课题：物理与体育教学提纲

课题：物理与体育

斯德哥尔摩的公园或草坪，多得堪称世界城市之最。而许多公园或草坪，大的开辟为高尔夫球、足球、网球场，小的则是篮球、排球、乒乓球场，全都设施齐全，大多免费。在瑞典，关于运动的格言很多，这里举一个有趣的：如果不注意锻炼身体，那么人一过了50岁，身体一年不如一年；过了60岁，一月不如一月；过了70岁，一周不如一周；过了80岁，一天不如一天；过了90岁，一小时不如一小时。瑞典人花在运动上的钱越多，花在看病上的钱就越少。瑞典人并不在意他们有多少世界拔尖的运动员，但他们的体育是世界有名的，他们的音乐也是世界有名的，他们的爱立信，他们的沃尔沃，他们的IKEA……他们在许多方面都有着惊世之作。运动给他们带来莫大好处。他们没有知识分子英年早逝之说，他们连牙齿都是完整无损到老。在得天独厚的优美的自然环境中，在清新的空气和无污染的水中，他们人人在运动。

体育与物理学联系紧密，体育项目中蕴含了大量的物理知识。比如说，跳水，体操中的“转”和“翻”，在乒乓球运动中的旋转球，球的转动，跳远运动员在空中的胯部动作，跳高运动员的起跳动作等等，对其研究有助于运动员提高成绩。现代体育也是科技竞争的体育，物理学在其中发挥了非常重要的作用。在我们平时的体育锻炼中的许多现象都可以用物理学知识来解释，而我们研究它对于我们的物理学习也有非常大的好处，当然，这对我们的动手动脑能力，自主探究能力等等也都是巨大的挑战。此次研究性学习我就列举了两种体育运动的实例，并稍作粗略的分析、计算，得到了一些结论。单击返回目录课题概述单击返回

身高只有1.83m的霍尔姆是跳高场上名副其实的“矮子”，但它有着过人的技术动作与爆发力以及良好的悟性，曾越过2.40米的高度我国著名跳高运动员朱建华，曾经以2.38米打破当时世界纪录图片欣赏

跳高的基本任务是运用自身能力，通过助跑、起跳、过杆和落地等动作形式，使人体腾越尽可能高的横杆。跳高的技术特征是：由跑转变为跳；由支撑转变为腾空；由水平位移转变为抛射运动。由于跳高运动是由平动和转动两种运动形式完成的一项复杂的空间运动，并具有周期性运动和非周期性运动的双重特征，所以说跳高技术是田径运动技术中最困难的技术之一。我们对背越式跳高的助跑、起跳等因素进行了分析，得出了以下几个方面的结论。实例一：跳高中的物理原理背越式跳高纵观跳高运动的发展史，可以看出跳高技术不断革新和演变的历程，由跨越式到剪式、滚式以及俯卧式，每次变革都使跳高技术更合理、更科学、更能发挥人体的潜在能力。尽管俯卧式技术是比较先进的技术，但自进入80年代以来，背越式战胜俯卧式已成无情的事实。那么背越式技术的优越性在哪儿？为什么说背越式技术是最先进的跳高技术呢？对此，经过查阅资料和计算，我们得到了一些有意思的结果。跳高姿势的变迁赵致真.横杆下钻过去的跳高.力学与实践，2008，30（3）：101~103跳高：以失败告终的比赛2008北京奥运会俄罗斯斯林诺夫男子跳高冠军2.36米跳高：以失败告终的比赛男子世界跳高纪录为2.45米，而1896年第一届奥运会跳高成绩仅为1.81米。其原因并非人类弹跳能力的增强，而是充分掌握力学原理，不断改进跳高技术。最初的跳高都是“自由式”，运动员沿垂直方向跑近横竿，用随意的动作腾空跨越。1839年加拿大运动员沃夫兰跳过了1.69米，这是公认的最早世界纪录。生命源于火山最初的跳高都是“自由式”，运动员沿垂直方向跑近横竿，用随意的动作腾空跨越。1839年加拿大运动员沃夫兰跳过了1.69米，这是公认的最早世界纪录。生命源于火山1864年英国选手罗伯特·柯奇创造侧面助跑、两条腿交替过竿的跨越式技术，突破1.70米大关，标志着原始跳高的终结。1895年，美国选手斯韦尼在杆上急速转体，起跳腿和摆动腿做剪绞动作，称为剪式，跳出1.97米世界纪录并保持17年。

