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第一章 运动生物力学导论1

本章基本知识要点1

本章内容教学导航1

基本内容1

第一节 运动生物力学在体育学科体系中的地位1

一、体育行业的专业人员2

二、体育工作目标2

三、体育工作对象2

四、体育学科体系中具有生物学属性的“三大基础理论课”2

（一）由生物属性的“人”这个角度来讨论2

（二）由“从事体育运动”这个角度来讨论3

五、小结4

第二节 运动生物力学涉及的基本概念4

一、概念之一：运动生物力学4

（一）运动生物力学定义（Sport Biomechanic）4

（二）运动生物力学所隶属的学科体系4

（三）运动生物力学当前的热点领域表现在运动技术诊断方面5

2．竞技体育的需求带动了相关仪器设备和测量技术的发展5

1．运动技术诊断直接服务于竞技体育5

3．全民健身体育将为运动技术诊断提供更大的活动空间5

2．竞技体育的需求带动了相关仪器设备和测量技术的发展二、概念之二：运动技术原理（又称动作技术原理）5

（一）运动技术原理定义5

（二）体育领域在揭示人体运动基本规律方面的状况6

（三）正确理解运动技术原理7

1．运动技术动作的目的是要获得最大的运动效果7

2．不区分体育项目特点和个人特点7

三、概念之三：最佳运动技术7

（一）最佳运动技术定义7

（二）运动技术形式与选择举例8

1．举例一：急行跳远起跳动作形式与选择9

2．举例二：举重挺举提铃动作形式与选择9

（三）正确理解最佳运动技术9

四、概念之四：运动技术诊断9

（一）运动技术诊断定义9

（二）运动技术诊断的基本过程9

1．了解情况过程（类似于医生的诊断过程）10

2．解决问题过程（类似于医生的治疗过程）10

（三）正确理解运动技术诊断10

1．运动技术诊断的两个过程是有机的整体，都应该给予重视10

2．运动技术诊断不仅仅是针对竞技运动，还可推广到健身运动领域第三节 运动生物力学的基本任务10

一、研究人体形态结构、机能的力学特性，为运动员选材提供依据10

（一）本项任务特点10

（二）举例11

1．肢体的长度对转动角速度、线速度的影响11

2．身高对于举起重物时所做功及耗费肌力的影响11

（三）小结11

二、揭示运动技术原理，为有意识的利用人体运动规律提供支持12

（一）本项任务特点12

（二）举例12

（三）小结13

三、进行运动技术诊断，为体育参加者制定最佳运动技术解决方案13

（一）本项任务特点13

（二）举例13

（三）小结14

四、对体育器械进行力学性能测试，为优化运动器械提供力学依据14

（一）本项任务特点14

（二）举例14

1．撑竿跳高所使用的撑竿15

2．射箭运动安装在弓上的减振器15

（三）小结15

五、对动作结构进行受力分析，为预防运动创伤和促进康复提供辅助方案15

（一）本项任务特点15

（二）举例15

1．预防慢性创伤（以立姿射击、射箭等项目为例）16

2．预防急性创伤举例（以田径短跑为例）16

（三）小结16

第四节 运动技术诊断专论16

一、进行“运动技术诊断”基本工作步骤16

（一）步骤一：确定需要进行运动技术诊断的对象16

（二）步骤二：数据采集（即了解情况过程）17

1．通过肉眼观察，获取与运动技术相关的“定性数据”17

2．通过科学仪器测量，获取与运动技术相关的“定量数据”（三）步骤三：评价被诊断对象当前的运动技术、为其提出最佳运动技术设想17

1．以体育指导者的专业经验作为依据18

2．以优秀运动员的数据作为参照依据18

3．以运动生物力学理论作为评价依据18

（四）步骤四：设计辅助训练手段（即提出解决问题办法）18

（五）步骤五：监控被诊断对象运动技术的改变情况，及时发现问题和修正辅助训练手段（即有效性监控）19

二、运动技术诊断一直是体育教学训练工作的重要组成部分19

复习思考20

第二章 运动技术数据21

本章基本知识要点21

本章内容教学导航21

基本内容21

第一节 运动技术数据的意义21

一、运动学数据对运动技术的意义21

（一）关节位置和关节角度22

1．关节位置23

2．关节角度23

