运动生物力学的研究方法

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运动生物力学的研究方法范文第1篇

摘要：随着力学着手于生物体，尤其是人体相关运动研究的开展，生物力学成为交叉领域中重要的学科体系，运动生物力学是基于生物力学学科之上，结合体育科学体系产生的一门新兴学科，它的产生和发展，在我国此学科在理论、研究方法、测量分析等方面均取得了一定的发展。但考察分析运动生物力学和生物力学的现状，在喜悦于长足进步的同时，不得不承认，运动生物力学的基础理论并不完备，发展趋势仍有局限。

关键词：运动生物力学；发展现状；发展趋势

我国现代运动生物力学出现于上世纪五十年代末期,开始阶段只有少数几个体育学院开了运动生物力学讲座或选修课,国家体委科研所成立了运动生物力学研究组。由于众所周知的原因,运动生物力学在这一时期发展缓慢，到现在虽然有了质的飞跃，但是不能忽视这门学科本身还是有待完善的。本文就运动生物力学在我国的研究方法、研究领域和方向及发展趋势进行简单的阐述和分析，并对我国的运动生物力学作出一些展望。

一、我国运动生物力学的研究现状

1.研究方法

（1）常用的研究方法及仪器。在中国体育科学学会和原国家体委科教司的支持下,运动生物力学分会组织国内多名本学科的专家、教授讨论、撰写成的《运动生物力学测量方法》一书编入了当前运动生物力学研究中使用的主要方法和仪器。包括运动学方法中的平面定机、平面跟踪、立体定机摄影摄像测量方法;动力学方法中的三维测力台测试方法、等速测力仪测试方法;生物学方法中的人体形态学测量方法、人体重心测量方法、肌电测量方法等。另外还收入了一些国内使用尚不普及和少量国外新近使用的测量方法,包括运动学方法中的立体跟踪摄影摄像测量方法、红外光点摄像、激光测试仪、分段计时测量方法;动力学方法中的A.K.M 和B.K.M 测力仪测力方法、T.K.K 测力仪测力方法、赛艇多参数遥测分析系统测试方法、动态力的应变测试方法、人体运动能量测量方法。此外,还有多机同步测量方法、神经网络模型分析方法、数学模型与计算机仿真方法以及运动生物力学测试资料的统计处理与分析方法等［1］。

（2）新的研究方法及仪器。高精度的高速摄像测量系统的应用: 高清晰度、高速度(100～200 场/s以上) 的摄机和录像解析系统。图像自动识别仪器开始应用。高精度的红外光点遥测分析系统已用于研究实践。运动专项的测试仪器和运动器材的研制。磁感应测量仪器研制成功。数学力学模型和人体运动仿真在体育运动技术研究中的应用。运动技术分析的“专家系统”与神经网络模型已经应用于人体运动技术研究。肌电图测试分析向定量化迈进［2］。

2.目前我国的研究领域

（1）优化运动技术。针对某一特定运动项目（ 如田径、球类、速滑等）进行分析，改善运动技术的表现。如《对我国4名优秀短道女运动员弯道技术的生物力学分析》、《用力学原理分析直道滑跑技术》、《排球前后排扣球运动学分析》等［3］。这些研究以使运动员训练科学化，符合力学原理，符合人体规律，从而获得最佳的技能表现。

（2）改进人体基础运动如走、跑、跳、推、拉等，除此之外，还包括区别于竞技运动项目动作、动作系的研究。如《走步运动转变为跑步动作下肢和骨盘之运动学变化分析》、《步态生物力学研究进展》等［4］。大众体育和学校体育受到的重视远逊于竞技体育，实际上，这些研究是非常重要的，因为这些技术研究只有专业的运动员和教练员才会用得上，对于大多数人而言，充分体现“ 民本思想”，改善人体基础运动、改善健康的研究才是真正需要的。

（3）数学模式与模拟。这类数学模式模拟及电脑模拟的研究针对运动技术及人体运动进行分析，此类研究有别于一般仪器进行测量的方法，所以单分为一类［5］。

（4）运动器材设备开发设计。主要关于运动器材设计及力学特征分析，如网球拍、运动鞋、训练器材等。这方面的研究如《不同劲度网球拍对恢复系数的影响》、《不同质地泳衣对速度的影响分析》等。

