创新使用物理实验方法比较运动鞋性能差异

程思睿 程宏亮

摘 要：本文主要从运用一些中学物理常用的实验方法去比较运动鞋的性能差异。来培养中学生学习物理的兴趣，提升中学生物理学科的核心素养，实现科技兴邦的伟大目标。引导学生将课本上学习到的物理知识与感兴趣的生活问题联系起来，学以致用。

关键词：创新；实验方法；性能

中国现在是世界上最大的运动鞋生产制造基地。在全世界范围内，每两双运动鞋中的一双就是在中国生产的。可以想象，中国境内有多少制鞋工厂在进行生产。但是纵观全世界和我国篮球鞋市场，引导运动鞋发展方向的竟然没有一个中国的篮球鞋品牌。不论是在市场范围、市场占有率还是销售情况等方面，中国品牌还远远赶不上国外知名品牌。从这一点来看，国际运动鞋行業之间的竞争不仅注重发展的规模和数量，更要重视材料的研发、文化的引导、装配技术的革新、市场调查分析等。我国运动鞋市场的现状是：款式设计较为落后、舒适性较差等诸多问题，致使我国运动鞋档次一直在中低档市场徘徊。而目前中低档球鞋市场也已面临越南、印尼等新兴球鞋生产国的竞争，我国运动鞋企业已经受到严重威胁。在中美贸易战爆发之际，作为一名为中华民族复兴为己任的中学生，想运用自己掌握的一些简单的物理实验研究方法，比较一下不同国家各类运动鞋在性能上的差异，找到差距，弥补不足，营造出青少年群体中科技兴邦的爱国氛围。

在爱国主义情怀之下，此项运用科学方法的研究还可以让我们从生活走向物理，从物理走向社会，使我们学习方式多样化；让我们注重了学科渗透，关注了科学发展创新趋势。了解了周围的世界，并用所学的知识来对世界进行改造，从我们被动接受知识向主动获取知识转化。

接下来，我就来谈一谈具体的探究过程。

首先，我们要确定最值得探究的问题有以下几个：

一、 不同类别、产地、材料的运动鞋，他们的缓震（弹力）效果有什么差别？

二、 不同类别、产地、材料的运动鞋，他们的静摩擦力和滑动摩擦力有什么差异？

三、 不同类别、产地、材料的运动鞋，他们的花纹对静摩擦力和滑动摩擦力有什么影响？

四、 不同类别、产地、材料的运动鞋，他们对地面的压力及自身的重力有什么不同？

以上四个问题是我们要研究的核心问题，核心问题的研究可以得出有益的结论。在探究核心问题过程中，实际操作还会碰到以下困难，具体来说，我们还要注意以下七个问题：

一、 运动鞋弹力的大小如何测量，最后得到的数据如何呈现？

二、 弹力的测量工具如何制作？

三、 运动鞋和地面之间摩擦力和静摩擦力如何测量？

四、 地面的种类（水泥、塑胶、木地板）怎么选择和界定？

五、 测摩擦力和静摩擦力的测量工具如何制作？

六、 如何保证测摩擦力和静摩擦力的准确？

七、 普通物理天平的量程能否测量运动鞋？

在充分考虑了上述问题后，就可以开始我们的实验操作了。四个核心问题要测量的是三个物理量，即：重力（压力）、弹力和摩擦力。这些力的测量都可以用人教版物理教材的测量方法和改进的测量工具达到实验目的。

一、 重力的测量

可用物理实验室常用天平测量出质量的大小，再用公式G=mg计算出所受重力大小。需要特别指出的是，为了测量结果的精确，我们要充分考虑到地球纬度对g值的影响。以深圳市为例，深圳市处于北纬N22°32′43.86″，东经

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值取9.7925m/s2，较为精确算出重力后，在水平面上，重力大小等于压力大小。

二、 弹力的测量

经过反复思考和学习实践，我们结合左图的弹簧倔强系数测定仪的实验装置，准备右图自制实验器材，让钢球从同一高度落下，与被测试表面接触弹起后，记下被弹起的高度，就可以比较被测试面弹力的大小。在这个阶段的实验中，我们采用了初中物理中常用的转化法和控制变量法。这个方法也存在一个不足之处，就是无法在数值上比较弹力的大小。在后期的改进实验装置中，我们可以选择基准的弹力值标在刻度尺上，也就是说，刻度尺上标刻的是弹力的单位。

三、 静摩擦力和滑动摩擦力的测量

在测量静摩擦力和滑动的摩擦力的阶段实验中，我们会将教材上的实验装置进行改进，原教材给出的实验操作存在两点不足。①实验要求要匀速直线地拉动木块，但是匀速很不好控制；②弹簧测力计在运动过程中不方便读数。为此，本实验装置可以进行如图的改进：将弹簧测力计和木块固定，改为拉动木板运动。这样改进后，并不需要匀速地拉动木板，而且弹簧测力计示数基本静止稳定。

有了这三种明晰的测量方法，就为我们数据分析打下了良好的基础。在实验结束后，回顾我们的实验过程，我们还有以下几点收获：

1. 调动了我们学习物理的兴趣

在学习过程中，兴趣是最好的教师。要让我们感受到物理的魅力，使我们对物理充满兴趣了，才能学好物理。对于学习物理来说，调动我们学习物理的兴趣最好的办法就是使物理与生活联系起来，让我们感受到生活中处处有物理，物理也处处与生活相联系的，物理对生产、生活，对社会有巨大的作用等等，我们的学习兴趣就会被激发起来的。

2. 体现物理是有趣的、有用的，在生活中能感触到的

我们生活经验较少，抽象思维能力较弱，我们要找到充分的实践和交流的机会，观察生活中实践的例子，发现生活中的物理问题进行探究，在生活中体验物理的价值。《新课程标准》试行稿中特别指出，物理教学要让学生学习有价值的物理，就必须联系我们的生活，使我们感到物理与生活密不可分，感到物理是生动的、丰富的、有趣的，而不是单调的、枯燥的，尤其是要体会到物理是有用的，它是可以改造我们身边这个世界的一种力量，人类越是丰富地掌握着这种力量，人类的社会就越创新的发展，这就是我们要共同树立明确的物理生活观。

3. 培养了我们的创新能力，实践能力

随着物质条件的极大改善，我们的动手能力非常弱，我们课题组想在研究探究影响运动鞋运动性能的因素过程中，培养自己的创新能力与实际动手的能力，这也提升了我们的生活能力。

总之，我国正在倡导建设创新型社会，创新型社会对篮球鞋行业的要求就是要有创新的设计，只有让创新的设计被广大的消费者接受，才能创立中国人自己的篮球鞋品牌。就目前来讲，我国篮球鞋的设计，与发达国家相比还有差距，全球经济的一体化，我们急需要自己的研发技术和设计人才，机遇与挑战并存。“师夷长技以自强”，我国的篮球鞋设计之路，任重而道远。制造业的发展，也是中华民族伟大复兴的基础。

参考文献：

[1]王子煜，刘爽，何苏文，周栋，殷虹晨.应用技术型高校转型背景下独立学院大学物理改革探索[J].科技风，2018.

[2]刘建国.依托物理实验教学培养学生科学素养[J].黑河教育，2018.

[3]冉福林.运动鞋性能要求分析[J].制鞋科技，1998.

作者简介：程思睿，广东省深圳市，深圳高级中学；程宏亮，广东省深圳市，深圳坪山实验学校。