（二）位移和角位移23

1．位移25

2．角位移25

（三）速度和角速度25

1．速度26

2．角速度26

（四）加速度和角加速度26

（五）小结27

二、动力学数据对运动技术分析的意义27

（一）动力曲线27

1．不同的动作会产生不同的动力曲线29

2．不同的人完成相同动作会产生不同的动力曲线29

3．相同的人完成相同动作其动力曲线会有一定差异29

（二）冲量29

（三）小结29

三、运动技术数据采集方式讨论30

第二节 运动学数据的采集及应用30

一、影像测量方法30

（一）影像测量原理31

1．一维方向运动学数据测量32

2．二维方向运动学数据测量32

（二）影像数字化基础32

1．人体影像数字化33

2．影像数字化的步骤33

3．手工计算影像图片运动学数据实验33

（三）摄影测量方法33

1．摄影测量的仪器设备34

2．摄影测量过程介绍34

（四）摄像测量方法34

1．摄像测量的仪器设备37

2．摄像测量过程介绍37

（五）影像测量相关问题讨论37

1．影像测量注意事项41

2．影像测量中的几个计算问题41

二、运动学数据的其他测量方法41

（一）红外光点摄像测量方法（光电图像分析系统）41

（二）电学测量方法41

第三节 动力学数据的采集及应用41

一、力学数据测量原理及其设备42

（一）力传感器42

1．压电晶体43

2．电阻应变片43

（二）测力台43

（三）平衡台44

（四）测力鞋垫45

（五）电阻应变片的应用45

二、动力曲线分析举例46

（一）步态动力曲线47

（二）跳跃动力曲线47

（三）投掷铅球最后用力动作的动力曲线48

实验与技能49

实验一 摄像机操作，视频数据转换操作49

实验二 运动技术图片手工测量计算基础49

实验三 运动技术录像解析系统（教学实验用软件）52

实验四 运动技术录像解析系统（录像解析专用软件）53

实验五 测力设备的使用（三维测力台）53

实验六 应变片粘贴技术与应变测力仪53

实验七 平衡台测量重心位置54

复习思考54

第三章 运动生物力学基本原理55

本章基本知识要点55

本章内容教学导航55

基本内容55

第一节 运动学基本知识55

一、人体运动的基本形式56

（一）人体的线运动56

（二）人体的角运动56

（三）复合运动57

二、匀变速直线运动公式57

三、斜抛运动58

（一）抛点和落点在同一个水平面上时的斜抛运动58

1．初速度60

2．任意点的速度60

3．斜抛到达顶点的时间60

4．总时间60

5．最大远度（由总时间t进行计算）60

6．最大高度（由达到最大高度的时间t1进行计算）60

（二）斜抛运动的其他情况60

1．当抛点高于落点时的斜抛运动63

2．当抛点低于落点时的斜抛运动63

3．竖直上抛运动63

4．自由落体运动63

四、运动曲线63

（一）“运动轨迹”曲线63

（二）“速度-时间”曲线63

（三）“加速度-时间”曲线64

第二节 动量定理及其应用64

一、动量定理64

（一）动量（mv）64

1．物体运动量影响因素分析65

2．动量的构成65

（二）冲量（Ft）65

1．力的作用效果影响因素分析66

2．冲量的构成66

（三）动量定理66

（四）动量守恒定理66

二、动量定理在体育运动中的应用66

（一）投掷类66

（二）打击类67

（三）蹬伸类67

（四）缓冲类68

（五）作业点评68

第三节 动量矩定理及其应用69

一、动量矩定理69

（一）角运动的基础知识69

1．力矩（M）72

2．转动惯量（J）72

3．转动惯量理论公式72

4．规则体转动惯量及计算公式72

5．非规则体的转动惯量72

（二）动量矩定理72

1．动量矩74

2．冲量矩74

3．动量矩定理74

4．动量矩守恒定理74

二、动量矩定理在体育运动中的应用74

（一）动量矩定理应用中的问题74

1．定轴转动75

2．定点转动75

3．腾空后转动的特点75

（二）适合于动量矩定理的常见体育技术动作75

1．翻转类77

2．相向动作类77

3．扭转动作类77

4．局部肢体绕关节转动类77