（5）运动伤害的研究。主要对运动伤害机制及运动护具进行研究，避免运动损伤的发生。如《体能动力损伤机制理论研究分析》。这类研究主要是在研究的过程中部分借助于运动生物力学的研究方法、测试方法来分析造成伤害的动作规律，与人体结构结合总结得出预防运动伤害的方法［6］。

（6）人体测量学的研究由清华大学、白求恩医大和国家体科所合作，采用CT测试方法结合计算机图像处理分析系统，于1995年正式完成了中国成年人人体惯性参数的测定。

二、我国运动生物力学的发展趋势

通过对第六届全国体育科学大会和第十八届国际运动生物力学年会的对比分析，可以大致看出我国运动生物力学的发展趋势。

（1） 计算机是运动生物力学发展的核心。运动生物力学的理论研究将偏重于计算方法的准确和简炼、理论研究的系统性和完整性。借助电子计算机实现快速精确的测量和实时处理人体运动的各种力学参数，实现综合分析和联机分析，以及实现自动化控制是科技发展的必然趋势。

（2） 竞技体育方面的研究更加依赖高新技术。运动生物力学的研究将更加注重训练实践，研究成果要能为竞技体育服务，运动测试仪器的专项化以及高新技术和高新材料和仪器的创新和发展是这一发展方向的具体体现。

（3）运动损伤康复的研究将更加深入，而且与运动专项结合更加紧密，肌肉生物力学已成为热门课题，对预防运动损伤的研究也将是一个热门课题，但对于分子生物力学方面的研究成果还很少，今后，应广泛结合运动生物力学和生物学、运动生理学、运动医学等学科中的研究方法，共同解决人体运动中的有关问题。

（4）研究对象更加广泛，运动生物力学研究除继续对竞技体育进行研究外，还应向青少年、老年人、残疾人的体育运动、军事技术动作以及与人体有关的一些设备。

三、运动生物力学的展望

从以上运动生物力学学科体系现状的分析，不难看出运动生物力学的发展仍存在一定的问题。学科可以研究的内容很多，任务也不尽相同，但为适应生物力学的发展和体育科学的发展，现在运动生物力学的发展应有所侧重。运动生物力学还有许多有待于解决的问题，它的实用价值也只刚刚显露初红。

（1）提高动作技术不再局限于表层研究分析动作技术，更多应着手于研究并提出技术训练的具体方案（有关如何实现优化动作结构）；研制设计专用或通用的辅助训练动作、设施及器械。

（2）基础理论的建设将为运动生物力学发展巩固根基，开拓视野，扩展研究与应用领域。

（3）深入研究运动损伤机制，模拟分析运动损伤过程，设计合理的运动设备（器材、服装、鞋等）以防止运动损伤。

（4）计算机模拟、仿真技术是运动生物力学研究的重要手段。（云南师范大学体育学院；云南；昆明；650031）

参考文献：

［1］ 王向东.运动生物力学方法研究现状及发展趋势［J］.中国体育科技,2003,39（2）:15-23

［2］ 洪友廉.第18 届国际运动生物力学会议论文集［C ］.香港: 香港中文大学出版社,2000.

［3］ 李毅均.排球后排扣球空中击球动作的三维高速录像分析［J］.西安体育学院学报,1997,(9):105-108.

［4］ 郭静如.中国运动生物力学的进展［J］.天津体育学院学报,1996,(6):89-92.

运动生物力学的研究方法范文第2篇

【关键词】研究对象 受力分析 作用力

【中图分类号】G632 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2014）06-0129-02

一 什么叫做物体的受力分析

1.定义

分析其他物体对研究对象的作用力的过程叫做受力分析。

2.受力分析的三个判断依据

主要依据有：（1）从力的概念判断，寻找对应的施力物体。（2）从力的条件判断，寻找产生的原因。（3）从力的效果判断，寻找是否产生形变或改变运动状态。

二 受力分析的方法

物体受力情况的分析是否正确，直接关系着能否正确解答高中物理中的力学问题，正确分析物体的受力情况是解答力学问题的基础，分析物体受力的思维方法有以下几种：

1.整体法

整体法是从局部到全局的思维过程，是系统论中的整体原理在力学中的应用。它的优点是：通过整体法分析物理问题，可以弄清系统的整体受力情况，从整体上揭示事物的本质和变化规律，从而避开中间环节的繁琐推算，能够灵活地解决问题。整体法就是把几个相关联的物体看成一个整体，只分析这一整体之外的物体对这一整体施加的力，不分析整体内物体之间内力的分析方法。注意：如果连接体中各部分的加速度相同，并且不涉及到物体之间的相互作用力时，优先考虑选用“整体法”。

