運用初中運動和力相關知識點探究體育項目中的物理規律
——基于智能手機傳感器

謝丹荔

（廣東省深圳市龍華區龍華高級中學觀瀾校區 廣東·深圳 518110）

0 緒論

傳感器走進物理課堂這種新型的實驗模式不僅很大程度上豐富了物理實驗的內容和方法，并且激發了學生，尤其是初高中的同學學習物理的熱情。基于數字傳感器技術的DIS實驗系統在早年獲得了非常好的教學研究成果。主要包括DIS系統的技術發展；該系統在物理實驗中的應用；對實驗的創新和改進；與傳統實驗方法相比較等幾個方面[4]。

1 探究立定跳遠運動中的物理規律

1.1 提出假設

本文進行的實驗是探究常規體育項目立定跳遠運動的物理規律。立定跳遠作為中學階段每學年都要考查的運動項目，幾乎每一位中學生都參與過。以立定跳遠為實驗案例，可以更好的貼近中學生活，激發學生學習積極性。

在實驗開始之前，老師帶領三名同學就提出了兩個猜想：首先起跳的角度是否對跳遠距離有影響，存在什么樣的影響；另一個是起跳時的后坐力（向后的加速度）是否對起跳距離有影響，存在什么影響[5-8]。

1.2 實驗探究過程

首先要確定第一個猜想的實驗方案。在第一個猜想的預實驗中，三名同學發現使用手機角度傳感器只能記錄身體的傾斜角度，與實際的起跳角度存在較大差距。因此采用手機傳感器結合攝像記錄跳遠過程的方法來記錄起跳的路徑從而確定起跳角度。這就需要每次記錄時保持起跳點與攝影位置保持不變以減小誤差。如下圖先記錄跳躍全過程，從起跳到降落全過程如圖1。

圖1：跳躍過程

再將人看作質點，分解跳躍過程。如圖2。

圖2：分解過程

用黃色點代替人的位置，將人視作質點，再用紅色箭頭標出起跳的方向跟水平方向。如圖3所示。

圖3：跳躍路徑

通過簡單的圖片處理后，可以得到起跳角度，即圖中紅線之間的夾角。

然后可以開始正式的實驗。實驗同樣由三名同學完成，記錄每次的起跳角度與跳躍距離，分析兩者之間是否存在關系，存在什么樣的關系。

實驗數據處理。

首先表1是同學甲的數據。

表1：同學甲的立定跳遠數據

根據數據做圖4。

圖4：同學甲起跳距離與角度的關系

可以看出對于同學甲來說，起跳角度確實對起跳距離有著明顯影響。起跳角度在45度至50度之間時，跳躍的距離是最遠的。

再觀察表2，為同學乙的數據。

表2：同學乙的跳躍數據

根據數據做圖5。

圖5：同學乙的起跳角度與距離的關系

可以看出，不同的人跳躍方式，跳躍能力不同，跳躍的數據結果也有一定的差距，但總體趨勢是一致的。角度過大或過低都會縮短跳躍距離，起跳角度在45度至50度之間時，跳躍的距離是最遠的。

同學丙的數據也相似。如圖6。

圖6：同學丙起跳距離與角度的關系

同學丙最佳的起跳角度略小于45度，但總體趨勢仍然與另外兩名同學相似。因此得出小結：對于立定跳遠這項運動來說，起跳的角度大小與跳躍的距離存在一定的關系，并且存在一個最佳起跳角，大約在四十五度到五十度之間，不同的人存在一定的差異。

接著在第二個猜想中，要求分析跳躍時后坐力的影響，即起跳時向后的加速度對跳躍距離的影響。需要記錄的數據是起跳時朝著跳躍的相反方向的加速度以及跳躍的距離，此時需要使用手機中的加速度傳感器。讓每位同學將各自的智能手機固定在腰間，反復跳躍，并選取不少于十組的數據進行分析處理[9-11]。

通過幾組數據可以證明，在忽略誤差的情況下，當正向加速度越大時，跳躍的距離也越遠。以同學甲的數據為例，如表3。

表3：正向加速度與距離之間的關系

根據數據做圖7。

圖7：跳躍距離與正向加速度的關系

可以發現，跳躍距離是隨著正向加速度的增大而增大。根據此，三名同學提出可以直接觀察正向加速度與負向加速度之間的關系，不僅節省了實驗步驟，而且更容易觀察。

表4是同學甲的一組數據。

表4：正負方向加速度及對應距離

對兩個方向加速度進行繪圖可得圖8。

圖8：正負方向加速度的變化關系

實驗結果分析。

由圖像可知，當負向加速度越大時，正向加速度也越大，從而導致距離也越遠。y負方向的加速度來源于起跳時的后蹲，后蹲越猛，向前的加速度也就會越大。因此起跳時我們可以適當后蹲，使自己更好發力，從而跳的更遠。

2 全文工作總結與展望

本文的主要工作。

本文主要研究了初中生借助智能工具是否能運用知識自主探究。

主要包括：進行課外實踐學習。以幾項常見的中學體育運動為例，帶領借助手機傳感器設計實驗，獲得實驗數據并歸納總結出研究方法跟研究原則。說明中學階段的學生能夠主動開拓自己的思維，借助身邊的工具就可以進行科學探究。證明了此種教學模式的可行性。