运用初中运动和力相关知识点探究体育项目中的物理规律——基于智能手机传感器

谢丹荔

（广东省深圳市龙华区龙华高级中学观澜校区 广东·深圳 518110）

0 绪论

传感器走进物理课堂这种新型的实验模式不仅很大程度上丰富了物理实验的内容和方法，并且激发了学生，尤其是初高中的同学学习物理的热情。基于数字传感器技术的DIS实验系统在早年获得了非常好的教学研究成果。主要包括DIS系统的技术发展；该系统在物理实验中的应用；对实验的创新和改进；与传统实验方法相比较等几个方面[4]。

1 探究立定跳远运动中的物理规律

1.1 提出假设

本文进行的实验是探究常规体育项目立定跳远运动的物理规律。立定跳远作为中学阶段每学年都要考查的运动项目，几乎每一位中学生都参与过。以立定跳远为实验案例，可以更好的贴近中学生活，激发学生学习积极性。

在实验开始之前，老师带领三名同学就提出了两个猜想：首先起跳的角度是否对跳远距离有影响，存在什么样的影响；另一个是起跳时的后坐力（向后的加速度）是否对起跳距离有影响，存在什么影响[5-8]。

1.2 实验探究过程

首先要确定第一个猜想的实验方案。在第一个猜想的预实验中，三名同学发现使用手机角度传感器只能记录身体的倾斜角度，与实际的起跳角度存在较大差距。因此采用手机传感器结合摄像记录跳远过程的方法来记录起跳的路径从而确定起跳角度。这就需要每次记录时保持起跳点与摄影位置保持不变以减小误差。如下图先记录跳跃全过程，从起跳到降落全过程如图1。

图1：跳跃过程

再将人看作质点，分解跳跃过程。如图2。

图2：分解过程

用黄色点代替人的位置，将人视作质点，再用红色箭头标出起跳的方向跟水平方向。如图3所示。

图3：跳跃路径

通过简单的图片处理后，可以得到起跳角度，即图中红线之间的夹角。

然后可以开始正式的实验。实验同样由三名同学完成，记录每次的起跳角度与跳跃距离，分析两者之间是否存在关系，存在什么样的关系。

实验数据处理。

首先表1是同学甲的数据。

表1：同学甲的立定跳远数据

根据数据做图4。

图4：同学甲起跳距离与角度的关系

可以看出对于同学甲来说，起跳角度确实对起跳距离有着明显影响。起跳角度在45度至50度之间时，跳跃的距离是最远的。

再观察表2，为同学乙的数据。

表2：同学乙的跳跃数据

根据数据做图5。

图5：同学乙的起跳角度与距离的关系

可以看出，不同的人跳跃方式，跳跃能力不同，跳跃的数据结果也有一定的差距，但总体趋势是一致的。角度过大或过低都会缩短跳跃距离，起跳角度在45度至50度之间时，跳跃的距离是最远的。

同学丙的数据也相似。如图6。

图6：同学丙起跳距离与角度的关系

同学丙最佳的起跳角度略小于45度，但总体趋势仍然与另外两名同学相似。因此得出小结：对于立定跳远这项运动来说，起跳的角度大小与跳跃的距离存在一定的关系，并且存在一个最佳起跳角，大约在四十五度到五十度之间，不同的人存在一定的差异。

接着在第二个猜想中，要求分析跳跃时后坐力的影响，即起跳时向后的加速度对跳跃距离的影响。需要记录的数据是起跳时朝着跳跃的相反方向的加速度以及跳跃的距离，此时需要使用手机中的加速度传感器。让每位同学将各自的智能手机固定在腰间，反复跳跃，并选取不少于十组的数据进行分析处理[9-11]。

通过几组数据可以证明，在忽略误差的情况下，当正向加速度越大时，跳跃的距离也越远。以同学甲的数据为例，如表3。

表3：正向加速度与距离之间的关系

根据数据做图7。

图7：跳跃距离与正向加速度的关系

可以发现，跳跃距离是随着正向加速度的增大而增大。根据此，三名同学提出可以直接观察正向加速度与负向加速度之间的关系，不仅节省了实验步骤，而且更容易观察。

表4是同学甲的一组数据。

表4：正负方向加速度及对应距离

对两个方向加速度进行绘图可得图8。

图8：正负方向加速度的变化关系

实验结果分析。

由图像可知，当负向加速度越大时，正向加速度也越大，从而导致距离也越远。y负方向的加速度来源于起跳时的后蹲，后蹲越猛，向前的加速度也就会越大。因此起跳时我们可以适当后蹲，使自己更好发力，从而跳的更远。

2 全文工作总结与展望

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运用知识自主探究。

主要包括：进行课外实践学习。以几项常见的中学体育运动为例，带领借助手机传感器设计实验，获得实验数据并归纳总结出研究方法跟研究原则。说明中学阶段的学生能够主动开拓自己的思维，借助身边的工具就可以进行科学探究。证明了此种教学模式的可行性。