1912年美国大学生霍拉茵首创滚式跳高纪录突破2米大关

美国大学生福斯贝里在1968年墨西哥奥运会上，用怪异的“背朝横杆面朝天”的“背越式”，跳过2.24米高度摘取金牌，引起轰动。如日中天的俯卧式和初露头角的背越式并驾齐驱，人们对两者的优劣得失争论不休。1972慕尼黑奥运会上，16岁的联邦德国女选手梅法特以背越式跳出1.92米成绩平世界纪录获得冠军。1980年莫斯科奥运会上，民主德国选手韦西克以背越式跳过2.36米获得金牌，并打破以俯卧式创造的世界纪录。此后，国际比赛上就很难看到俯卧式的身影了。体育场上也是物竞天择、优胜劣汰。可以说背越式技术从根本上再造了跳高。

跳高动作从跨越式、滚式、俯卧式到背越式，也越来越合乎力学原理，越来越适合发挥人的潜能跳跃者起跳后获得的重心高度和重心抛物线决定成败。过杆姿态，即身体各个部位的协调也很重要。运动员能跳过横杆高度和三个距离有关：起跳离地一瞬间身体重心高度，跳跃使人体重心上升高度，以及人体重心腾起最高点至横杆间的距离。背越式的革命性意义在于运动员的身体形成“反弓”和“背桥”，头、肩、背、腰、臀、腿部“分期分批，化整为零”依次滑过横杆，完全不同于其他跳高形式中身体必须在瞬间“一揽子”过杆。背越式跳高另外一大优势是“J型”的弧线助跑。随着最后三、四步的曲率半径越来越小，人体起跳时便在惯性作用下沿切线飞出，获得转向横杆的角动量并自然成为水平姿势。

背越式跳高在起跳腿蹬伸之前，身体重心便在摆动腿的最后支撑中开始提升。因此，起跳腿是接过摆动腿产生的垂直初速度进行积累和叠加。这种“双动力起跳”是任何其他跳高技术都无法比拟的。可能的最佳姿势？耐心等待如今跳高运动已经进入相对稳定期，1993年由古巴选手索托马约尔刷新的2.45米男子世界纪录无人挑战，1987年保加利亚选手科斯塔迪诺娃创造的2.09米女子世界纪录保持至今。明天会不会有新的跳高技术问世还很难逆料。1996年亚特兰大残奥会上，中国运动员候滨以一个京剧武生的折体飞越动作，创造了1.92米的世界纪录。资料：跳高运动员能腾起越过横杆，靠的是助跑的惯性力和起跳蹬地的支撑反作用力。由于惯性力的方向是水平向前的，而支撑反作用力是垂直（或近似垂直）向上的，所以起跳后的身体重心沿着一个抛物线轨迹运动。这个抛物线轨迹的高度，取决于起跳时腾起初速度和腾起角的大小，也就是说，腾起初速度和腾起角是增加跳高高度的关键。一般说来，应该尽可能增大这两项数值。最大腾起角为90度。然而，由于跳高不是单纯的垂直向上运动，越过横杆还必须有一个向前的力量；再则，还须充分利用水平速度来增大腾起初速度，因此，腾起角应小于90度。至于腾起初速度，则和运动员的素质和技术的熟练程度密切相关。腾起初速度越大，跳得就越高。当腾起角一定时，腾起初速度是起决定作用的。

跳高&物理起跳腾空后人体重心的运动轨迹跳高起跳时身体腾空离地的一瞬间，其身体重心在空中的运动轨迹——抛物线已经确定。此抛物线是由水平方向和竖直方向的合成速度决定的，抛物线的高度取决于起跳蹬伸时的竖直速度，而抛物线的距离则由助跑的水平速度决定的。因此，在跳高运动中起跳的垂直速度越大越好。由抛物线原理得知，跳高运动员一旦起跳腾空后，身体在空中不管做什么动作都改变不了重心的运动轨迹，在空中任何想提高身体重心的努力都是徒劳的。其运动轨迹如下图：从动作结构上看，背越式在起跳脚放上起跳点瞬间，身体重心比较高而靠近起跳点的垂线。因此，起跳力量的垂直分力比较大，起跳中身体重心升高得快。这些特点可以使背越式运动员在更高的速度下起跳。背越式跳高运动员在完成最后几步助跑时，身体重心轨迹和足掌落地点是沿弧线进行的（见图）。对弧线助跑，我们进行了一些探究弧线助跑背越式与（1）降低身体重心。背越式最后3~4步弧线跑，大致作圆周运动。因身体承受离心力作用，致使身体向弧心倾斜，半径越短跑速越快，人体内倾越大，这就自然降低了身体重心。通过调查资料我们知道：身体内倾30度可降低重心13厘米。重心降低，自然加长了起跳时的工作距离。（2）由于背越过杆的要求，起跳后身体要转成背向横杆的姿势，采用弧线助跑在不影响跑速的情况下，至起跳时身体已成侧对横杆了，这为起跳作好了准备，有利于起跳时的身体绕纵轴旋转。（3）弧线助跑在起跳时有一个身体由内倾转向竖直的运动，其所产生的法向加速度V1可以加大支撑点的压力，增加起跳效果；所产生的切向加速度V2（离心加速度）有助于向横杆方向的运动（见图）。这是身体起跳后由垂直转为水平的主要动力。对跳高为什么用

