1、精品文檔運動生物力學(xué)教學(xué)實驗Experiment of Sports Biomechanics第一節(jié)實驗須知(Notice of Experiment)1、 實驗課目的(Purpose運動生物力學(xué)教學(xué)實驗的目的在于通過實驗使學(xué)生掌握運動生物力學(xué)教學(xué) 實驗的基本操作技術(shù)，以及反映人體運動技術(shù)動作運動生物力學(xué)特征測試與評 定。初步掌握獲得運動生物力學(xué)知識的科學(xué)方法，驗證運動生物力學(xué)的基本理論。 培養(yǎng)學(xué)生辯證唯物主義的觀點，求實的科學(xué)態(tài)度和正確的思維方法，以及對事物 具有客觀地觀察、比較、分析和綜合的能力，從而為科學(xué)地組織體育教學(xué)、指導(dǎo) 體育鍛煉與訓(xùn)練，以及進行體育科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。2、 實驗課要求

2、(Requirement)1、實驗前認真閱讀實驗指導(dǎo)，了解實驗?zāi)康?、要求、原理、步驟和操作 程序。2、嚴格遵守實驗室有關(guān)規(guī)定。3、按實驗步驟操作。4、儀器使用要嚴格按操作規(guī)程進行，如有儀器故障或損壞，及時報告實 驗教師，不得自行修理和拆卸。5、愛護實驗儀器設(shè)備，注意安全。6、分工合作，各項工作輪流擔(dān)任，認真做好實驗記錄。7、實驗后整理儀器設(shè)備，打掃衛(wèi)生，關(guān)閉電源。8、認真整理實驗記錄，做出實驗結(jié)論，寫出實驗報告。3、 實驗報告的內(nèi)容和要求(Content and requirement of Report1、實驗報告(Report of experiment ) 實驗名稱、姓名、年級、班級和實

3、驗日期 實驗?zāi)康?實驗原理 實驗儀器設(shè)備 實驗方法與步驟 實驗結(jié)果 討論和結(jié)論根據(jù)已知的理論討論分析實驗結(jié)果，并指出實驗結(jié)果的省區(qū)力 學(xué)意義。實驗結(jié)論是從實驗結(jié)果中歸納出的一般的概括性的判斷，即是 某一實驗所能驗證的某本概念、原理或理論的簡明總結(jié)。四、 說明(Introduction)由于我院的實驗條件尚不健全， 部分實驗暫時不能開設(shè)，有的實驗采用 其他更加簡單的方法所取代。但是我們正在積極努力改善實驗條件， 爭取在 短時間內(nèi)建立健全運動生物力學(xué)實驗室和相應(yīng)的實驗設(shè)備和儀器， 以保證運 動生物力學(xué)的教學(xué)與科研的正常進行， 提高教學(xué)與科研的質(zhì)量，完成教學(xué)任 務(wù)。第二節(jié) 實驗內(nèi)容(content

4、of experimenJ實驗一人體一維重心測量實驗?zāi)康?purpose):學(xué)習(xí)用一維重心測量板測定人體重心的實驗方法。分析影 響人體重心位置的因素實驗原理(principle):依據(jù)靜力學(xué)的力矩平衡原理進行人體重心位置的測定。(見圖9-1測定公式：E Ma = 0W AD (M-M0) AB = 0AD = M Mg ABWAD為被試標(biāo)準站立姿勢時的總重心的絕對高度，為了便于比較可計算人體重心 的相對高度計算公式為：重心相對高度二重心絕對高度/身高X 100%圖9-1實驗儀器與材料(instrument and material):體重秤、一維重心測量板、身高儀方法與步驟(method an

5、d step :1、學(xué)生兩人一組。2、赤足測量每人的身高、體重。3、被試者以標(biāo)準解剖姿勢平躺在測量板上，另一學(xué)生讀出體重秤讀數(shù)并記錄諛 表中，然后被試者兩臂平舉和兩臂上舉，記錄體重秤的讀數(shù)。4、依據(jù)上述原理和測量數(shù)據(jù)結(jié)果，分別計算出不同姿勢的重心高度和標(biāo)準解剖 位的相對高度。5、根據(jù)測量結(jié)果寫出實驗報告。實驗二分析法、圖解法測定人體重心第三章實驗?zāi)康?purpose):學(xué)習(xí)運用分析法和圖解法在運動圖片上計算人體重心的方 法和原理，深入了解影片解析儀上計算人體重心的基本原理和方法。實驗原理(principle)：分析法測定人體重心是以合力矩原理為依據(jù)，選定的人 體模型，依據(jù)所確定的模型提供的參數(shù)

