由习题的斟酌引出的创新实验——测人体重心的设计和实践

黄 杰

(南京中华中学，江苏 南京 210000)

由习题的斟酌引出的创新实验
——测人体重心的设计和实践

黄 杰

(南京中华中学，江苏 南京 210000)

由习题的斟酌,借助杠杆原理创新实验来测量人体的重心．强化了相似三角形在杠杆问题中的应用,又通过学生的家庭实验来实践,分析得到人体的重心位置,同时发现脚到重心的距离与身高的比值有一定的规律性．该实验设计和操作较为方便,效度高,具有一定的价值．

重心;杠杆原理;相似三角形

图1

中学物理教学中,常见找重心的方法主要有: (1) 质地均匀、外形规则物体的重心,在它的几何中心上．例如，均匀细棒的重心在它的中点;球的重心在球心;方形薄木板的重心在两条

对角线的交点．(2) 质地不均匀、形状不规则物体的重心可用悬挂法来确定,如图1所示．

本文借助杠杆典型例题,依据杠杆原理,挖掘试题编制过程中的不足,转换思路,巧妙地测量人体重心的大概位置,同时发现脚到重心的距离与身高的比值有一定的规律性．本文的设计和实验,既是对杠杆知识的整合提高,也是学生课后家庭实验的重要素材．

图2

1 习题原型

如图2所示,小华正在做俯卧撑,可以将他的身体看作一个杠杆,O为支点,A为他的重心,相关长度已在图中标明,已知他的重力600N．求图示时刻地面对双手的支持力F．

解析: 此题依据杠杆原理F1l1=F2l2,可以方便求得F1=400N．

2 试题商榷

题中指出“A为他的重心”,直接告诉学生重心在A点,确实便于此题的求解．但在实际生活中,人体的重心有很多影响因素,比如性别、胖瘦、手臂的位置等等,重心具有很大不确定性．因为重心的不确定性,还会导致阻力臂L2也无法测出．因此,此题的设置具有一定的主观性．

但不难发现,重力可以通过体重计测出,手和地面的支持力也可以通过体重计测出．因此可以将试题中的支持力变为已知量,结合杠杆原理,给测出重心提供了新方案．

3 建立模型

在图2的基础上,我们建立利用人做俯卧撑来测重心的简单模型,如图3所示,测出人的重力G,地面对双手的支持力F,人脚到肩部的距离．

图3

图4

4 实验过程及分析

指导学生完成实验设计后,引导学生在家长的配合下进行家庭实验,如图5～7是某学生的实验过程．

学生在家长的协助下,进行实验,分析数据,通过计算,找出自己做俯卧撑时身体的重心,表1记录和处理了学生家庭实验中的几组实验数据．

图5 脚到肩的距离

通过实验数据可以总结,在做俯卧撑时,脚到重心的距离与身高的比值(H/L)有如下规律性.

(1) 男生比值(H/L)约为0.54或0.55;

(2) 女生比值(H/L)约为0.57或0.58;

(3) 偏瘦的学生比值比正常值略微偏小,偏胖的学生比正常值略微偏大;

(4) 一般情况下,女生比值(H/L)比男生大.

表1 利用俯卧撑测重心模型的实验表格

5 教学总结和反思

实验表明不同体态的人,重心位置确实不同,而脚到重心的距离与身高的比值(H/L)有一定的规律性,这也恰好反映了初中学生身体结构的不同,男女有别,胖瘦不同．由于实验是在家庭环境中进行的,我们还要注意以下几点,可以减小误差: (1) 因为体重计有一定的高度,做俯卧撑时,手和脚不在一个水平面,如图7,会产生相应的误差,可以在脚部垫几本书; (2) 测量时,要穿少量衣服,减小对实验结果的干扰; (3) 俯卧撑时要尽量保持身体是一条直线,手与地面竖直．

1 黄杰.凸透镜成像教具生活化的实践探索[J].物理教师,2016(6)：34-35.

2 谢杰妹，陈显盈.自制“记忆型”弹簧秤设计“机械能守恒”创新实验[J].物理教师，2015(11)：25-27.

2016-09-19)