跳高是属于垂直跳跃项目，尽管腾起后受水平速度的影响，但重心轨迹仍按抛物线运动。据运动的独立性,从竖直上抛运动公式我们推导出了决定跳高最大高度的公式H=Vy2/2g=V02sin2α/2g可以看出，决定重心腾起高度的唯一因素是起跳瞬间的垂直速度。--------------从左边的公式可以看出，跳高腾起的高度既依赖于自然弹跳力，又更多地取决于助跑速度在起跳阶段换成腾起初速度的效果。平跑速度越快，转换得越好，获得的腾起高度越大速度→高度根据功率公式：P=W/t=mv02/t，可以得知较大的垂直速度V0，必然要求有较大的蹬地爆发功率。同时：P=FxS/t（P：功率，W：功，t：时间，m：质量，F：力，S：工作距离。仅考虑了竖直方向的物理量）。从左边公式可以看出，增加爆发功率的因素有三：一是增大蹬地力F；二是增加蹬地工作距离S；三是缩短起跳时间t。通过以上分析，我们知道，蹬地力量F的大幅度提高，往往造成腿部肌肉过份粗大的弊端，加大工作距离S，必然在起跳前过多下降重心而造成严重减速。所以，缩短起跳时间t，既不增加很多力量，还能取得好的效果。对于蹬地爆发功率的探究人体在空中的补偿运动及相向运动既然身体腾空后的重心运动轨迹不能改变，那么跳高的空中动作有何作用呢？在查阅相关资料后，我明白背越式跳高起跳后首先是头和双臂过杆，然后是背、腰、臀部依次移过横杆。为了尽可能利用重心的腾起高度过杆，因此身体某一部分在杆上时，其它部分肢体需尽量垂于杆下，头肩部过杆后即下沉，相应地升高腰背躯干，这就是空中的补偿运动。主动降低部分肢体，而升高一部分肢体，总重心在空中的位置不变。另外，当运动员跳越最大高度，身体在杆上形成“桥”时，为了上举双腿，必须上抬头部和双肩，做以髋为轴的相向运动。相向运动也是补偿运动。（见图）单击返回目录

用物理学家的眼光看乒乓球，你试过吗？一个小小的摩擦力，居然使乒乓球成为一项世界性的运动。纵观乒乓球发展史，我们发现，科技上一点点微小的进步，居然可以使乒乓球运动发生如此之大的变革。另外，我还得重新看待乒乓球运动员，因为他们能在那么短的时间内进行那么复杂的计算！~

实例二：乒乓球中的物理原理在乒乓球运动中，旋转球是克敌致胜的法宝，那么如何使球能在前进中旋转呢?如图l所示：给物体施加一个过质心“O”点的推力，该物体就只能沿力的方向平动。如图2所示：给物体施加一个偏离质心“O”点的作用力，物体就可在F的作用下既平动又产生旋转。由以上分析可知，要使乒乓球旋转起来，则要求给球施加一个不通过其球心的力的作用。

原理1：力矩与球的旋转原理2：摩擦力与球的转动

从前面的分析可知，使球转动的关键在于作用在球上的力不通过球心，而这个力从何而来呢?这个力来源于球拍对球的摩擦力。如图所示，在拍击球的同时，使拍对球有相对运动就能产生摩擦力。如图3，拍击球的瞬间向上拉动球拍，则球受F弹和摩擦力f。两个力的作用，球在F弹力作用下向前飞行的同时，f’与球相切，产生使球逆时针旋转的效果，这即是乒乓球运动中的上旋球。同理，只要在拍击球瞬间向不同方向拉动球拍，就会使球产生不同方向且与球相切的摩擦力(如图4、5)。实际上在乒乓球运动中的：切、削、搓、拉、带、提等技术动作都是指拍与球接触瞬间使拍与球产生侧向相对运动，从而使球受侧向摩擦力作用，而产生旋转。