6、， 分別計算出各環(huán)節(jié)重心，然后相對確定 的直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸進行力矩合成。公式如下：nnE PiXciE PiYciXc = i=lYc=j=iPP式中Xc、Yc是人體總重心在坐標(biāo)系 OXY中的相應(yīng)坐標(biāo)值，Xci、Yci人體各環(huán) 節(jié)在同一參考坐標(biāo)系中的相應(yīng)坐標(biāo)值，Pi是各環(huán)節(jié)的重量，n是計算總重心坐標(biāo)時所取的環(huán)節(jié)總數(shù)，P是人體總重量，若把P看成1,則Pi為相對重量，那么, 公式可以簡化為：nnXc = E PiXciYc= E PiYcii=1i=1實驗儀器與材料（instrument and material）:運動技術(shù)圖片一張、直尺、坐標(biāo)紙 實驗方法與步驟（method and step

7、:1、建立直角坐標(biāo)系2、確定各關(guān)節(jié)重心點3、連接關(guān)節(jié)點構(gòu)成人體單線圖4、測量各環(huán)節(jié)的長度，填入預(yù)制表格內(nèi)5、根據(jù)選定的人體模型的環(huán)節(jié)半徑系數(shù)，測定各環(huán)節(jié)的重心位置和坐標(biāo)，填入 表內(nèi)。6、根據(jù)選定的人體模型的各環(huán)節(jié)相對重量及各環(huán)節(jié)重心坐標(biāo)分別求出P兇、PiYi,填入表格內(nèi)。7、根據(jù)公式求出人體全部環(huán)節(jié)重心nnE PiXiE PiYii=1i=1即為人體總重心Xc、Yc7、在圖中標(biāo)出Xc、Yc。（見圖9-2）圖9-2分析法計算人體重心記錄表環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)重心坐標(biāo)XY相對一里PXPY備注頭0.0706軀干0.4270上臂（左）0.0336上臂（右）前臂（左）0.0228前臂（右）手（左）0.0084手（右

8、）大腿（左）0.1158大腿（右）小腿（左）0.0527小腿（右）足（左）0.0179足（右）合計XPXXPY人體各環(huán)節(jié)相對重量和環(huán)節(jié)重心半徑系數(shù)表（據(jù)松井秀治）環(huán)節(jié)環(huán)衛(wèi)相對重里 男（兩側(cè)）環(huán)衛(wèi)相對重里 女（兩側(cè)）環(huán)節(jié)重心半徑系數(shù) 男環(huán)節(jié)重心半徑系數(shù) 女頭0.0440.0370.630.63頸0.0330.0260.500.50軀干0.4790.4870.520.52上臂0.0530.0510.460.46前臂0.0300.0260.410.42手0.0180.0120.500.50大腿0.2000.2230.420.42小腿0.1070.1070.410.42足0.0380.0300.500

9、.50實驗三不同跑速時步長與步頻關(guān)系實驗第四章實驗?zāi)康模╬urpose :通過實驗,使學(xué)生加深理解速度概念的物理意義,初步掌握 測定平均速率的方法.了解在不同跑速情況下的步長和步頻的變化規(guī)律.實驗原理（principle）:跑速=步長x步頻步頻=步數(shù)/時間實驗儀器與材料 （instrument and material）:計時秒表，20M卷尺實驗方法與步驟（method and step :1同跑速時步長與步頻關(guān)系圖。受試者以慢速、中速、快速和最高速度分4次跑完20M在20M始端加15M預(yù)跑距離，以便進入20M跑道后能以勻速跑完全程。記錄20M跑的時間和步數(shù)。4人為一個實驗組，計時、發(fā)起跑信

