物理學原理在中小學體育教學中的應用研究

林炳利

在現代社會的進步和發展背景下，我國的體育事業得到良好的發展，培養了一批又一批的優秀體育運動人才。在這樣的背景下，社會上引發了一股體育熱，加強學生的體育訓練逐漸成為當前中小學教學中的重要內容。在中小學體育教學中，將物理學原理在實際教學中應用，結合學生個體差異，針對性地運用物理學內容，能夠促使學生科學合理地參與體育訓練，并且在學習文化知識的同時提升身體素養，對于學生的未來可持續發展具有重要的促進作用。因此，加強中小學體育教學中物理學原理的應用，可以為后續相關教育教學提供參考。

體育教學中杠桿原理的應用

杠桿原理的實現，主要條件包括阻力臂、動力臂、阻力點、支點和動力點，不僅僅是在物理學中有杠桿原理內容，同時在人體內也有杠桿。人體杠桿的表現形式較為多樣，主要包括省力杠桿、平衡杠桿和速度杠桿等，其中速度杠桿最為典型。速度杠桿動力臂要弱于阻力臂，需要耗費的力量較大，但是能夠保證人體手腳獲得角度運動速度和幅度。諸如，在推鉛球、擲標槍和擲鐵餅等運動項目中，為了可以提升運動速度和幅度，在最后動作上充分展開上臂，有助于阻力臂最大化，即以肩關節為支點，肩部肌肉附著點為力點，將人體和運動器材合理為阻力點，形成速度杠桿。在大量運動項目觀察和實踐中，鏈球運動項目獲取的成績要遠遠高于擲標槍或擲鐵餅等運動項目，究其根本是由于鎖鏈的存在導致阻力臂增加，同樣在羽毛球運動和棒球運動中，運動員均是抓住底端，以此來提升阻力臂，獲得最大速度。

體育教學中物理運動學的應用

中小學體育教學將物理運動學內容應用其中，可以了解到決定線速度的因素在于轉動半徑和角速度，在促使杠桿阻力臂增加的同時，轉動半徑隨之增加，從而促使運動員手腳獲得最大速度。在掌握杠桿原理基礎上，人體是一個骨杠桿，每個動作均是以關節周轉動實現。通過大量實踐可以了解到，投擲運動和跳遠運動是以追求遠度為主，投擲距離越遠，所獲得的成績越好。根據物理運動學原理，可以通過斜拋公式進行分析，公式如下：

結合公式可以了解到，影響飛行員速度的因素較為多樣，包括初速度、角度和重力加速度等，初速度最為關鍵，跳的距離和投的距離與初速度平方呈正比，速度增加，遠度隨之增加。所以，在體育運動教學中，列舉投擲和跳遠運動將初速度作為主要訓練目標，有助于提升學生的身體素養，獲得更好的成績。同時，在投擲運動項目中，角度同樣十分關鍵，跳遠或是跳高運動項目中，需要把握最佳出手角度，即為出手角，跳高運動項目中稱之為跳角，角度為45°時，跳角值最大。斜拋的物體可以獲得最大的遠度，但是具體運動項目中，可能受到空氣阻力和地斜角等因素存在，需要將出手角度控制在38°～42°范圍內。在這個過程中需要注意的是，不同體育項目的地斜角度不同，而出手角度同樣存在差異，如跳遠起跳角度為20°，鏈球運動項目最佳出手角度42°～44°，而擲鐵餅最佳出手角度則在30°～35°之間。尤其是在當前運動競爭愈加激烈背景下，需要綜合考量，針對性加強體育運動訓練，以便于獲得更為可觀的運動成績。

體育運動中物理動力學的應用

在體育運動訓練中，將物理動力學內容應用其中，可以結合牛頓第二定律相關內容，把握物體運動加速度與合外力的正比例關系。物體質量越輕，加速度越大，而在體育運動項目中，體育運動器械質量是固定的，運動員為了獲取更大力量，需要通過增加加速度方式來幫助運動員獲得更大的力量支持，包括跳高運動和跳遠運動等，通過前期助跑速度來獲得力量。在擲標槍和擲鐵餅項目中，可以通過前期助跑來獲取最大加速度，為運動員提供更大的力量。

將物理動力學內容應用其中，結合牛頓第三定律相關內容，兩個物體間作用力和反作用力保持一致，但是兩種力量是完全反方向的，分別作用在兩個物體上。在投擲類運動項目中，通過助跑來獲得初速度，促使力量集中在運動器材投擲瞬間，以此獲得更大的遠度。同時，運動員在投擲運動器材期間，通過用力蹬地來獲得較大的反作用力，確保投擲的運動器材距離更遠。運動員蹬地作用在地面上，獲得反作用力，通過人體來傳遞到運動器材上，可以獲得更大的加速度，帶來更加可觀的運動成績。如果運動員在出手瞬間，雙腳離開了地面，那么蹬地后的力量是無法傳遞到運動器材上的，且反作用力隨之減弱。需要注意的是，在中小學體育運動訓練中，由于學生的身體正處于成長階段，對于運動技巧掌握得不充分，如果技巧運用不合理，很容易造成身體的損傷，不利于運動員身體素質水平的提升。

體育運動中力的合成與分解的應用

撐竿跳體育運動項目中涉及的物理學原理為機械能守恒定律，在運動項目訓練中，要求學生運動訓練期間獲得最大的初始速度，并結合機械能守恒定律，通過運動員自身力量來獲取最大重力勢能，致使其在撐竿跳期間獲得最大的重力勢能支持。撐竿跳運動中，通過前期助跑來獲取動能，用于起跳瞬間的重力勢能支持，是運動員力量主要來源。在這個過程中，教師應該注重學生助跑期間獲得最大加速度，提供充足的重力勢能，取得更高的成績。撐竿跳體育運動學項目中，運動員雙腳脫離地面后落在墊子上，運動員和撐竿的機械能固定不變。

運動員離開地面后，運動員的運動方向和機械能形式發生轉變，伴隨著運動員身體位置上升，運動員的運動速度逐漸下降，撐竿期間會產生嚴重彎曲現象，在助跑期間獲得更多能力，將其轉變為撐竿上的彈性勢能。

此外，轉變為重力勢能，在上升期間超過一半后，多數動能轉變為彈性勢能和重力勢能，促使重力勢能和彈性勢能以及轉化前期能力保持不變。

體育運動中牛頓定律的應用

體育運動中牛頓定律的應用，通過結合相關定律來引導學生訓練，注重勻速跑步，物理加速度和承受合外力之間保持正比，與物體質量成反比，物體加速度方向與合外力方向一致。運動員加速度力主要是運動員提供的，為了獲得更大加速度，需要消耗的體力隨之增加，不利于運動員長期奔跑。結合牛頓第三定律相關內容可以了解，物體運動前與地面產生的摩擦力與物體前進方向相反，會產生反作用力，推動物體前進，在長跑運動中，這種摩擦力是運動員前進的主要摩擦力。根據牛頓第一定律相關內容，物體運動中會產生相應慣性，長跑運動中保持勻速前進，自身消耗的體力較小，借助慣性力量持續前進，獲得更加可觀的效果。

結語

綜上所述，當前素質教育背景下，中小學體育教學發生了翻天覆地的變化，將物理學原理應用到實際教學中，需要教師立足于學生個體差異，把握不同的物理學內容，組織科學合理的體育訓練項目，避免學生身體受傷，在鍛煉學生身體素養的同時陶冶情操，這對于學生的后續學習和發展具有深遠影響。