一、谁跑得快?
100米跑道,一样长。
但第一个撞线的人,只有一个。
(2026-10-08晚上9:17。又在下雨。窗玻璃上有一道没擦干净的水痕。)
2026年9月29日,星期二,下午第三节课。学校操场。
校运动会男子100米决赛。八条跑道,八个运动员。枪一响,同时出发。看台上有人喊,有人举手机拍视频,声音混在一起,听不清谁喊谁。
小理站在终点线旁边——又被体育老师抓来当计时员。手里的秒表是上学期那只卡西欧。表带换过一次,但表盘边角那道裂痕还在——就是上次被门夹的那道。
第一个冲线的是三班的李伟——11秒28。第二个是七班的王浩——11秒46。第三个是……
比赛结束后,体育老师走过来看了一眼小理记的表。
"第一个和第二个差了多少?"
"0.18秒。"
"不错。现在我问你一个问题,"老师说,"为什么李伟是冠军?"
"他跑得快。"
"跑得快,是什么意思?"
小理愣了一下。
"就是……100米,他用的时间最短。"
"对。"老师说,"那如果我说,跑200米的冠军不一定比跑100米的冠军'跑得快',你信不信?"
小理没接话。
"100米,11秒28。200米,22秒05。哪一个更快?"
"……差不多。"
"差不多。"老师笑了一下,"所以'快'和'慢'不能只看时间,还要看距离。"
他蹲下来,在泥地上画了两行——
第一行:100 ÷ 11.28 ≈ 8.87
第二行:200 ÷ 22.05 ≈ 9.07
"8.87 和 9.07,单位是米每秒(m/s)。这个数,"老师说,"就是速度。"
"速度 = 位移 ÷ 时间。"
小理盯着地上那两行数字。
他忽然想:100米和200米,李伟都用了将近同样的每米时间。但100米冠军和200米冠军,谁是全校跑得最快的人?
"老师,"他问,"那比一个数,到底比什么?"
"比的是——每走1米,需要多少时间。或者反过来:每1秒,能走多少米。"
"但这只是比大小。"老师站起来,"再往下,还有方向。"
小理没听懂。
……方向?跑步还有方向?
大小一样,方向相反。
所以速度是矢量——有大小,有方向。
① 定义:位移与发生这个位移所用时间的比值
② 公式:v = Δx / Δt
③ 物理意义:描述物体运动的快慢(位置变化的快慢)
④ 单位:国际单位 m/s(或 m·s⁻¹);常用 km/h
⑤ 矢量:方向由 Δt 时间内位移 Δx 的方向决定;正号沿正方向,负号沿负方向
大小表快慢,正负表方向。
位移是矢量,速度也是矢量。
方向不对,一切白费。
- 人民教育出版社课程教材研究所.《普通高中教科书·物理·必修第一册》第一章第3节「位置变化快慢的描述——速度」. 人民教育出版社, 2019: 17-19.
- 中华人民共和国教育部.《普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)》. 人民教育出版社, 2020: 12-15.
二、上学路上的两次停顿
(方向的事,小理过了一个星期才问明白。)
(10:04。刚看到一条 2024 年的新闻,说 AI 生成的内容占到全网三成。我没太在意,继续改稿。)
2026年10月6日,星期二,早上7:12。小理家到学校。
他每天早上走路去学校。快的话15分钟,慢的话20分钟。今天运气不好,碰到两个红绿灯都是红的。
到学校门口的时候,他看了一眼手机:7:27。用了15分钟整。
晚上写作业,物理老师布置了一道题——"从家到学校,走的路程 1.2 公里,直线距离 800 米,用了 15 分钟。求平均速度和平均速率。"
小理在草稿纸上写:
平均速度 = 800 ÷ 900 ≈ 0.89 m/s
平均速率 = 1200 ÷ 900 ≈ 1.33 m/s
算完他愣住了。
两个数不一样。
他去问同桌小周。
"为什么不一样?"
"因为一个是位移除以时间,一个是路程除以时间。"小周说,"位移是直的,路程是弯的。"
"那不都是'快慢'吗?"
"是快慢,但不是同一个快慢。"小周想了想,"你从家到学校,如果中间站了两次等红绿灯,那你每一刻的速度都不一样——等的时候速度是 0,走的时候速度可能是 1.5 m/s。"
小理没接话。
"所以平均速度,"小周继续说,"是把整段路当成一段来看。它只告诉你'平均'。"
"那如果我想知道某一刻的?"