10、號、計步數(shù)和受試各一人，輪流司職。上述結(jié)果填入下表。不同跑速時步長與步頻記錄表項目時間/s步數(shù)/次速度/ m s-1步長/ m>Ws1備注慢速中速快速最高速度根據(jù)運動學(xué)公式，分別計算每次跑的速度、步長、步頻，將結(jié)果填入上表。精品文檔精品文檔繪制步長與步頻關(guān)系圖。根據(jù)記錄采集的數(shù)據(jù)和計算結(jié)果，繪制 不同跑速情況下的步長和步頻關(guān)系圖。2、3、20M快跑。由站立式起跑開始，測定 20M跑的最高速度，記錄時間、 步數(shù)，計算出速度、步長和步頻。實驗結(jié)果討論(discussion for resu)lt：1、速度增加時，你的步長與步頻是如何變化的？2、比較 1、 2 兩個實驗中，最高速度的差別是什么

11、？3、根據(jù)文獻，世界優(yōu)秀短跑運動員，在最高速度時，步長約等于1.014 倍的身高。計算出你的最高速度時，步長與身高之比。進行比較評價。4、你認為短跑運動員在速度增加時，步長與步頻應(yīng)該如何變化為宜？實驗四 繪制運動中人體點的軌跡 第八章實驗?zāi)康?purpose) ： 了解人體運動的運動學(xué)特征；掌握人體運動電影圖片繪制點的軌跡的方法。實驗原理(principle) ： 按照運動生物力學(xué)影像測量的要求拍攝的影片，記錄了人體在空間和時間中的運動，反映了人體運動的空間特征、時間特征和時空特征等信息，是分析體育運動動作的重要依據(jù)。將人體運動動作拍攝成影片，再把各幅影片上人體特定點(各關(guān)節(jié)中心)標(biāo)記在坐標(biāo)系

12、中，按時間順序把各點連結(jié)成圓滑曲線。形成人體特定點的運動軌跡。實驗儀器和材料( instrument and material) ： 一組按照運動生物力學(xué)影像測量的要求拍攝的反映運動動作的(短跑運動)影片，米尺，坐標(biāo)紙。實驗方法與步驟(method and step) ：1、按時間順序給照片編號2、在各幅照片上建立統(tǒng)一坐標(biāo)系，并標(biāo)記人體某一點(如髖關(guān)節(jié)中心點)。3、測量各幅照片上人體某點的坐標(biāo)值，標(biāo)記在坐標(biāo)紙上。4、按時間順序?qū)⒏鼽c連成光滑曲線。5、在選取其它關(guān)節(jié)中心點，重復(fù)步驟3、 4。6、觀察曲線形狀。實驗結(jié)果與討論( discussion for resu)lt： 實驗結(jié)果反映了哪些運動

13、學(xué)特點？試描述軌跡反映的運動學(xué)特點？實驗五 繪制人體運動簡圖 第八章實驗?zāi)康?purpose) ： 學(xué)習(xí)根據(jù)電影圖片繪制人體運動簡圖的方法，根據(jù)運動簡圖對運動動作進行初步分析。實驗原理：電影圖片記錄了人體運動的連續(xù)過程，將影片上人體主要各界點標(biāo)記出來， 按一定順序連結(jié)各關(guān)節(jié)點，構(gòu)成人體運動簡圖，可以直觀展示出人體各環(huán)節(jié)的相對位置和主要關(guān)節(jié)的角度，是初步分析運動學(xué)特征的重要依據(jù) 繪制人體運動簡圖記錄表心eX關(guān)Y肩X Y月寸X Y手X Y雕X Y膝X Y踝X Y趾X Y1左右2左右3左右4左右一實驗儀器與材料(instrument and material): 一組按照運動生物力學(xué)影像測量的要求拍

14、攝的短跑或急行跳遠的高速攝影放大照片，米尺坐、標(biāo)紙。實驗方法與步驟(method and step :1、按時間順序給照片編號。2、建立坐標(biāo)系。3、在各幅照片上依次標(biāo)記各關(guān)節(jié)點的位置，按環(huán)節(jié)將關(guān)節(jié)點以直線連結(jié)，構(gòu)成 運動簡圖。4、在坐標(biāo)紙上建立坐標(biāo)系，將前面繪制的各幅運動簡圖按適當(dāng)比例移植在坐標(biāo) 紙上。實驗結(jié)果討論(discussion for result:根據(jù)繪制的人體運動簡圖，描述人體運動 的運動學(xué)特點。實驗六測定人體確定點運動速度隨時間的變化第八章實驗?zāi)康?purpose 掌握利用電影圖片測定人體運動瞬時速度的方法，了解短 跑中瞬時速度假的特點。實驗原理(principle):點的平均

