体育运动中的物理学

体育运动中的物理学 知识重点： 1、了解体育竞技中物理知识的应用，能够归纳各类体育项目所考查的知识点，找出分类的解决方法。 2、能够恰当的构建物理模型解决体育竞技中的实际问题 知识难点： 理论联系实际，能够将物理知识和体育规则有效联系到一起，并解决实际问题。 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，以便考查学生综合运用所学知识分析、解决实际问题的能力。  　　以体育运动为背景的 试题 中考模拟试题doc幼小衔接 数学试题 下载云南高中历年会考数学试题下载N4真题下载党史题库下载 ，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。 体育是我们最喜欢的课程，平时同学们在体育课中，进行各种各样的体育活动，其实每一项体育运动中都渗透着许多物理知识。如何科学合理地运动，这就要求我们掌握相关的物理学知识。解决实际的体育运动问题，这也必将是我们近几年高考和高考模考的重点习题。 一、蹦极运动 知识重点：受力及运动过程的分析 知识难点：培养学生的发散思维能力和解决实际问题的能力 例1　“蹦极”运动是勇敢者的运动，蹦极运动员将弹性长绳系在双脚上，弹性绳的另一端固定在高处的跳台上，运动员从跳台上跳下后，会在空中上下往复多次，最后停在空中，如果把运动员视为质点，忽略运动员起跳时的初速度和水平方向的运动，把运动员、弹性绳、地球作为一个系统，运动员从跳台上跳下后，以下说法正确的是（    ）  　　（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）最后运动员停在空中时，系统的机械能最小 （A）（1）（3）    （B）（2）（3）    （C）（3）（4）    （D）（1）（2）（4）  　　解析　由于运动过程中不断克服空气阻力做功，系统的机械能不断减少，所以（1）（4）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，故选（D）。  　　  二、跳水运动 知识重点：以“跳台跳水”为背景，要求考生对简化后的过程进行定量分析。 知识难点：认真阅读试题信息，将题目描述的过程抽象成一个质点的竖直上抛运动过程。 例2　一跳水运动员从离水面10m高的平台上跃起，举双臂直体离开台面，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达到最高点。落水时身体竖直，手先入水（在此过程中运动员水平方向的运动忽略不计），从离开跳台到手触水面，他可以用于完成空中动作的时间是_______s（计算时可以把运动员看作全部质量集中在重心的一个点，取  　　解析　运动员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，但也有水平方向的运动，更有运动员做的各种动作。构建运动模型，应抓住主要因素。现在要讨论的是运动员在空中的运动时间，这个时间从根本上讲与运动员所做的动作以及水平运动无关，应由竖直分运动决定，因此忽略运动员的动作，把运动员当成一个质点，同时忽略他的水平运动，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，使之更清晰，可画出示意图如图1。由图可知，运动员作竖直上抛运动，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。  　　运动员跃起上升的时间为  　　  　　从最高点下落至手触水面，所需时间为  　　  　　所以运动员在空中用于完成动作的时间约为  　　 三、原地跳起  知识重点：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 知识难点：培养学生灵活应用基础知识，联想迁移的思维能力 例3　（2005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，从开始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距离称为“加速距离”，离地后重心继续上升，在此过程中重心上升的最大距离称为“竖直高度”，现有下列数据：人原地上跳的“加速距离”d1=O．50m，“竖直高度”；跳蚤原地上跳的“加速距离”，“竖直高度”，。假想人具有与跳蚤相等的起跳加速度，而“加速距离”仍为0．50m。则人上跳的“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，则对加速过程和离地后上升过程分别有  　　  　　若假想人具有和跳蚤相同的加速度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，则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　　。  　 四、蹦床运动  知识重点：对简化后的物理过程进行定量分析 知识难点：将运动员和蹦床的接触、分离过程抽象为一个碰撞过程，并进行理想化处理。解题时还需注意动量定理 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式的矢量性。 例4　蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目。一个质量为60kg的运动员，从离水平网面3．2m高处自由落下，着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面5．0m高处。已知运动员与网接触的时间为1．2s。若把在这段时间内网对运动员的作用力当作恒力处理，求此力的大小。（）  　　解析　将运动员看成质量为m的质点，从高处下落，刚接触网时的速度的大小  　　　　①  　　弹跳后到达的高度为，刚离网时的速度的大小  　　　　②  　　接触过程中运动员受到向下的重力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　　③  　 由以上三式解得  　　代入数值得　　  　　 五、排球运动 知识重点：排球被水平击出后做平抛运动，当水平速度较小时，水平射程较小，可能触网；当水平速度较大时，水平射程较大，可能越界，所以存在一个范围。 知识难点：对排球恰好触网和压线这两种临界状态进行分析，求出击球速度的临界值  例5　某排球运动员站在离网3m线上，正对网前跳起将球水平击出（不计空气阻力），击球点的高度为2．5m，如图2所示。已知排球场总长为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   　　最小速度　  　　当球刚好打在边界线上时，, 飞行时间  　　最大速度 故应满足：。 六、杂技表演 知识重点：机械能守恒定律、动量守恒定律、平抛运动的规律等。 