体育运动中的力学问题

1、.体育运动中的力学问题 丰富多彩的体育运动与物理知识有着亲密的联络，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，容易唤起学生的兴奋点，因此近年来高考常以体育运动为知识背景命题，学以致用，以便考察学生综合运用所学知识分析、解决实际问题的才能。以体育运动为背景的试题，涉及到中学物理的知识有：质点、匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动、圆周运动、牛顿运动定律、动量定理、功能关系等。本文结合近几年的高考物理试题做一解析，供同学们复习参考。一、蹦极运动例1“蹦极运动是英勇者的运动，蹦极运发动将弹性长绳系在双脚上，弹性

2、绳的另一端固定在高处的跳台上，运发动从跳台上跳下后，会在空中上下往复屡次，最后停在空中，假如把运发动视为质点，忽略运发动起跳时的初速度和程度方向的运动，把运发动、弹性绳、地球作为一个系统，运发动从跳台上跳下后，以下说法正确的选项是 1第一次反弹后上升的最大高度一定低于跳台的高度2第一次下落到最低位置处系统的动能为零，弹性势能最大3跳下后系统动能最大时刻的弹性势能为零4最后运发动停在空中时，系统的机械能最小A13 B23 C34 D124解析由于运动过程中不断抑制空气阻力做功，系统的机械能不断减少，所以14正确，第一次下落到最低处速度为零，动能为零，弹性绳伸长量最大，弹性势能最大，2正确，应选D

3、。评注“蹦极运动囊括了整个力学的精华部分，通过对其深化研究，不仅可以把力学知识串联起来，而且可以借此培养学生的发散思维才能和解决实际问题的才能，可收到良好的复习检测效果。二、跳水运动例2一跳水运发动从离水面10m高的平台上跃起，举双臂直体分开台面，此时其重心位于从手到脚全长的中点，跃起后重心升高0.45m到达最高点。落水时身体竖直，手先入水在此过程中运发动程度方向的运动忽略不计，从分开跳台到手触水面，他可以用于完成空中动作的时间是_s计算时可以把运发动看作全部质量集中在重心的一个点，取，结果保存二位有效数字。解析运发动的跳水过程是一个很复杂的过程，主要是竖直方向的上下运动，但也有程度方向的运动

4、，更有运发动做的各种动作。构建运动模型，应抓住主要因素。如今要讨论的是运发动在空中的运动时间，这个时间从根本上讲与运发动所做的动作以及程度运动无关，应由竖直分运动决定，因此忽略运发动的动作，把运发动当成一个质点，同时忽略他的程度运动，当然，这两点题目都作了说明，所以一定程度上，“建模的要求已经有所降低，但我们应该理解这样处理的原因。这样，我们把问题提炼成了质点作竖直上抛运动的物理模型。在定性的把握住物理模型之后，应把这个模型细化，使之更明晰，可画出示意图如图1。由图可知，运发动作竖直上抛运动，上升高度h=0.45m;从最高点下降到手触到水面，下降的高度为H=10.45m.下面分段处理该运动。运

5、发动跃起上升的时间为从最高点下落至手触水面，所需时间为所以运发动在空中用于完成动作的时间约为评注此题以“跳台跳水为背景，要求考生对简化后的过程进展定量分析。解决问题的关键是认真阅读试题信息，将题目描绘的过程抽象成一个质点的竖直上抛运动过程。三、原地跳起例32019年高考理综物理试题原地跳起时，先屈腿下蹲，然后突然蹬地，从开场蹬地到离地是加速过程视为匀加速，加速过程中重心上升的间隔 称为“加速间隔 ，离地后重心继续上升，在此过程中重心上升的最大间隔 称为“竖直高度，现有以下数据：人原地上跳的“加速间隔 d1=O.50m，“竖直高度;跳蚤原地上跳的“加速间隔 ，“竖直高度，。假想人具有与跳蚤相等的

6、起跳加速度，而“加速间隔 仍为0.50m。那么人上跳的“竖直高度是多少?解析设跳蚤起跳的加速度为口，离地时的速度为口，那么对加速过程和离地后上升过程分别有假设假想人具有和跳蚤一样的加速度a，在这种假想下人离地时的速度为V，与此相应的竖直高度为H，那么对加速过程和离地后上升过程分别有由以上各式可得代入数值，得。评注此题取材于跳蚤原地起跳的仿生学问题。题述已作了简化处理，将起跳过程看成是向上的匀加速起动和起跳后的竖直上抛运动，连接两阶段的物理量是速度。试题富有时代感，不偏不怪，很好地考察了学生灵敏应用根底知识，联想迁移的思维才能，不失为一道“起点高、落点低的好题。四、蹦床运动例4蹦床是运发动在一张