15、速度 V = S / ?T,當(dāng)？t一。時，lim S/?T = V, V 為瞬時速度。?t-0高速攝影的影片中，第k幅畫面某點對應(yīng)的瞬時速度為 Vk = Xk+i Xki/?t,即 根據(jù)k幅畫面的前一幅畫面k- 1幅和后一幅畫面k+ 1幅某點的坐標(biāo)計算其位移， 而時間問隔？t則由攝影頻率決定，設(shè)攝影頻率為 n,單位：幅/S,時間間隔為： ?t = 1 / n k+ 1- (k-1) = 2 / n。當(dāng)攝影頻率較高時，？t-0,平均速度趨近于 瞬時速度Vk一V k。實驗儀器與材料(instrument and material): 一組按照運動生物力學(xué)影像測量的 要求拍攝的短跑的高速攝影放大照片

16、一套，米尺實驗方法與步驟(method and step :1、將放大照片按時間順序編號。2、在各幅照片上建立統(tǒng)一坐標(biāo)系3、在各幅照片上標(biāo)記右髖關(guān)節(jié)點，并測量，記錄其X 坐標(biāo)。4、根據(jù)Vk = Xk+ i-Xk 1 / ?t,計算各幅照片對應(yīng)時刻的瞬時速度，式中 ？t由攝影頻率和影片間隔數(shù)確定。即根據(jù)?t = 1 / n k 1(k 1) = 2 / n 來計算。5、求出各幅影片對應(yīng)時刻的瞬時速度(從Vk = Xk+iXki / ?t求出的速度須換算成實際速度，因為點的坐標(biāo)值是在照片上量出的，乘以照片的比例系數(shù)才是實際尺度，比例系數(shù)根據(jù)拍攝動作同時拍攝的比例尺換算，如1 米長的比例尺，在照片上

17、測量為10cm,則比例系數(shù)為10,根據(jù)Vk =Xki-Xki / ?t得到的結(jié)果乘10) ，然后繪制出V-t 曲線。6、觀察曲線并分析速度隨時間變化規(guī)律實驗結(jié)果討論(discussion for resul) t： 描述短跑中人體右髖關(guān)節(jié)的速度-時間曲線特征。實驗七 測定人體重心運動速度隨時間的變化第八章實驗?zāi)康?purpose) ： 學(xué)習(xí)高速攝影照片測量人體重心速度的方法，進一步熟悉分析法測定人體重心方法。實驗原理(principle)：測定速度的原理同實驗六，當(dāng)？t-0時，平均速度趨近于 瞬時速度。實驗儀器與材料( instrument and material) ： 同實驗六。實驗方法與

18、步驟(method and step) ：1、同實驗六。2、同實驗六。3、求各幅照片上的人體重心，測量重心的 X、Y坐標(biāo)值。4、測定速度同實驗六。注意根據(jù)照片測定的速度要乘比例系數(shù)，當(dāng)然，如果速度已經(jīng)經(jīng)過換算，不乘比例系數(shù)。5、同實驗六。6、觀察曲線，分析速度隨時間的變化情況。實驗結(jié)果討論( discussion for resu)lt： 描述短跑中人體重心速度隨時間變化規(guī)律。實驗八 測定短跑中人體關(guān)節(jié)角隨時間的變化 第八章實驗?zāi)康?( purpose) ： 學(xué)習(xí)使用電影圖片測定人體主要關(guān)節(jié)角度的方法和繪制關(guān)節(jié)角時間曲線的方法，并掌握關(guān)節(jié)角時間曲線分析運動學(xué)特征的方法。實驗原理(princip

