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1、高一物理暑假专题：体育竞技中物理知识的应用（二）鲁教版 【本讲教育信息】一. 教学内容：暑假专题：体育竞技中物理知识的应用（二）二. 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3、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。三. 知识难点：1、将各种体育竞技项目抽象成合理的物理模型，能够分类归纳不同的体育项目所考查的物理知识点2、不同实际问题的差异性和物理本质的把握，及物理方法的归纳和应用（一）体育竞技的背景知识归纳：据北京奥组委网站引述国际奥委会消息，2020
2、年北京夏季奥运会比赛项目已经最终确定，共包括28个大项、302个小项。其中，男子、女子和男女混合竞赛小项分别为165、127和10项。这些体育大项包括：田径、赛艇、羽毛球、棒球、篮球、拳击、皮划艇、自行车、马术、击剑、足球、体操、举重、手球、曲棍球、柔道、摔跤、游泳、现代五项、垒球、跆拳道、网球、乒乓球、射击、射箭、铁人三项、帆船和排球。此外，残奥会的一些特殊项目的比赛；冬季奥运会滑冰，滑雪等项目的比赛；民间运动会，民族运动会的特色竞技项目比赛等等；同时随着体育竞技比赛的大量开展，广泛的人民大众的各种体育运动，健身活动及运动游戏已经深入到社会的每一个角落。上述的体育运动无不和物理学知识紧密地结
3、合在一起，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。物理知识点与体育项目或体育活动的结合：1、跑步中的物理学知识：压强：跑步50米，脚跟不着面，脚尖着地为了增大压强摩擦力：跑步快慢，需要根据双脚与地面的摩擦力大小。穿钉鞋跑步可增大摩擦。若鞋底较滑，摩擦力小，不利于跑步。加速度：起跑时要增大加速度，即启动快。向心力：跑步越向内道跑，跑得越快 。惯性：跑到终点后，会继续前进一段路程。2、游泳中的物理知识：增加摩擦力：穿着衣服游泳阻力较大，游得慢减小摩擦力：游泳时戴游泳帽，穿游泳衣作用力与反作用力：人四肢对水有向后的力
4、的作用，水对人有向前的推力作用自由落体和竖直上抛：跳水运动3、铅球、投篮、乒乓球、足球等球类中的物理知识：力能改变物体的运动状态 接球，击球时球从运动静止，静止运动力能使物体发生形变 球击中网，网会发生变形：斜抛：以一定的角度投掷，射程越远。机械能：动能和势能相互转化1）、铅球（标枪）投远：速度：速度快，瞬间爆发力，投得就远。因为初速度越大，动能越大，运动得也越远。我们查阅书本知识知道，当不变v越大S也越大。当v不变时，=45度时，S最大。弧线越高，球的爆发力越大。2）、投篮：角度成45角，投进的成功率较高距离越近，投进的成功率高。碰板时，以几度打过去，就会以几度返回来。查阅相关的知识我们作出
5、的解答是：在碰板中，若以几度打过去，就会以几度返回来，这道理与光的反射定律是相似的。对于投篮距离越近，投中率越高，是因为球在前进过程中还一边不断地下落，若距离近一些，下落的距离也会小一些，这样命中率也就大了。至于其他两项，我们还不能查阅到相关知识作出解答。3）、乒乓球、排球中的物理知识：涉及平抛、斜抛知识，同时球要过网又涉及极限求解问题。当乒乓球瘪了，放入热水中一烫，就会恢复原状（气体的热胀冷缩现象）4）、离心作用：用来投链球和垒球，5）、足球中的物理知识：大气压强知识： 球被踢出去后会逆时针旋转阻力：球在操场上越滚越慢惯性：球被踢出去后能继续前进一段距离动能定理：在求解脚踢球的变力做功时，可