例：如图1所示，质量为M的卡车载有质量为m的重物在平直的公路上以速率v前行，重物与车厢前壁距离为L。卡车紧急制动后做匀变速直线运动，车轮与地面间的动摩擦因数为μ1，重力加速度为g。求若重物与车厢没有相对滑动，从卡车制动开始到完全停止需要多长时间？此期间重物所受的摩擦力为多大？

受力分析：选择整体作为研究对象，受竖直向下的重力、地面的支撑力和摩擦力；根据平行四边形定则，合力等于摩擦力；再由牛顿第二定律和运动学公式求解。

解：取卡车运动方向为正，对整体有：μ1（M+m）g=（M+m）a。

由运动学公式有：0=v-at。

联立可得：a=μ1 g， 。

设重物与车厢之间的摩擦力大小为f，由牛顿第二定律有f=ma=μ1mg，与v方向相反。

图1 图2

2.隔离法

把研究对象从相关联的其他物体体系中想象地隔离出来，只分析其他物体对研究对象所施加的作用力（外力），不分析研究对象内部各部分之间的相互作用力（内力），也不分析研究对象对其他物体的作用力。“隔离”是为了更好地体现研究对象与其他物体之间的联系，绝不能认为隔离后的研究对象与其他物体就没有力的作用了。它的优点是：容易看清单个物体的受力情况，问题处理起来比较方便、简单、便于理解。

在力学中，解决动力学问题时，往往遇到这样一类情况：题目中的研究对象不是单一的一个物体，而是互相关联的几个物体组成的系统。解这一类问题，一般先尝试用隔离法：即把各个物体隔离开来，分别作受力分析，再根据各自的受力情况和运动情况，应用牛顿运动定律和运动学公式，求解。但在这类问题中，如果单独用隔离法很难求得结果，解决过程也十分繁杂，甚至用隔离法求解无从着手。这时，不妨试用整体法：即把整个系统当作一个整体作为研究对象进行受力分析，再列式求解。

例：（2010山东高考）如图2所示，质量分别为m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接，在力F的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动（m1在地面，m2在空中），力F与水平方向成θ角。则m1所受支持力N和摩擦力f正确的是（ ）。

A.N=m1g+m2g-Fsinθ B.N=m1g+m2g-Fcosθ

C.f=Fcosθ D.f=Fsinθ

分析：把两个物体看做一个整体，由两个物体一起沿水平方向做匀速直线运动并分析受力知：水平方向f=Fcosθ，C正确，D错误。设轻弹簧中弹力为F1，弹簧方向与水平方向的夹角为α，隔离m2并分析受力，由平衡条件知，在竖直方向Fsinθ=m2g+F1sinα；隔离m1并分析受力，由平衡条件知，在竖直方向m1g=N+F1sinα，联立解得，N=m1g+m2g-Fsinθ，A正确，B错误。

整体法和隔离法是高中物理常用的分析方法。可以先隔离再整体，也可以先整体再部分隔离。这就是整体法与隔离法的综合应用。

其实，在一般情况下，针对不同的运动状态可以选择不同的分析方法，一般可以分为以下三种情况：（1）系统处于平衡状态。整体都处于静止状态或一起匀速运动时，或者系统内一部分处于静止状态，另一部分匀速运动。根据整体的平衡条件，就可以确定整体或某一个物体的受力特点。（2）系统处于不平衡状态且无相对运动。由于系统内物体间没有相对运动，即整体内每个物体都具有相同的速度和加速度，这时整体所受的合力提供整体运动的加速度。这种情况利用整体法，更容易把握整体的受力情况和整体的运动特点。（3）系统内的物体部分平衡部分不平衡。这种情况由于系统内物体的运动状态不同，物体间有相对运动，通常用隔离法。若系统内两个物体一个处于平衡，另一个处于不平衡状态时，也可以利用整体法来分析，有时会使问题简化易于理解。

3.程序法

根据力的产生条件，按照已知力场力（含重力、电场力和磁场力）弹力摩擦力其他力的顺序逐个进行受力分析的方法叫做程序法。养成程序法分析物体受力的习惯，可以避免漏力和多力，保证受力分析的正确性。

