（高中物理）功能原理在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用

功能原理在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用高考《大綱》中要求“……要重視理論聯(lián)系實(shí)際，關(guān)注科學(xué)技術(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)開展；要重視對(duì)考生科學(xué)素養(yǎng)的考查。〞這表達(dá)了高考“學(xué)以致用〞，用所學(xué)知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)問題的導(dǎo)向作用。隨著全民健身運(yùn)動(dòng)的開展，奧運(yùn)會(huì)的結(jié)束，以體育運(yùn)動(dòng)為背景的試題成為高考及各地模擬考試中一道亮麗的風(fēng)景線，本文就功能原理在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用進(jìn)行舉例分析。一、足球運(yùn)動(dòng)【例1】在足球賽中，紅隊(duì)球員在白隊(duì)禁區(qū)附近主罰定位球，并將球從球門右上角貼著球門射入，球門高度為，足球飛入球門的速度為，足球質(zhì)量為，那么紅隊(duì)球員將足球踢出時(shí)對(duì)足球做功W為〔C〕〔不計(jì)空氣阻力和足球的大小〕A．B．C．D．解析：球踢出后根據(jù)動(dòng)能定理得由以上兩式得，C選項(xiàng)正確點(diǎn)評(píng)：以學(xué)生喜聞樂見的足球?yàn)檩d體，讓學(xué)生體會(huì)了處理變力做功問題的一般方法，加深了對(duì)動(dòng)能定理的理解。二、滑板運(yùn)動(dòng)【例2】某滑板愛好者在離開地高的平臺(tái)上滑行，如圖1所示，水平離開A點(diǎn)后落在水平地面的B點(diǎn)，其水平位移，著地時(shí)由于存在能量損失，著地后速度變?yōu)?，并以此為初速度沿水平地面滑行后停止，人與滑板的總質(zhì)量，求：〔1〕人與滑板在水平地面滑行時(shí)受到的平均阻力大?。弧?〕人與滑板離開平臺(tái)時(shí)的水平初速度?！部諝庾枇雎圆挥?jì)，g取〕解析：〔1〕設(shè)滑板在水平地面滑行時(shí)受到的平均阻力為Ff，根據(jù)動(dòng)能定理有：解得〔2〕人和滑板一起在空中做平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)初速度為，飛行時(shí)間為t，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律有和解得。點(diǎn)評(píng)：此題以滑板運(yùn)動(dòng)為背景，涉及平拋知識(shí)和動(dòng)能定理，弄清這兩個(gè)物理過程和情景是解決問題的關(guān)鍵，著重考查了學(xué)生觀察、分析、解決問題的能力。三、跳繩運(yùn)動(dòng)【例3】某同學(xué)在跳繩比賽中，1分鐘跳了180次，假設(shè)每次起跳中有時(shí)間騰空，該同學(xué)體重，那么他在跳繩中克服重力做功的平均功率是__________W；假設(shè)他在跳繩的1分鐘內(nèi)，心臟跳動(dòng)了60次，每次心跳輸送1的血液，其血壓〔可看作心臟血液壓強(qiáng)的平均值〕為，那么心臟工作的平均功率是__________W?！瞘取〕解析：〔1〕人跳一次的時(shí)間，人上拋到最高點(diǎn)時(shí)間為此過程中克服重力做功跳繩時(shí)克服重力做功的平均功率為〔2〕設(shè)與心臟連接的血管截面積為S，心臟每跳一次，血液向前推進(jìn)距離為L，那么輸出血液的體積，心臟做功平均功率。點(diǎn)評(píng)：此題中涉及到的跳繩運(yùn)動(dòng)、心臟的結(jié)構(gòu)和功能，實(shí)際情況是十分復(fù)雜的，如果直接從實(shí)際情況考慮，必然感到無從下手，但采取類比轉(zhuǎn)換法，將人類比質(zhì)點(diǎn)模型，跳繩運(yùn)動(dòng)類比豎直上拋運(yùn)動(dòng)，心臟類比熟知的水泵，那么可迅速理出解題思路。四、登樓運(yùn)動(dòng)【例4】某學(xué)生以正常速度從一樓登上三樓，他登樓的功率最接近于：〔〕A.5W B.50W C.500W D.5000W解析：要估算這個(gè)學(xué)生登樓時(shí)的功率，必須知道人的質(zhì)量估為50kg，正常登樓的速度約為左右，根據(jù)公式，代入數(shù)據(jù)可估算人登樓的功率為500W，所以正確答案是C。點(diǎn)評(píng)：根據(jù)常識(shí)以及所給的信息〔圖片、文字、數(shù)據(jù)〕等，尋求問題的思路，對(duì)人的做功問題進(jìn)行估算，很好地考查了學(xué)生是否真正懂得了物理根本知識(shí)和根本規(guī)律，能否靈活運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去分析和解決實(shí)際問題的能力。