物理學(xué)原理在中小學(xué)體育教學(xué)中的應(yīng)用研究

林炳利

在現(xiàn)代社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展背景下，我國(guó)的體育事業(yè)得到良好的發(fā)展，培養(yǎng)了一批又一批的優(yōu)秀體育運(yùn)動(dòng)人才。在這樣的背景下，社會(huì)上引發(fā)了一股體育熱，加強(qiáng)學(xué)生的體育訓(xùn)練逐漸成為當(dāng)前中小學(xué)教學(xué)中的重要內(nèi)容。在中小學(xué)體育教學(xué)中，將物理學(xué)原理在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)用，結(jié)合學(xué)生個(gè)體差異，針對(duì)性地運(yùn)用物理學(xué)內(nèi)容，能夠促使學(xué)生科學(xué)合理地參與體育訓(xùn)練，并且在學(xué)習(xí)文化知識(shí)的同時(shí)提升身體素養(yǎng)，對(duì)于學(xué)生的未來(lái)可持續(xù)發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用。因此，加強(qiáng)中小學(xué)體育教學(xué)中物理學(xué)原理的應(yīng)用，可以為后續(xù)相關(guān)教育教學(xué)提供參考。

體育教學(xué)中杠桿原理的應(yīng)用

杠桿原理的實(shí)現(xiàn)，主要條件包括阻力臂、動(dòng)力臂、阻力點(diǎn)、支點(diǎn)和動(dòng)力點(diǎn)，不僅僅是在物理學(xué)中有杠桿原理內(nèi)容，同時(shí)在人體內(nèi)也有杠桿。人體杠桿的表現(xiàn)形式較為多樣，主要包括省力杠桿、平衡杠桿和速度杠桿等，其中速度杠桿最為典型。速度杠桿動(dòng)力臂要弱于阻力臂，需要耗費(fèi)的力量較大，但是能夠保證人體手腳獲得角度運(yùn)動(dòng)速度和幅度。諸如，在推鉛球、擲標(biāo)槍和擲鐵餅等運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，為了可以提升運(yùn)動(dòng)速度和幅度，在最后動(dòng)作上充分展開上臂，有助于阻力臂最大化，即以肩關(guān)節(jié)為支點(diǎn)，肩部肌肉附著點(diǎn)為力點(diǎn)，將人體和運(yùn)動(dòng)器材合理為阻力點(diǎn)，形成速度杠桿。在大量運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目觀察和實(shí)踐中，鏈球運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目獲取的成績(jī)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于擲標(biāo)槍或擲鐵餅等運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，究其根本是由于鎖鏈的存在導(dǎo)致阻力臂增加，同樣在羽毛球運(yùn)動(dòng)和棒球運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)員均是抓住底端，以此來(lái)提升阻力臂，獲得最大速度。

體育教學(xué)中物理運(yùn)動(dòng)學(xué)的應(yīng)用

中小學(xué)體育教學(xué)將物理運(yùn)動(dòng)學(xué)內(nèi)容應(yīng)用其中，可以了解到?jīng)Q定線速度的因素在于轉(zhuǎn)動(dòng)半徑和角速度，在促使杠桿阻力臂增加的同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)半徑隨之增加，從而促使運(yùn)動(dòng)員手腳獲得最大速度。在掌握杠桿原理基礎(chǔ)上，人體是一個(gè)骨杠桿，每個(gè)動(dòng)作均是以關(guān)節(jié)周轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)大量實(shí)踐可以了解到，投擲運(yùn)動(dòng)和跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)是以追求遠(yuǎn)度為主，投擲距離越遠(yuǎn)，所獲得的成績(jī)?cè)胶谩８鶕?jù)物理運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，可以通過(guò)斜拋公式進(jìn)行分析，公式如下：

結(jié)合公式可以了解到，影響飛行員速度的因素較為多樣，包括初速度、角度和重力加速度等，初速度最為關(guān)鍵，跳的距離和投的距離與初速度平方呈正比，速度增加，遠(yuǎn)度隨之增加。所以，在體育運(yùn)動(dòng)教學(xué)中，列舉投擲和跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)將初速度作為主要訓(xùn)練目標(biāo)，有助于提升學(xué)生的身體素養(yǎng)，獲得更好的成績(jī)。同時(shí)，在投擲運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，角度同樣十分關(guān)鍵，跳遠(yuǎn)或是跳高運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，需要把握最佳出手角度，即為出手角，跳高運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中稱之為跳角，角度為45°時(shí)，跳角值最大。斜拋的物體可以獲得最大的遠(yuǎn)度，但是具體運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，可能受到空氣阻力和地斜角等因素存在，需要將出手角度控制在38°～42°范圍內(nèi)。在這個(gè)過(guò)程中需要注意的是，不同體育項(xiàng)目的地斜角度不同，而出手角度同樣存在差異，如跳遠(yuǎn)起跳角度為20°，鏈球運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目最佳出手角度42°～44°，而擲鐵餅最佳出手角度則在30°～35°之間。尤其是在當(dāng)前運(yùn)動(dòng)競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈背景下，需要綜合考量，針對(duì)性加強(qiáng)體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，以便于獲得更為可觀的運(yùn)動(dòng)成績(jī)。

