物理与体育的联系报告

物理与体育报告

王宁孙自军邹博礼王学周

一研究背景及目的

物理学既是一门实验学科，又是一门应用科学，物理学的应用已渗透到社会生活的各个方面，其中在体育运动中尤为广泛。体育学除具有自身特点之外，还综合了多学科的知识，是一门典型的交叉学科，它不仅适用于竞技体育中的摘金夺银，为国争光，还在人们平常的锻炼和日常生活，如何提高人们生活质量起到重要作用。

二探究思路

从体育运动中的常用物理定律入手，重点研究了牛顿运动定律，机械能守恒等在体育中的应用，并实例分析了投掷运动，乒乓球运动等体育活动。在其中，我们进一步了解和掌握物理知识，进而将其应用到体育活动中，对体育事业的发展具有重要意义。

三主要内容

1)运动技术的最佳化

A.跳远及跳高的起跳时，在最大用力时要求用力环节有一最佳角度，即把人看作一个有骨和肌肉组成的杠杆系统，当发挥最大力量，肌肉对支点关节必有一最佳发力角度以达到最大力矩，用一样大的力在这最佳角度才能发挥最好的效果。

B.在足球运动中，根据马格努斯效应，足球受撞击力，重力，阻力沿切线飞出，发生旋转时，两侧受力不等，飞行路线会向一侧弯曲，于是，只要踢出一侧向下的急速旋转的球，就可以使球在飞行时的弯曲速度加快，以达到好成绩。

2）物理定律在体育中的应用

A.牛顿第一定律-----上举杠铃，单杠及撑杆跳高中引体向上的动作，如能保持动作的连贯性，则较容易完成动作；反之，由于惯性，会加大动作的难度，导致动作的失败；跳高运动员的助跑，目的是提高速度，增加动力，将惯性最大值转变成促进力；：三级跳远，即人原来处于运动状态，当人起跳后，由于惯性会仍然保持运动状态，故这样跳的更远；跳高，即原来人向上处于运动状态，当人起跳后，由于惯性会仍然保持运动状态，故这样跳的更高；标枪，即标枪原来处于运动状态，当离开人手后，由于惯性会仍然保持运动状态，故这样标枪扔的更远；

铅球，即铅球原来处于运动状态，当离开人手后，由于惯性会仍然保持运动状态，故这样铅球扔的更远；

B.牛顿第三定律-----物体做圆周运动时，速度方向沿圆周切向不断变化，因而存在向心加速度an=v2/r，方向指向圆心，人带动链球运动时，尽可能做圆周运动，于是受到向心力的作用，由牛顿第三定律可知，必须同时存在一个反作用力，它是做圆周运动物体施加在向心力的施力物体上即离心力，这样向心力作用点在链球上，离心力在手上，当链球飞出时，人不动，不再受到向心力的作用，链球因惯性沿切向飞出，飞的会更远；在单杠运动中人受到向心力，和单杠的弹性力同时存在。

四鼓励学生案例分析

抛体运动在各类体育运动项目中很常见，如乒乓球运动。现讨论乒乓球发球问题，设球台长

、网高，乒乓球反弹前后水平分速度不变，竖直分速度大小不变、方向相反，且不考虑乒乓球的旋转和空气阻力。（设重力加速度为g）

（1）若球在球台边缘O点正上方高度为h1处以速度v1水平发出，落在球台的P1点（如图1实线所示），求P1点距O点的距离x1。

（2）若球在O点正上方以速度v2水平发出，恰好在最高点时越过球网落在球台的P2点（如图虚线所示），求v2的大小。

（3）若球在O点正上方水平发出后，球经反弹恰好越过球网且刚好落在对方球台边缘P3处，求发球点距O点的高度h3。

分析与求解：(1)球从发出到落台的运动为平抛运动。设发球后飞行时间为t1，P1点到O 点的距离，即球的水平位移为x1，根据平抛运动公式有：，。解此两式

得：

(2)球从发出到第二次落台，先后经历平抛运动和斜上抛运动。设发球高度为h2，飞行

时间为t2，同理根据平抛运动公式有：，。由于乒乓球反弹前后水平分

速度极竖直分速度大小均不变，球从发出到第一次落台的运动（平抛运动）与第一次反弹到过网的运动（斜上抛运动的前半段）对称，故第二次发球时的高度h2与网高相等，即：h2=h，

两次运动的水平位移相等，即：。解以上四式得：

(3)这是一个擦边球问题，球的运动过程同（2）中一样。如图3所示，设发球高度为h3，

从发出到第一次落台的飞行时间为t3，同理根据平抛运动得：，。同（2）中分析，球从发出到第一次落台的运动、反弹后到斜上抛轨迹最高点的运动、从斜上抛轨迹最高点到台边的运动对称，故有：。

设球从恰好越过球网到最高点的运动时间为t，水平距离为s，则有：，

，由对称性及几何关系知：，解以上各式得：。

五组员收获

1，细节决定成功，不能忽略细节的重要性。比如说在研究关于乒乓球弧线产生的原因时，学生开始都忽略了球拍对球还有一个沿球切线方向的摩擦力，导致了不能解释球的运动方向会沿斜下方。

2.我们认识到了物理学对体育运动的重要性，在许多体育运动中，涉及到物理原理，运用这些物理原理，可以是运动达到最佳化，如跳远跳高，单杠运动。

3.组内分工明确，大家都积极实践，很快就完成了研究任务，体验到了合作的乐趣。

4.在研究物体运动时，应分别从运动学，动力学角度分析。

5.应多方面考虑问题，得到结论的合理性与科学性。

6.同学们提高了实践能力，丰富了运动经验，学到了更多的物理知识。

7.在本次研究中，我们运用到了极限的思想，控制变量的方法和忽略次要因素的过程。

六探究过程中存在的问题

1.学生不能够很好分析物体的受力情况；

2.对于研究某项问题对影响因素是否可忽略产生疑惑；