4.假设法

根据力产生条件难于对某个力作出准确判断时，根据物体的运动状态是由它的受力情况和初始条件共同决定的结论，用假设法往往能化难为易。对于彼此接触的物体，如果不易判断接触处有无形变或有无相对运动趋势时，可以假设移去跟研究对象接触的物体。若移去后研究对象的运动状态发生变化，则被移去物体与研究对象之间存在弹力或摩擦力；若移去后研究对象的运动状态不变，则被移去物体与研究对象之间无弹力或摩擦力作用。

例：如图3所示，截面为三角形的木块a上放置一铁块b，三角形木块竖直边靠在竖直且粗糙的竖直面上，现用竖直向上的作用力F，推动木块与铁块一起向上匀速运动，运动过程中铁块与木块始终保持相对静止。

解：将a、b看做一个整体，假设木块a与竖直墙面间存在水平弹力，则水平方向上整体不能静止，与题意矛盾，假设不成立，木块与竖直墙面间不存在水平弹力；同理竖直方向没有摩擦力。

对于做加速运动的物体，若难于判断某一弹力或摩擦力的有无，可以假设接触处有弹力N或摩擦力f，并任意假设它们的方向，然后根据运动定律列方程。若从方程解得N=0或f=0，则表明没有弹力或摩擦力；若从方程解得N或f的值大于零，则表明弹力或摩擦力的方向与假设的方向相同；若解得N或f的值小于零，则表明弹力或摩擦力的方向与假设的方向相反。

三 受力分析的思路和基本步骤

1.灵活选择、明确研究对象

分析物体的受力，首先要选准研究对象，并把它隔离出来。根据解题的需要，研究对象可以是单个物体（质点、结点、物体），也可以是几个物体组成的系统。当所研究的问题是涉及多个物体的系统时，可以把系统分成若干部分，然后把其中某一部分从其所处的系统中想象地与其他物体隔离开来，作为研究对象，这种选取研究对象的方法叫做隔离法。把多个物体组成的系统视为整体，作为研究对象，称为整体法。解答具体问题时，应从实际情况出发，灵活选取研究对象，既可以只用隔离法研究某些部分，也可以只用整体法研究整个系统，还可以交叉应用隔离法和整体法，多次选取研究对象。

2.按照一定的顺序进行受力分析

顺序必须是首先题目中所给的已知力；其次场力（重力、电场力、磁场力）；再次接触力（弹力和摩擦力），环绕研究对象一周，看研究对象与其他物体有几个接触面（点），每个接触面对研究对象可能有两个接触力，应根据弹力和摩擦力的产生条件逐一分析，接触力中必须先弹力，后摩擦力（只有在有弹力的接触面之间才可能有摩擦力）；最后其他力。

3.画出受力示意图，并结合题中所给条件检验

受力分析中需要注意的事项：（1）只分析根据性质命名的力，如重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力、分子力和核力等，不分析根据效果命名的力，如下滑力、动力、阻力和向心力等。（2）只分析研究对象受到的力，不分析研究对象对其他物体所施加的力。如研究物体A的受力时，只分析“甲对A”、“乙对A”、“丙对A”……的力，不分析“A对甲”、“A对乙”、“A对丙”……的力，也不要把作用在其他物体上的力，错误地认为通过“力的传递”而作用在研究对象上。（3）每分析一个力，都应能找出施力物体。这种方法是防止“多力”的有效措施之一。在分析物体的受力时，只强调物体受到的作用力，并不意味着施力物体不存在，找不出施力物体的力是不存在的。（4）分析物体受力时，还要考虑物体所处的运动状态。分析物体受力时，要注意物体所处的运动状态，物体所处的运动状态不同，其受力情况一般也不同。如：放在水平传送带上的物体随传送带一起传动时，若传送带加速运动，物体受到的摩擦力向前；若传送带减速运动，物体受到的摩擦力向后；若传送带匀速运动，物体不受摩擦力作用。

综上所述，在分析物体的受力问题时，能掌握物体的受力分析方法和基本步骤，并灵活运用受力分析的方法应对不同的问题是解决高中物理动力学问题的关键。这不仅能在教学过程中有意识地培养学生知道物体的多种运动状态，增强整体法的思维意识，也能帮助学生能够更加全面地理解力和运动的相互关系，是帮助学生思维能力提升的好方法。