第四节 稳定性原理及其应用77

（一）重心77

（二）影响稳定性的因素78

1．重心高低81

2．支撑面大小81

3．稳定角大小81

第五节 流体力学原理及其应用81

（一）流体力学基本知识81

1．压强83

2．流体的浮力83

3．比重83

4．浮心83

（二）伯努利定律83

（三）马格努斯效应84

第六节 骨、肌肉力学特征及其应用84

一、骨受力特征84

（一）受力形式（载荷形式）84

1．压缩85

2．拉伸85

3．弯曲85

4．扭转85

5．剪切85

（二）人体承受外力极限能力的比较85

1．同一部位骨骼承受极限载荷能力比较86

2．上下肢承受极限载荷能力比较86

（三）肌肉活动对骨受力形式的影响86

（四）机械应力对骨结构的影响87

二、肌肉力学特征87

（一）肌肉力学模型87

1．肌纤维结构88

2．肌纤维力学模型88

3．肌力构成88

4．实例88

（二）肌肉松弛88

1．概念89

2．原因89

3．举例89

第七节 运动技术原理89

一、人体肢体基本运动形式89

（一）上肢动作89

1．推89

2．拉89

3．鞭打89

（二）下肢动作89

1．蹬伸90

2．缓冲90

3．鞭打90

（三）全身动作90

1．躯干扭转90

2．相向运动90

3．摆动90

二、运动技术原理90

（一）杠杆原理90

1．杠杆分类92

2．人体关节杠杆类型举例92

（二）复杠杆原理92

1．对于完成技术动作93

2．对于完成力量练习动作93

（三）关节运动顺序性原理93

（四）鞭打动作原理93

实验与技能94

实验八 一维重心测量94

实验九 纵跳实验（肌肉松弛现象或惯性力现象）95

复习思考96

第四章 运动技术分析97

本章基本知识要点97

本章内容教学导航97

基本内容97

第一节 运动技术分析的方法和一般步骤97

一、运动技术分析的概念及作用98

（一）运动技术分析（或运动技术诊断）98

（二）运动技术分析的作用举例98

二、运动技术要素及其意义98

（一）运动技术的多样性和规律性98

1．运动技术的多样性，使运动技术分析难度加大99

2．运动技术的规律性，使运动技术分析有矩可循99

3．运动技术要素99

（二）运动技术要素的数据形式及其作用99

1．动作姿位（姿势）103

2．动作幅度103

3．动作变化率103

4．用力方式103

5．力的作用效果103

6．动作协调性103

7．肌电图数据103

三、选用运动技术要素的要点103

（一）依据运动技术任务和特征选择要素103

（二）突出主要运动技术要素104

（三）各运动技术要素的优化组合104

四、运动技术分析一般步骤及方法104

（一）划分运动技术环节104

（二）确定运动技术环节中的关键技术环节和相互联系105

1．关键技术环节106

2．相互联系106

（三）确定运动技术分析的对象、地点和测量方法106

1．运动技术分析的对象107

2．测试地点107

3．测量方法107

（四）数据处理与数据分析107

1．数据处理108

2．数据分析108

五、运动技术分析中主要问题讨论108

（一）运动技术模式问题108

（二）运动技术诊断问题108

（三）技术训练的针对性问题109

第二节 跑的运动技术分析109

一、分析跑的准备工作109

（一）跑的运动技术环节分析109

（二）跑步的运动技术要素分析110

1．步长（位移）111

2．步频（速率）111

3．步长和步频关系111

4．选用运动技术要素特点111

二、途中跑技术的运动学分析111

（一）时间数据特征111

（二）位移数据特征113

（三）关节角度数据特征114

（四）协调性115

三、途中跑技术的动力学分析116

（一）支撑力分析116

1．支撑反作用力与动作对应图119

2．动力曲线图（力-时间曲线）119

（二）力矩分析119

1．前蹬阶段力矩分析120

2．蹬伸阶段力矩分析120

第三节 跳的运动技术分析120

一、跳的力学原理及主要技术环节分析120

（一）助跑120

（二）助跑与起跳的衔接121

