球的物理学世界文档案例.doc

球的物理学世界 陈红、马洁、赵金、焦丽玲 一 引言 我组所研究的课题是球的物理学世界。我们针对生活中常见的球类，从各个方面，不同的角度对篮球、足球、乒乓球、羽毛球、铁球、气球、水晶球、台球进行了调查与研究，为了培养搜集、整理资料的能力，形成组内成员团结合作、共同进步的主流，使学生真正做到可以运用物理知识解决实际问题，解决生活中相关的物理现象。我们从运动学出发，以力学为主，热、声、光、电四个方面为辅展开来研究球类的物理学世界。为了能充分调动学生学习物理的兴趣，让学生了解义务教学物理课程是一门注重实验的自然科学基础课程，同时让初高中生意识到，物理来源于生活，要清楚的知道从生活走向物理，从物理走想社会，体验出物理与实验生活联系紧密，物理应用于生活的价值。 为了更好的进行以后的物理教学，为方便学生的理解，如何在物理教学中体现“从生活走向物理，从物理走向社会的”这一新理念是广大教师所面临重大课题，学生对球类运动中的物理知识并不完全知晓，还处于“知其然，不知其所以然”的境地，如何利用学生常见，又常玩的球类引导学生学习物理知识，应用物理知识分析运球、拍球、打球等各种现象中所蕴涵的物理规律，下面就此进行一些归纳和分析，希望此次的归纳能给学生带去福音。 二 力学与运动学相结合 基本的受力分析：静止、匀速运动、加速运动、抛物线。 静止：球类受到竖直向下的重力，竖直向上的支持力，与运动趋势相反的摩擦力。 匀速运动：与静止受力分析相同。 静止 匀加速运动 加速运动：球类受到一个与速度相同方向的力提供加速度，还受到竖直向下的重力，竖直向上的支持力，与运动趋势相反的摩擦力。 抛物线：球类由于惯性运动，加速度沿轨迹切线方向，受到竖直向下的重力与运动趋势相反的摩擦力。 球的自旋分析:当球体受到力的作用产生自旋。球在空间坐标中的运动如图所示。 (一) 篮球 1 材质 橡胶做成的球胆，用四块熟牛皮拼接缝合而成。 2 物理学应用 篮球是个圆球体抛物线重摩擦体移动有惯性）原理:这时手已经不再对球施力了，球能继续向前运动的原因是由于惯性而继续保持原来的运动状态的结果。 （4） 美妙的传球 现象：前行的篮球将要到达队友的胸前时，队友的手在接触及篮球的时候手臂有个向后导球的动作，这是为了延长球对手的作用时间，减小球对手的作用力。 原理：因为运动的球有一个向前的动量，要使动量的变化量变为零，根据冲量定理Ft=m△v,只有增大作用时间才能减小球对手的作用力。向后传球是为了给球一个缓冲的力，动量变化是速度的变化量△v一定而小球对手的作用力F可以根据时间t的不同而变化。 （5）1 制造 最初的台球是用木材料制成的，以后出现了象牙制造的，在后来美国塑料工业之父海亚特研制出一种用硝化纤维素，樟脑、酒精等工业原料混合制成的台球。而对于现在所用的台球是由石潭酸脂铸成的。 2 物理学应用 (1) 扎杆 现象：击球时，将球杆与台面成一定角度或几乎与台面垂直，由上而下击打主球，称之为“扎杆”。 原理：将杆尾抬高后，加上侧向的旋转，则会产生母球运动的方向横向的旋转，由于与台面摩擦逐渐产生横向的速度而改变方向。这是根据球体受到力的作用而产生的。 (2) 台球杆法的分析【高杆、低杆、中杆】 现象：顾名思义，高杆就是要击打母球的高位，低杆就是要击打母球的低位。但是球杆皮头相对于母球来说线度较小，这样皮头击球的位置就有很多选择了（本文分析不加左右旋转的高低杆）。 原理:如图1所示，高杆击球位置为线段AB以上，此时母球运动状态为逆时针滚动和向前平动（如图2所示），逆时针滚动的角速度取决于球杆对于母球施加力的大小和击球角度。同理，低杆击球位置为线段AB以下，此时母球的运动状态为顺时针滚动和向前平动（如图3所示） ②击球时母球的受力及运动状态 设母球的质量为m，半径为R，置于水平桌面上在包含球心的铅直面内，该球受到球杆沿水平方向的冲力，力的作用点相对桌面的高度为h，杆球受杆冲击后质心速度为V0，球绕着过质心的水平轴转动的角速度为ω0。设杆对球的冲量为I，在杆对杆球冲击的短暂时间内，可以忽略摩擦力的冲量及其力矩。 由质心动量定理和相对于质心的角动量定理，得到： (1) (2) 均匀球体绕直径的转动惯量： (3) 解得：