参考文献

运动生物力学的研究方法范文第3篇

关键词： 中学物理 物理方法 物理教学

物理学是一门古老而又很有创新性的学科，就其知识体系的研究和建立来说，是一个有着完整知识结构的系统。然而相对于其严密的知识结构相比，物理学科方法论的研究却是滞后的。中学物理方法论的教学相当薄弱，直接导致了学生只重视物理知识的掌握，而忽视了物理方法的作用，学生的知识能力结构严重失衡，对今后物理创新不利。所以，现代物理学的高速发展离不开物理方法的应用，我们很有必要来认识物理方法，重现物理方法教学，这样做不仅有助于学生学好物理知识，培养学习兴趣，而且对形成科学的世界观有着不可估量的作用。

物理学科研究的范围很广，既有宏观运动形式，又有微观运动形式；小到原子、分子、核子的运动，大到天体的运动；既涉及到力和运动，又涉及到电、光和原子物理。研究内容的广泛性，决定了研究它们的物理方法是多种多样的。

以下总结中学物理中常用的物理方法，对我们的物理教学会起到一定的作用。

一、观察和实验方法

物理学是建立在实验的基础上的，所以物理实验和建立在实验基础上的观察就显得尤为重要。如单摆的等时性，是伽利略观察教堂里吊灯的晃动而发现的。牛顿发现万有引力定律，就是因为看到一只苹果从树上落下来受到启发而发现的。法拉第发现电磁感应现象，前后经历了大致十年的时间，做了成千上万次的实验，最后终于在一次很偶然的实验中发现了电磁感应。所以说物理的发展离不开观察和实验，中学物理更应该重视观察和实验。创造条件让学生能亲自动手做一做实验，不仅可以使他们加深对物理知识的理解，而且可以使他们养成一种用实验来验证理论的科学的习惯，对今后继续学习物理，甚至可以对他们今后的工作、生活产生深远的影响。

二、物理替换法

在物理研究中经常会遇到很多看似很复杂的问题，但如果换一个较简单或熟悉的对象后往往会使复杂问题简单化。以一种对象代替另一种对象的方法，叫做物理替换法。

用一个对象来代替另一个研究对象，有两个原则：一是要求两者具有一一对应的特点；二是替换后使问题的研究变得更简单、更形象。如力的合成与分解，用分力的共同作用来替换合力，或用一个力来替换几个力，往往能理解清楚力对物体的作用效果；用质点来替换物体本身的形状的大小对所研究的问题影响很小的物体；气体性质研究中也常常用到这种替换方法。经过物理替换后，抽象的问题变形象了，复杂的问题变简单了，难以解决的问题可以更容易地得到解决，这就是物理替换的魅力。

三、物理类比法

类比是逻辑推理中重要的一种方法，物理上的类比在物理教学中的应用非常广泛。所谓物理类比法，就是从所要研究的物理问题出发，广开思路，去寻找与研究对象在形式上或性质上具有类似之处的物理现象，从而发现研究对象的规律。这种方法在物理研究中应用很多，例如对光的本性的认识上，历史上曾经出现过多种观点，后来根据光速和电磁波的传播速度相等，以及光和电磁波一样具有干涉，衍射的特性，把光归属于电磁波的一种。再如卢瑟福的原子结构模型，玻尔的液滴原子核模型，都可以看作是类比法的应用。类比推理的前提不能制约结论，但给我们提供了研究事物的一种方法，推动物理学不断向前发展。我们让学生了解类比法，掌握类比法，对学生思维能力的培养、创新能力的提高，都是很有益处的。

四、数学方法

数学和物理的联系是很紧密的，很多物理现象、物理规律可以用很简单的数学公式来表示；物理问题也可以转换成数学问题，运用数学的方法手段进行研究；更有很多问题需要直接运用数学知识进行计算。如在几何光学中，利用光的直线传播原理，把物理问题转换成几何问题，然后利用相似、全等等几何知识研究光的反射、折射、透镜成像等问题。又如数学坐标图像法，在物理教学中非常常见，研究运动时我们画的速度―时间图像，位移―时间图像，机械振动中简谐振动的图像，交流电的电流―时间图像，和数学上的函数图像很类似，我们可以用这些函数知识来研究物理规律。

所以，我们要善于总结这些规律，在课堂上可以先复习这些有关数学知识，然后把它们移植到物理规律之中，同时引导学生注意物理和数学之间的渗透，增强综合应用能力。

五、物理分析和综合法

分析方法是把较为复杂的现象和过程分解成若干简单的现象和过程的方法。使用物理分析方法，作用是把物理问题简化，分解成若干个小问题，分别研究各种简单现象和过程，再把分别研究的问题统一起来，得到我们所要研究的结果。如我们在研究平抛物体运动时，把平抛运动看成是水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。又如一个斜向上拉力对物体做功的问题，我们可以把这一个力分解成水平方向的力和竖直方向的力，而把其转化成与位移方向一致的力做功和与位移方向垂直的力做功，就很容易求解了。