"那就是瞬时速度。"小周拿起手机,"你看,导航上显示你的实时速度——比如'当前 1.2 m/s',那是一个瞬时值。"
"平均是段,瞬时是点。"
小理盯着他。
"对。"小周说,"就像你的成绩,期末考试是一个平均分,某一节课的随堂测是一个瞬时值。"
"平均看整段,瞬时看瞬间。"
小理回到座位上,翻开物理书。他在旁边写了一行字:
"平均速度 = 位移 / 时间。平均速率 = 路程 / 时间。瞬时速度,是 Δt → 0 时,平均速度的极限。"
他把"极限"两个字圈了一下,觉得没圈好,划掉重画。第二次画得更圆。
……原来数学里的极限,是用来干这个的。
平均速度看位移,平均速率看路程。
两个不一样。
切线是某一点的瞬时。
Δt 越小,割线越接近切线。
| 比较项 | 平均速度 | 瞬时速度 |
|---|---|---|
| 物理意义 | 粗略描述某段时间内的平均快慢和方向 | 精确描述某时刻(某位置)的运动快慢和方向 |
| 对应关系 | 对应一段时间(位移),过程量 | 对应某一时刻(位置),状态量 |
| 方向 | 与这段时间内位移方向相同 | 就是该时刻物体的运动方向 |
| 联系 | 瞬时速度是平均速度在 Δt→0 时的极限值;匀速直线运动中两者相等 | |
| 比较项 | 平均速度 | 平均速率 |
|---|---|---|
| 定义 | 位移 ÷ 时间 | 路程 ÷ 时间 |
| 性质 | 矢量 | 标量 |
| 大小关系 | 平均速度大小 ≤ 平均速率;单向直线运动时两者大小相等 | |
平均要算位移,速率要算路程。
割线是平均,切线是瞬时。
时间越短,越接近某一刻。
- 人教版《物理》必修第一册 第一章第3节「位置变化快慢的描述——速度」. 人民教育出版社, 2019: 19-22.
- 人教版《物理》教师教学用书·必修第一册. 人民教育出版社, 2019: 25-30.
三、纸带上的第三次
点=时刻,点距=位移。
一段一段算,是平均速度;越靠近某点,越接近瞬时速度。
(上次那条纸带,小理夹在笔记本里。今天,他要再拉一条。)
(10:31。刚泡了第二杯茶。第一杯凉了还没倒。)
2026年10月8日,星期四,上午第三节。物理实验室。
老师说:"今天每个人自己拉一条纸带,算一遍平均速度,再算一遍瞬时速度。"
小理坐在实验台前。桌上有:一台电磁打点计时器、一条白色纸带、一把刻度尺、一张记录表。
第一次,他接好 8V 交流电,先启动电源,再拉纸带。纸带出来了——点密得看不清,整条纸带看起来就是一道黑印。
"拉太快了。"老师说,"还拉长了。"
第二次,他慢慢拉——点在纸上黏成一团,分不清谁是谁。
"又太慢。"
第三次。小理先深吸一口气。电源启动,他手拉着纸带,一秒一秒数着往外拉——像牵着一根很细的线,不快不慢。
纸带出来了。
他把纸带铺在桌上。拿尺子开始量。
第一段:8 毫米。第二段:15 毫米。第三段:22 毫米。第四段:29 毫米。
他把数字抄在记录表上。
平均速度:Δx ÷ Δt。第一段 8mm ÷ 0.02s = 0.4 m/s。后面几段依次算:0.75、1.1、1.45。
然后他想算"第三段末"的瞬时速度。
老师走过来,看了一眼。"你把包含这点在内的间隔取小一点。"
"多小?"
"取左右相邻两点,"老师说,"比如要算第 3 点,你就用第 2 点到第 4 点的平均速度,作为第 3 点瞬时速度的近似。"
"为什么?"
"因为 Δt 越小,平均速度越接近瞬时速度。"
小理又低头算。
(22 + 29)mm ÷ 0.04s = 1.275 m/s。
他把这个数写在表上,旁边标了个"≈"。
"不是等于,"他在旁边小字批注,"是近似。"
下课的时候,老师问他:"拉了几次才成?"
"三次。"
"正常。"老师说,"第一次太快,第二次太慢,第三次才对。"
"物理实验,很多时候不是一次就成。"
小理把纸带夹进笔记本。夹的时候,他想起上次《时间 位移》课的那条纸带——那条也夹在这里。
……两节课,两条纸带,一个测位移,一个测速度。
测出位移,就能算出平均速度。
把间隔取得越小,就越接近瞬时速度。
越靠越近是瞬时。
间距太小误差大,
取邻两段最稳当。
- 人教版《物理》必修第一册 第一章第3节「位置变化快慢的描述——速度」. 人民教育出版社, 2019: 22-24.