7、绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运开工程。一个质量为60kg的运发动，从离程度网面3.2m高处自由落下，着网后沿竖直方向蹦回到离程度网面5.0m高处。运发动与网接触的时间为1.2s。假设把在这段时间内网对运发动的作用力当作恒力处理，求此力的大小。解析将运发动看成质量为m的质点，从高处下落，刚接触网时的速度的大小弹跳后到达的高度为，刚离网时的速度的大小接触过程中运发动受到向下的重力mg和网向上的弹力F。选取竖直向上为正方向，由动量定理，得由以上三式解得代入数值得评注此题以“蹦床为背景，要求学生对简化后的物理过程进展定量分析，并认真阅读题中的信息，将运发动和蹦床的接触、别离过程抽象为一个

8、碰撞过程，并进展理想化处理。解题时还需注意动量定理表达式的矢量性。五、排球运动例5某排球运发动站在离网3m线上，正对网前跳起将球程度击出不计空气阻力，击球点的高度为2.5m，如图2所示。排球场总长为18m，网高度为2m。试问击球的速度在什么范围内才能使球既不触网也不越界?解析球被击后的运动可以看作平抛运动。当球刚好触网而过时，飞行时间下限速度当球刚好打在边界限上时，/s故应满足：。评注排球是学生很熟悉的一项日常体育运动，排球被程度击出后做平抛运动，当程度速度较小时，程度射程较小，可能触网;当程度速度较大时，程度射程较大，可能越界，所以存在一个范围。对排球恰好触网和压线这两种临界状态进展分析，求

9、出击球速度的临界值是求解此题时的关键。六、杂技表演例6 2019年高考理综物理试题如图3所示，一对杂技演员都视为质点乘秋千秋千绳处于程度位置从A点由静止出发绕O点下摆，当摆到最低点B时，女演员在极短时间内将男演员沿程度方向推出。然后自己刚好能回到高处A。求男演员落地点C与0点的程度间隔 s。男演员质量。和女演员质量之比：=2，秋千的质量不计，秋千的摆长为R，C点比O点低5R。解析设别离前男女演员在秋千最低点B的速度为，由机械能守恒定律设刚别离时男演员速度的大小为，方向与一样;女演员速度的大小为，方向与相反，据动量守恒，有别离后，男演员做平抛运动，设男演员从被推出到落在C点所需的时间为t，根据题

10、给条件，由运动学规律根据题给条件，女演员刚好回到A点，由机械能守恒定律，：=2，由以上各式可得s=8R。评注此题考察了学生将实际的杂技表演抽象为物理过程情境，建立物理模型的才能，涉及到的物理知识有：机械能守恒定律、动量守恒定律、平抛运动的规律等。七、滑水板运动例7在电视节目中，我们常看到一种精彩而刺激的水上运动滑水运动，如图4所示，运发动在快艇的程度牵引下，脚踏倾斜滑板在水上滑行，运发动在水上优美洒脱的身姿，娴熟的技术，如行云流水，给人以美的享受，我们常会为运发动精彩的表演而喝彩。运发动在快艇的程度牵引下脚踏倾斜滑板在水上匀速滑行，设滑板光滑，滑板的滑水面积为S。滑板与程度方向的夹角为，水的密

11、度为p，不计空气阻力。理论研究说明：水对滑板的作用力大小，方向垂直于板面，式中v为快艇的牵引速度。假设运发动受的重力为G，那么快艇的程度牵引速度v，应多大?解析快艇的牵引速度与运发动的速度是相等的，要求快艇的牵引速度，应该如何选取研究对象呢?只能选滑板与运发动整体作为研究对象，对这个研究对象进展受力分析，并画出受力图，滑板与运发动共受到三个力的作用，重力G，水对滑板的弹力NN的方向与滑板垂直及绳子对运发动所受的拉力F，水对滑板的阻力不计。因为快艇做匀速运动，所以滑板与运发动所受的合力必为零。对此研究对象建立平衡方程，即可求出快艇的程度牵引速度的大小。选滑板和运发动整体为研究对象，其受力情况如图乙所示，由平衡条件得由题意知将代入得评注此题涉及到的问题情景是“快艇滑水。解题时，应注意利用题中提供的信息：“水对板的作用力大小为。方向垂直于板面，并恰当地选