2018年九年級物理上冊 第十一章《機械功與機械能》測量體育項目中的功率 （新版）粵教滬版

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1、 測量體育項目中的功率 今年，我市將跳繩納入到了體育中考項目，跳繩的要求是：跳繩者先將繩的長短調(diào)至適宜長度，聽到電子儀器發(fā)出開始信號后開始跳繩，動作規(guī)格為正搖雙腳跳繩，每跳躍一次且搖繩一回環(huán)(一周圈)為一次。聽到電子儀器發(fā)出結(jié)束信號后停止，電子儀器自動計數(shù)跳繩者在1min內(nèi)完成跳繩次數(shù)。1min女生跳150個、男生跳130個為滿分。 曉東所在的學(xué)校從八年級就開始跳繩的訓(xùn)練，學(xué)習(xí)功率之后，小組同學(xué)想測量一下每個人跳繩時的功率，下面是他們的實驗及分析過程： 圖1 他們首先分析：跳繩的過程中有人體上升和人體下降兩個階段，其中上升階段是人體在克服重力做功，下降階段是重力對人體做功的過程。

2、因為要測量人體做功的功率，那就是克服重力做功的功率，根據(jù)功率的定義式P=W/t可知，需要用秒表來確定跳繩的1min時間，而跳繩做的功無法直接測量，需利用公式W=Gh計算，重力G也無法直接測量，只能通過G=mg計算得出，因此需要測量人的質(zhì)量，他們先用磅秤測出章麗的質(zhì)量為40kg。 接著在章麗跳繩過程中，通過相關(guān)的測量，他們描繪了章麗在這次跳繩時重心移動的高度h隨時間t變化的圖象（如圖1）。 接著進行分析：從圖象可看出，因為跳繩是一項間歇性的運動，章麗每跳一次所用的時間為t=0.4s，而不是0.25s，可計算出1min內(nèi)章麗跳繩的次數(shù)n=60s/0.4s=150次，可獲得滿分；通過重力公式G=

3、mg算出章麗的重力G=40kg×10N/kg=400N，章麗每次跳起的高度為h=4cm=0.04m，利用功的公式W=Gh計算出章麗每跳一次克服重力所做的功W′=Gh=400N×0.04m=16J，則1min內(nèi)克服重力做的功為W=nW′=150×16J=2400J；最后根據(jù)功率的定義式P=W/t算出克服重力所做的功率P=W/t=2400J/60s=40W。 圖2 引體向上也是體育中考的備選項目（如圖2），要求是：從考生雙手握杠開始，到雙手離杠為結(jié)束?？荚嚂r，考生要雙手正握杠，身體呈靜止直臂懸垂。完成一次引體向上，要求兩臂向上引體至下腭越過橫杠上緣，后恢復(fù)直臂懸垂為一次，否則不計次數(shù)。 小組

4、決定粗略地測算李銘在單杠上做引體向上的功率，因為引體向上也是克服自身重力做功的，所以必須用體重計測量出人體的重力或用磅秤測出李銘的質(zhì)量；要知道每次人體上升的高度，需要使用刻度尺測量，他們用刻度尺量出李銘握拳時手臂的長度。因連續(xù)完成多個引體向上動作需要的時間要用秒表測量，他們想由于人的體質(zhì)不同，應(yīng)該規(guī)定拉上去的次數(shù)，再記錄時間。 下表是小組同學(xué)記錄了李銘引體向上過程中的部分數(shù)據(jù)，請幫他們在空格處補上相應(yīng)的數(shù)據(jù)。（取g=10N/kg） 臂長l/cm 質(zhì)量m/kg 拉上去 次數(shù) 克服重力所做的總功W/J 時間t/s P/W 60 50 10 ① 25 ② 圖3 而在每

5、次訓(xùn)練中，男生們都喜歡做幾個俯臥撐（如圖3），認為做俯臥撐可以增加臂力，鍛煉胸肌。做俯臥撐的要求是：雙手支撐身體，雙臂垂直于地面，兩腿向身體后方伸展，依靠雙手和兩個腳的腳尖保持平衡，保持頭、脖子、后背、臀部以及雙腿在一條直線上；然后兩個肘部向身體外側(cè)彎曲，身體降低到基本靠近地板。收緊腹部，保持身體在一條直線上，持續(xù)一秒鐘，然后雙肘向兩側(cè)分開，慢慢伸直你的手臂，恢復(fù)原狀。怎么樣測量男生們俯臥撐的功率，章麗陷入了思考。 她在草稿紙上列了一個簡要實驗清單： 1.實驗原理： ③ ； 2.測量器材：秒表、 ④ 、磅秤； 3.需要測量的數(shù)據(jù)（用漢字和字母表示）：做俯臥撐的時間t、 ⑤ 、男生的質(zhì)量m； 4.功率的表達式（用測量出來的字母表示）： ⑥ 。 由于時間緊迫，章麗未能完成測量，實驗報告也只寫了一部分，請你幫她把實驗報告中的幾個空格完善一下。 參考答案：①3000 ②120 ③P=W/t ④刻度尺 ⑤重心上升的高度h ⑥P=mgh/t 2