球旋转的强烈程度取决于球与拍发生侧向撞击的速度。乒乓规则要求发球时球必须向上抛起，这时如果把球拍向下切，摩擦球的侧面，球的旋转就会加剧。这是利用了物理中的相对运动、相对速度，在实践中发挥了明显的技术效果。这就是所谓的“合力球”。充分体现“前三板”的威力。这种发球制胜的手段几乎无人能敌。于是引起欧洲选手们的一片抗议和抵制。于是修改规则，发球时，不得在球上升过程中击球。这样“合力球”事实上就被取消了。

但是，不允许发合力球之后，运动员们又是怎样发出高速旋转的球呢？

调查结论：既然合力球的根本关键是球与球拍相对摩擦的速度，那么，就把球高高地抛起来。因为根据物理规律，如果忽略空气阻力，那么上抛物体的初速度和它下落到这一点时的速度是相同的。既然发球上抛时不准击球，它下落时总不能还不让打呀，只是速度还是那么快，球还是那么转。合力球与上抛球

前面谈到，是否能把球回击到对方的球台上，而不至出界或落网，关键在于球拍与水平面的夹角。倾角过小，球必落网；倾角过大，球就出界。有时，打球时使用的是惯用的成功的角度，一个好机会一使劲，球就落到界外了。问题出在哪儿了？怎么调整呢？

经过思考，我们发现是挥臂动作过大，球拍触球时间过长。根据物理原理，我们猜想这和球速度的增加，和球接触球拍受力的时间长短有关。这就如同步枪的枪管长，子弹受火药气作用时间长，子弹的出膛速度就快，子弹就打得远，而手枪枪管短，子弹速度慢一样。因此，如果球行程过长，就要调整挥臂动作，缩短挥臂行程。

总之，乒乓运动的产生和发展都是和力学、运动学紧密相联的，恰当地运用物理知识，能使运动员对球路更加得心应手。球呈弧线与挥拍动作这次探究提高了我们的理论联系实际的能力，增强了我们学习物理的兴趣，强化了我们所学的物理知识，让我们学有所用，活学活用。

我们发现，生活中物理无处不在，只要我们有一双善于发现捕捉的眼睛，一个勤于思索的大脑，那么我们就能用心体会到物理的奇妙与乐趣。心得体会单击返回目录END几种运动中的力学原理前言人体的跳跃荡秋千中的功能转换自行车的稳定性活力板的前进动力逆风行船的策略立定跳跃的条件助跑的作用原地跳跃只是最简单的跳跃模式．跳远、跳高、三级跳都是带助跑的跳跃．与静止状态下开始蹬地的原地跳跃不同，助跑的以碰撞形式用力踏地．即使踏地过程极其短暂，碰撞冲量也足以使速度产生突变．腾空后初速度为垂直离地速度与水平助跑速度的合成．优秀运动员能依据训练中取得的经验控制腾空速度的大小和角度，以取得跳远或跳高的最佳效果与跳跃运动相反，竞走运动必须避免支承足离开地面的犯规动作。解除约束是由重心垂直加速度引起的，因此运动员必须力图避免重心上下波动，形成了竞走运动员独特的扭臀动作。荡秋千的技巧和力学原理荡秋千历史悠久地域广阔蝶恋花

北宋·苏轼花褪残红青杏小，燕子飞时，绿水人家绕。枝上柳绵吹又少，天涯何处无方（芳）草。墙里秋千墙外道，墙外行人，墙里佳人笑。笑渐不闻声渐消（悄)，多情却被无情恼。

蝶恋花

北宋·苏轼花褪残红青杏小，燕子飞时，绿水人家绕。枝上柳绵吹又少，天涯何处无方（芳）草。墙里秋千墙外道，墙外行人，墙里佳人笑。笑渐不闻声渐消（悄)，多情却被无情恼。

2008年10月11日第13届北京朝鲜族运动会在中央民族大学进行。77岁朝鲜族老人李凤子参加荡秋千比赛。安全要紧大理白族三月街开街仪式后，依照当地习俗举行规模盛大的集市和体育竞技蝶恋花

北宋·苏轼花褪残红青杏小，燕子飞时，绿水人家绕。枝上柳绵吹又少，天涯何处无方（芳）草。墙里秋千墙外道，墙外行人，墙里佳人笑。笑渐不闻声渐消（悄)，多情却被无情恼。