19、le) ： 根據(jù)關(guān)節(jié)點的位置確定環(huán)節(jié)縱軸，相鄰兩環(huán)節(jié)的縱軸的夾角為關(guān)節(jié)角。用量角器獲得。也可以通過計算3 個關(guān)節(jié)點構(gòu)成的三角債確定其數(shù)值。 各幅畫面的時間關(guān)系由攝影頻率確定。在測定了關(guān)節(jié)角、時間的基礎(chǔ)上可繪制關(guān)節(jié)角時間曲線，該曲線對分析運動學(xué)特征具有重要價值。實驗儀器與材料( instrument and material) ： 一組按照運動生物力學(xué)影像測量的要求拍攝的短跑高速攝影放大照片，米尺、量角器，坐標(biāo)紙。實驗方法與步驟(method and step) ：1、按時間順序給照片編號。精品文檔精品文檔2、建立坐標(biāo)系。3、標(biāo)記各關(guān)節(jié)點，并將其連成單線圖。4、 用量角器測量各幅照片上的相應(yīng)關(guān)節(jié)

20、角度(根據(jù)需要選擇關(guān)節(jié))， 按時間順序詳細記錄下來。5、根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)繪制關(guān)節(jié)角時間曲線。6、分析比較曲線。實驗結(jié)果討論(discussion for resu)lt： 描述關(guān)節(jié)角時間曲線的特征。實驗九肌肉力學(xué)實驗實驗?zāi)康?purpose) ： 培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)的力學(xué)、肌肉力學(xué)及人體整體動作原理，分析人體基本技術(shù)動作，提高分析解決問題的能力。實驗原理(principle) ： 肌肉收縮的力學(xué)原理牛頓第二定律 才=ma實驗儀器與材料( instrument and material) ： 5 米皮軟尺(10把、加松緊帶)實驗方法與步驟(method and step) ：1、現(xiàn)場實測四種不同縱跳方

21、式的縱跳高度。2、縱跳方式由站立開始的加擺臂的自由縱跳由站立開始，沒有擺臂的縱跳站立開始，下蹲后停留若干秒，加擺臂的縱跳由半蹲開始，沒有擺臂的縱跳。3、每種方式各做三次(男女各三次)，求平均值填表。4、用一條松緊帶將皮尺系在受試者的腰部，記錄起跳前后的原始刻度H 1， 縱跳結(jié)束后， 記錄皮尺的刻度H 2， H = H 2 H 1 為受試者的實際縱跳高度。將結(jié)果填表。實驗結(jié)果討論( discussion for resu)lt： 根據(jù)不同方式縱跳高度，運用肌肉力學(xué)及人體整體動作的理論對測試結(jié)果作出評價，確定技術(shù)模式。寫出實驗分析報告。實驗十雙腳原地縱跳的力學(xué)特征實驗分析第二章實驗?zāi)康?purpo

22、se) ： 學(xué)習(xí)測量人體運動的動力學(xué)特征的犯法，分析原地縱跳的力學(xué)特征。實驗原理(principle) ： 為分析運動員在踏跳時與支撐點的相互作用所采用的專門測力系統(tǒng)。測力系統(tǒng)由一維及三維測力臺、放大器、記錄儀或電腦組成。測力臺-放大器-記錄儀在縱跳時運動員身體重心騰起的最大高度，按豎直上拋公式計算：2H = 1 / 2 gt2最大起跳速度用以下公式計算：Vt = gt公式中的t 為人體離測力臺達到最高點的時間。實驗儀器與材料( instrument and material) ： 實驗設(shè)備包括一維或三維專用測力系統(tǒng)、體重秤。實驗方法與步驟(method and step) ：1、介紹測力系統(tǒng)

23、的構(gòu)成及原理，接通系統(tǒng)，進入工作前狀態(tài)。2、測定受試者的體重3、受試者在測力臺上完成3種姿勢的縱跳。由半蹲開始，無反向運動不加擺 臂的縱跳，由站立開始不加擺臂的縱跳，由站立開始的加擺臂的自由縱 跳。4、取下記錄實驗結(jié)果的繪圖紙或 3種縱跳的垂直力曲線。標(biāo)定橫坐標(biāo)單位長度 的時間和縱坐標(biāo)單位長度的力值。5、在3種動作的垂直力曲線圖上劃分動作階段，并將各動作階段的延續(xù)時間和 起跳垂直力峰值填入記錄表。縱跳實驗記錄表測量結(jié)果方式1方式2方式3備注緩沖時間（t）蹬伸時間（t）騰空時間（t）重心騰起最大高度 H 1起跳最大速度V6、按公式H = 1 / 2 gt2、Vt = gt計算出3種縱跳騰起的最大

