等面积法测篮球砸地的压力

等面积法测篮球砸地的压力邱镇华邵健雄重庆交通大学港海0805班重庆市400074摘要利用等面积法（面积的等量代换），通过测篮球砸地时与地面的最大接触面积来间接测量篮球砸地时的最大压力，得出篮球砸地时的最大接触面积与其砸地时的最大压力之间的数量关系，加深对接触面积与压力大小之间的关系的认识。关键词探究性物理实验、等面积法、接触面积、砸地压力EQUALAREAMETHODTOMEASURETHEPRESSUREDROPBASKETBALLQIUCHENHUA,SHAOJIANXIONGCHONGQINGJIAOTONGUNIVERSITYCHONGQING400074ABSTRACTTHEUSEOFEQUALAREAMETHODTHEAREAEQUIVALENTSUBSTITUTION,THROUGHMEASUREMENTBASKETBALLDROPINMAXIMUMCONTACTWITHTHEGROUNDAREATOINDIRECTMEASUREMENTWHENTHEBASKETBALLHITTHEMAXIMUMPRESSURETOCOMETOBASKETBALLWHENITHITGROUNDCONTACTAREAWITHTHELARGESTTOTHEMAXIMUMPRESSUREDROPBETWEENTHETIMEOFTHEQUANTITATIVERELATIONSHIPBETWEENCONTACTAREAANDPRESSURETODEEPENUNDERSTANDINGOFTHERELATIONSHIPBETWEENTHESIZEOFKEYWORDSINQUIRYORIENTEDPHYSICSEXPERIMENTS,EQUALAREAMETHOD,THECONTACTAREA,SMASHINGGROUNDPRESSURE1引言随着社会科技、经济的高速发展，人才竞争越来越激烈，如何培养具有创新能力的高素质人才已受到普遍关注，这也对高校教育教学提出了新的挑战和要求。对理工科各专业来说，大学物理实验教学对培养学生的实践能力、分析和研究问题的能力起到十分重要的作用，因此在高校创新型人才的培养中，大学物理实验教学的改革首当其冲。随着科学的飞快发展，人们对物理学说的研究已经层层深入。先人给我们留下了许多发现，为我们如今的科学研究打下了很多很好的基础。作为大学生，我们应该了解先辈们给我们留下的经典实验，并能将其实验的思路和原理进行合理的发散，从而实验创新的目的。2设计思想21实验思路的产生曹冲称象的故事已广为人知，当时曹冲称象的基本思路是用等体积“排”水法来间接测得大象的质量。我们从该实验中得到启发，将等体积法的应用发散到等面积法的应用上，记录篮球砸地时与地接触的最大面积，然后寻找用多大的力才能产生同样的面积，间接测出篮球砸地时的最大压力。22实验仪器篮球直径为235CM一个、卷尺（5米量程）一个、白纸若干、电子秤一台、直尺一个、染料水。23实验基本原理篮球从空中垂直落地，受弹力会反弹脱离地面，在与地面接触的过程中篮球对地面的压力存在一个最大值，当达到最大值时可知篮球的形变最大即它与地面的接触面积最大。想直接观察出最大的接触面积实属不易，但我们可以利用白纸记录出篮球与地面接触的最大面积，然后再用电子秤测出篮球产生同样大面积时产生的压力，记录若干组数据，从而探究面积与压力二者存在的关系。3实验基本步骤1寻找好合适的户外场地（要求地面平整），用卷尺测量并标记出7个高度基准点H05、10、15、20、25、30、40单位M2在地面上铺好准备的白纸，将篮球沾上适量水，然后在标记好的05M高度基准点释放篮球，使篮球垂直砸到白纸上，篮球第一次反弹后就将其接住，则沾水的篮球会在白纸上留下一个圆形的印记，迅速测量并记录该圆形印记的直径D。3重复第二步的基本操作，依次测出10、15、20、25、30、40处释放的篮球在白纸上留下圆形印记的直径大小。4按照圆形面积计算公式计算出7个圆形印记的面积5打开电子秤，将白纸平铺在电子秤，篮球轻放在白纸上，人工垂直按压沾有适量水的篮球，当篮球在白纸上产生的圆形印记与先前记录的圆形印记一样大小时记录电子秤的读数M，重复此操作测出7个相应的读数M6查询当地的重力加速度G，利用公式FGMG，测出与各个面积相对应的压力F7将数据汇总成表格，利用数据绘制出一个简单的压力F与面积S的函数关系曲线。然后认真观察曲线，总结出其中的规律。4实验数据记录与处理重力加速度G10M/S2表1篮球砸地面积及砸地压力数据记录表TABLE1BASKETBALLDROPINAREAANDTHEDROPINPRESSUREDATARECORDSHEETSH（M）平均D（CM）SCM2F（N）KF/S051109498524455211621012011304628055555561513013267736555513682013814950836555953182514516505917755601333015117899986855131574016020096110125479697图1压力与接触面积关系趋势图FIGURE1THERELATIONSHIPBETWEENSTRESSANDTHECONTACTAREATRENDS020040060080010001200SFSCM2F（N）SCM2949811304132671495165051789920096F（N）5244628736583659177986811012951131331501651792015实验结论经过对数据的分析和观察数据趋势图后，我们得出篮球砸地压力与高度H的关系,其中05M,11CM,K值平均为55（实验使用篮球的直00624HDKF00D径为235CM）。公式实例运用当H4M时，F109976N。1）本公式适用条件平整水泥地面，篮球充气度适中2）原因分析形变导致篮球体积减小，其内部的压强会逐渐增大，而压强的增大又使得形变变得困难，因此篮球触地时压力增加明显，而触地面积增加却相对较小。6实验注意事项1实验中，篮球沾的水不宜过多，否则过量的水分可能在白纸上向外阴湿白纸，使得测量的圆形印记不准确。2测量压力时，电子秤要水平放置，否则压力分部不平衡，导致测量误差扩大。作者简介邱镇华男本科在读重庆交通大学河海学院08级港航5班学生EMAILQIUZHENHUA662163COM邵健雄男本科在