- 人教版《物理》教师教学用书·必修第一册. 人民教育出版社, 2019: 30-34.
四、一条折线
点连成线——一条往上的折线。
它告诉你的不是"走的路",而是"每一刻多快"。
(纸带拉完的第二天,老师又布置了一个新任务——把数据画成图。)
(11:05。台灯调到了最暗一档。楼道里的声控灯又灭了。)
2026年10月13日,星期二,上午第四节。物理实验室。
老师说:"上次拉纸带,算出的是几个平均速度。今天,把这些数画成图。"
小理拿到一张坐标纸。纵轴是速度 v,单位 m/s;横轴是时间 t,单位 s。
他把上次那条纸带上的数据抄过来:
t = 0.00s, v = 0.40 m/s;t = 0.02s, v = 0.75 m/s;t = 0.04s, v = 1.10 m/s;t = 0.06s, v = 1.45 m/s。
五个数据点。他用铅笔一个个描上去。
描完以后发现——这五个点,在纸上差不多在一条直线上。
然后老师走过来看了一眼。
"这五个点,你用一条曲线连起来。"
"直线还是曲线?"
"如果它们差不太多,就画直线。差得多,就画曲线。"
小理试着用尺子比了一下——差一点点,不够直。他决定画曲线。
画完,他看着这张图。
"老师,"他问,"这张图,是表示走的轨迹吗?"
"不是。"老师拿起粉笔在黑板上画了一个大叉,"这是 v-t 图像,不是运动轨迹。它只告诉你——每一刻,物体有多快。"
"那如果曲线往下走呢?"
"那是减速。"
"水平呢?"
"匀速。"
"那 t 轴下方呢?"
"那是速度方向反了。"老师说,"在 v-t 图像里,速度只有正、负两个方向。图线在 t 轴上方,速度方向是正;在下方,是负。"
"v-t 图像,不是路,是速度。"
下课的时候,小理把这张坐标纸夹进笔记本。跟前面两条纸带一起。
三条纸、两条纸带、一张坐标纸——他的物理笔记本越来越厚了。
……原来物理不是背公式,是把一堆具体的东西画成图。
| 曲线形状 | 物理意义 |
|---|---|
| t 轴上方,向上倾斜 | 正方向,加速 |
| t 轴上方,水平 | 正方向,匀速 |
| t 轴上方,向下倾斜 | 正方向,减速 |
| t 轴下方,向上倾斜 | 负方向,速度变小(往负方向减速) |
| t 轴下方,水平 | 负方向,匀速 |
| t 轴下方,向下倾斜 | 负方向,速度变大(往负方向加速) |
斜向上,是加速。
水平走,是匀速。
图是速度不是路。
- 人教版《物理》必修第一册 第一章第3节「位置变化快慢的描述——速度」. 人民教育出版社, 2019: 24-26.
- 人教版《物理》教师教学用书·必修第一册. 人民教育出版社, 2019: 34-38.
综合闯关
知识点总结
(11:48。写完了。外面的路灯还亮着。)
| 概念 | 定义 | 关键点 |
|---|---|---|
| 速度 | 位移与发生这个位移所用时间的比值 | v = Δx/Δt;矢量;方向由位移方向决定 |
| 平均速度 | 位移 ÷ 时间 | 粗略描述,过程量,方向与位移相同 |
| 瞬时速度 | 某时刻(某位置)的速度 | 精确描述,状态量,方向为该时刻运动方向 |
| 速率 | 瞬时速度的大小 | 标量,只有大小 |
| 平均速率 | 路程 ÷ 时间 | 标量;平均速度大小 ≤ 平均速率;单向直线运动时相等 |
| 纸带测量 | 用打点计时器记录位移和时间 | 相邻两点 Δt = 0.02s(50Hz);间隔越小越接近瞬时速度 |
| v-t 图像 | 横轴时间,纵轴速度 | 反映速度随时间变化;不是运动轨迹;只能描述直线运动 |
位移对时间,路程对速率。
纸带量位移,图线画速度。
方向不能忘,快慢要分清。
参考资料
- 人民教育出版社课程教材研究所.《普通高中教科书·物理·必修第一册》第一章第3节「位置变化快慢的描述——速度」. 人民教育出版社, 2019: 17-26.
- 中华人民共和国教育部.《普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)》. 人民教育出版社, 2020: 12-15.
- 人教版《物理》教师教学用书·必修第一册. 人民教育出版社, 2019: 25-38.
- Feynman R. P., Leighton R. B., Sands M.《费曼物理学讲义》第一卷, 第8章「运动」. 上海科学技术出版社: 60-72.


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