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热点05 古老智慧的现代回响：传统科技如何赋能今天？
关键词：传统农业科技、传统建筑科技
内容导航
..................................................................................................................................................................................... 2
一、墨子鲁班学术盛会：古代科技基因的现代解码......................................................................................2
二、科技赋能传统文化：物理原理的创造性转化..........................................................................................2
三、传统工程智慧与现代技术融合：从“道器一体”到“科技人文主义”..............................................4
..................................................................................................................................................................................... 4
【考向分析】.............................................................................................................................................. 4
核心知识点................................................................................................................................................. 5
核心能力要求............................................................................................................................................. 6
【设问预测】.............................................................................................................................................. 6
角度一：古代装置的物理建模与原理考察..............................................................................................6
角度二：古代技术的能量转换与效率考察..............................................................................................6
角度三：古老智慧与可持续发展视角......................................................................................................6
..................................................................................................................................................................................... 7
考向01 古代装置的物理建模与原理考察.......................................................................................................7
考向02 古代技术的能量转换与效率考察.....................................................................................................14
考向03 古老智慧与可持续发展视角............................................................................................................. 19
传统不是遗产，是活的物理。“榫卯”不是木工技艺，是静摩擦力与结构稳定性的完美体现；“司
南”不是占卜工具，是地磁场与磁极相互作用的原始传感器；“水运仪象台”不是古代钟表，是机械能、
重力势能与周期性控制系统的早期集成。高考命题的每一次“回响”，都是对中华科技文明的致敬，更是
对物理教育本质的回归——从生活中来，到思维中去。
一、
墨子鲁班学术盛会：古代科技基因的现代解码
2025 年10 月，第十五届墨子鲁班学术研讨会在山东滕州召开，会议核心议题为“‘四大全球倡议’视
野下墨子鲁班文化遗产与当代人文和自然科学融合发展”。设置人工智能时代学科融合、墨子鲁班科技成
就与科技强国建设、“兼爱”“善文化”与社会治理现代化、墨家廉洁文化建设等8 个分议题。
二、
科技赋能传统文化：物理原理的创造性转化
AI 戏剧《AI 上黄鹤楼》通过270 度全息舞台实现数字化场景与真人演出的融合，其原理涉及光的干涉、
衍射与全反射。
珠江水面无人机灯光秀依赖无线通信与精准定位，其物理基础包括电磁波传播、多普勒效应等。杭州
程天科技研发的“速行髋关节助力外骨骼”通过传感器实时感知步态
三、传统工程智慧与现代技术融合：从“道器一体”到“科技人文主义”
2025 年12 月，百家号文章《“道”与“器”的对话：传统智慧如何照亮现代科技之路》提出“道器
相济”理论，即传统思想（“道”）与现代科技（“器”）的双向互动。在传承中创新，让古老智慧为现
代科技发展注入新活力
【考向分析】
高考物理命题正深刻转向以中华优秀传统科技为载体的素养立意新范式，本质是将中国古代科技成就
转化为情境化、跨学科、素养导向的物理试题载体, 该主题契合《普通高中物理课程标准（2020 年
版）》中“科学本质”“科学·技术·社会·环境”（STSE）及“文化自信”三大核心素养要求，标志着高
考命题从“知识立意”向“能力立意+文化立意”转型。
在高考命题中常不只是单纯考查学生是否记住了杠杆、滑轮、轮轴等公式，更侧重于考查学生的抽象
建模能力、工程优化思维以及跨学科迁移能力。首先，这类题目往往会设定一个古代或传统的情境（例如：
古代井绞车、水车、杠杆称砣），让学生从中抽象出物理模型。其次，命题者可能会进一步设置情境，要
求学生分析装置的效率或能量守恒。最后，高考的趋势是跨学科与类比。学生可能需要将古代的水车与现
代的发电机联系起来，讨论如何将机械能转换为电能，或者将传统的风筝原理与现代的风力发电联系。这
不仅考查了学生对物理原理的理解，也考查了他们的创新思维和社会实践能力。
核心知识点
1. 力的合成与分解
力的合成与分解：榫卯结构中的应力分布，战国弩机赋能现代起重机液压传动系统优化，明代风帆动力
宝船赋能现代风力发电机叶片气动外形优化
能量转化与守恒：榫卯、古代风车、都江堰，机械能（势能→动能→内能）在结构形变、水流下落、叶
轮转动中持续转化
圆周运动与向心力：都江堰弯道设计赋能现代水坝分流防淤设计
重力自流与势能驱动：都江堰自流灌溉系统
机械效率：通过“能量转换率”来衡量新能源汽车的行驶里程与能耗关系
动量守恒定律：嫦娥五号/六号上升段推进，反冲原理实现月面起飞，类比古代火箭雏形的推进机制
振动与阻尼：榫卯在高铁减震装置中的应用。
2. 电磁学、光学与热学
电磁学：汉代指南勺赋能现代地磁导航芯片误差补偿，唐代雷琴摩擦起电赋能微静电除尘设备，清代泸
定桥铁索桥防雷赋能现代建筑避雷针电荷分布优化
