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问题的提出

作为一个中国少年,王一心也决心打好乒乓球。他平时就喜欢打乒乓球,但是在前段时间也遇到了难题——当对手打来旋转球时总是接不到。平日里,王一心愿意跟同学们谈论打乒乓球的事情,也请教了同样的问题,但成效甚微。他没有气馁,为了解决这个难题,王一心决定亲自找出答案。

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驱动性问题设计

在乒乓球比赛中如何接好旋转球呢?这个问题对于一个五年级的学生来说却是有难度。王一心先请教了老师,老师建议他可以先查查有关旋转球的知识,比如旋转球飞过来的状态是怎样的。通过查阅资料,王一心明白了乒乓球的旋转种类共有四种。只要先分析出每种旋转球的受力情况与运动状态,再找出旋转球撞到垂直球拍的运动轨迹,最后根据运动轨迹调整球拍的位置就可以了。

有了初步的计划,王一心先向老师阐述了自己的研究思路,获得了老师的肯定与表扬,王一心特别激动与兴奋,已经迫不及待要实施了。

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研究方法与研究方案的确定

在乒乓球比赛中如何接好旋转球呢?这对于五年级的学生来说确实有些难度。王一心同学先跟老师进行了深入探讨,老师建议他可以从乒乓球的受力情况与运动状态入手,分析不同旋转球每一阶段的受力情况与运动状态。根据打乒乓球的经验,他决定将此分为4个阶段:首先掌握旋转球的种类,之后分析不同旋转球的受力情况与运动轨迹,再研究每种旋转球撞到球拍后的受力情况与运动轨迹,最后调整球拍的位置就可以接好旋转球了。

确定了研究思路,王一心十分激动与兴奋,他迫不及待地与老师分享了自己的研究思路,得到了老师的肯定与表扬。

在乒乓球比赛中如何接好旋转球政务问题的本质是物质的运动与相互作用,这里的物质包括乒乓球与球拍。王一心可以根据自己的经验将旋转球的运动分为4个阶段,这是非常难得的事情,是一个良好的开端。

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研究过程

01

旋转球的种类

通过查阅资料,我了解到旋转球的种类较多,有人将旋转分为24种,没想到居然有这么多种。这里王一心仅对上旋、下旋、左旋、右旋四种最基本的旋转球进行探究,搞清楚这4类旋转,其他旋转就可以举一反三了。

02

旋转球的受力分析与运动轨迹

在老师演示这四种旋转球时,王一心不仅观察到球的旋转方向不同,而且发现了不同旋转球的运动轨迹和落点位置好像不同。这到底是因为实验误差不同引起来的还是原本就不同呢?接着他做出来猜测:不同的旋转球应该会有不同的运动轨迹和落点位置。

在对比实验之前,老师教给了他有关力的知识:压力、弹力、合力的计算方法等。为了得出准确的结果,王一心进行了科学课上学到的对比实验。在对比实验中,可以改变的条件只有一个,其他条件都应保持一致。在老师的帮助下,他顺利地完成了实验,总结出了其中的规律。

如何在乒乓球比赛中接好旋转球?

以上旋球为例,上旋球从左侧飞入,乒乓球周围的空气流动方向如图所示: 

上旋球从左侧飞入,旋转的乒乓球周围的空气也在跟着球一起旋转。 同时,乒乓球向右飞行,空气相对向左流动。 这样,乒乓球上部的空气流动速度相比球下部空气流动速度要慢。根据空气动力学原理,乒乓球上部所受的压力F1大于下部所受的压力F2(如图),这样乒乓球会受到流动空气给它的一个向下的压力,它的飞行轨迹就会下沉更快。

根据上面方法分析可以得出:

上旋球飞行轨迹向下沉,距离短。下旋球飞行轨迹向上飘,距离长(如图)。

左旋球飞行轨迹向右拐。右旋球飞行轨迹向左拐(如图)。   

03

旋转球撞拍后的受力分析

接着上面的研究来分析旋转球撞到球拍时的受力分析。当左旋球撞到球拍后,球拍胶皮会给乒乓球一个与球飞行方向相反的反弹力F1。 还会给球一个与旋转方向相反的反弹力F2。 F1和F2共同作用在乒乓球上,相当于给球一个合力F,使球反弹后飞向发球人的左面,接球人的右面(如图)。

用上面的方法可以分析得出:上旋球撞拍后,向上飞;下旋球撞拍后,向下扎; 左旋球撞拍后,向左飞。右旋球撞拍后,向右飞。

通过反弹板,王一心对它发出不同旋转的球,查看球的反弹飞行轨迹,实际证实了自己的的分析结论。

04

接旋转球的方法分析

根据旋转球撞拍后的飞行轨迹,通过调整拍面的角度的方法,克服偏移,就可以把球顺利地送回到对方的球台上。

接下旋球时,拍面向后倾斜,摩擦接触球的中下部;接上旋球时,拍面向前倾斜,摩擦接触球的中上部。

接左旋球时,拍面转向来球方向的偏左侧击球;接右旋球时,拍面转向来球方向的偏右侧击球。

研究到现在,王一心已经掌握了其中的原理,接下来只要勤加联系就可以接好旋转球了。

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成果展示

王一心非常开心得到问题的答案,他十分想将自己的研究成果分享给同学,为此,老师专门请他在课堂上向大家讲授“在乒乓球赛中如何接好旋转球”的知识。为了让大家更好的领悟其中原理,老师特意在教室里搭建了简易乒乓球桌,和球拍,方便王一心一边讲解一边示范。对于同学提出的问题,他能够积极解答,必要时还给大家做示范,帮助大家理解。不少同学也是跃跃欲试,就连女生也加入了进来。

经过此次分享交流,同学们不仅收获了很多,而且对科学更加的感兴趣了。可以说王一心点燃了大家心中想去深入探索的火种。他自己想要打好乒乓球的决心更大了。

本案例为人开学校第二届校园小牛顿奖获奖项目,曾获北京市青少年科学影像展评展映活动一等奖