综合方法是把若干简单的现象和过程总结归纳为有关规律方法。如牛顿第一定律的发现，就是在伽利略、笛卡尔等人研究基础上，由牛顿总结而成的。使用这种方法需要丰富的物理知识和逻辑思维能力，所以我们要多重视这种方法。

物理学研究方法还有很多，如归纳与演绎，比较与分类抽象，理想化方法，等效法，控制变量法，转换，等等，这里就不再详细叙述了。教师在教学过程中要善于使用这些方法，让学生做到“知其然，且知其所以然”。

参考文献：

运动生物力学的研究方法范文第4篇

【关键词】物理教学控制变量法多变量问题单变量因素

新课程改革的核心理念是一切为了学生的发展。换句话就是说，我们教出的学生将来要能适应社会，即具有相当的能力：有社会所需要的基本生存能力、自主学习的能力、与人合作的能力、信息收集与处理能力、学会办事的能力、独立生存的能力。在过去，人们只重视知识教学，其原因是认为“知识是能力的基础”。这样人们就忽略了能力形成的支撑，即“过程与方法”。就物理学科本身来讲，有什么样的探究过程和方法论就必然有什么样探究结论或结果。为此，我们要在物理教学中重视物理思维方法的教学，重视物理内涵的理解。在物理教学中，我们经常用到的研究方法有控制变量法、类比法、等效替代法、转换法、累积法、科学推理法、归纳法、分类法、观察法、逆向思维法等。其中控制变量法是科学探究的一种重要方法，是常用的探索问题、分析和解决问题的的方法，应用特别广泛。所谓“控制变量法”是指在研究某个问题（如物理量等）与多种因素的关系时，每次只改变一个因素，保持其他因素不变，通过分析这个改变的因素与所研究问题之间的关系，再分析综合得出结论（或规律）。举个通俗的例子，如物理量A与B、C、D等因素都有关，得出A与B之间具体关系的方法是：控制C、D不变，只改变B，判断A的变化，从而得出规律；再采用类似的步骤分析得出A与C、A与D之间的联系。下面笔者就结合自己的物理实际教学《探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关》为例，来谈谈控制变量法在物理教学中的渗透和应用。

在高中“滑动摩擦力”这节新课教学中，教师提出问题：滑动摩擦力大小与哪些因素有关？学生会做以下猜想：滑动摩擦力大小可能与物体对接触面的压力、接触面的粗糙程度、接触面的面积、物体的运动速度有关。教师接着抛给学生一个思考：有这么多的影响因素怎么研究？为了让学生能领会方法并得出规律，则必须做好对学生的引导工作。可以引导学生先回忆初中学习“压强”的研究方法，给学生一个提示。因为压强和压力与受力面积都有关系，所以先保持压力F不变，通过实验而得出P∝(1/S)；然后保持受力面积不变，通过实验再研究P和F的关系，从而得出结论：P∝F；综合以上两次的研究得出：P=F/S。教学进行到这里可以对学生指出，这里运用的研究方法就是控制变量法。也就是说：若研究的物理量与多个物理量有联系时，就把其中的一个或几个物理量先控制起来，使它保持不变，从而把所研究的问题首先转化为一个物理量与单个物理量之间的关系问题。这样使被研究的问题由复杂变简单，容易发现联系，最后将各个联系综合起来得到所需结论。控制变量法是研究多变量问题的有力武器，所有多变量问题原则上都可用控制变量法来研究、求解。

