創(chuàng)新使用物理實驗方法比較運動鞋性能差異

程思睿 程宏亮

摘 要：本文主要從運用一些中學物理常用的實驗方法去比較運動鞋的性能差異。來培養(yǎng)中學生學習物理的興趣，提升中學生物理學科的核心素養(yǎng)，實現(xiàn)科技興邦的偉大目標。引導學生將課本上學習到的物理知識與感興趣的生活問題聯(lián)系起來，學以致用。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新；實驗方法；性能

中國現(xiàn)在是世界上最大的運動鞋生產(chǎn)制造基地。在全世界范圍內(nèi)，每兩雙運動鞋中的一雙就是在中國生產(chǎn)的。可以想象，中國境內(nèi)有多少制鞋工廠在進行生產(chǎn)。但是縱觀全世界和我國籃球鞋市場，引導運動鞋發(fā)展方向的竟然沒有一個中國的籃球鞋品牌。不論是在市場范圍、市場占有率還是銷售情況等方面，中國品牌還遠遠趕不上國外知名品牌。從這一點來看，國際運動鞋行業(yè)之間的競爭不僅注重發(fā)展的規(guī)模和數(shù)量，更要重視材料的研發(fā)、文化的引導、裝配技術(shù)的革新、市場調(diào)查分析等。我國運動鞋市場的現(xiàn)狀是：款式設(shè)計較為落后、舒適性較差等諸多問題，致使我國運動鞋檔次一直在中低檔市場徘徊。而目前中低檔球鞋市場也已面臨越南、印尼等新興球鞋生產(chǎn)國的競爭，我國運動鞋企業(yè)已經(jīng)受到嚴重威脅。在中美貿(mào)易戰(zhàn)爆發(fā)之際，作為一名為中華民族復興為己任的中學生，想運用自己掌握的一些簡單的物理實驗研究方法，比較一下不同國家各類運動鞋在性能上的差異，找到差距，彌補不足，營造出青少年群體中科技興邦的愛國氛圍。

在愛國主義情懷之下，此項運用科學方法的研究還可以讓我們從生活走向物理，從物理走向社會，使我們學習方式多樣化；讓我們注重了學科滲透，關(guān)注了科學發(fā)展創(chuàng)新趨勢。了解了周圍的世界，并用所學的知識來對世界進行改造，從我們被動接受知識向主動獲取知識轉(zhuǎn)化。

接下來，我就來談一談具體的探究過程。

首先，我們要確定最值得探究的問題有以下幾個：

一、 不同類別、產(chǎn)地、材料的運動鞋，他們的緩震（彈力）效果有什么差別？

二、 不同類別、產(chǎn)地、材料的運動鞋，他們的靜摩擦力和滑動摩擦力有什么差異？

三、 不同類別、產(chǎn)地、材料的運動鞋，他們的花紋對靜摩擦力和滑動摩擦力有什么影響？

四、 不同類別、產(chǎn)地、材料的運動鞋，他們對地面的壓力及自身的重力有什么不同？

以上四個問題是我們要研究的核心問題，核心問題的研究可以得出有益的結(jié)論。在探究核心問題過程中，實際操作還會碰到以下困難，具體來說，我們還要注意以下七個問題：

一、 運動鞋彈力的大小如何測量，最后得到的數(shù)據(jù)如何呈現(xiàn)？

二、 彈力的測量工具如何制作？

三、 運動鞋和地面之間摩擦力和靜摩擦力如何測量？

四、 地面的種類（水泥、塑膠、木地板）怎么選擇和界定？

五、 測摩擦力和靜摩擦力的測量工具如何制作？

六、 如何保證測摩擦力和靜摩擦力的準確？

七、 普通物理天平的量程能否測量運動鞋？

在充分考慮了上述問題后，就可以開始我們的實驗操作了。四個核心問題要測量的是三個物理量，即：重力（壓力）、彈力和摩擦力。這些力的測量都可以用人教版物理教材的測量方法和改進的測量工具達到實驗目的。

一、 重力的測量

可用物理實驗室常用天平測量出質(zhì)量的大小，再用公式G=mg計算出所受重力大小。需要特別指出的是，為了測量結(jié)果的精確，我們要充分考慮到地球緯度對g值的影響。以深圳市為例，深圳市處于北緯N22°32′43.86″，東經(jīng)

