創(chuàng)新使用物理實(shí)驗(yàn)方法比較運(yùn)動(dòng)鞋性能差異

程思睿 程宏亮

摘 要：本文主要從運(yùn)用一些中學(xué)物理常用的實(shí)驗(yàn)方法去比較運(yùn)動(dòng)鞋的性能差異。來培養(yǎng)中學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，提升中學(xué)生物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)科技興邦的偉大目標(biāo)。引導(dǎo)學(xué)生將課本上學(xué)習(xí)到的物理知識(shí)與感興趣的生活問題聯(lián)系起來，學(xué)以致用。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新；實(shí)驗(yàn)方法；性能

中國(guó)現(xiàn)在是世界上最大的運(yùn)動(dòng)鞋生產(chǎn)制造基地。在全世界范圍內(nèi)，每?jī)呻p運(yùn)動(dòng)鞋中的一雙就是在中國(guó)生產(chǎn)的。可以想象，中國(guó)境內(nèi)有多少制鞋工廠在進(jìn)行生產(chǎn)。但是縱觀全世界和我國(guó)籃球鞋市場(chǎng)，引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)鞋發(fā)展方向的竟然沒有一個(gè)中國(guó)的籃球鞋品牌。不論是在市場(chǎng)范圍、市場(chǎng)占有率還是銷售情況等方面，中國(guó)品牌還遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上國(guó)外知名品牌。從這一點(diǎn)來看，國(guó)際運(yùn)動(dòng)鞋行業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)不僅注重發(fā)展的規(guī)模和數(shù)量，更要重視材料的研發(fā)、文化的引導(dǎo)、裝配技術(shù)的革新、市場(chǎng)調(diào)查分析等。我國(guó)運(yùn)動(dòng)鞋市場(chǎng)的現(xiàn)狀是：款式設(shè)計(jì)較為落后、舒適性較差等諸多問題，致使我國(guó)運(yùn)動(dòng)鞋檔次一直在中低檔市場(chǎng)徘徊。而目前中低檔球鞋市場(chǎng)也已面臨越南、印尼等新興球鞋生產(chǎn)國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)運(yùn)動(dòng)鞋企業(yè)已經(jīng)受到嚴(yán)重威脅。在中美貿(mào)易戰(zhàn)爆發(fā)之際，作為一名為中華民族復(fù)興為己任的中學(xué)生，想運(yùn)用自己掌握的一些簡(jiǎn)單的物理實(shí)驗(yàn)研究方法，比較一下不同國(guó)家各類運(yùn)動(dòng)鞋在性能上的差異，找到差距，彌補(bǔ)不足，營(yíng)造出青少年群體中科技興邦的愛國(guó)氛圍。

在愛國(guó)主義情懷之下，此項(xiàng)運(yùn)用科學(xué)方法的研究還可以讓我們從生活走向物理，從物理走向社會(huì)，使我們學(xué)習(xí)方式多樣化；讓我們注重了學(xué)科滲透，關(guān)注了科學(xué)發(fā)展創(chuàng)新趨勢(shì)。了解了周圍的世界，并用所學(xué)的知識(shí)來對(duì)世界進(jìn)行改造，從我們被動(dòng)接受知識(shí)向主動(dòng)獲取知識(shí)轉(zhuǎn)化。

接下來，我就來談一談具體的探究過程。

首先，我們要確定最值得探究的問題有以下幾個(gè)：

一、 不同類別、產(chǎn)地、材料的運(yùn)動(dòng)鞋，他們的緩震（彈力）效果有什么差別？

二、 不同類別、產(chǎn)地、材料的運(yùn)動(dòng)鞋，他們的靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力有什么差異？

三、 不同類別、產(chǎn)地、材料的運(yùn)動(dòng)鞋，他們的花紋對(duì)靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力有什么影響？

四、 不同類別、產(chǎn)地、材料的運(yùn)動(dòng)鞋，他們對(duì)地面的壓力及自身的重力有什么不同？

以上四個(gè)問題是我們要研究的核心問題，核心問題的研究可以得出有益的結(jié)論。在探究核心問題過程中，實(shí)際操作還會(huì)碰到以下困難，具體來說，我們還要注意以下七個(gè)問題：

一、 運(yùn)動(dòng)鞋彈力的大小如何測(cè)量，最后得到的數(shù)據(jù)如何呈現(xiàn)？

二、 彈力的測(cè)量工具如何制作？

三、 運(yùn)動(dòng)鞋和地面之間摩擦力和靜摩擦力如何測(cè)量？

四、 地面的種類（水泥、塑膠、木地板）怎么選擇和界定？

五、 測(cè)摩擦力和靜摩擦力的測(cè)量工具如何制作？

六、 如何保證測(cè)摩擦力和靜摩擦力的準(zhǔn)確？

七、 普通物理天平的量程能否測(cè)量運(yùn)動(dòng)鞋？

在充分考慮了上述問題后，就可以開始我們的實(shí)驗(yàn)操作了。四個(gè)核心問題要測(cè)量的是三個(gè)物理量，即：重力（壓力）、彈力和摩擦力。這些力的測(cè)量都可以用人教版物理教材的測(cè)量方法和改進(jìn)的測(cè)量工具達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

一、 重力的測(cè)量

可用物理實(shí)驗(yàn)室常用天平測(cè)量出質(zhì)量的大小，再用公式G=mg計(jì)算出所受重力大小。需要特別指出的是，為了測(cè)量結(jié)果的精確，我們要充分考慮到地球緯度對(duì)g值的影響。以深圳市為例，深圳市處于北緯N22°32′43.86″，東經(jīng)

