體育運動情境與高考物理試題的整合

近三年來高考物理試題中都出現了以體育運動情境為題材的試題，從體育運動情境中尋找物理模型，挖掘題眼，設置理論聯系實際的試題。試題情境新而不怪，題面觀感熟而不舊，求解過程活而不難。既考查了知識、能力，又使試題不落俗套，實現了將體育運動情境與高考物理試題的有機整合，這類試題實現了三大考查功能。本文以近三年高考理綜I卷中物理試題為例來分析、鑒賞，從中獲得感受、體會和啟發。

一、考查將實際問題抽象為物理問題的能力

(2005年理綜I卷第23題)原地起跳時，先屈腿下蹲，然后突然蹬地。從開始蹬地到離地是加速過程(視為勻加速)，加速過程中重心上升的距離稱為“加速距離”。離地后重心繼續上升，在此過程中重心上升的最大距離稱為“豎直高度”。現有下列數據：人原地上跳的“加速距離”d₁=0.50 m，“豎直高度”h₁=1.0 m；跳蚤原地上跳的“加速距離”d₂=0.00080m，“豎直高度”h₂=0.10 m。假想人具有與跳蚤相等的起跳加速度，而“加速距離”仍為0.50 m．則人上跳的“豎直高度”是多少?

解析 解答此題要將體育運動情境抽象為物理問題，建立起物理模型。第一步，認為人體重心所在位置即質點所在位置，將人體復雜的運動抽象為質點的運動。第二步，將人的原地起跳運動抽象為兩段物理過程：從人發力蹬地到腳離開地面，重心勻加速上升了d₁；腳離開地面后，人體做豎直上拋運動。

解析示意圖如圖1所示。用α表示跳蚤起跳的加速度，u₁表示跳蚤離地時的速度，對跳蚤加速過程，有u₁=2ad₂，對跳蚤豎直上升過程，有u²₁=2gh₂。

若人具有與跳蚤相同的加速度α，用u₂表示在這種假想下離開地面時的速度，用H表示與此相對應的高度。

對人加速過程，有u²₂=2ad₁，

對人豎直上拋過程，有u₂=2gH。

由以上各式可得：H=d¹/d₂h₂。

代入數據得：H=62.5 m。

二、考查運用物理概念、規律，分析實際問題的能力

(2006年理綜I卷第20題)一位質量為m的運動員從下蹲狀態向上起跳，經△t時間，身體伸直并剛好離開地面，速度為u。在此過程中，( )。

A．地面對他的沖量為my+mg△t，地面對他做的功為1/2mv₂

B．地面對他的沖量為my+mgAt．地面對他做的功為零

C．地面對他的沖量為my．地面對他做的功為1/2mv₂

D．地面對他的沖量為mv-mg△t．地面對他做的功為零

解析解答此題要將相應的物理概念、物理規律與體育運動情境對應起來。第一，地面對人的支持力F，運動員從下蹲狀態到剛要起跳過程中，F作用點沒有發生位移，故F沒有做功；地面沒有可供做功的能量，F也不能做功。人的重心升高勢能增加，人獲得起跳速度u，動能增加，是人內力做功，消耗了人體的生物能。第二，運動員從下蹲狀態到剛要起跳過程中，地面對人的支持力對人有沖量，重力有沖量，人的內力不改變人體的動量，由動量定理可知：I_F-mg△t=mu，得I_F=my+mg△t。由以上分析可知選項B正確。

三、考查在實際問題中對物理過程的分析能力

(2007年理綜I卷第23題)甲、乙兩運動員在訓練交接棒的過程中發現：甲經短距離加速后能保持9 m/s的速度跑完全程：乙從起跑后到接棒前的運動是勻加速的。為了確定乙起跑的時機，需要在接力區前適當的位置標記。在某次練習中，甲在接力區前S0=13.5m處作了標記，并以u=9m/s的速度跑到此標記時向乙發出起跑口令。乙在接力區的前端聽到口令時起跑，并恰好在速度達到與甲相同時被甲追上，完成交接棒。已知接力區的長度為L=20m。求：

(1)此次練習中乙在接棒前的加速度α。

(2)在完成交接棒時乙離接力區末端的距離。

分析此題以接力賽中交接棒為題材，是同學們十分熟悉的比賽場景，試題描述了兩種運動：一是運動員甲的一段勻速直線運動位移sφ；二是運動員乙在接力區內的勻加速直線運動位移s_乙，甲、乙兩人運動關系是勻速追勻加速，并恰好在乙的速度達到與甲速度相同時被甲追上。設在甲發出口令后到甲、乙達到共同速度u這一段運動的時間為t。這一過程的示意圖如圖2所示。

根據題意畫出實際問題的物理過程示意圖，對照示意圖找到物理量之問的聯系，問題即可迎刃而解。

解 在t時間內，對乙研究可知：t=u/a，s_乙=1/2at₂。

對甲研究可知：sφ=vt。

由示意圖可知：sφ=s₀+s_乙。

將數據代入上式，可得乙的加速度：a=3m/s₂，

接捧時乙離接力區末端的距離：L-s_乙=6.5m。

通過以上分析，我們可以知道這些試題雖然所描述的物理模型各不相同，但都是生活中的實例，解答這類試題首先要將題中的生活情境轉化為物理模型，然后根據其條件靈活求解。

將體育運動情境整合到高考物理試題中，給了我們一個明確的啟示：高考物理試題越來越重視理論聯系實際．隨著高中物理新課程計劃的實施和“物理走向生活”這一理念的貫徹，立意于生活、生產實踐的試題將越來越受到命題專家的青睞。