光学：墨子在《墨经》中记载的小孔成像实验（“景倒，在午有端”），光路直线传播、像的形状与物
体关系，皮影戏成像赋能现代微缩投影仪光学系统，汉代铜镜赋能太阳能聚光器光路设计
分子动理论：古代点火器（推杆压缩艾绒）
电磁感应与能量回收：新能源汽车制动时，电机切换为发电机模式，通过电磁感应将动能转化为电能
（楞次定律应用）。讨论电机内部电阻导致的能量损耗（热能）。结合能量密度分析续航里程，或通过快
充原理考查电功率与电流热效应（Q=I2 Rt）。
变压器与供电：可能涉及新能源汽车充电过程中的变压器工作原理和电路分析。
3. 能量与热学
能量守恒与转化：分析燃油车与电动车的能量效率差异，或计算电池充放电过程中的能量损失。
热力学定律：发动机冷却系统利用水的比热容大特性散热，或电池热管理系统通过热传递控制温度。
热泵空调原理：制冷剂汽化吸热、液化放热实现能量转移，考查物态变化与热效率计算。
再生制动：探讨新能源汽车利用制动过程中的动能回收（电磁制动），转化为电能存储的原理
4. 智能驾驶与传感技术（新兴趋势）
光学与雷达：可能出现关于激光雷达（Lidar）探测距离与光束发散角的计算，涉及光的反射、折射和光
束几何。
传感器原理：讨论摄像头、雷达等传感器的工作原理（如雷达的电磁波传播和反射）。
核心能力要求
1. 情境建模能力：能从真实问题中抽象出物理模型，将古代机械（如弩机杠杆、筒车齿轮）抽象为力学模
型，识别关键变量并建立数学关系，解决多过程、多因素耦合问题。
2. 原理迁移能力与对比分析能力：将古代科技中的原理、思想映射到现科技中
3. 科学素养与社会关联能力：能够结合可持续发展或环保理念，讨论传统技术（如风力、水力）的生态价
值。理解古代技术作为人类早期“工程实践”的价值，体现出对科学技术进步的历史感悟。
【设问预测】
命题者会设计具体场景，将上述知识点融入其中。以下是几种典型的设问方式：
角度一：古代装置的物理建模与原理考察
1. 设问情境：教师出示古代常见的工具或装置图片（如：杠杆秤、古井绞车、车轮与车轴），要求学生识
别其工作原理，并转化为现代物理语言。都江堰飞沙堰利用弯道环流实现泥沙自动分离，现代水利系统仍
借鉴其原理。榫卯结构在现代高铁减震器中的仿生应用
2. 典型设问：
古代井绞车利用绳索和滑轮提升水井中的水桶。解释这种装置是如何改变力的方向以及减小提升所需的
力的大小的
为何飞沙堰在水流高速转弯时能将泥沙抛向外侧？
角度二：古代技术的能量转换与效率考察
1. 设问情境：展示一幅古代水车或磨盘或宋代水转翻车的齿轮传动系统的简易机械结构图，要求学生从能
量守恒角度分析。分析战国青铜弩机的杠杆结构。汉代透光镜聚焦实验。
2. 典型设问：
古代水车利用水流的动能驱动磨盘。请指出水车的能量输入端和输出端，并结合能量守恒定律，解释为
什么水车不能无限制地加速。
角度三：古老智慧与可持续发展视角
1. 设问情境：学生阅读了关于“古代绿色建筑”或“古代自然能源利用”的文章，探讨其在当代环保中的
意义。
2. 典型设问：
古代建筑常利用‘风力’或‘水力’进行通风或抽水。请分析这种利用自然能源的方式相较于现代电力
系统的优势，并结合能量守恒解释其环境效益。
现代城市中，传统的‘风向标’或‘风筝’等装置可能被忽视。请思考在现代建筑设计中，如何借鉴古
代‘风力导向’的原理来进行自然通风设计。
（建议用时：45 分钟）
考向
01
古代装置的物理建模与原理考察
1．（2025·河南·三模）榫卯结构是中国传统木建筑、木家具的主要结构方式，我国未来的月球基地将采用
月壤烧制的带有榫卯结构的月壤砖建设。在木结构上凿削矩形榫眼用的是如图甲所示木工凿，凿削榫眼时
用锤子敲击木工凿柄，将木工凿尖端钉入木头，木工凿尖端钉入木头时的截面如图乙所示，锤子对木工凿
施加的力
沿竖直面向下，木工凿对木头的侧面和竖直面的压力大小分别为
和
，下列说法正确的是
（ ）
A．
和
是
的两个分力
B．凿子尖端打磨的夹角不同，
可能大于
C．凿子尖端打磨的夹角不同，
可能大于
D．凿子尖端打磨的夹角不同，
可能小于
2．（23-24 高三下·山东·月考）中国传统工艺——榫卯结构出现在当下流行的拼插玩具中，如图甲所示。
凸出部分叫榫，凹进部分叫卯，榫和卯咬合，起到连接作用。图乙是一种榫卯连接构件，相互连接的两部
分M、N，其中构件M 固定在水平地面上，榫、卯接触面间的动摩擦因数均为μ，沿N 的轴线OP 用大小
