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        運用初中運動和力相關(guān)知識點探究體育項目中的物理規(guī)律
        ——基于智能手機傳感器

        2022-04-16 06:48:46謝丹荔
        科教導(dǎo)刊·電子版 2022年9期
        關(guān)鍵詞:加速度角度距離

        謝丹荔

        (廣東省深圳市龍華區(qū)龍華高級中學(xué)觀瀾校區(qū) 廣東·深圳 518110)

        0 緒論

        傳感器走進(jìn)物理課堂這種新型的實驗?zāi)J讲粌H很大程度上豐富了物理實驗的內(nèi)容和方法,并且激發(fā)了學(xué)生,尤其是初高中的同學(xué)學(xué)習(xí)物理的熱情。基于數(shù)字傳感器技術(shù)的DIS實驗系統(tǒng)在早年獲得了非常好的教學(xué)研究成果。主要包括DIS系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展;該系統(tǒng)在物理實驗中的應(yīng)用;對實驗的創(chuàng)新和改進(jìn);與傳統(tǒng)實驗方法相比較等幾個方面[4]。

        1 探究立定跳遠(yuǎn)運動中的物理規(guī)律

        1.1 提出假設(shè)

        本文進(jìn)行的實驗是探究常規(guī)體育項目立定跳遠(yuǎn)運動的物理規(guī)律。立定跳遠(yuǎn)作為中學(xué)階段每學(xué)年都要考查的運動項目,幾乎每一位中學(xué)生都參與過。以立定跳遠(yuǎn)為實驗案例,可以更好的貼近中學(xué)生活,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

        在實驗開始之前,老師帶領(lǐng)三名同學(xué)就提出了兩個猜想:首先起跳的角度是否對跳遠(yuǎn)距離有影響,存在什么樣的影響;另一個是起跳時的后坐力(向后的加速度)是否對起跳距離有影響,存在什么影響[5-8]。

        1.2 實驗探究過程

        首先要確定第一個猜想的實驗方案。在第一個猜想的預(yù)實驗中,三名同學(xué)發(fā)現(xiàn)使用手機角度傳感器只能記錄身體的傾斜角度,與實際的起跳角度存在較大差距。因此采用手機傳感器結(jié)合攝像記錄跳遠(yuǎn)過程的方法來記錄起跳的路徑從而確定起跳角度。這就需要每次記錄時保持起跳點與攝影位置保持不變以減小誤差。如下圖先記錄跳躍全過程,從起跳到降落全過程如圖1。

        圖1:跳躍過程

        再將人看作質(zhì)點,分解跳躍過程。如圖2。

        圖2:分解過程

        用黃色點代替人的位置,將人視作質(zhì)點,再用紅色箭頭標(biāo)出起跳的方向跟水平方向。如圖3所示。

        圖3:跳躍路徑

        通過簡單的圖片處理后,可以得到起跳角度,即圖中紅線之間的夾角。

        然后可以開始正式的實驗。實驗同樣由三名同學(xué)完成,記錄每次的起跳角度與跳躍距離,分析兩者之間是否存在關(guān)系,存在什么樣的關(guān)系。

        實驗數(shù)據(jù)處理。

        首先表1是同學(xué)甲的數(shù)據(jù)。

        表1:同學(xué)甲的立定跳遠(yuǎn)數(shù)據(jù)

        根據(jù)數(shù)據(jù)做圖4。

        圖4:同學(xué)甲起跳距離與角度的關(guān)系

        可以看出對于同學(xué)甲來說,起跳角度確實對起跳距離有著明顯影響。起跳角度在45度至50度之間時,跳躍的距離是最遠(yuǎn)的。

        再觀察表2,為同學(xué)乙的數(shù)據(jù)。

        表2:同學(xué)乙的跳躍數(shù)據(jù)

        根據(jù)數(shù)據(jù)做圖5。

        圖5:同學(xué)乙的起跳角度與距離的關(guān)系

        可以看出,不同的人跳躍方式,跳躍能力不同,跳躍的數(shù)據(jù)結(jié)果也有一定的差距,但總體趨勢是一致的。角度過大或過低都會縮短跳躍距離,起跳角度在45度至50度之間時,跳躍的距離是最遠(yuǎn)的。

        同學(xué)丙的數(shù)據(jù)也相似。如圖6。

        圖6:同學(xué)丙起跳距離與角度的關(guān)系

        同學(xué)丙最佳的起跳角度略小于45度,但總體趨勢仍然與另外兩名同學(xué)相似。因此得出小結(jié):對于立定跳遠(yuǎn)這項運動來說,起跳的角度大小與跳躍的距離存在一定的關(guān)系,并且存在一個最佳起跳角,大約在四十五度到五十度之間,不同的人存在一定的差異。

        接著在第二個猜想中,要求分析跳躍時后坐力的影響,即起跳時向后的加速度對跳躍距離的影響。需要記錄的數(shù)據(jù)是起跳時朝著跳躍的相反方向的加速度以及跳躍的距離,此時需要使用手機中的加速度傳感器。讓每位同學(xué)將各自的智能手機固定在腰間,反復(fù)跳躍,并選取不少于十組的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理[9-11]。

        通過幾組數(shù)據(jù)可以證明,在忽略誤差的情況下,當(dāng)正向加速度越大時,跳躍的距離也越遠(yuǎn)。以同學(xué)甲的數(shù)據(jù)為例,如表3。

        表3:正向加速度與距離之間的關(guān)系

        根據(jù)數(shù)據(jù)做圖7。

        圖7:跳躍距離與正向加速度的關(guān)系

        可以發(fā)現(xiàn),跳躍距離是隨著正向加速度的增大而增大。根據(jù)此,三名同學(xué)提出可以直接觀察正向加速度與負(fù)向加速度之間的關(guān)系,不僅節(jié)省了實驗步驟,而且更容易觀察。

        表4是同學(xué)甲的一組數(shù)據(jù)。

        表4:正負(fù)方向加速度及對應(yīng)距離

        對兩個方向加速度進(jìn)行繪圖可得圖8。

        圖8:正負(fù)方向加速度的變化關(guān)系

        實驗結(jié)果分析。

        由圖像可知,當(dāng)負(fù)向加速度越大時,正向加速度也越大,從而導(dǎo)致距離也越遠(yuǎn)。y負(fù)方向的加速度來源于起跳時的后蹲,后蹲越猛,向前的加速度也就會越大。因此起跳時我們可以適當(dāng)后蹲,使自己更好發(fā)力,從而跳的更遠(yuǎn)。

        2 全文工作總結(jié)與展望

        本文的主要工作。

        本文主要研究了初中生借助智能工具是否能運用知識自主探究。

        主要包括:進(jìn)行課外實踐學(xué)習(xí)。以幾項常見的中學(xué)體育運動為例,帶領(lǐng)借助手機傳感器設(shè)計實驗,獲得實驗數(shù)據(jù)并歸納總結(jié)出研究方法跟研究原則。說明中學(xué)階段的學(xué)生能夠主動開拓自己的思維,借助身邊的工具就可以進(jìn)行科學(xué)探究。證明了此種教學(xué)模式的可行性。

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