基于体育游乐情境的物理试题赏析

王金聚

(浙江省温州中学，浙江　温州　325000)



基于体育游乐情境的物理试题赏析

王金聚

(浙江省温州中学，浙江温州325000)

高中物理有一类以体育游乐活动为背景的试题，这类情境包括球类、蹦极、碰碰车、拔河、秋千、蹦床等，基于这些情境的问题可以很好地体现“从生活走向物理、从物理走向生活”的新课程理念.

高中物理试题；体育游乐；情境

《高中物理课程标准》明确指出：让学生能尝试运用有关的物理知识和技能解释一些自然现象和生活中的问题，勇于探究与日常生活有关的物理问题.为体现这一理念，物理高考试卷中相应地出现了一些以体育游乐活动为背景的试题.

1　球类

在不计空气阻力的情况下，各种球类在空中的轨迹皆为抛物线，但由于斜抛运动的知识在高考中不再要求，所以这类问题一般都是考查平抛运动的知识，考生只要掌握平抛运动的规律即可.如2015年全国新课标卷的第8题涉及乒乓球，2015年浙江理综卷的第17题涉及足球，2011年广东卷第17题涉及网球，2006年天津卷第16题涉及垒球等，都是考查平抛运动的知识.

例1(2015年全国新课标卷)：一带有乒乓球发射机的乒乓球台如图1所示，水平台面的长和宽分别为L1和L2，中间球网高度为h.发射机安装于台面左侧边缘的中点，能以不同速率向右侧不同方向水平发射乒乓球，发射点距台面高度为3h.不计空气的作用，重力加速度大小为g.若乒乓球的发射速率v在某范围内，通过选择合适的方向，就能使乒乓球落到球网右侧台面上，则v的最大取值范围是().

图1

2　蹦极

蹦极是一项勇敢者的运动，蹦极者腰系弹性绳从高处跳下，其下落过程大致可分为两个阶段：先是绳处在松弛状态时的自由落体运动，然后是绳处于绷紧状态时变速运动.当绳的弹力小于重力时，蹦极者做加速运动；当绳的弹力大于重力时，蹦极者做减速运动.可以考查牛顿第二运动定律、动量定理、动能定理、能量转化与守恒等知识点.如2011年全国新课标理综卷第16题、2015年北京卷第18题，就都考查了蹦极运动.

例2(2015年北京卷)：在“蹦极”运动中，长弹性绳的一端固定，另一端绑在人身上，人从几十米高处跳下.将蹦极过程简化为人沿竖直方向的运动.从绳恰好伸直，到人第一次下降至最低点的过程中，下列分析正确的是().

A. 绳对人的冲量始终向上，人的动量先增大后减小

B. 绳对人的拉力始终做负功，人的动能一直减小

C. 绳恰好伸直时，绳的弹性势能为零，人的动能最大

D. 人在最低点时，绳对人的拉力等于人所受的重力

图2

解析：如图2所示，设蹦极者从O点开始自由下落，下落至A点绳子伸直，能到达的最低点为C，蹦极者在从A→C的过程中，绳的拉力T逐渐增大，由牛顿第二定律mg-T=ma可知，随着拉力T的增大，人先做加速度减小的加速运动，当T=mg到达B点时加速度减小到零，人的速度达到最大值，对应的动量、动能也都同时达到最大值.此后人由于惯性继续向下运动，T>mg，人所受合力向上，故人将做加速度增大的减速运动，动量一直减小到零.A→C的过程中绳的拉力始终向上，故其冲量一直向上，选项A正确，选项C、D错误；拉力一直做负功，动能先增大后减小，选项B错误.

3　碰碰车

既然叫碰碰车，顾名思义就是要碰撞，故这类问题重在对动量守恒定律的考查，解决这类问题时要特别注意动量的方向性，即需要先选定一个正方向，速度与之同向取正值，反之为负.如2015年上海卷的第22A题.

例3(2015年上海卷)：两小孩在冰面上乘坐“碰碰车”相向运动.A车总质量为50kg，以2m/s的速度向右运动；B车总质量为70kg，以3m/s的速度向左运动；碰撞后，A以1.5m/s的速度向左运动，则B的速度大小为m/s，方向向(选填“左”或“右”).

4　拔河

拔河试题取材于生活实际，比赛双方通过一条绳连接起来，既可以分析整体，又可以剖析个体，能够考查学生对“整体法”、“隔离法”的灵活运用以及对平衡力、相互作用力的正确理解，帮助学生正确理解牛顿运动定律.如2011年浙江卷的第14题，就是一道有关拔河的问题.

例4(2011年浙江卷)：如图3所示，甲乙两人在冰面上“拔河”，两人中间位置处有一分界线，约定先使对方过分界线者为赢.若绳子质量不计，冰面可看成光滑的，则下列说法正确的是().

图3

A. 甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力

B. 甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是作用力与反作用力

C. 若甲的质量比乙大，则甲能赢得“拔河”比赛的胜利

D. 若乙收绳的速度比甲快，则乙能赢得“拔河”比赛的胜利

5　秋千

荡秋千是一项老少皆宜的运动，人在一段圆弧上荡来荡去，可以越荡越高，又可以越荡越低，可考查圆周运动、向心力、能的转化与守恒定律等相关知识.如2013年江苏卷第2题、上海卷第6题等，就是有关秋千的考题.

例5(2013年江苏卷)：如图4所示，“旋转秋千”中的两个座椅A、B质量相等，通过相同长度的缆绳悬挂在旋转圆盘上.不考虑空气阻力的影响，当旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动时，下列说法正确的是().

图4

A.A的速度比B的大

B.A与B的向心加速度大小相等

C. 悬挂A、B的缆绳与竖直方向的夹角相等

D. 悬挂A的缆绳所受的拉力比悬挂B的小

图5

6　蹦床

蹦床运动员从最高点下落至最低点的整个过程中，在不计空气阻力的情况下，人和弹簧组成的系统能量守恒，最低点的弹性势能等于运动员全程重力势能的减少量.之后运动员从最低点开始上升，上升过程与其下降过程对称.整个过程不仅能考查弹性势能、重力势能、动能等能量之间的相互转化，又可考查动量与冲量之间的关系，如2002年全国理综卷第26题、2013年北京卷第23题等.

例6(2002年全国理综卷)：蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目.一个质量为60kg的运动员，从离水平网面3.2m高处自由下落，着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面5.0m高处.已知运动员与网接触的时间为1.2s.若把在这段时间内网对运动员的作用力当作恒力处理，求此力的大小.

像这样的体育游乐题还有许多，如2015年广东理综卷的第14题涉及帆船和帆板，2015年海南卷第3题涉及摩托艇，2013年浙江理综卷第19题涉及热气球，2010年北京卷第22题涉及跳台滑雪，2010年全国新课标卷第24题涉及博尔特的短跑，2009年安徽卷第24题涉及过山车，2009年宁夏卷第24题涉及冰壶，2008年广东卷中涉及“飞椅”游乐项目等等.不论试题以何种体育游乐项目呈现，但解答所需的知识和方法仍是以物理基础知识与方法为主，复习中仍然要牢牢抓住对基础知识的理解与巩固以及对基本物理方法的训练养成.当然，也要引导学生熟悉常见的体育游乐项目的运动过程，用物理学的观点给予阐释，帮助学生完成“从生活到物理”的自然过渡.

[1] 程贤楼.从物理角度看足球打门和铅球投掷[J].物理之友,2015,31(11).

[2] 任志鸿．十年高考分类解析与应试策略[M]．南方出版社,2015．