運(yùn)用初中運(yùn)動(dòng)和力相關(guān)知識(shí)點(diǎn)探究體育項(xiàng)目中的物理規(guī)律
——基于智能手機(jī)傳感器

謝丹荔

（廣東省深圳市龍華區(qū)龍華高級(jí)中學(xué)觀瀾校區(qū) 廣東·深圳 518110）

0 緒論

傳感器走進(jìn)物理課堂這種新型的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ讲粌H很大程度上豐富了物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和方法，并且激發(fā)了學(xué)生，尤其是初高中的同學(xué)學(xué)習(xí)物理的熱情?；跀?shù)字傳感器技術(shù)的DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在早年獲得了非常好的教學(xué)研究成果。主要包括DIS系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展；該系統(tǒng)在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用；對(duì)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新和改進(jìn)；與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法相比較等幾個(gè)方面[4]。

1 探究立定跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)中的物理規(guī)律

1.1 提出假設(shè)

本文進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)是探究常規(guī)體育項(xiàng)目立定跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)的物理規(guī)律。立定跳遠(yuǎn)作為中學(xué)階段每學(xué)年都要考查的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，幾乎每一位中學(xué)生都參與過(guò)。以立定跳遠(yuǎn)為實(shí)驗(yàn)案例，可以更好的貼近中學(xué)生活，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

在實(shí)驗(yàn)開始之前，老師帶領(lǐng)三名同學(xué)就提出了兩個(gè)猜想：首先起跳的角度是否對(duì)跳遠(yuǎn)距離有影響，存在什么樣的影響；另一個(gè)是起跳時(shí)的后坐力（向后的加速度）是否對(duì)起跳距離有影響，存在什么影響[5-8]。

1.2 實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程

首先要確定第一個(gè)猜想的實(shí)驗(yàn)方案。在第一個(gè)猜想的預(yù)實(shí)驗(yàn)中，三名同學(xué)發(fā)現(xiàn)使用手機(jī)角度傳感器只能記錄身體的傾斜角度，與實(shí)際的起跳角度存在較大差距。因此采用手機(jī)傳感器結(jié)合攝像記錄跳遠(yuǎn)過(guò)程的方法來(lái)記錄起跳的路徑從而確定起跳角度。這就需要每次記錄時(shí)保持起跳點(diǎn)與攝影位置保持不變以減小誤差。如下圖先記錄跳躍全過(guò)程，從起跳到降落全過(guò)程如圖1。

圖1：跳躍過(guò)程

再將人看作質(zhì)點(diǎn)，分解跳躍過(guò)程。如圖2。

圖2：分解過(guò)程

用黃色點(diǎn)代替人的位置，將人視作質(zhì)點(diǎn)，再用紅色箭頭標(biāo)出起跳的方向跟水平方向。如圖3所示。

圖3：跳躍路徑

通過(guò)簡(jiǎn)單的圖片處理后，可以得到起跳角度，即圖中紅線之間的夾角。

然后可以開始正式的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)同樣由三名同學(xué)完成，記錄每次的起跳角度與跳躍距離，分析兩者之間是否存在關(guān)系，存在什么樣的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。

首先表1是同學(xué)甲的數(shù)據(jù)。

表1：同學(xué)甲的立定跳遠(yuǎn)數(shù)據(jù)

根據(jù)數(shù)據(jù)做圖4。

圖4：同學(xué)甲起跳距離與角度的關(guān)系

可以看出對(duì)于同學(xué)甲來(lái)說(shuō)，起跳角度確實(shí)對(duì)起跳距離有著明顯影響。起跳角度在45度至50度之間時(shí)，跳躍的距離是最遠(yuǎn)的。

再觀察表2，為同學(xué)乙的數(shù)據(jù)。

表2：同學(xué)乙的跳躍數(shù)據(jù)

根據(jù)數(shù)據(jù)做圖5。

圖5：同學(xué)乙的起跳角度與距離的關(guān)系

可以看出，不同的人跳躍方式，跳躍能力不同，跳躍的數(shù)據(jù)結(jié)果也有一定的差距，但總體趨勢(shì)是一致的。角度過(guò)大或過(guò)低都會(huì)縮短跳躍距離，起跳角度在45度至50度之間時(shí)，跳躍的距離是最遠(yuǎn)的。

同學(xué)丙的數(shù)據(jù)也相似。如圖6。

圖6：同學(xué)丙起跳距離與角度的關(guān)系

同學(xué)丙最佳的起跳角度略小于45度，但總體趨勢(shì)仍然與另外兩名同學(xué)相似。因此得出小結(jié)：對(duì)于立定跳遠(yuǎn)這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，起跳的角度大小與跳躍的距離存在一定的關(guān)系，并且存在一個(gè)最佳起跳角，大約在四十五度到五十度之間，不同的人存在一定的差異。

接著在第二個(gè)猜想中，要求分析跳躍時(shí)后坐力的影響，即起跳時(shí)向后的加速度對(duì)跳躍距離的影響。需要記錄的數(shù)據(jù)是起跳時(shí)朝著跳躍的相反方向的加速度以及跳躍的距離，此時(shí)需要使用手機(jī)中的加速度傳感器。讓每位同學(xué)將各自的智能手機(jī)固定在腰間，反復(fù)跳躍，并選取不少于十組的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理[9-11]。

通過(guò)幾組數(shù)據(jù)可以證明，在忽略誤差的情況下，當(dāng)正向加速度越大時(shí)，跳躍的距離也越遠(yuǎn)。以同學(xué)甲的數(shù)據(jù)為例，如表3。

表3：正向加速度與距離之間的關(guān)系

根據(jù)數(shù)據(jù)做圖7。

圖7：跳躍距離與正向加速度的關(guān)系

可以發(fā)現(xiàn)，跳躍距離是隨著正向加速度的增大而增大。根據(jù)此，三名同學(xué)提出可以直接觀察正向加速度與負(fù)向加速度之間的關(guān)系，不僅節(jié)省了實(shí)驗(yàn)步驟，而且更容易觀察。

表4是同學(xué)甲的一組數(shù)據(jù)。

表4：正負(fù)方向加速度及對(duì)應(yīng)距離

對(duì)兩個(gè)方向加速度進(jìn)行繪圖可得圖8。

圖8：正負(fù)方向加速度的變化關(guān)系

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。

由圖像可知，當(dāng)負(fù)向加速度越大時(shí)，正向加速度也越大，從而導(dǎo)致距離也越遠(yuǎn)。y負(fù)方向的加速度來(lái)源于起跳時(shí)的后蹲，后蹲越猛，向前的加速度也就會(huì)越大。因此起跳時(shí)我們可以適當(dāng)后蹲，使自己更好發(fā)力，從而跳的更遠(yuǎn)。

2 全文工作總結(jié)與展望

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運(yùn)用知識(shí)自主探究。

主要包括：進(jìn)行課外實(shí)踐學(xué)習(xí)。以幾項(xiàng)常見的中學(xué)體育運(yùn)動(dòng)為例，帶領(lǐng)借助手機(jī)傳感器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并歸納總結(jié)出研究方法跟研究原則。說(shuō)明中學(xué)階段的學(xué)生能夠主動(dòng)開拓自己的思維，借助身邊的工具就可以進(jìn)行科學(xué)探究。證明了此種教學(xué)模式的可行性。