24、高度和最大速度,其結(jié)果填入表內(nèi)。實驗結(jié)果討論（discussion for result1、分析各種不同縱跳動作過程中垂直力曲線的變化規(guī)律，區(qū)分其差異及產(chǎn)生的 原因。2、分析各種不同縱跳動作過程中肌肉工作的情況。注：由于體育學(xué)院沒有測力系統(tǒng)，該實驗暫時不能進行。實驗十一技術(shù)圖片上測定人體的穩(wěn)定角第三章實驗?zāi)康模╬urpose）:通過實驗學(xué)習(xí)在技術(shù)圖片上求解人體穩(wěn)定角的方法。實驗原理（principle）：根據(jù)穩(wěn)定角的概念，在技術(shù)圖片上測量出人體重心的位 置和支撐面的邊界點，就可以確定人體在不同方位上的穩(wěn)定角。實驗儀器與材料（instrument and material）:技術(shù)圖片、直尺、量角

25、尺、大頭針、坐標(biāo)紙。實驗方法與步驟（method and step :1、根據(jù)實驗二的犯法求解圖片中人體重心位置。2、確定不同方位上的支撐面邊界點。3、在坐標(biāo)紙上繪出人體單線圖，標(biāo)出人體重心位置。4、由人體重心垂線連結(jié)重心和支撐面邊界點的連線。5、測量人體重心垂線與重心到支撐面邊界點連線之間的夾角。實驗結(jié)果與討論（discussion for result:分析影響人體動作穩(wěn)定性的因素。實驗十二轉(zhuǎn)椅實驗-動量矩守恒定律的驗證實驗?zāi)康模╬urpose）:通過實驗加深理解動量矩守恒的適用條件，了解角速度和 轉(zhuǎn)動慣量的關(guān)系。實驗原理（principle）:動量矩守恒定律。公式：Iom = Itwt實

26、驗儀器與材料 （instrument and material）:茹可夫轉(zhuǎn)椅實驗方法與步驟：1、受試者坐在轉(zhuǎn)椅上，手持啞鈴兩臂側(cè)平舉，由其他人幫助轉(zhuǎn)椅獲得初始轉(zhuǎn)動 速度，然后觀察兩臂收至胸前時角速度的變化及展開兩臂時角速度的變化。圖9-32、受試者坐在轉(zhuǎn)椅上，手持啞鈴兩臂同時向一側(cè)擺動，觀察人與轉(zhuǎn)椅系統(tǒng)的運 動狀態(tài)變化情況。提示：本實驗不考慮轉(zhuǎn)軸摩擦力矩和空氣阻力矩的作用，假定合外力矩為零 實驗結(jié)果討論（discussion for result描述實驗現(xiàn)象并分析原因。注：由于沒有茹可夫轉(zhuǎn)椅轉(zhuǎn)椅，暫用其他方式替代。實驗十三用物理擺法測定人體轉(zhuǎn)動慣量實驗?zāi)康模╬urpose:通過實驗學(xué)習(xí)測定人體轉(zhuǎn)動慣量的實驗方法，測量和分析 人體在各種不同姿勢下相對于通過身體質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動慣量。實驗原理（principle）:物理擺是在重力作用下繞不通過質(zhì)心的水平定軸擺動的 剛體。物理擺的擺動周期T同它的質(zhì)量mi質(zhì)心到懸軸的距離L以及相對于轉(zhuǎn)動 軸的轉(zhuǎn)動慣量I有關(guān)，其關(guān)系式為：T = 2冗I/mgl利用物理擺（秋千）測定轉(zhuǎn)動慣量。根據(jù) T = 2冗Jl/mgl ,可以得到秋千的轉(zhuǎn)動慣量公式：Io= T 02 m0gLo-22"4兀式中mo、L0分別是秋千的質(zhì)量和秋千質(zhì)心到轉(zhuǎn)動軸的距離，T0是秋千的自由擺動周期，兀=3.14 g = 9.