基于體育游樂情境的物理試題賞析

王金聚

(浙江省溫州中學，浙江　溫州　325000)

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基于體育游樂情境的物理試題賞析

王金聚

(浙江省溫州中學，浙江溫州325000)

高中物理有一類以體育游樂活動為背景的試題，這類情境包括球類、蹦極、碰碰車、拔河、秋千、蹦床等，基于這些情境的問題可以很好地體現(xiàn)“從生活走向物理、從物理走向生活”的新課程理念.

高中物理試題；體育游樂；情境

《高中物理課程標準》明確指出：讓學生能嘗試運用有關(guān)的物理知識和技能解釋一些自然現(xiàn)象和生活中的問題，勇于探究與日常生活有關(guān)的物理問題.為體現(xiàn)這一理念，物理高考試卷中相應地出現(xiàn)了一些以體育游樂活動為背景的試題.

1　球類

在不計空氣阻力的情況下，各種球類在空中的軌跡皆為拋物線，但由于斜拋運動的知識在高考中不再要求，所以這類問題一般都是考查平拋運動的知識，考生只要掌握平拋運動的規(guī)律即可.如2015年全國新課標卷的第8題涉及乒乓球，2015年浙江理綜卷的第17題涉及足球，2011年廣東卷第17題涉及網(wǎng)球，2006年天津卷第16題涉及壘球等，都是考查平拋運動的知識.

例1(2015年全國新課標卷)：一帶有乒乓球發(fā)射機的乒乓球臺如圖1所示，水平臺面的長和寬分別為L1和L2，中間球網(wǎng)高度為h.發(fā)射機安裝于臺面左側(cè)邊緣的中點，能以不同速率向右側(cè)不同方向水平發(fā)射乒乓球，發(fā)射點距臺面高度為3h.不計空氣的作用，重力加速度大小為g.若乒乓球的發(fā)射速率v在某范圍內(nèi)，通過選擇合適的方向，就能使乒乓球落到球網(wǎng)右側(cè)臺面上，則v的最大取值范圍是().

圖1

2　蹦極

蹦極是一項勇敢者的運動，蹦極者腰系彈性繩從高處跳下，其下落過程大致可分為兩個階段：先是繩處在松弛狀態(tài)時的自由落體運動，然后是繩處于繃緊狀態(tài)時變速運動.當繩的彈力小于重力時，蹦極者做加速運動；當繩的彈力大于重力時，蹦極者做減速運動.可以考查牛頓第二運動定律、動量定理、動能定理、能量轉(zhuǎn)化與守恒等知識點.如2011年全國新課標理綜卷第16題、2015年北京卷第18題，就都考查了蹦極運動.

例2(2015年北京卷)：在“蹦極”運動中，長彈性繩的一端固定，另一端綁在人身上，人從幾十米高處跳下.將蹦極過程簡化為人沿豎直方向的運動.從繩恰好伸直，到人第一次下降至最低點的過程中，下列分析正確的是().

A. 繩對人的沖量始終向上，人的動量先增大后減小

B. 繩對人的拉力始終做負功，人的動能一直減小

C. 繩恰好伸直時，繩的彈性勢能為零，人的動能最大

D. 人在最低點時，繩對人的拉力等于人所受的重力

圖2

解析：如圖2所示，設(shè)蹦極者從O點開始自由下落，下落至A點繩子伸直，能到達的最低點為C，蹦極者在從A→C的過程中，繩的拉力T逐漸增大，由牛頓第二定律mg-T=ma可知，隨著拉力T的增大，人先做加速度減小的加速運動，當T=mg到達B點時加速度減小到零，人的速度達到最大值，對應的動量、動能也都同時達到最大值.此后人由于慣性繼續(xù)向下運動，T>mg，人所受合力向上，故人將做加速度增大的減速運動，動量一直減小到零.A→C的過程中繩的拉力始終向上，故其沖量一直向上，選項A正確，選項C、D錯誤；拉力一直做負功，動能先增大后減小，選項B錯誤.

3　碰碰車

既然叫碰碰車，顧名思義就是要碰撞，故這類問題重在對動量守恒定律的考查，解決這類問題時要特別注意動量的方向性，即需要先選定一個正方向，速度與之同向取正值，反之為負.如2015年上海卷的第22A題.

