上海高中物理——体育运动中的力学问题.docVIP

上海高中物理——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，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）。 　　评注　“蹦极”运动囊括了整个力学的精华部分，通过对其深入研究，不仅能够把力学知识串联起来，而且可以借此培养学生的发散思维能力和解决实际问题的能力，可收到良好的复习检测效果。 　　二、跳水运动 　　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，结果保留二位有效数字）。 　　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 　　评注　本题以“跳台跳水”为背景，要求考生对简化后的过程进行定量分析。解决问题的关键是认真阅读试题信息，将题目描述的过程抽象成一个质点的竖直上抛运动过程。 　　三、原地跳起 　　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　　。 　　评注　本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，很好地考查了学生灵活应用基础知识，联想迁移的