體育運(yùn)動(dòng)中物理動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用

在體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中，將物理動(dòng)力學(xué)內(nèi)容應(yīng)用其中，可以結(jié)合牛頓第二定律相關(guān)內(nèi)容，把握物體運(yùn)動(dòng)加速度與合外力的正比例關(guān)系。物體質(zhì)量越輕，加速度越大，而在體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，體育運(yùn)動(dòng)器械質(zhì)量是固定的，運(yùn)動(dòng)員為了獲取更大力量，需要通過(guò)增加加速度方式來(lái)幫助運(yùn)動(dòng)員獲得更大的力量支持，包括跳高運(yùn)動(dòng)和跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)等，通過(guò)前期助跑速度來(lái)獲得力量。在擲標(biāo)槍和擲鐵餅項(xiàng)目中，可以通過(guò)前期助跑來(lái)獲取最大加速度，為運(yùn)動(dòng)員提供更大的力量。

將物理動(dòng)力學(xué)內(nèi)容應(yīng)用其中，結(jié)合牛頓第三定律相關(guān)內(nèi)容，兩個(gè)物體間作用力和反作用力保持一致，但是兩種力量是完全反方向的，分別作用在兩個(gè)物體上。在投擲類運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，通過(guò)助跑來(lái)獲得初速度，促使力量集中在運(yùn)動(dòng)器材投擲瞬間，以此獲得更大的遠(yuǎn)度。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)員在投擲運(yùn)動(dòng)器材期間，通過(guò)用力蹬地來(lái)獲得較大的反作用力，確保投擲的運(yùn)動(dòng)器材距離更遠(yuǎn)。運(yùn)動(dòng)員蹬地作用在地面上，獲得反作用力，通過(guò)人體來(lái)傳遞到運(yùn)動(dòng)器材上，可以獲得更大的加速度，帶來(lái)更加可觀的運(yùn)動(dòng)成績(jī)。如果運(yùn)動(dòng)員在出手瞬間，雙腳離開了地面，那么蹬地后的力量是無(wú)法傳遞到運(yùn)動(dòng)器材上的，且反作用力隨之減弱。需要注意的是，在中小學(xué)體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中，由于學(xué)生的身體正處于成長(zhǎng)階段，對(duì)于運(yùn)動(dòng)技巧掌握得不充分，如果技巧運(yùn)用不合理，很容易造成身體的損傷，不利于運(yùn)動(dòng)員身體素質(zhì)水平的提升。

體育運(yùn)動(dòng)中力的合成與分解的應(yīng)用

撐竿跳體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中涉及的物理學(xué)原理為機(jī)械能守恒定律，在運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目訓(xùn)練中，要求學(xué)生運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練期間獲得最大的初始速度，并結(jié)合機(jī)械能守恒定律，通過(guò)運(yùn)動(dòng)員自身力量來(lái)獲取最大重力勢(shì)能，致使其在撐竿跳期間獲得最大的重力勢(shì)能支持。撐竿跳運(yùn)動(dòng)中，通過(guò)前期助跑來(lái)獲取動(dòng)能，用于起跳瞬間的重力勢(shì)能支持，是運(yùn)動(dòng)員力量主要來(lái)源。在這個(gè)過(guò)程中，教師應(yīng)該注重學(xué)生助跑期間獲得最大加速度，提供充足的重力勢(shì)能，取得更高的成績(jī)。撐竿跳體育運(yùn)動(dòng)學(xué)項(xiàng)目中，運(yùn)動(dòng)員雙腳脫離地面后落在墊子上，運(yùn)動(dòng)員和撐竿的機(jī)械能固定不變。

運(yùn)動(dòng)員離開地面后，運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)方向和機(jī)械能形式發(fā)生轉(zhuǎn)變，伴隨著運(yùn)動(dòng)員身體位置上升，運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)速度逐漸下降，撐竿期間會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重彎曲現(xiàn)象，在助跑期間獲得更多能力，將其轉(zhuǎn)變?yōu)閾胃蜕系膹椥詣?shì)能。

此外，轉(zhuǎn)變?yōu)橹亓?shì)能，在上升期間超過(guò)一半后，多數(shù)動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥詣?shì)能和重力勢(shì)能，促使重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能以及轉(zhuǎn)化前期能力保持不變。

體育運(yùn)動(dòng)中牛頓定律的應(yīng)用

體育運(yùn)動(dòng)中牛頓定律的應(yīng)用，通過(guò)結(jié)合相關(guān)定律來(lái)引導(dǎo)學(xué)生訓(xùn)練，注重勻速跑步，物理加速度和承受合外力之間保持正比，與物體質(zhì)量成反比，物體加速度方向與合外力方向一致。運(yùn)動(dòng)員加速度力主要是運(yùn)動(dòng)員提供的，為了獲得更大加速度，需要消耗的體力隨之增加，不利于運(yùn)動(dòng)員長(zhǎng)期奔跑。結(jié)合牛頓第三定律相關(guān)內(nèi)容可以了解，物體運(yùn)動(dòng)前與地面產(chǎn)生的摩擦力與物體前進(jìn)方向相反，會(huì)產(chǎn)生反作用力，推動(dòng)物體前進(jìn)，在長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)中，這種摩擦力是運(yùn)動(dòng)員前進(jìn)的主要摩擦力。根據(jù)牛頓第一定律相關(guān)內(nèi)容，物體運(yùn)動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)慣性，長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)中保持勻速前進(jìn)，自身消耗的體力較小，借助慣性力量持續(xù)前進(jìn)，獲得更加可觀的效果。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前素質(zhì)教育背景下，中小學(xué)體育教學(xué)發(fā)生了翻天覆地的變化，將物理學(xué)原理應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)中，需要教師立足于學(xué)生個(gè)體差異，把握不同的物理學(xué)內(nèi)容，組織科學(xué)合理的體育訓(xùn)練項(xiàng)目，避免學(xué)生身體受傷，在鍛煉學(xué)生身體素養(yǎng)的同時(shí)陶冶情操，這對(duì)于學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)和發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響。