五、跳高運(yùn)動(dòng)【例5】在年奧運(yùn)會(huì)上，比利時(shí)選手埃勒博第一跳輕松躍過2．05米的橫桿，憑借這一成績獲得奧運(yùn)會(huì)女子跳高冠軍。目前，運(yùn)發(fā)動(dòng)跳高時(shí)采用較多的是背越式。假設(shè)假設(shè)埃勒博體重為m，身體重心與跳桿的高度差為h，忽略空氣阻力，她采用背越式跳這一高度，那么他在起跳過程中做的功A．必須大于mghB．必須大于或等于mghC．可以略小于mgD．必須略小于mgh解析：背越式跳高時(shí)，身體的各局部是依次逐漸過桿的，而且輪到過桿的部位總是身體的最高部位，過桿時(shí)似乎身體始終軟軟的“掛〞在桿上〔只是身體上“懸掛〞的點(diǎn)在變化〕。這一情景的物理特征是：過桿時(shí)，身體的重心始終在桿的下方，運(yùn)發(fā)動(dòng)重力勢(shì)能的增加量略小于mgh。運(yùn)發(fā)動(dòng)在起跳時(shí)做的功應(yīng)等于重力勢(shì)能的增加量，故C正確。點(diǎn)評(píng)：這是體育運(yùn)動(dòng)方面的一個(gè)實(shí)際問題，應(yīng)仔細(xì)分析運(yùn)發(fā)動(dòng)過桿的細(xì)節(jié)。該題的解答過程說明，細(xì)致的分析實(shí)際現(xiàn)象時(shí)間上的特征是重要的。六、摸高運(yùn)動(dòng)【例6】起跳摸高是學(xué)生常進(jìn)行的一項(xiàng)活動(dòng)，李剛同學(xué)身高，質(zhì)量60kg，站立時(shí)舉手摸高能到達(dá)，在一次摸高測(cè)試中，他先彎曲兩腿向下蹲，再用力蹬地起跳，從蹬地開始經(jīng)豎直跳離地面，設(shè)他蹬地的力大小恒為1050N，其重心上升可視為勻變速直線運(yùn)動(dòng)，不計(jì)空氣阻力，取，求：〔1〕李剛同學(xué)摸高的最大高度；〔2〕本剛同學(xué)從蹬地開始到跳離地面的過程中機(jī)械能的增加量。解析：〔1〕李剛同學(xué)起跳蹬地過程中，受到地面的彈力和重力作用，向上做勻加速運(yùn)動(dòng)，設(shè)加速度為，根據(jù)牛頓第二定律，對(duì)于起跳過程有解得經(jīng)過跳離地面時(shí)的速度起跳后人豎直向上做加速度為的勻減速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)上升的最大高度為根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有：解得所以摸高的最大高度。〔2〕起跳過程中人重心上升的高度為。在此過程中，李剛同學(xué)重力勢(shì)能的增加量為△。動(dòng)能的增加量為△。所以機(jī)械能的增加量為△E=△。點(diǎn)評(píng)：能力提升：1．在奧運(yùn)比賽工程中，高臺(tái)跳水是我國運(yùn)發(fā)動(dòng)的強(qiáng)項(xiàng)。質(zhì)量為m的跳水運(yùn)發(fā)動(dòng)進(jìn)入水中后受到水的阻力而做減速運(yùn)動(dòng)，設(shè)水對(duì)他的阻力大小恒為F，那么在他減速下降高度為h的過程中，以下說法正確的選項(xiàng)是：〔g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取场病矲hmghC.他的機(jī)械能減少了〔F－mg〕hFh2．在一種叫做“蹦極跳〞的運(yùn)動(dòng)中，質(zhì)量為m的游戲者身系一根長為L、彈性優(yōu)良的輕質(zhì)柔軟的橡皮繩，從高處由靜止開始下落L時(shí)到達(dá)最低點(diǎn)，假設(shè)不計(jì)空氣阻力，那么在彈性繩從原長達(dá)最低點(diǎn)的過程中，以下說法正確的選項(xiàng)是〔〕A．速度先減小后增大B．加速度先減小后增大C．動(dòng)能增加了mgLD．重力勢(shì)能減少了mgL3．運(yùn)發(fā)動(dòng)跳傘將經(jīng)歷加速下降和減速下降兩個(gè)過程，將人和傘看成一個(gè)系統(tǒng)，在這兩個(gè)過程中，以下說法正確的選項(xiàng)是〔〕A．阻力對(duì)系統(tǒng)始終做負(fù)功B．系統(tǒng)受到的合外力始終向下C．重力做功使系統(tǒng)的重力勢(shì)能增加D．任意相等的時(shí)間內(nèi)重力做的功相等4．如下列圖，是健身用的“跑步機(jī)〞示意圖。質(zhì)量為m的運(yùn)發(fā)動(dòng)踩在與水平面成角的靜止皮帶上，運(yùn)發(fā)動(dòng)用力向后蹬皮帶，皮帶在此過程中受到的阻力恒為Ff。當(dāng)皮帶以速度v勻速向后運(yùn)動(dòng)的過程中，以下說法正確的選項(xiàng)是