6、以用动能定理。5、跳高、跳远中的物理知识：克服重力做功：挑选体重较轻的人参加惯性：助跑器力的作用是相互的：有力踏板，跳得越远6、滑旱冰、蹦床中的物理知识：力的作用是相互的：用力一推就滑出去力能使物体发生形变：蹦床动量定理：蹦床，蹦极7、拔河比赛中的物理知识：二力平衡：两队拔河摩擦生热：拔河时，手长久握住绳子，绳子会发烫重心低稳定性好：拔河时，尽量降低重心摩擦力的大小与接触面的粗糙程度：地面越粗糙，摩擦力越大牛顿第一运动定律 当处于二力平衡时，绳子处于静止状态其中：乒乓球、羽毛球、跳水、举重、体操、射击和女子柔道七大项目为夺金的优势项目，同时100栏，篮球，足球更是人们关注度最高的项目，这些项目
7、可能成为出题的热点。（二）典型例题例1、如图所示，排球场总长为18m，设球网高度为2m，运动员站在离网3m的线上（图中虚线所示）正对网前跳起将球水平击出（不计空气阻力）。设击球点在3m线的正上方高度为2.5m处，则击球的速度应在什么范围内才能使球既不触网，也不越界？解析：当刚好触网时：则下限速度当球刚好落在对方底线上时，则上限速度即要求既不能触网也不越界时，击球速度应满足答案：例2、（2020年四川高考25题。20分，涉及动量的问题可以不用求解）目前，滑板运动受到青少年的追捧。如图是某滑板运动员在一次表演时的一部分赛道在竖直平面内的示意图，赛道光滑，FGI为圆弧赛道，半径R6.5m，G为最低点
8、并与水平赛道BC位于同一水平面，KA、DE 平台的高度都为 h = 18m。B、C、F处平滑连接。滑板a和b的质量均为m，m5kg，运动员质量为 M，M45kg 。表演开始，运动员站在滑板b上，先让滑板a 从A点静止下滑，t10.1s后再与 b 板一起从 A 点静止下滑。滑上 BC 赛道后，运动员从 b 板跳到同方向运动的 a 板上，在空中运动的时间 t20.6s。（水平方向是匀速运动）。运动员与 a 板一起沿CD 赛道上滑后冲出赛道，落在EF赛道的P点，沿赛道滑行，经过G点时，运动员受到的支持力 N = 742.5N。（滑板和运动员的所有运动都在同一竖直平面内，计算时滑板和运动员都看作质点，
9、取 g 10m/s）（1）滑到G点时，运动员的速度是多大？（2）运动员跳上滑板 a 后，在 BC 赛道上与滑板 a 共同运动的速度是多大？（3）从表演开始到运动员滑至 I 的过程中，系统的机械能改变了多少？解析：（1）在G点，运动员和滑板一起做圆周运动，设向心加速度为，速度为，运动员受到重力Mg，滑板对运动员的支持力N的作用，则（2）设滑板a由A点静止下滑到BC赛道后速度为，由机械能守恒定律有运动员与滑板b一起由A点静止下滑到BC赛道后，速度也为。运动员由滑板b跳到滑板a，设蹬离滑板b时的水平速度为，在空中飞行的水平位移为s，则设起跳时滑板a与滑板b的水平距离为，则设滑板a在时间内的位移为，则
10、即运动员落到滑板a后，与滑板a共同运动的速度为v，由动量守恒定律有由以上方程可解出代入数据，解得（3）设运动员离开滑板b后，滑板b的速度为，有可算出，有，b板将在两个平台之间来回运动，机械能不变。系统的机械能改变为例3、健身用的“跑步机”示意图中，质量为m的运动员踩在与水平面角的静止皮带上，运动员用力向后蹬皮带，皮带运动过程中受到的阻力恒为f，使皮带以速度v匀速向后运动，则在运动过程中，下列说法正确的是A、人脚对皮带的摩擦力是皮带运动的动力B、人对皮带不做功C、人对皮带做功的功率为mgvD、人对皮带做功的功率为fv答案：AD例4、在美国盐湖城举行的第19届冬季奥运会上，中国滑冰运动员杨扬顽强拼