人体重心的轨迹A点:人处于蹲姿B-C:站立克服重力做功，能量增加，速度？A-B:重力势能转换为动能，能量守恒C-D:动能转换为重力势能，能量守恒D:从站姿转为蹲姿，系统能量减小；但是动量矩守恒速度增加人体重心的轨迹动量矩守恒速度增加自行车的稳定性三转一响飞鸽、永久和上海凤凰交通工具运动休闲英国人劳埃德·斯科特骑着一辆老式自行车从澳大利亚的珀斯开始超长马拉松式骑行。他将从珀斯出发，穿越澳大利亚大陆，骑向东海岸的悉尼。自行车

为什么前进

为什么不倒

双手脱把

也能不倒当然是摩擦力，转轮与地面的摩擦力。关键：转轴延长线与地面的交点与转轮在地面上接触点不重合若自行车整体向左倾斜

那么：转弯需要向心力，自行车将承受离心力前轮转弯还需要陀螺力矩，也可以平衡自行车倾斜产生的重力力矩自行车前轮受力分析：

W和N前轮左转若自行车整体向左倾斜

那么：人可以调节自行车前轮的方向，人也可以调节自身重心的位置，使得自行车前轮受力分析：

W和N前轮左转活力板

VigorBoard滑板活力板为什么能向前运动？活力板分前后两部分，中间用轴联结。前后板可以绕水平的联结轴相对转动，底部通过轮架安装滑轮，轮架可绕倾斜的转轴自由旋转。运动者双脚分别站在前后板上，依靠身体的扭动或摆动就可以向前滑动和转弯。活力板为什么能向前运动？人身体运动，但双脚与活力板相对静止，存在相互作用力；活力板受到人双脚和地面的作用力，对活力板而言都是外力；人–活力板系统所受到的外力只有地面对活力板滚轮的作用力。讨论人体驱动活力板运动时需要分清三个对象：人，活力板和人体–活力板构成的系统。活力板为什么能向前运动？潮平两岸阔风正一帆悬疾风吹飞帆倏忽南与北逆风行船的操作要领：利用船舵将船身，即龙骨调整至与风向成45度角左右调整帆的位置，使之正好平分风向与船龙骨所构成的夹角。风对帆的作用力主体垂直于帆面。作用方向也是朝向右后方的。因此，帆船似乎应该顺着帆传递的作用力方向往右后方移动。那么帆船逆风行驶的关键是：帆船的形状！帆产生的向右后方作用力分解为沿龙骨方向的作用力PT和垂直于龙骨方向的作用力PR。力PT推动帆船向45度方向前进；力PR推动帆船向135度方向移动。但是

垂直于龙骨方向的受力面太大，阻力R远远大于顺着龙骨方向的阻力T。因而帆船沿R方向移动较小，而沿S方向移动较多。最终结果是帆船向右前方约600方向移动。

帆船逆风行驶关键：1.帆面一定程度上调整了风力作用方向，由向后转化为左后或右后2.帆船位置和形状使得水的阻力抵消了帆面产生的大部分向右后方作用力，而向右前方作用力推动帆船前进。

疾风吹飞帆倏忽南与北船的形状大小帆的材质形状水流的方向帆船和帆板比赛线路包含各种风段逆风段成绩最为关键Gone

withwind随风而去：飘乒乓球运动中的力学知识班级：硕研08-10姓名：董晓莉图一图二乒乓球台1乒乓球拍的发展历程2力与球的旋转3动量定理与接发球

4速度、加速度与攻防

1乒乓球拍的发展历程

在三十年代、四十年代人们使用的球拍还是光光的木头板，如同现在板羽球（三毛球）的拍子。就好象两人在桌子上打网球，所以乒乓球的英文名字就叫tabletennis。五十年代初，有人把蒙皮的表面制成颗粒状，增大了摩擦，可以加强球的旋转。六十年代初，研制了一种粘性很强的橡胶材料，并把它反过来（凸起的橡胶颗粒朝里贴在海棉上）。这无疑是球拍的一次革命，既而就引起了乒乓球技术的一次革命。选择一适合自己的球拍能更快的提高运动水平。在运动中不同的人对球有不同的打法和不同的理解，技术动作也各不相同。对快攻型选手，要求争取时间使打出的球速度快，具有较大的威胁，这样就要求选择能产生强弹力的较硬的球拍。对削球型选手和以弧线球取胜的选手，主要是使球在运行过程中产生高速自转来增强攻击能力，这时选择的球拍要有较大的动摩擦因数，且拍质较软的球拍，让球可在拍面上产生较长时间接触，使摩擦力对球的作用时间能更长，从而产生更强的旋转。而对于初学者来说，选择的球拍要求质地松软，且拍面较光滑，这时就不会因为技术动作的不熟练和经验不足导致接球失误。当然要选择好球拍还要对不同球拍的性能以及能发挥的作用有一个清楚的认识。