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        校運(yùn)會(huì)上幾個(gè)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的力學(xué)分析

        2020-03-30 03:13:25張?zhí)J
        關(guān)鍵詞:力學(xué)分析校運(yùn)會(huì)運(yùn)動(dòng)員

        張?zhí)J

        [摘要]文章利用高中物理和高中數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)校運(yùn)會(huì)上的幾項(xiàng)典型運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目做了簡(jiǎn)單的力學(xué)分析和數(shù)學(xué)推導(dǎo),以便指導(dǎo)本校運(yùn)動(dòng)員取得佳績(jī)。

        [關(guān)鍵詞]運(yùn)動(dòng)員;校運(yùn)會(huì);力學(xué)分析;數(shù)學(xué)推導(dǎo)

        [中圖分類號(hào)]G633.7[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1674-6058(2020)08-0034-03

        每年11月中旬是筆者所在學(xué)校校運(yùn)會(huì)開幕的日子,天氣秋高氣爽,風(fēng)和日麗,每個(gè)運(yùn)動(dòng)員都憋足了勁,都想取得最好成績(jī)。這時(shí)善于思考的同學(xué)們就想用所學(xué)的知識(shí)解釋校運(yùn)會(huì)中看到的現(xiàn)象,并給予運(yùn)動(dòng)員理論指導(dǎo),幫助他們?nèi)〉煤贸煽?jī)。像百米賽跑中的運(yùn)動(dòng)員都穿上釘鞋,是為了增大與地面之間的靜摩擦力,這靜摩擦力是運(yùn)動(dòng)員前進(jìn)的動(dòng)力,在阻力一定的情況下,動(dòng)力越大,加速度就越大,自然跑得就越快。還有跳高、跳遠(yuǎn)中要鋪上墊子和沙子,可以用物理中動(dòng)量定理解釋。由動(dòng)量定理I=F·t=(F-mg)·t=△p=mv-mv0=0-mv知,運(yùn)動(dòng)員落在墊子或沙子上后,受到的沖擊力和緩沖時(shí)間成反比關(guān)系,時(shí)間越長(zhǎng),沖擊力就越小。鋪設(shè)厚墊子和沙子就是為了增大運(yùn)動(dòng)員落下來后的緩沖時(shí)間,減小沖擊力,從而保護(hù)運(yùn)動(dòng)運(yùn)不受傷害。還有跳高、跳遠(yuǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)員助跑,從物理學(xué)的角度來分析,就是將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能,動(dòng)能越大就能跳得更高,跳得高,運(yùn)動(dòng)時(shí)間就長(zhǎng),也就能跳得更遠(yuǎn)。可以說幾乎每一項(xiàng)校運(yùn)會(huì)上的比賽項(xiàng)目都可以用力學(xué)理論知識(shí)解釋。下面以投擲鉛球、定點(diǎn)投籃,4×100米接力賽這三個(gè)比賽為例具體說明。

        一、投擲鉛球

        投擲鉛球是校運(yùn)會(huì)上的傳統(tǒng)項(xiàng)目,投擲的成績(jī)被學(xué)生當(dāng)作是力量的象征。大家都認(rèn)為只要力量大就一定能投擲出好成績(jī)。這個(gè)說法其實(shí)是比較片面的。投擲鉛球是一項(xiàng)技術(shù)運(yùn)動(dòng),常見的投擲方式有兩種,一種是滑步式,一種是旋轉(zhuǎn)式。滑步式是比較傳統(tǒng)的,比較好掌握的一種方式,校運(yùn)會(huì)中學(xué)生大都用這種方式。在滑步式投擲中,運(yùn)動(dòng)員的投擲爆發(fā)力對(duì)球投出的距離有著直接的影響。從力學(xué)理論知識(shí)角度分析,運(yùn)動(dòng)員的投擲爆發(fā)力越強(qiáng),鉛球飛出去的初速度v0就越大,投擲距離也就越大。但是投擲距離不僅由v0決定,還與投擲的角度θ有直接的關(guān)系。運(yùn)動(dòng)員投擲鉛球時(shí)的爆發(fā)力和身體力量基本是穩(wěn)定的,也就是說對(duì)同一個(gè)運(yùn)動(dòng)員,v0是一個(gè)常數(shù),投擲高度丸也是一個(gè)常數(shù)。那么投擲的角度θ就是唯一決定這個(gè)運(yùn)動(dòng)員投擲成績(jī)的重要因素。下面就用高中物理和高中數(shù)學(xué)知識(shí)推導(dǎo)投擲的角度θ的最佳值。

        校運(yùn)會(huì)上的高中生運(yùn)動(dòng)員,一般的出手初速度v0=10m/s,出手高度h=2.2m,經(jīng)過對(duì)運(yùn)動(dòng)員投擲鉛球數(shù)據(jù)的分析,當(dāng)出手角度(投擲角度)在40°左右時(shí),運(yùn)動(dòng)員會(huì)取得最佳成績(jī)。

        下面以本次校運(yùn)會(huì)投擲鉛球比賽項(xiàng)目的冠軍白克同學(xué)(身高1.90米)的投擲成績(jī)?yōu)槔M(jìn)行分析比較。