然后教师提出问题：如何控制这些变量？学生思考讨论得出下面的结论：

（1）保持压力、接触面的粗糙程度、接触面积的大小一样，探究滑动摩擦力大小与物体的运动速度的关系。

（2）保持压力、接触面的粗糙程度、运动速度的大小一样，探究滑动摩擦力大小与接触面积的大小的关系。

（3）保持压力、物体的运动速度、接触面积的大小一样，探究滑动摩擦力大小与接触面的粗糙程度的关系。

（4）保持运动速度、接触面的粗糙程度、接触面积的大小一样，探究滑动摩擦力大小与压力大小的关系。

沿着这条思路，再进一步启发学生：要怎么改变这些因素，要选用什么器材？

木块，底面和侧面的面积不同，这样平放、侧放接触面面积不同，可以用来改变接触面面积这个因素。

木板、毛巾，木块各在这两样上运动，接触面的粗糙程度不一样。

弹簧测力计，匀速拉木块时，根据二力平衡，弹簧测力计示数等于滑动摩擦力大小，匀速拉的速度不一样可以改变物体的运动速度大小这一因素。

钩码若干，把钩码放在木块上，改变木块对接触面的压力。

实验数据：

接着引导学生从数据中根据相同条件和不同条件的对比发现规律, 得到实验结论：滑动摩擦力与物体运动的速度、接触面积的大小无关，与接触面的粗糙程度、压力大小有关，而且接触面越粗糙，压力越大，滑动摩擦力越大。教师通过条件的强烈对比，要给学生一个深刻印象：条件多并不可怕，只要懂得控制就能迎刃而解。

从上例可知：控制变量法对处理多变量问题是很有效的。因此在实验教学中，我认为把控制变量法作为主线，使学生明确每次实验的前提条件，对于顺利完成实验教学中的系列难题是很有帮助的，同时也加深了学生对控制变量法的认识，提高了学生解决问题的能力。这对学生将来学习、走上社会也是十分有益的。

物理学是一门以观察和实验为基础的学科，大多物理规律都是在实验的基础上建立起来的，要想让学生牢固地掌握和熟练运用物理规律，就必须培养学生探究物理规律的能力。在后面的“探究物体加速度与合外力、质量的关系”、“探究导体的电阻大小与哪些因素有关”、“探究安培力大小”、“探究单摆周期与哪些因素有关”等等教学中，如果能把控制变量法运用于其中，那么教师将教得更加顺利，学生也会学得更加轻松，很容易收到事半功倍、举一反三的攻效，能获得很好的教学效果。可见，控制变量法不仅是一种实验研究方法，而且是一种带有普遍意义的思想方法。通过这种方法，任何多变量问题都可以转化为单变量问题来研究，这样就可以使一个很复杂的问题变得简单、容易，便于学生理解和掌握。这样就使我们的教学不仅仅“授学生以鱼”，更重要的是授予了学生自己“渔猎”的本领和方法，使学生在以后的学习中更加轻松、愉快。

参考文献

［1］ 李虹.浅谈控制变量法在初中物理电学中的应用

运动生物力学的研究方法范文第5篇

（一）教材地位和作用

“平抛运动”是人教版高中物理（必修2）第一章第二节的内容，在《普通高中物理课程标准》中《抛体运动》的内容标准为“会用运动合成与分解的方法分析抛体运动，能分别在水平方向和竖直方向建立直角坐标系，描绘抛体运动的物理规律”。

平抛运动是一种最基本最重要的曲线运动，是运动的合成与分解知识的一次实际应用，是研究抛体运动及其他曲线运动的前提，也是研究带电粒子在电场中运动的基础，在高中物理中从知识、方法和物理思想上讲都有极其重要的地位。

（二）教学目标分析

1.知识与技能目标

（1）知道什么是平抛运动，平抛运动有哪些特点。

（2）掌握平抛运动的规律。

（3）理解、认同平抛运动的研究方法，并能迁移到研究一般抛体运动中去。

2.过程与方法目标

用“演绎推理”“实验验证”的方法生成平抛运动的规律，使学生亲历物理规律建立的过程。

3.情感、态度与价值观目标

（1）利用已知的直线运动的规律来研究复杂的曲线运动，渗透“化曲为直”“化繁为简”“等效替换”等重要的物理思想。

（2）通过对平抛运动的规律的建立，增强学生学习物理的兴趣，感受学习成功的快乐。

（三）重难点分析

教学重点：通过演绎推理、实验验证的方法，构建平抛运动的规律。

教学难点：如何引导学生进行实验验证并理解、认同平抛运动的规律。

二、学情分析

（一）学生具备的认知基础

通过学习学生对于匀速直线运动、匀变速直线运动的规律已经比较熟悉；对于力与运动的关系理解也比较深刻；由于刚学过运动合成与分解的知识，对分析曲线运动的方法（化曲为直，化繁为简）并不陌生。具备了一定的理解、分析、推理、实验和运用数学方法的能力。