为F 的力才能将N 从M 中缓慢拉出。可认为各接触面间的弹力大小均为
，滑动摩擦力与最大静摩擦力
大小相等，N 的下表面与水平地面未接触，则榫、卯接触面间的动摩擦因数μ 为（ ）
A．
B．
C．
D．
3．（2025·广东广州·模拟预测）图甲是一种榫卯连接构件，相互连接的两部分P、Q 如图乙所示。图甲中
构件Q 固定在水平地面上，若榫、卯接触面间的动摩擦因数均为μ，各接触面间的弹力大小均为
，滑动
摩擦力与最大静摩擦力大小相等，要用大小为F 的力沿P 的轴线
将P 从Q 中拉出，则F 的大小至少为
（ ）
A．
B．
C．
D．
4．（2026·广东深圳·一模）《天工开物》中记载了谷物脱壳工具——土砻（图甲）。如图乙所示，手柄ab
和摇臂cd 位于同一水平面内且相互垂直，c 端通过光滑铰链相连，d 为ab 中点，c 位于悬点O 的正下方。
，手柄ab 重力为G 且质量分布均匀，摇臂cd 质量忽略不计。人不施加作用力时ab 处于静止状态，
则摇臂cd 对手柄ab 的作用力大小为（ ）
A．2G
B．
C．
D．
5．（2025·四川成都·二模）图
为记载于《天工开物》的风扇车，它是用来去除水稻等农作物子实中杂
质的木制传统农具。风扇车的工作原理可简化为图（b）模型：质量为
的杂质与质量为
的子实仅在水
平恒定风力和重力的作用下，从同一位置
静止释放，若
小于
，杂质与子实受到的风力大小相等。
下列说法正确的是（ ）
A．杂质与子实在空中做曲线运动
B．杂质与子实在空中运动的时间相等
C．杂质与子实落地时重力的瞬时功率相等
D．杂质落地点与
点的水平距离小于子实落地点与
点的水平距离
6．如图为明代出版的《天工开物》中记录的“牛转翻车”，该设备利用畜力转动不同半径齿轮来改变水
车的转速，从而将水运送到高处。图中a、b 分别为两个齿轮边缘上的点，齿轮半径之比为
；
a、c 在同一齿轮上且a、c 到转轴的距离之比为
，则在齿轮转动过程中（ ）
A．a、b 的角速度相等
B．b 的线速度比c 的线速度小
C．b、c 的周期之比为3 4∶
D．a、b 的向心加速度大小之比为4 3∶
7．（2026·吉林长春·一模）“击壤”是我国古代的一项投掷游戏。将一块“壤”置于地面，一孩童在远处
水平抛出另一块“壤”，落在了水平地面P 点（两块“壤”与P 点位于同一竖直面内），如图所示。不计
空气阻力，若要击中地面的“壤”，以下方式可行的是（ ）
A．仅增大水平抛出速度
B．仅减小水平抛出速度
C．仅增大抛出点离地高度
D．仅改用更重的“壤”抛出
8．如图甲所示，用瓦片做屋顶是我国建筑的特色之一。铺设瓦片时，屋顶结构可简化为图乙所示，建筑
工人将瓦片轻放在两根相互平行的檩条正中间后，瓦片静止在檩条上。已知檩条间距离为
，檩条与水平
面夹角均为
，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列说法正确的是（ ）
A．仅减小时，瓦片与每根檩条间的摩擦力的合力变大
B．仅减小
时，瓦片与每根檩条间的弹力的合力变小
C．仅减小
时，瓦片与每根檩条间的弹力变大
D．仅减小
时，瓦片可能会下滑
9．（2022·浙江·高考真题）如图所示，公园里有一仿制我国古代欹器的U 形水桶，桶可绕水平轴转动，水
管口持续有水流出，过一段时间桶会翻转一次，决定桶能否翻转的主要因素是（ ）
A．水桶自身重力的大小 B．水管每秒出水量的大小
C．水流对桶撞击力的大小 D．水桶与水整体的重心高低
10．（2025·福建·二模）（多选）明朝宋应星所著的《天工开物》中记录了图甲所示的用重物测量弓弦张
力的“试弓定力”情景，其简化模型如图乙所示，某次测量时将弦的中点悬挂于秤杆上，在质量为
的弓
的中点处悬挂质量为
的重物，此时弦的张角为
，已知弦可视作遵循胡克定律的弹性轻绳，且始
终在弹性限度内，不计弓的形变和一切摩擦，重力加速度大小为
，则（ ）
A．此次测量中弦的张力为
B．此次测量中弦的张力为
C．增加重物质量，弦的张力一定增大 D．增加重物质量，弦的张力可能减小
11．（2025·湖北·模拟预测）（多选）“辘轳”是中国古代取水的重要设施，如图甲。在某次研学活动中，
一种用电动机驱动的辘轳引发了同学们的兴趣。该种辘轳的工作原理简化图如图乙，已知转筒（辘轳）半
径
。在某次提水的过程中，电动机以恒定输出功率将质量为
的水桶（含水）由静止开始竖
直向上提起。圆筒转动的角速度
