体育运动情境与高考物理试题的整合

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  近三年来高考物理试题中都出现了以体育运动情境为题材的试题,从体育运动情境中寻找物理模型,挖掘题眼,设置理论联系实际的试题。试题情境新而不怪,题面观感熟而不旧,求解过程活而不难。既考查了知识、能力,又使试题不落俗套,实现了将体育运动情境与高考物理试题的有机整合,这类试题实现了三大考查功能。本文以近三年高考理综I卷中物理试题为例来分析、鉴赏,从中获得感受、体会和启发。
  一、考查将实际问题抽象为物理问题的能力
  (2005年理综I卷第23题)原地起跳时,先屈腿下蹲,然后突然蹬地。从开始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”。离地后重心继续上升,在此过程中重心上升的最大距离称为“竖直高度”。现有下列数据:人原地上跳的“加速距离”d1=0.50 m,“竖直高度”h1=1.0 m;跳蚤原地上跳的“加速距离”d2=0.00080m,“竖直高度”h2=0.10 m。假想人具有与跳蚤相等的起跳加速度,而“加速距离”仍为0.50 m.则人上跳的“竖直高度”是多少?
  解析 解答此题要将体育运动情境抽象为物理问题,建立起物理模型。第一步,认为人体重心所在位置即质点所在位置,将人体复杂的运动抽象为质点的运动。第二步,将人的原地起跳运动抽象为两段物理过程:从人发力蹬地到脚离开地面,重心匀加速上升了d1;脚离开地面后,人体做竖直上抛运动。
  解析示意图如图1所示。用α表示跳蚤起跳的加速度,u1表示跳蚤离地时的速度,对跳蚤加速过程,有u1=2ad2,对跳蚤竖直上升过程,有u21=2gh2
  若人具有与跳蚤相同的加速度α,用u2表示在这种假想下离开地面时的速度,用H表示与此相对应的高度。
  
  对人加速过程,有u22=2ad1
  对人竖直上抛过程,有u2=2gH。
  由以上各式可得:H=d1/d2h2
  代入数据得:H=62.5 m。
  二、考查运用物理概念、规律,分析实际问题的能力
  (2006年理综I卷第20题)一位质量为m的运动员从下蹲状态向上起跳,经△t时间,身体伸直并刚好离开地面,速度为u。在此过程中,( )。
  A.地面对他的冲量为my+mg△t,地面对他做的功为1/2mv2
  B.地面对他的冲量为my+mgAt.地面对他做的功为零
  C.地面对他的冲量为my.地面对他做的功为1/2mv2
  D.地面对他的冲量为mv-mg△t.地面对他做的功为零
  解析解答此题要将相应的物理概念、物理规律与体育运动情境对应起来。第一,地面对人的支持力F,运动员从下蹲状态到刚要起跳过程中,F作用点没有发生位移,故F没有做功;地面没有可供做功的能量,F也不能做功。人的重心升高势能增加,人获得起跳速度u,动能增加,是人内力做功,消耗了人体的生物能。第二,运动员从下蹲状态到刚要起跳过程中,地面对人的支持力对人有冲量,重力有冲量,人的内力不改变人体的动量,由动量定理可知:IF-mg△t=mu,得IF=my+mg△t。由以上分析可知选项B正确。
  三、考查在实际问题中对物理过程的分析能力
  (2007年理综I卷第23题)甲、乙两运动员在训练交接棒的过程中发现:甲经短距离加速后能保持9 m/s的速度跑完全程:乙从起跑后到接棒前的运动是匀加速的。为了确定乙起跑的时机,需要在接力区前适当的位置标记。在某次练习中,甲在接力区前S0=13.5m处作了标记,并以u=9m/s的速度跑到此标记时向乙发出起跑口令。乙在接力区的前端听到口令时起跑,并恰好在速度达到与甲相同时被甲追上,完成交接棒。已知接力区的长度为L=20m。求:
  (1)此次练习中乙在接棒前的加速度α。
  (2)在完成交接棒时乙离接力区末端的距离。
  
  分析此题以接力赛中交接棒为题材,是同学们十分熟悉的比赛场景,试题描述了两种运动:一是运动员甲的一段匀速直线运动位移sφ;二是运动员乙在接力区内的匀加速直线运动位移s,甲、乙两人运动关系是匀速追匀加速,并恰好在乙的速度达到与甲速度相同时被甲追上。设在甲发出口令后到甲、乙达到共同速度u这一段运动的时间为t。这一过程的示意图如图2所示。
  根据题意画出实际问题的物理过程示意图,对照示意图找到物理量之问的联系,问题即可迎刃而解。
  解 在t时间内,对乙研究可知:t=u/a,s=1/2at2
  对甲研究可知:sφ=vt。
  由示意图可知:sφ=s0+s
  将数据代入上式,可得乙的加速度:a=3m/s2
  接捧时乙离接力区末端的距离:L-s=6.5m。
  通过以上分析,我们可以知道这些试题虽然所描述的物理模型各不相同,但都是生活中的实例,解答这类试题首先要将题中的生活情境转化为物理模型,然后根据其条件灵活求解。
  将体育运动情境整合到高考物理试题中,给了我们一个明确的启示:高考物理试题越来越重视理论联系实际.随着高中物理新课程计划的实施和“物理走向生活”這一理念的贯彻,立意于生活、生产实践的试题将越来越受到命题专家的青睐。
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