        根據(jù)(1)、(2)式,只要測(cè)得運(yùn)動(dòng)員投擲鉛球的出手高度、鉛球飛行時(shí)間、水平距離,就能求出鉛球初速度、出手角度,再根據(jù)(8)、(10)式就可以求出最佳出手角度、最佳水平距離。

        由于鉛球出手的瞬間速度很大,其出手高度的測(cè)量相對(duì)來說是比較困難的。為了能準(zhǔn)確測(cè)量出手高度,可以在投擲鉛球處選一合適標(biāo)桿,在其表面貼上白紙,用鮮艷的彩筆畫上標(biāo)記和刻度值,在運(yùn)動(dòng)員出手的瞬間用手機(jī)慢動(dòng)作功能拍攝視頻,就可在視頻中清晰地看到鉛球的出手高度值。利用秒表從鉛球出手的一瞬間開始計(jì)時(shí),落地瞬間結(jié)束計(jì)時(shí),就可以得到比較準(zhǔn)確的飛行時(shí)間。利用卷尺從出手位置的水平起始點(diǎn)到鉛球落到點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,可以測(cè)出水平距離。本測(cè)試實(shí)驗(yàn)相對(duì)比較簡(jiǎn)單,容易操作,3人即可完成。

        從白克同學(xué)的投擲實(shí)驗(yàn)來看,該同學(xué)鉛球投擲技術(shù)比較成熟,投擲成績(jī)比較穩(wěn)定。但投擲角度還可以再調(diào)整一下,他的最佳投擲角是39度,如果通過練習(xí)能達(dá)到這一最佳投擲角,就可以幫助他取得更好的成績(jī)。

        二、定點(diǎn)投籃

        定點(diǎn)投籃是校運(yùn)會(huì)上教師的趣味比賽項(xiàng)目,也是最受學(xué)生歡迎的項(xiàng)目,每次教師定點(diǎn)投籃時(shí),學(xué)生都圍得水泄不通,為教師吶喊助威。比賽中要求每位教師在1分鐘內(nèi),在罰球線位置定點(diǎn)投5次籃球,一般教師都是5中2,成績(jī)好一些的教師是5中4,最差的一個(gè)未中。雖然這是一項(xiàng)趣味比賽項(xiàng)目,但是教師還是想投出最好的成績(jī),也好在學(xué)生面前樹立多才多能的形象,讓學(xué)生信服,這也有助于平時(shí)的教學(xué)。那應(yīng)該以多大的出手速度,多大的出手角度投球,才能投中呢?在忽略籃球所受空氣阻力,并投中空心(未打板)的前提下,進(jìn)行理論分析和數(shù)學(xué)推導(dǎo)。

        學(xué)校籃球場(chǎng)、籃球架都是國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),籃筐高度H=3.05m,罰球線(定點(diǎn)投籃線)到籃筐中心的水平距離L=4.225m,籃球出手高度h=2.2m,代人數(shù)據(jù)得籃球的出手速度v0≥7.11m/s,即要想投中,出手速度至少是7.11m/s,如果一位教師投籃的出手速度是8m/s,那么他要想投中空心,出手角度的正切值必須是2.4271或0.6697,解得相應(yīng)角度為67°或33°。

        三、4×100米接力賽

        4×100米接力賽是我校校運(yùn)會(huì)上學(xué)生的最后一個(gè)比賽項(xiàng)目,是一項(xiàng)體現(xiàn)班級(jí)凝聚力,含金量很高的集體項(xiàng)目??梢哉f4×100米接力賽是校運(yùn)會(huì)上關(guān)注度最高、競(jìng)爭(zhēng)最激烈的比賽項(xiàng)目。每個(gè)班級(jí)都想在此項(xiàng)目中取得好成績(jī),但是經(jīng)常事與愿違。4×100米接力賽首先要從班級(jí)中選拔100米跑最快的4位學(xué)生參加,要想取得好成績(jī),接力棒的傳接過程很重要。接棒運(yùn)動(dòng)員要想在接到棒后以最大的速度跑出,他必須在接棒前的預(yù)跑區(qū)就起跑,那么具體應(yīng)該在距傳棒運(yùn)動(dòng)員多遠(yuǎn)時(shí)起跑呢?這是至關(guān)重要的,這個(gè)距離越精確,運(yùn)動(dòng)員傳接棒效果就越好,總的成績(jī)就越好。

        新課程標(biāo)準(zhǔn)提出物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面。筆者從歷屆校運(yùn)會(huì)所見所聞所想中,思考踐行物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求。用物理觀念、物理科學(xué)思維去解釋所見現(xiàn)象。以科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的精神為指導(dǎo),用高中生所學(xué)的物理和數(shù)學(xué)知識(shí)推導(dǎo)出了投擲鉛球、定點(diǎn)投籃、4x100米接力賽三個(gè)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目取得好成績(jī)的理想條件。讓學(xué)生體會(huì)學(xué)習(xí)物理知識(shí)的重要性,這也是物理教學(xué)的真正目的,是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的真正體現(xiàn)!

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