体育运动中的力学问题浅析VIP专享VIP免费

体育运动中的力学问题浅析唐莉（祁南矿学校安徽宿州234115）摘要:丰富多彩的体育运动与物理知识有着密切的联系,能否用科学的观点来审视体育运动中的有关问题,是对学生科学文化素质的一种检验．由于学生对各种体育运动均有直观感受,有关情境较易理解,容易焕起学生的兴奋点,因此近年来高考常以体育运动为知识背景命题,学以致用,以便考查学生综合运用所学知识分析、解决实际问题的能力．在物理教学中，学生普遍反映物理难学，老师感觉物理难教，而丰富多彩的体育运动与物理知识有着密切的联系，学生对各种体育运动均有直观感受，运动细节较易理解，容易激发学生的兴趣。现就两例有趣的体育现象“竞走中的摇摆”和“标枪的出手角度”进行简要的分析，以增加学生对枯燥的物理知识的兴趣。在体育运动里面蕴含着许多科学道理,尤其与力学原理有着很密切的关系,下面以几个实例加以阐述。一、竞走过程中“摇摆”的分析我们在观看竞走比赛时，常会对运动员那种走跑两不是的前进方式感到可笑，特别运动员那大幅度的身子“摇摆”更显得夸张。此外，我们更为运动员胜利在望之际因“腾空”而被淘汰而感到可惜，运动员为何要不停的摇摆？过程分析与解答运动员的质心来回上下移动，质心的速度和加速度依赖于运动员的脚对地的作用力，而质心下降的原因是重力作用，如果运动员用的力越大，质心越高，那么下降的时间越长，完成竞走的时间就越长，减慢了竞走的速度。因此运动员必须“摇摆“来限制他的质心向上运动，使其质心不至于上升太高。在竞走时，质心上升的时间t1，必须近似地与质心下降的时间t2相等，自由下落过程：,假如运动员用力过大，质心上升的加速度α会大于重力加速度g，这时，t1小于t2，重力加速度作用使质心下降，这时运动员就要跳跃或离地，违反了竞走的规则，同时消耗更多的能量，运动员感到非常疲劳。由于运动员行走的步子在t1和t2间隔里是等距的，所以整个步子的时间为：由式中l为腿长，2θ为行走时前后两腿间的夹角。由此可见，竞走运动员的速度取决于运动员的腿长l，行走时前后两腿之间的夹角2θ，质心移动高度h。由于运动员的腿长l是不变的，两腿之间的夹角应适合运动员自身的身体条件而不能太大，否则会影响运动员的速度和舒适度，可见运动员必须用摇摆来减少h，从而增加速度。二、标枪出手角度的分析很多同学在学习斜抛运动后，几乎提出同样的一个问题：从理论上计算，标枪的出手角度应该是45°，而体育课上老师分析技术要领时说，标枪的出手角度是32°~38°，这又是为什么？过程分析与解答如图1，一般同学们认为标枪是从地面O点出发的，没有考虑到运动员的身高h，这样计算出标枪的落地点为A点，最佳出手角度为45°；若考虑到运动员的身高，再以45°角投出标枪，则标枪的出手点为O1点，落地点为B点；若考虑到运动员的身高（即标枪的出手高度h），同时以小于45°角投出标枪，标枪的落地点为C点，显然第三次投出的距离最远，下面我们来分析影响标枪飞行距离的因素。设标枪的出手角度为θ，速度为v0，标枪的出手高度为h，飞行时间t1为标枪由O1飞行到E点的时间：t2为标枪由E到B的飞行时间：即标枪水平飞行的距离：通过以上分析可得，标枪飞行的距离与标枪的出手速度v0，出手角度Q，出手高度h有关，此外还受风向和风力的大小等因素的影响。由此可见，运动员的出手角度是多少需要综合上述各因素来判断，并不是一成不变的。综合而言,在正常情况下,三个要素中最关键、最有效的是铅球的出手初速度,它是影响投掷成绩的首要因素,最佳出手角度是运动员最优发挥的重要因素,出手高度对铅球飞行距离有较大影响。对每一个运动员而言,由于身高是不能改变的,主要精力应集中在提高出手初速度上,在爆发力充分发挥的前提下,把握最佳出手角度是进一步提高成绩的决窍。体育运动过程涉及的物理知识立意新颖，具有浓厚的生活气息，学生通过对所展示的过程进行分析、判断，建立合理的物理模型，运用所学的知识进行解答。这种加强物理教学与实际的联系方式，能够不断唤起学生理论联系实际的意识，逐渐使学生学以致用，从中寻找乐趣，让学生真正成为快乐学习的主体。综上所述，以体育运动为背景的试题，立意...