随时间变化的图像如图丙。忽略转筒（辘轳）的质量以及所有摩擦阻
力，取重力加速度
，则下列说法正确的是（ ）
A．电动机的输出功率
B．
内井绳对水桶的拉力
逐渐增大
C．当角速度
时，水桶的加速度大小为
D．
内水桶上升的高度为
12．（2024·湖南衡阳·模拟预测）我国古代著作《墨经》中记载了小孔成倒像的实验——“景到，在午有
端，与景长。说在端...远近有端，与于光。”小明受其启发，利用小孔成像原理估测太阳的密度，如图1
所示，准备的器材有：不透光圆筒，不透光的厚纸、透光的薄纸、米尺、毫米刻度尺、螺旋测微器等。
实验步骤如下：
①圆筒的一端封上不透光的厚纸，另一端封上透光的薄纸；
②用米尺测得圆筒的长度L；
③用针在厚纸的中心扎一个小孔，用螺旋测微器测得针的直径d（即小孔的直径）；
④把圆筒有小孔的一端对准太阳，在圆筒的另一端薄纸上可以看到清晰圆形光斑（即太阳的实像），用毫
米刻度尺测得光斑的直径D。
(1)圆筒的一端与零刻度对齐，则图2 测得该圆筒的长度L=________cm，如图3 测得小孔的直径
d=________mm，如图4 测得太阳像的直径D=________cm。
(2)设地球环绕太阳的周期为T，引力常量为G，θ 很小时，
，则估算太阳的平均密度表达式为
________（用题中给的字母表示）。
13．（2025·江西宜春·二模）中国古代的《墨经》中谈到“景不徙，说在改为”意思是影子是不动的，影
子变动的表象是物体和光源位置改变所造成。如图所示，与水平湖面夹45°的平行光照射在一独木舟上，
在右侧竖直壁上形成了一个影子。已知影子长度为独木舟长度的
倍。求：
(1)湖水的折射率；
(2)若独木舟向右以0.1m/s2加速度移动（湖面的波动忽略不计），在撞壁之前，求影子移动的位移x 影和时
间t 的关系。
考向
02
古代技术的能量转换与效率考察
14．（2026·天津河东·一模）《墨经》中记载古代建造房屋过程中通过斜面提升重物，如图所示，若斜面
体表面和地面均粗糙，在用大小不变的力F 缓慢拉升重物的过程中，斜面始终保持静止，下列判断正确的
是（ ）
A．重物受到的支持力变大
B．重物受到的摩擦力变大
C．斜面受到地面的支持力变大
D．斜面受到地面的摩擦力变小
15．（2026·山西大同·一模）明代的《天工开物》记载了我国古人在农业上利用筒车进行水利灌溉的过程
（如图甲），筒车利用水流带动车轮转动，固定在车轮上的竹筒在水面下蓄水，过顶部后水从竹筒中流出。
图乙为筒车的简化图，若筒车的半径为
，其轴心距水面的高度为
，筒车在竖直面内沿逆时针方向
以转速
匀速转动。一竹筒（视为质点）打水后，运动到顶部过程中其所装水的质量
保
持不变，水面水平且高度恒定，重力加速度
取
，
取3，则下列说法正确的是（ ）
A．该竹筒转动的线速度大小为
B．该竹筒单次蓄水时间约为
C．从离开水面至顶部过程中，该竹筒中的水克服重力做功的最大功率为
D．从离开水面至顶部过程中，该竹筒对其所装水的作用力大小先增大后减小
16．（2025·河北·模拟预测）“榫卯”结构是我国工匠的智慧结晶。为了使结构点更牢固耐用，工匠师傅
们通常需要在结构中加入木楔，如图所示，用铁锤将木楔敲入一块木料楔缝中。已知木料上楔缝的截面和
木楔截面均为顶角为（非常小）的等腰三角形，先将木楔对准楔缝（有接触但无挤压），露出楔缝处的
高度为，锤子以动量
在极短时间撞击木楔后一起竖直向下运动，木楔刚好全部进入楔缝。若木楔进入
的过程中楔缝侧壁发生了弹性形变，铁锤质量为
，木楔质量为
，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重
力加速度为
。木楔进入木料的过程，下列分析正确的是（ ）
A．锤子对木楔的冲量大小为
B．锤子、木楔及木料整体损失的机械能为
C．木料和木楔间因摩擦产生的内能为
D．木楔受到木料的平均阻力大小为
17．（2025·辽宁·三模）绞车的原理如图所示，将一根圆轴削成同心而半径不同的大小辘轳，在其上绕以
绳索，绳下加动滑轮，滑轮下挂上重物，人转动把手带动辘轳旋转便可轻松将重物吊起。已知大、小辘轳
的半径分别为
、，把手的旋转半径为
，在重物沿竖直方向被匀速吊起的过程中，把手的线速度大
小为，则重物上升的速度大小为（ ）
A．
B．
C．
D．
18．（22-23 高一下·福建漳州·期中）《天工开物》是一部由明代宋应星编写的关于农业和手工业生产的综