知识难点：将实际的杂技表演抽象为物理过程情境，建立物理模型。  例6 （2005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（秋千绳处于水平位置）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水平方向推出。然后自己刚好能回到高处A。求男演员落地点C与0点的水平距离s。已知男演员质量。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　设分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  　　  　　设刚分离时男演员速度的大小为，方向与相同；女演员速度的大小为，方向与相反，据动量守恒，有  　　分离后，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，   已知：＝２，由以上各式可得s=8R。 七、 接力赛 知识重点：把运动员的接棒过程抽象成直线运动的模型 知识难点：直线运动规律的应用 例7（07全国理综Ⅰ）（15分）甲乙两运动员在训练交接棒的过程中发现：甲经短距离加速后能保持9 m/s的速度跑完全程；乙从起跑后到接棒前的运动是匀加速的，为了确定乙起跑的时机，需在接力区前适当的位置设置标记，在某次练习中，甲在接力区前S0＝13.5 m处作了标记，并以V＝9 m/s的速度跑到此标记时向乙发出起跑口令，乙在接力区的前端听到口令时起跑，并恰好在速度达到与甲相同时被甲追上，完成交接棒，已知接力区的长度为L＝20 m。 求：⑴此次练习中乙在接棒前的加速度a。 ⑵在完成交接棒时乙离接力区末端的距离。 解：⑴在甲发出口令后，甲乙达到共同速度所用时间为： 设在这段时间内甲、乙的位移分别为S1和S2， 则： S1=Vt, S1＝S2＋ S0 联立以上四式得： 9t=(9t/2 ) +13.5 解得： t=3 s a=3m/s2 ⑵在这段时间内，乙在接力区的位移为： 完成交接棒时，乙与接力区末端的距离为： L－S2＝20－13.5 = 6.5 m 八、滑雪运动 · 知识重点：平抛运动规律的应用 · 知识难点：功能关系的应用 · 例8（07宁夏理综）倾斜雪道的长为25 m，顶端高为15 m，下端经过一小段圆弧过渡后与很长的水平雪道相接，如图所示。一滑雪运动员在倾斜雪道的顶端以水平速度v0＝8 m/s飞出，在落到倾斜雪道上时，运动员靠改变姿势进行缓冲使自己只保留沿斜面的分速度而不弹起。除缓冲外运动员可视为质点，过渡轨道光滑，其长度可忽略。设滑雪板与雪道的动摩擦因数μ＝0.2，求运动员在水平雪道上滑行的距离（取g＝10 m/s2） · · · 如图选坐标，斜面的方程为： · ① · 运动员飞出后做平抛运动 · ② · ③ · 联立①②③式，得飞行时间 t＝1.2 s · 落点的x坐标：x1＝v0t＝9.6 m · 落点离斜面顶端的距离： · 落点距地面的高度： · 接触斜面前的x速度： · y分速度： · 沿斜面的速度大小为： · 设运动员在水平雪道上运动的距离为s2，由功能关系得： · 解得：s2＝74.8 m 九、赛车运动 · 知识重点及难点：平抛、圆周运动和功能关系 · 例9（09年浙江卷）24.（18分）某校物理兴趣小组决定举行遥控赛车比赛。比赛路径如图所示，赛车从起点A出发，沿水平直线轨道运动L后，由B点进入半径为R的光滑竖直圆轨道，离开竖直圆轨道后继续在光滑平直轨道上运动到C点，并能越过壕沟。已知赛车质量m=0.1kg，通电后以额定功率P=1.5w工作，进入竖直轨道前受到阻力恒为0.3N，随后在运动中受到的阻力均可不记。图中L=10.00m，R=0.32m，h=1.25m，S=1.50m。问：要使赛车完成比赛，电动机至少工作多长时间？（取g=10m/s2） · · 解析：本题考查平抛、圆周运动和功能关系。 · 设赛车越过壕沟需要的最小速度为v1，由平抛运动的规律 , s=v1t · 解得 · 设赛车恰好越过圆轨道，对应圆轨道最高点的速度为v2，最低点的速度为v3，由牛顿第二定律及机械能守恒定律 , · 解得 · 通过分析比较，赛车要完成比赛，在进入圆轨道前的速度最小应该是 · 设电动机工作时间至少为 t，根据功能原理 · 由此可得 t=2.53 s 十、滑水板运动 知识重点：恰当地选取研究对象，画出正确的受力分析图 知识难点：注意利用题中提供的已知信息 例10　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，运动员在快艇的水平牵引下，脚踏倾斜滑板在水上滑行，运动员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，我们常会为运动员精彩的表演而喝彩。运动员在快艇的水平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。滑板与水平方向的夹角为，水的密度为p，不计空气阻力。理论研究表明：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。若运动员受的重力为G，则快艇的水平牵引速度v，应多大？   　　解析　快艇的牵引速度与运动员的速度是相等的，要求快艇的牵引速度，应该如何选取研究对象呢？只能选滑板与运动员整体作为研究对象，对这个研究对象进行受力分析，并画出受力图，滑板与运动员共受到三个力的作用，重力G，水对滑板的弹力N（N的方向与滑板垂直）及绳子对运动员所受的拉力F，水对滑板的阻力不计。因为快艇做匀速运动，所以滑板与运动员所受的合力必为零。对此研究对象建立平衡方程，即可求出快艇的水平牵引速度的大小。  　选滑板和运动员整体为研究对象，其受力情况如图乙所示，由平衡条件得  　　　　①  　　由题意知　　②  　　将②代入①得  　　  　　综上所述，以体育运动为背景的试题，立意新颖。具有浓重的生活气息，学生必须对试题所展示的实际情况进行分析、判断，弄清问题情景，纯化为物理过程（状态），再结合平时所学的学科知识进行回忆，通过联想、类比、迁移、等效代换等思维操作，建立理想化模型，然后运用相关的知识进行分析，从而获得问题的解答。 � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.DSMT4 ��� 15 m 25 m y O θ x � EMBED Equation.DSMT4 ��� � EMBED Equation.DSMT4 ��� � EMBED Equation.DSMT4 ��� � EMBED Equation.DSMT4 ��� � EMBED Equation.DSMT4 ��� � EMBED Equation.DSMT4 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