蹦牀運動中的物理知識

泰州二中 孫娟

一、教學目標：

1.讓學生對蹦牀進行觀察，知道蹦牀是由彈簧組成的，要求運用所學知識，指出彈簧中所蘊藏的力學及能量學知識，比較系統地寫出總結報告。

2.組織學生觀看蹦牀運動比賽，瞭解在蹦牀運動項目中涉及到的物理知識。

二、教學內容：

蹦牀運動是居健身，娛樂，觀賞和競技於一身的綜合性運動項目，在娛樂的同時對人的身體具有很大幫助 。蹦牀運動中蘊含很多物理知識。

1.蹦牀運動中的動力學知識

蹦牀運動員先通過雙腳給蹦牀一個向下的彈力，蹦牀反作用於運動員一個向上的彈力，這時運動員受到兩個力，一個是向下的自身的重力，一個是向上的彈力，因爲一開始彈力比較大，兩者的合力向上，所以產生向上的加速度，使運動員由靜力止向上加速運動，隨着彈簧的形變量越來越小，彈力也越來越小，當彈力比重力還小時，合力向下，運動員向上減速。運動員脫離蹦牀後，如果忽略空氣阻力，則只受重力作用，根據牛頓第二定律，這時加速度向下，運動員繼續向上做減速運動，直到速度減爲零。此時運動員懸在高空中，只受重力，這時的加速度向下，運動員開始向下做加速運動。當運動員接觸彈簧後，運動員又受到了兩個力，彈力和重力的作用，一開始彈力比較小，合力向下，加速度向下，運動員向下加速運動，隨着彈簧的形變量越來越大，彈力也越來越大，當彈力增加到比重力還大時，合外力向上，加速度向上，運動員開始向下做減速運動，直到速度減爲零。以後從開始重複新一輪的循環。

例題1：一位蹦牀運動員僅在豎直方向上運動，蹦牀對運動員的彈力F隨時間t的變化規律通過傳感器用計算機繪製出來，如圖所示．設運動過程中不計空氣阻力，g取10m/s²．結合圖象，試求：



（1）運動員的質量；
（2）運動過程中，運動員的最大加速度；

（3）運動員離開蹦牀上升的最大高度．

解：（1）由圖分析可知：運動員的重力等於500N，則運動員質量爲m=50kg． 
（2）由圖讀出彈力的最大值爲F_m=2500N根據牛頓第二定律得：F_m-mg=ma_m，運動員的最大加速度a_m=-g=40m/s²．
    （3）由圖讀出運動員在空中運動的時間爲T=8.4s-6.8s=1.6s
   根據對稱性可知：下落時間爲t==0.8s
   所以運動員離開蹦牀上升的最大高度h=gt²=3.2m

2.蹦牀運動中的能量轉化

蹦牀運動中涉及的能量轉化過程很多，在蹦牀運動的不同過程中，能量轉化過程是不同的。

運動員在向下蹬牀時是重力勢能和體內的化學能轉化爲彈性勢能，在彈起過程中是彈性勢能轉化爲動能和重力勢能，脫離蹦牀向上彈出的過程，是動能轉化爲重力勢能，向下落但未接觸蹦牀過程中時重力勢能轉化爲動能，下落接觸蹦牀後到速度爲零過程中，動能和重力勢能又轉化爲彈性勢能。

例題2：運動員從蹦牀上彈起後在空中向上運動的過程中，其動能和重力勢能的變化是

A．重力勢能增大，動能減小             B．重力勢能增大，動能增大

C．重力勢能減小，動能減小             D．重力勢能減小，動能增大

解：運動員從蹦牀彈起後向上運動的過程中，質量不變，高度增大，重力勢能

增大；速度減小，動能減小．
故選A．

蹦牀運動中涉及的物理學知識還很多，比如功能知識，比如如果考慮空氣阻力如何解釋等等。希望同學們課後查閱相關資料，比較系統地歸納總結一下，寫一份研究性報告。

（編輯：guoting）