例3(2015年上海卷)：兩小孩在冰面上乘坐“碰碰車”相向運動.A車總質(zhì)量為50kg，以2m/s的速度向右運動；B車總質(zhì)量為70kg，以3m/s的速度向左運動；碰撞后，A以1.5m/s的速度向左運動，則B的速度大小為m/s，方向向(選填“左”或“右”).

4　拔河

拔河試題取材于生活實際，比賽雙方通過一條繩連接起來，既可以分析整體，又可以剖析個體，能夠考查學生對“整體法”、“隔離法”的靈活運用以及對平衡力、相互作用力的正確理解，幫助學生正確理解牛頓運動定律.如2011年浙江卷的第14題，就是一道有關(guān)拔河的問題.

例4(2011年浙江卷)：如圖3所示，甲乙兩人在冰面上“拔河”，兩人中間位置處有一分界線，約定先使對方過分界線者為贏.若繩子質(zhì)量不計，冰面可看成光滑的，則下列說法正確的是().

圖3

A. 甲對繩的拉力與繩對甲的拉力是一對平衡力

B. 甲對繩的拉力與乙對繩的拉力是作用力與反作用力

C. 若甲的質(zhì)量比乙大，則甲能贏得“拔河”比賽的勝利

D. 若乙收繩的速度比甲快，則乙能贏得“拔河”比賽的勝利

5　秋千

蕩秋千是一項老少皆宜的運動，人在一段圓弧上蕩來蕩去，可以越蕩越高，又可以越蕩越低，可考查圓周運動、向心力、能的轉(zhuǎn)化與守恒定律等相關(guān)知識.如2013年江蘇卷第2題、上海卷第6題等，就是有關(guān)秋千的考題.

例5(2013年江蘇卷)：如圖4所示，“旋轉(zhuǎn)秋千”中的兩個座椅A、B質(zhì)量相等，通過相同長度的纜繩懸掛在旋轉(zhuǎn)圓盤上.不考慮空氣阻力的影響，當旋轉(zhuǎn)圓盤繞豎直的中心軸勻速轉(zhuǎn)動時，下列說法正確的是().

圖4

A.A的速度比B的大

B.A與B的向心加速度大小相等

C. 懸掛A、B的纜繩與豎直方向的夾角相等

D. 懸掛A的纜繩所受的拉力比懸掛B的小

圖5

6　蹦床

蹦床運動員從最高點下落至最低點的整個過程中，在不計空氣阻力的情況下，人和彈簧組成的系統(tǒng)能量守恒，最低點的彈性勢能等于運動員全程重力勢能的減少量.之后運動員從最低點開始上升，上升過程與其下降過程對稱.整個過程不僅能考查彈性勢能、重力勢能、動能等能量之間的相互轉(zhuǎn)化，又可考查動量與沖量之間的關(guān)系，如2002年全國理綜卷第26題、2013年北京卷第23題等.

例6(2002年全國理綜卷)：蹦床是運動員在一張繃緊的彈性網(wǎng)上蹦跳、翻滾并做各種空中動作的運動項目.一個質(zhì)量為60kg的運動員，從離水平網(wǎng)面3.2m高處自由下落，著網(wǎng)后沿豎直方向蹦回到離水平網(wǎng)面5.0m高處.已知運動員與網(wǎng)接觸的時間為1.2s.若把在這段時間內(nèi)網(wǎng)對運動員的作用力當作恒力處理，求此力的大小.

像這樣的體育游樂題還有許多，如2015年廣東理綜卷的第14題涉及帆船和帆板，2015年海南卷第3題涉及摩托艇，2013年浙江理綜卷第19題涉及熱氣球，2010年北京卷第22題涉及跳臺滑雪，2010年全國新課標卷第24題涉及博爾特的短跑，2009年安徽卷第24題涉及過山車，2009年寧夏卷第24題涉及冰壺，2008年廣東卷中涉及“飛椅”游樂項目等等.不論試題以何種體育游樂項目呈現(xiàn)，但解答所需的知識和方法仍是以物理基礎(chǔ)知識與方法為主，復習中仍然要牢牢抓住對基礎(chǔ)知識的理解與鞏固以及對基本物理方法的訓練養(yǎng)成.當然，也要引導學生熟悉常見的體育游樂項目的運動過程，用物理學的觀點給予闡釋，幫助學生完成“從生活到物理”的自然過渡.

[1] 程賢樓.從物理角度看足球打門和鉛球投擲[J].物理之友,2015,31(11).

[2] 任志鴻．十年高考分類解析與應試策略[M]．南方出版社,2015．