以上全部快得多 Sound travels about 340 m/s — much faster!
图 2:常见速率比较

5例题示范 Example

例题:巴士以 60 km/h 行驶 1.5 小时,停站休息 0.5 小时,再以 80 km/h 行驶 1 小时。求全程平均速率,并描述距离时间图的形状。

  1. 第一段距离 = 60 × 1.5 = 90 km。
  2. 休息段距离不变(仍是 90 km),图上是一段水平线。
  3. 第三段距离 = 80 × 1 = 80 km,全程 = 90 + 80 = 170 km;总时间 = 1.5 + 0.5 + 1 = 3 小时。
  4. 平均速率 = 170 ÷ 3 ≈ 56.7 km/h。
  5. 答案:第一段:90 km;休息:距离不变;第三段:80 km。全程 170 km,总时间 3 小时,平均速率 = 170 ÷ 3 ≈ 56.7 km/h。休息时间必须计入,否则结果偏大;图形依次为斜升、水平、较斜上升。

6常见错误 Mistakes

✗ 「水平线代表好快。」
✓ 水平线代表距离不变,即物体静止;越斜才越快。
✗ 「平均速率就是各段速率加埋除开。」
✓ 平均速率 = 全程距离 ÷ 全程时间,不是各段速率的平均数。
✗ 「1 m/s 同 1 km/h 一样快。」
✓ 1 m/s = 3.6 km/h,快得多;比较前必须统一单位。
✗ 「速率 50 表示一定行了 50 米。」
✓ 要连单位一起讲:50 km/h 表示每小时 50 千米;离开单位的数字没有意义。

75 题快测 Quick check

Q1写出速率的计算公式。

Q2小明以 2 m/s 行 30 秒,行了多少米?

Q3距离时间图中的水平线代表什么?

Q4汽车以 80 km/h 行 160 km,需时多久?

Q5全程 100 km、用了 2 小时,平均速率是多少?

8重点回顾 Recap

  • 速率 = 距离 ÷ 时间;距离 = 速率 × 时间;时间 = 距离 ÷ 速率。
  • 常用单位是 m/s 和 km/h,比较前必须统一。
  • 距离时间图的斜率代表速率:越斜越快。
  • 水平线代表静止。
  • 平均速率 = 全程距离 ÷ 全程时间。

同级其他科

同一科其他级别