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(shù)值取9.7925m/s2，較為精確算出重力后，在水平面上，重力大小等于壓力大小。

二、 彈力的測量

經(jīng)過反復思考和學習實踐，我們結(jié)合左圖的彈簧倔強系數(shù)測定儀的實驗裝置，準備右圖自制實驗器材，讓鋼球從同一高度落下，與被測試表面接觸彈起后，記下被彈起的高度，就可以比較被測試面彈力的大小。在這個階段的實驗中，我們采用了初中物理中常用的轉(zhuǎn)化法和控制變量法。這個方法也存在一個不足之處，就是無法在數(shù)值上比較彈力的大小。在后期的改進實驗裝置中，我們可以選擇基準的彈力值標在刻度尺上，也就是說，刻度尺上標刻的是彈力的單位。

三、 靜摩擦力和滑動摩擦力的測量

在測量靜摩擦力和滑動的摩擦力的階段實驗中，我們會將教材上的實驗裝置進行改進，原教材給出的實驗操作存在兩點不足。①實驗要求要勻速直線地拉動木塊，但是勻速很不好控制；②彈簧測力計在運動過程中不方便讀數(shù)。為此，本實驗裝置可以進行如圖的改進：將彈簧測力計和木塊固定，改為拉動木板運動。這樣改進后，并不需要勻速地拉動木板，而且彈簧測力計示數(shù)基本靜止穩(wěn)定。

有了這三種明晰的測量方法，就為我們數(shù)據(jù)分析打下了良好的基礎(chǔ)。在實驗結(jié)束后，回顧我們的實驗過程，我們還有以下幾點收獲：

1. 調(diào)動了我們學習物理的興趣

在學習過程中，興趣是最好的教師。要讓我們感受到物理的魅力，使我們對物理充滿興趣了，才能學好物理。對于學習物理來說，調(diào)動我們學習物理的興趣最好的辦法就是使物理與生活聯(lián)系起來，讓我們感受到生活中處處有物理，物理也處處與生活相聯(lián)系的，物理對生產(chǎn)、生活，對社會有巨大的作用等等，我們的學習興趣就會被激發(fā)起來的。

2. 體現(xiàn)物理是有趣的、有用的，在生活中能感觸到的

我們生活經(jīng)驗較少，抽象思維能力較弱，我們要找到充分的實踐和交流的機會，觀察生活中實踐的例子，發(fā)現(xiàn)生活中的物理問題進行探究，在生活中體驗物理的價值?！缎抡n程標準》試行稿中特別指出，物理教學要讓學生學習有價值的物理，就必須聯(lián)系我們的生活，使我們感到物理與生活密不可分，感到物理是生動的、豐富的、有趣的，而不是單調(diào)的、枯燥的，尤其是要體會到物理是有用的，它是可以改造我們身邊這個世界的一種力量，人類越是豐富地掌握著這種力量，人類的社會就越創(chuàng)新的發(fā)展，這就是我們要共同樹立明確的物理生活觀。

3. 培養(yǎng)了我們的創(chuàng)新能力，實踐能力

隨著物質(zhì)條件的極大改善，我們的動手能力非常弱，我們課題組想在研究探究影響運動鞋運動性能的因素過程中，培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力與實際動手的能力，這也提升了我們的生活能力。

總之，我國正在倡導建設(shè)創(chuàng)新型社會，創(chuàng)新型社會對籃球鞋行業(yè)的要求就是要有創(chuàng)新的設(shè)計，只有讓創(chuàng)新的設(shè)計被廣大的消費者接受，才能創(chuàng)立中國人自己的籃球鞋品牌。就目前來講，我國籃球鞋的設(shè)計，與發(fā)達國家相比還有差距，全球經(jīng)濟的一體化，我們急需要自己的研發(fā)技術(shù)和設(shè)計人才，機遇與挑戰(zhàn)并存。“師夷長技以自強”，我國的籃球鞋設(shè)計之路，任重而道遠。制造業(yè)的發(fā)展，也是中華民族偉大復興的基礎(chǔ)。

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作者簡介：程思睿，廣東省深圳市，深圳高級中學；程宏亮，廣東省深圳市，深圳坪山實驗學校。