（二）学生可能面临的挑战

对曲线运动的研究，由于综合性比较强，学生综合分析的能力、实验能力可能面临挑战。

三、教法、学法分析

（一）教法分析

《普通高中物理课程标准》中明确指出：教师是教学活动的组织者、引导者、合作者，在教学中要充分调动学生的积极性、主动性。本着这一原则，我主要用问题引导、情境创设、实验探究的教学法。用情境创设的方法提出问题，用问题驱动课堂。通过演示实验、学生实验让学生亲自动手、亲身参与，体现学生的主体地位。

（二）学法分析

学生作为教学活动的主体，其在学习过程中的参与状态和参与度是影响教学效果的主要因素。为了全面调动学生的积极性，在学法上我主要采用“小组合作学习，探究学习，讨论学习”的方法。以“自主”“合作”“善导”为主题，通过小组合作，实验探讨、小组交流讨论、师生交流的方法得出平抛运动的规律，提倡小组协作，互相帮助，使学生的学习积极性得到充分发挥，使教学的对象面向全体。

四、教学过程分析

在《普通高中物理课程标准》中明确指出：新的课堂教学应该重视学生探索新知识的经历和获得新知的体验，不能让学生脱离内心感受，必须让学生追求过程的体验。基于以上原因，我设置了以下五大环节：①情境创设，切入主题；②科学抽象，形成概念；③演绎推理，生成规律；④创新实验，认同规律；⑤启迪思维，当堂检测。

播放宜昌市一中校篮球队主力前锋高一（12）班张腾同学一漂亮三分球的视屏。通过技术处理记下了篮球在空中运动的轨迹，引导学生观察。

【设计意图】用学生比较熟悉的同学和比较喜爱的运动引入主题，拉近和学生的距离，激发学生的求知欲望。同时引导学生观察抛体运动轨迹，向学生展示物理现象之美。

教师通过实物演示斜上抛、斜下抛、平抛运动，抛砖引玉，引导学生举出平抛运动的实例。引导学生抽象出平抛运动的概念。

【设计意图】本着从感性到理性的原则，让学生从身边现象和亲身体验中，获得感性认识，再上升至理性，加深学生对平抛运动概念的理解。

提出问题：如何研究平抛运动？给出具体情境。让学生以小组为单位，参看课本和导学案搭建的研究框架，用演绎推理的方法层层递进，从理论上生成平抛运动的规律，然后交流、展示。

【设计意图】让学生亲身感受用演绎推理方法构建物理规律的过程，生成平抛运动的规律。

提出问题：在相互垂直的方向上用力与运动关系确定分运动的性质，用运动与合成分解方法构建平抛运动规律，这样一种从理论上研究的方法是否可靠？引导学生分别从水平、竖直方向上提出验证的实验方案。设计对比试验验证竖直方向上的分运动是自由落体运动，对竖落仪进行改装，在竖落仪上增加一个做平抛运动的小球，让三个小球同时落下，丰富实验内容。

【设计意图】通过创新对比试验，丰富了实验内容，培养了学生逻辑推理，综合分析的能力，增加学生的学习兴趣和积极性，真正认同竖直方向的猜想。

在竖直方向分运动性质得以验证的基础上，讨论验证水平方向分运动的实验方案，提出用研究轨迹的方法验证结论的实验方案，创新设计出了这个学生实验装置。本实验的装置器材是一大直径的饮料瓶及油膜法测分子直径用的方格板和水槽。学生以小组为单位，描绘水流平抛运动的轨迹，并分析轨迹，同时展示老师课前实验的结果，得出结论。

【设计意图】物理教育家朱正元先生说过“物理实验不必一定要在实验室中寻找，坛坛罐罐制的仪器，拼拼凑凑的实验有时更能减少人们对科学的距离感”设计这个实验的目的并不是让学生设计严密的实验方案，进行仪器的拼装，有条不紊地进行实验，得出准确的实验结果。而是让学生以小组为单位，描绘轨迹，讨论分析轨迹的方法，分析处理轨迹，亲身参与实验研究物理的过程，体会实验是研究物理问题的重要手段，使学生产生共鸣，科学就在身边，科学是很有趣的。

在学生实验验证平抛运动规律的基础上，运用平抛运动的规律当堂完成一例题（课本例1），同时启发学生理论上分析分运动性质的方法是可靠的，可以迁移到研究其他抛体运动中去。

【设计意图】向学生明确指出掌握平抛运动规律，能将平抛运动的方法迁移到研究其他抛体运动中去，是本节课的两大任务。

五、教学预期