E114°03′10.40″，按重力加速度修正公式g=9.7803（1+0.0053024sin2ψ-0.000005sin22ψ）m/s2，深圳市g(shù)值取9.7925m/s2，較為精確算出重力后，在水平面上，重力大小等于壓力大小。

二、 彈力的測(cè)量

經(jīng)過反復(fù)思考和學(xué)習(xí)實(shí)踐，我們結(jié)合左圖的彈簧倔強(qiáng)系數(shù)測(cè)定儀的實(shí)驗(yàn)裝置，準(zhǔn)備右圖自制實(shí)驗(yàn)器材，讓鋼球從同一高度落下，與被測(cè)試表面接觸彈起后，記下被彈起的高度，就可以比較被測(cè)試面彈力的大小。在這個(gè)階段的實(shí)驗(yàn)中，我們采用了初中物理中常用的轉(zhuǎn)化法和控制變量法。這個(gè)方法也存在一個(gè)不足之處，就是無法在數(shù)值上比較彈力的大小。在后期的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置中，我們可以選擇基準(zhǔn)的彈力值標(biāo)在刻度尺上，也就是說，刻度尺上標(biāo)刻的是彈力的單位。

三、 靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的測(cè)量

在測(cè)量靜摩擦力和滑動(dòng)的摩擦力的階段實(shí)驗(yàn)中，我們會(huì)將教材上的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)，原教材給出的實(shí)驗(yàn)操作存在兩點(diǎn)不足。①實(shí)驗(yàn)要求要?jiǎng)蛩僦本€地拉動(dòng)木塊，但是勻速很不好控制；②彈簧測(cè)力計(jì)在運(yùn)動(dòng)過程中不方便讀數(shù)。為此，本實(shí)驗(yàn)裝置可以進(jìn)行如圖的改進(jìn)：將彈簧測(cè)力計(jì)和木塊固定，改為拉動(dòng)木板運(yùn)動(dòng)。這樣改進(jìn)后，并不需要?jiǎng)蛩俚乩瓌?dòng)木板，而且彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)基本靜止穩(wěn)定。

有了這三種明晰的測(cè)量方法，就為我們數(shù)據(jù)分析打下了良好的基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，回顧我們的實(shí)驗(yàn)過程，我們還有以下幾點(diǎn)收獲：

1. 調(diào)動(dòng)了我們學(xué)習(xí)物理的興趣

在學(xué)習(xí)過程中，興趣是最好的教師。要讓我們感受到物理的魅力，使我們對(duì)物理充滿興趣了，才能學(xué)好物理。對(duì)于學(xué)習(xí)物理來說，調(diào)動(dòng)我們學(xué)習(xí)物理的興趣最好的辦法就是使物理與生活聯(lián)系起來，讓我們感受到生活中處處有物理，物理也處處與生活相聯(lián)系的，物理對(duì)生產(chǎn)、生活，對(duì)社會(huì)有巨大的作用等等，我們的學(xué)習(xí)興趣就會(huì)被激發(fā)起來的。

2. 體現(xiàn)物理是有趣的、有用的，在生活中能感觸到的

我們生活經(jīng)驗(yàn)較少，抽象思維能力較弱，我們要找到充分的實(shí)踐和交流的機(jī)會(huì)，觀察生活中實(shí)踐的例子，發(fā)現(xiàn)生活中的物理問題進(jìn)行探究，在生活中體驗(yàn)物理的價(jià)值。《新課程標(biāo)準(zhǔn)》試行稿中特別指出，物理教學(xué)要讓學(xué)生學(xué)習(xí)有價(jià)值的物理，就必須聯(lián)系我們的生活，使我們感到物理與生活密不可分，感到物理是生動(dòng)的、豐富的、有趣的，而不是單調(diào)的、枯燥的，尤其是要體會(huì)到物理是有用的，它是可以改造我們身邊這個(gè)世界的一種力量，人類越是豐富地掌握著這種力量，人類的社會(huì)就越創(chuàng)新的發(fā)展，這就是我們要共同樹立明確的物理生活觀。

3. 培養(yǎng)了我們的創(chuàng)新能力，實(shí)踐能力

隨著物質(zhì)條件的極大改善，我們的動(dòng)手能力非常弱，我們課題組想在研究探究影響運(yùn)動(dòng)鞋運(yùn)動(dòng)性能的因素過程中，培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力與實(shí)際動(dòng)手的能力，這也提升了我們的生活能力。

總之，我國(guó)正在倡導(dǎo)建設(shè)創(chuàng)新型社會(huì)，創(chuàng)新型社會(huì)對(duì)籃球鞋行業(yè)的要求就是要有創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，只有讓創(chuàng)新的設(shè)計(jì)被廣大的消費(fèi)者接受，才能創(chuàng)立中國(guó)人自己的籃球鞋品牌。就目前來講，我國(guó)籃球鞋的設(shè)計(jì)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有差距，全球經(jīng)濟(jì)的一體化，我們急需要自己的研發(fā)技術(shù)和設(shè)計(jì)人才，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。“師夷長(zhǎng)技以自強(qiáng)”，我國(guó)的籃球鞋設(shè)計(jì)之路，任重而道遠(yuǎn)。制造業(yè)的發(fā)展，也是中華民族偉大復(fù)興的基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：程思睿，廣東省深圳市，深圳高級(jí)中學(xué)；程宏亮，廣東省深圳市，深圳坪山實(shí)驗(yàn)學(xué)校。