11、搏，夺得了两块金牌，实现了我国冬奥会上金牌零的突破。假设滑冰运动员的质量为55kg，滑冰运动员双脚交替蹬冰滑行，蹬冰中左右脚上的冰刀与冰之间的作用力都是110N，每次蹬冰的时间为1s，双脚交替时，中间有0.5s不蹬冰，不计运动员在滑行中受到的阻力，设运动员从静止开始滑行，求：（1）15s末运动员前进的速度是多少？并作出他的vt图象。（2）15s内运动员的位移是多少？解析：（1）由牛顿第二定律知，运动员蹬冰时的加速度根据题意知，每1.5s内速度的增量运动员运动的vt图象如图所示15s末运动员前进的速度（2）第1个1.5s内的位移是图中阴影部分的面积由图中可看出，以后每一个1.5s内的位移都比前一
12、个1.5s内的位移多3m所以每一个1.5s内的位移是一个等差数列，则技巧点拨本题为联系实际的物理问题。首先要认真地审题，做到明确已知条件和物理情境；然后再仔细地读题，把思维集中在关键语句“每次蹬冰的时间为1s，中间有0.5s不蹬冰”上，认真分析，提炼出前1.5s内运动员运动的物理模型，然后借助vt图象来求解，变抽象为形象，作图象时，一定要注意图象的“拐点”。方法规律解决实际问题，寻找合适的物理模型往往是解题的关键，本题中把运动员的运动分为两个理想的物理模型脚蹬冰时的匀加速运动和不蹬冰时的匀速运动，且两运动交替进行，还如应把排球的运动抽象为平抛运动。因此求解此类问题时要注意两点：一是要熟悉典型的
13、物理模型，二是要认清实际问题的本质特征。（三）知识扩展扩展一：跑的力学跑是不断重复的周期性运动。波动的速率与频率及波长的关系如下式：速率=频率波长同理，跑的速率与步频（每秒钟所跑的步数）和步长（每跑一步的距离）的关系如下式：速率=步频步长要增大跑的速率，就要设法增大步频和步长。例如一短跑者平均步频为每秒4.6步，平均步长为1.8步，早期平均速率为8.28米秒。如果以此速率跑100米，就要12秒。设有体力相同的A、B两人，分别采用图（a）和（b）两种跑步方式：（a）的起步角较（b）为大，则（a）每跑一步由于把身体升得较高，要费较长时间才能着地跑一下步。这样，步频自然较小。另一方面，由于（a）的起
14、步角较大，升高身体的分速度较大而水平向前的分速度较小，故步长就较短。故（a）跑得比（b）为慢。每跑一步的速度，是由前一步保留下的速度（惯性）以及下一步用力后所补充的速度的向量和。每跑一步所补充的速度，同由脚向蹬地面而获得，如图（c）所示。脚后蹬的力为F，则地面也给人体一个大小等于F的反作用力，人体由于这个力在后蹬时间内获得补充的速度。F与地面的夹角叫做后蹬角。F可分解为F1和F2两分力。F1使人获得水平前进的加速度，而F2则获得垂直上升的加速度。后蹬角决定F1和F2的分配。后蹬角不应过大，否则力量F用在升高身体太大而用在前进太小，这就减小了步频和步长。短跑的后蹬角应在5260之间，视体力与技术
15、而定。完成后蹬动作之后，人体就向前抛腾一步。接着，另一腿由摆动腿转为支撑腿而着地，如图（d）所示，这动作叫做前蹬。前蹬地面的力R和地面的夹角叫做前蹬角。人脚受到地面的反作用力和R大小相等而方向相反。前蹬时，应脚掌着地，以减小作用力R。由图可知，R是斜向后的，会减小前进速度。因此，前蹬角宜大，也就是脚掌不要太早着地，要摆至接近身体下方才着地，这就要以减小R向后的分力。扩展二：柔道的力学善用惯性、重心和力矩的知识，可以把体重较大的对手摔倒。怎样机警地运用这些知识呢？柔道的主要目标，就是把对手摔倒。要达到这个目标单靠蛮力不足以取胜。除了力气和敏捷之外，善用物理原理，尤其是惯性、重心和力矩的知识，对取胜更起着决定性的作用。