（三）起跳121

1．增大重心上升的高度123

2．缩短起跳时间123

（四）腾空和落地123

（五）选用运动技术要素特点124

二、跳远124

（一）影响跳远成绩的因素124

（二）助跑125

（三）助跑与起跳的衔接125

（四）起跳126

1．起跳脚着地（即着板）129

2．缓冲129

3．蹬伸129

4．助跑、起跳与跳远成绩的关系129

5．起跳时各力学量分析129

（五）空中动作129

（六）落地129

三、跳高129

（一）影响跳高成绩的因素129

（二）助跑130

1．内倾姿势对形成正确起跳的作用131

2．弧线助跑要考虑的问题131

（三）助跑与起跳的衔接131

（四）起跳131

1．技术要点132

2．起跳时间132

（五）过杆技术132

（六）落坑技术132

第四节 投掷运动技术分析133

一、影响投掷距离的因素133

二、投掷标枪技术134

（一）标枪技术分析134

1．握枪138

2．助跑＋投掷步138

3．最后用力＋缓冲138

（二）标枪的空气动力分析138

第五节 举重运动技术分析140

一、举重的基本知识140

（一）举重技术形式140

1．挺举140

2．抓举140

（二）举重的技术原则140

1．近144

2．快144

3．低144

4．“近、快、低”总结144

（三）举重“双节奏”发力和“下蹲式”技术的发展过程144

（四）选用运动技术要素特点144

二、举重运动技术分析145

（一）运动学数据在举重技术分析中的作用145

（二）动力学数据在举重技术分析中的作用146

1．蹬地力曲线148

2．几个重要数据的讨论148

（三）肌电图数据在举重技术分析中的作用148

第六节 竞技体操运动技术分析148

一、无支撑时的相向运动与制动149

（一）动作形式描述149

1．相向运动149

2．制动149

（二）相向运动的力学特点149

1．转动惯量对相向运动的影响152

2．重力矩对相向运动的影响152

3．肌肉拉力矩对相向运动的影响152

4．举例152

（三）制动的力学特点152

二、力的传递152

三、摆动反作用力153

四、“鞭打”动作155

（一）惯性离心力155

（二）“鞭打”动作带来的惯性离心力155

五、起跳与推手156

（一）提高水平速度问题156

1．提高准备动作速度157

2．减小重心水平速度的损失157

3．腾空抛物线应低些157

（二）提高垂直速度问题157

1．肌肉力量157

2．作用方向157

3．缓冲“刚度”157

4，水平速度对垂直速度的影响157

（三）提高翻转速度的问题157

1．支撑反作用力158

2．摩擦力158

3．摆臂的惯性力矩158

4．制动对翻转的影响158

六、破坏平衡后的紧急处理158

（一）身体向前倾倒时采取的措施158

1．动作措施159

2．人体维持平衡的动作特点159

（二）向翻倒的方向做快速摇臂159

七、滚翻动作的基本规律159

八、后手翻踺子的基本规律161

（一）后手翻踺子技术动作161

（二）动作环节161

（三）后手翻踺子的三个任务162

九、空翻转体类动作的基本规律162

（一）提高腾空抛物线163

（二）提高绕横轴的翻转速度163

（三）获得绕纵轴的转体动量矩163

第七节 游泳运动技术分析164

一、出发技术分析164

（一）出发姿势164

（二）入水姿势165

二、游泳划水的推进力166

（一）手的受力及升阻系数166

1．划水时手受力分析168

2．手的姿势确定168

3．升阻系数168

（二）划水力168

1．划水路线170

2．划水推进力的类型170

3．合理的划水路线170

4．有关手的迎角170

（三）四种泳姿划水路线的分析170

1．爬泳172

2．蝶泳172

3．仰泳172

4．蛙泳172

三、游泳中两腿动作的技术分析172

（一）打水、蹬水的力学分析172

1．打水173

2．蹬水173

（二）爬泳打腿频率的实验分析173

实验与技能174

实验十 设计制定“运动技术分析方案”174

复习思考176