高考物理體育運動問題例析

在各類體育運動中都包含著大量的物理學(xué)知識。正因如此，以體育運動為背景編制高考試題，成為近年高考命題的一大熱點。這種題型不僅考查學(xué)生分析問題和解決問題的能力，而且更能檢驗出學(xué)生素質(zhì)的高低。下面以近幾年高考題為例，對以體育運動為背景的試題作些分析探討。

類型一：如圖所示是我國某一優(yōu)秀跳水運動員在跳臺上騰空而起的英姿，跳臺距水面高度為10m，此時她恰好到達最高位置，估計此時她的重心離跳臺臺面的高度為1.2m，當她下降到手觸及水面時，要伸直雙臂做一個翻掌壓水花的動作，這時她的重心離水面也是1.2m.(取g=10m/s2)求：(1)從最高點到手觸及水面的過程中，其重心可以看作是自由落體運動，她在這一過程中，她完成了一系列動作，則她可利用的時間為多長?

(2)設(shè)運動員的重心下沉到水面以下時才開始考慮水的阻力，之前水的阻力可忽略不計，入水之后，她的重

心能下沉到離水面約2.8m處，試估算水對她的平均阻

力約是她自身重力的幾倍?

解析：本題以跳水運動為背景設(shè)計考題，運動員觸水前是自由落體運動，在重心下沉到水面以下時，做減速運動，分別應(yīng)用運動學(xué)公式和動能定理列出方程即可。

（1）這段時間，人重心下降高度為10m

空中動作時間：由h=12gt2得t=2hg

代入數(shù)據(jù)得t=2s=1.4s

(2)設(shè)水的平均阻力為f，運動員的重心入水前下降高度為：h+Δh=11.2m

由動能定理：mg(h+Δh+h1)=fh1

代入數(shù)據(jù)得fmg=142.8＝5…………

類型二：（2007年四川高考25題）目前，滑板運動受到青少年的追捧。如圖是某滑板運動員在一次表演時的一部分賽道在豎直平面內(nèi)的示意圖，賽道光滑，F(xiàn)GI為圓弧賽道，半徑R＝6.5m，G為最低點并與水平賽道BC位于同一水平面，KA、DE平臺的高度都為h＝18m。B、C、F處平滑連接。滑板a和b的質(zhì)量均為m，m＝5kg，運動員質(zhì)量為M，M＝45kg。

表演開始，運動員站在滑板b上，先讓滑板a從A點由靜止下滑，t1＝0.1s后，運動員再與b板一起從A點靜止下滑。滑上BC賽道后，運動員從b板跳到同方向運動的a板上，在空中運動的時間t2＝0.6s。（水平方向是勻速運動）。運動員與a板一起沿CD賽道上滑后，沖出賽道，落在EF賽道的P點，沿賽道滑行，經(jīng)過G點時，運動員受到的支持力N＝742.5N。（滑板和運動員的所有運動都可在同一豎直平面內(nèi)，計算時滑板和運動員都看作質(zhì)點，取g＝10m/s2）

(1)滑到G點時，運動員的速度是多大？

(2)運動員跳上滑板a后，在BC賽道上與滑板a共同運動的速度是多大？

(3)從表演開始到運動員滑至I的過程中，系統(tǒng)的機械能改變了多少？

解析：本題以滑板運動為背景設(shè)計考題，以圓周運動為模型，結(jié)合機械能守恒，動量守恒，能量守恒，解決問題。解題時必須分清哪一段是圓周運動，哪個過程符合機械能守恒、動量守恒、能量守恒，列出機械能守恒、動量守恒、能量守恒方程，聯(lián)立求解即可。

(1)在G點，運動員和滑板一起做圓周運動，設(shè)向心加速度為an，速度為vG，運動員受到重力Mg、滑板對運動員的支持力N的作用，則：

N-Mg=Mv2GR

vG=R(N-Mg)M

解得：vG＝6.5m/s

(2)設(shè)滑板。由A點靜止下滑到BC賽道后速度為v1，由機械能守恒定律有：

mgh=12mv21

解得：v1=2gh



運動員與滑板一起由A點，靜止下滑到BC賽道后，速度也為v1，運動員由滑板b跳到滑板a，設(shè)蹬離滑板b時的水平速度為v2，在空中飛行的水平位移為s，則：

s＝v2t2

設(shè)起跳時滑板a與滑板b的水平距離為s0，則：

s0=v1t1

設(shè)滑板在t2時間內(nèi)的位移為s1，則：

s1＝v1t2

s＝s0+s1

即：v2t2＝v1(t1＋t2)

運動員落到滑板a后，與滑板a共同運動的速度為v，由動量守恒定律有

mv1+Mv2＝(m＋M)v

由以上方程可解出：v=mt2+M(t1+t2)(M+m)t22gh



代人數(shù)據(jù)解得：v＝6.9m/s

⑶設(shè)運動員離開滑板b后，滑板b的速度為v3，有

Mv2＋mv3＝(M＋m)v1

可算出v3＝－3m/s，有：│v3│＝3m/s

系統(tǒng)的機械能改變?yōu)椋害=12(M+m)v2G+12mv23-(m+m+M)gh



ΔE＝88.75J

由以上分析求解可以看出，考生必須對試題所描述的體育運動，進行分析、判斷，弄清物理情景，對運動過程分段研究，找出每段運動所對應(yīng)的物理模型，完成由“實際問題”到“物理模型”，根據(jù)條件找出所滿足的物理原理，列出方程求解。因此，解答相關(guān)問題所需的知識和方法仍以物理基礎(chǔ)知識和基本方法為主，復(fù)習(xí)中要以對基礎(chǔ)知識的理解和基本物理方法的運用訓(xùn)練為主，借助與之有關(guān)的體育運動的題來鞏固，做到以不變應(yīng)萬變。

(責(zé)任編輯易志毅）