合性著作，其中描述了一种“轱辘”装置。如图所示，可转动的把手上a 点到转轴的距离为2R，辘轳边缘
b 点到转轴的距离为R。若甲转动把手，将井底的乙向上拉，则在乙加速上升的过程中，下列说法正确的
是（ ）
A．a 点的角速度大于b 点的角速度
B．a 点和b 点的线速度大小之比为
C．a 点的向心加速度大于b 点的向心加速度
D．绳对乙的拉力做的功等于乙克服重力做的功
19．（24-25 高二上·广东梅州·期末）《天工开物》中记载了一种舂（chōng）米装置，曾在农村广泛应用，
如图所示．某次操作时，人将谷物倒入石臼内，然后通过杆杠的运作，把质量为
的碓抬高
后从
静止释放，碓在重力作用下向下运动打在石臼内，碓的下落过程可简化为自由落体．设碓与谷物作用
后静止，从而将谷物碾磨成米粒．取
，不计空气阻力，则下列说法中正确的是（ ）
A．碓向下运动过程中的最大速度约为
B．碓从释放到静止的过程中，合外力冲量向下
C．碓与谷物相互作用中，碓和谷物组成的系统动量守恒
D．碓与谷物相互作用中，碓对谷物的平均作用力约为
20．如图甲所示为古代榨油场景，图乙是简化原理图，快速撞击木楔便可将油榨出。若木楔可看作顶角为
θ 的等腰三角形，撞击木楔的力为F，忽略木楔与木块间的摩擦力，则下列说法正确的是（ ）
A．木楔挤压木块过程中，木楔对木块的压力大于木块对木楔的压力
B．为了提高榨油的效率，θ 通常设计得较大
C．木楔对单侧木块的压力大小为
D．当θ 一定时，F 越大，木楔对单侧木块的压力越大
21．（多选）如图甲所示，北宋曾公亮在《武经总要》中记载了一种古代运输装备，名为“绞车”，因其
设计精妙，使用时灵活方便，这种绞车又被称为“中国式绞车”，“合大木为床，前建二叉手柱，上为绞
车，下施四轮，皆极壮大，力可挽二千斤。”其原理如图乙所示，将一根圆轴削成同心而半径不同的两部
分，其中a，b 两点分别是大小辘轳边缘上的两点，其上绕以绳索，绳下加一动滑轮，滑轮下挂上重物，
人转动把手带动其轴旋转便可轻松将重物吊起，则在起吊过程中，下列说法正确的是（ ）
A．a 点的向心加速度大于b 点的向心加速度
B．人对把手做的功等于重物机械能的增加量
C．滑轮对重物做的功等于重物机械能的增加量
D．若把手顺时针转动则滑轮也会逆时针转动
22．（多选）图甲为《天工开物》中耕牛整理田地的场景，简化的物理模型如图乙所示，人站立在农具耙
的中间位置，耙与水平地面平行，两条绳子相互平行且垂直于耙边缘。已知绳子与水平地面夹角θ 为
25.5°，sin25.5°=0.43，cos25.5°=0.90。某过程中，每条绳子拉力F 均为250N，人与耙沿直线匀速前进了
10m。则下列说法正确的是（ ）
A．换两条更长的绳子，人与耙仍匀速前进，人受到的摩擦力增大
B．地面对耙的阻力大小为450N
C．耙所受合力对耙所做的总功为5000J
D．两条绳子拉力对耙所做的总功为4500J
23．（2025·广东清远·一模）如图甲所示，《天工开物》中提到一种古法榨油一撞木榨油，其过程简化为
石块撞击木楔，挤压胚饼，重复撞击，榨出油来。现有一长度l=4m 的轻绳，上端固定于屋梁，下端悬挂
一质量M=180kg 的石块，可视为质点。如图乙所示，将石块拉至轻绳与竖直方向成37°角的位置，石块由
静止释放，运动至最低点时与质量m=20kg 的木楔发生正碰，不计撞击过程的机械能损失，撞击时间
t=0.05s，每次撞击后立即将石块拉回原位置。重力加速度g 取
。
求：
(1)撞击前，石块在最低点对轻绳的拉力大小T；
(2)撞击后瞬间木楔的速度和石块对木楔撞击的平均作用力大小 F；
(3)石块每次在同一位置释放并在最低点撞击木楔。木楔向里运动过程中所受的阻力与它的位移关系如图丙
所示。要木楔移动的位移
石块至少需撞击多少次木楔。
考向
03
古老智慧与可持续发展视角
24．（多选）如图所示是明代宋应星所著《天工开物》中记载的我国古代的一种农业机械——水碾，当水
冲击下部水轮时，水轮会带动上部的碾来碾米。假设水流沿水平方向垂直冲击水轮中的叶片，每秒冲击叶
片的水量为10kg，水速从6m/s 减小为1m/s，水流动能的减少量全部用来对水轮做功，下列说法正确的是
（ ）
A．水碾每秒从水流中获得的能量为180J
B．水流对叶片的平均作用为的大小为50N
C．叶片对水流的作用力方向与水流速度方向相反
D．不同叶片上到转轴距离相同的点线速度相同
