2022年上海高中物理体育运动中的力学问题.docx

名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -读书破万卷 下笔如有神上海高中物理 体育运动中的力学问题丰富多彩的体育运动与物理学问有着亲密的联系,能否用科学的观点来注视体育运动中的有关问题,是对同学科学文化素养的一种检验；由于同学对各种体育运动均有直观感受,有关情境较易懂得,简单唤起同学的兴奋点,因此近年来高考常以体育运动为学问背景命题,学以致用,以便考查同学综合运用所学学问分析、解决实际问题的才能；以体育运动为背景的试题,涉及到中学物理的学问有：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” 运动是英勇者的运动,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,最终停在空中,假如把运动员视为质点,忽视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,以下说法正确选项（）（1）第一次反弹后上升的最大高度肯定低于跳台的高度（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）最终运动员停在空中时,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,系统的机械能不断削减,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,应选（D）；评注“ 蹦极” 运动囊括了整个力学的精华部分,通过对其深化争论,不仅能够把力学学问串联起来,而且可以借此培育同学的发散思维才能和解决实际问题的才能,可收到良好的复习检测成效；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,跃起后重心上升 045m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视不计） ,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（运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）；细心整理归纳 精选学习资料 第 1 页,共 7 页 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -读书破万卷 下笔如有神解析 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；现在要争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,应由竖直分运动打算,因此忽视运 动员的动作,把运动员当成一个质点,同时忽视他的水平运动,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,但我们应当懂得这样处理的缘由；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,使之更清楚,可画出示意图如图 1；由图可知,运动员作竖直上抛运动,上上升度h=045m；从最高点下降到手触到水面,下降的高度为H=1045m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 此题以“ 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 （ 20XX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,从开头蹬地到离地是 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” ,离地后重心连续上升,在此过程中重心上升的最大距离称为“ 竖直高度” ,现有以下数据：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” ,细心整理归纳 精选学习资料 第 2 页,共 7 页 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -读书破万卷 下笔如有神；假想人具有与跳蚤相等的起跳加速度,而“ 加速距离” 仍为 050m；就人上跳的“ 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,就对加速过程和离地后上升过程分别有如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,就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 此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,很好地考查了同学敏捷应用基础学问,联想迁移的思维才能,不失为一道“ 起点高、落点低” 的好题；四、蹦床运动例4 蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻动并做各种空中动作的运动项目；一个质量为60kg 的运动员,从离水平网面 32m高处自由落下,着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面 50m高处；已知运动员与网接触的时间为 12s；如把在这段时间内网对运动员的作用力当作恒力处理,求此力的大小；（）解析 将运动员看成质量为 m的质点,从高 处下落,刚接触网时的速度的大小弹跳后到达的高度为,刚离网时的速度的大小细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页,共 7 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -读书破万卷 下笔如有神接触过程中运动员受到向下的重力mg和网向上的弹力F；选取竖直向上为正方向,由动量定理,得由以上三式解得代入数值得评注 此题以“ 蹦床” 为背景,要求同学对简化后的物理过程进行定量分析,并仔细阅读题中的信息,将运动员和蹦床的接触、分别过程抽象为一个碰撞过程,并进行抱负化处理；解题时仍需留意动量定理表达式的矢量性；五、排球运动例5某排球运动员站在离网3m线上,正对网前跳起将球水平击出（不计空气阻力）,击球点的高度为 25m,如图 2所示；已知排球场总长为 触网也不越界？18m,网高度为 2m；试问击球的速度在什么范畴内才能使球既不解析 球被击后的运动可以看作平抛运动；当球刚好触网而过时,飞行时间下限速度当球刚好打在边界线上时,s细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页,共 7 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -故应满意：读书破万卷下笔如有神；评注 排球是同学很熟识的一项日常体育运动,排球被水平击出后做平抛运动,当水平速度较小时,水平射程较小,可能触网；当水平速度较大时,水平射程较大,可能越界,所以 存在一个范畴；对排球恰好触网和压线这两种临界状态进行分析,求出击球速度的临界值是求解此题时的关键；六、杂技表演例6（20XX年高考理综物理试题）如图 3所示,一对杂技演员（都视为质点）乘秋千（秋千绳处于水平位置）从 A点由静止动身绕 O点下摆,当摆到最低点 B 时,女演员在极短时间内将男演员沿水平方向推出；然后自己刚好能回到高处 A；求男演员落地点 C与0点的水平距离 s；已知男演员质量；和女演员质量 之比： 2,秋千的质量不计,秋千的摆长为 R,C点比 O点低 5R；解析 设分别前男女演员在秋千最低点 B的速度为,由机械能守恒定律设刚分别时男演员速度的大小为,方向与相同；女演员速度的大小为,方向与相反,据动量守恒,有分别后,男演员做平抛运动,设男演员从被推出到落在C点所需的时间为t ,依据题给条件,由运动学规律细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页,共 7 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -读书破万卷 下笔如有神依据题给条件,女演员刚好回到 A 点,由机械能守恒定律,已知：,由以上各式可得s=8R；评注 此题考查了同学将实际的杂技表演抽象为物理过程情境,建立物理模型的才能,涉及到的物理学问有：机械能守恒定律、动量守恒定律、平抛运动的规律等；七、滑水板运动例7 在电视节目中,我们常看到一种出色而刺激的水上运动 滑水运动,如图4所示,运动员在快艇的水平牵引下,脚踏倾斜滑板在水上滑行,运动员在水上美丽潇洒的身姿,娴熟的技术,如行云流水,给人以美的享受,我们常会为运动员出色的表演而喝彩；运动员在快艇的水平牵引下脚踏倾斜滑板在水上匀速滑行,设滑板光滑,滑板的滑水面积为 S；滑板与水平方向的夹角为,水的密度为 p,不计空气阻力；理论争论说明：水对滑板的作用力大小,方向垂直于板面,式中 v 为快艇的牵引速度；如运动员受的重力为 G,就快艇的水平牵引速度 v,应多大？解析 快艇的牵引速度与运动员的速度是相等的,要求快艇的牵引速度,应当如何选取争论对象呢？只能选滑板与运动员整体作为争论对象,对这个争论对象进行受力分析,并画出受力图,滑板与运动员共受到三个力的作用,重力G,水对滑板的弹力N（N的方向与滑板垂直）及绳子对运动员所受的拉力F,水对滑板的阻力不计；由于快艇做匀速运动,所以滑板与运动员所受的合力必为零；对此争论对象建立平稳方程,即可求出快艇的水平牵引速度的大小；选滑板和运动员整体为争论对象,其受力情形如图乙所示,由平稳条件得由题意知 将代入得细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页,共 7 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -读书破万卷 下笔如有神评注 此题涉及到的问题情形是“ 快艇滑水” ；解题时,应留意利用题中供应的已知信息：“ 水对板的作用力大小为；方向垂直于板面” ,并恰当地选取争论对象,画出正确的受力分析图,是解决此题的关键所在；综上所述,以体育运动为背景的试题,立意新奇；具有浓重的生活气息,同学必需对试题所展现的实际情形进行分析、判定,弄清问题情形,纯化为物理过程（状态）,再结合平常所学的学科学问进行回忆,通过联想、类比、迁移、等效代换等思维操作,建立抱负化模型,然后运用相关的学问进行分析,从而获得问题的解答；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页,共 7 页 - - - - - - - - -