2025年大學《智能體育工程》專業(yè)題庫——智能運動材料在體育裝備中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列材料中，屬于典型智能高分子材料的是（）。A.形狀記憶合金B(yǎng).壓電陶瓷C.導電聚合物D.普通不銹鋼2.智能運動服主要用于采集運動員的心率信號，其核心傳感部件通常依賴于（）。A.壓力傳感器B.光學傳感器C.電容式傳感器D.電磁感應傳感器3.能夠在外力作用下產(chǎn)生可逆相變并恢復原始形狀或尺寸的智能材料是（）。A.介電彈性體B.柔性電子器件C.形狀記憶合金D.氣敏材料4.在智能運動鞋墊中，用于感知地面沖擊并反饋信息的材料，最可能應用的是（）。A.自修復橡膠B.壓阻式傳感纖維C.電活性聚合物D.超材料5.將化學能轉(zhuǎn)化為電能為智能傳感器供電的技術(shù)，在可穿戴運動設備中被稱為（）。A.太陽能光伏轉(zhuǎn)換B.振動能量收集C.熱電轉(zhuǎn)換D.化學能量收集6.下列哪項不是智能運動材料在體育裝備中應用需要重點考慮的性能？（）A.靈敏度與分辨率B.輕量化與舒適性C.數(shù)據(jù)傳輸速度D.成本效益7.智能運動手套能夠監(jiān)測手指彎曲角度和力量，這主要得益于其中集成的（）。A.溫度傳感器B.肌電傳感器C.姿態(tài)傳感器D.壓力傳感器陣列8.下列應用中，利用了形狀記憶合金（SMA）驅(qū)動特性的典型智能運動裝備是（）。A.智能發(fā)汗服裝B.仿生肌腱輔助外骨骼C.實時運動姿態(tài)分析服D.導電纖維壓力襪9.衡量智能運動裝備中傳感器數(shù)據(jù)采集和處理速度的指標是（）。A.精度B.實時性C.穩(wěn)定性D.可重復性10.智能運動材料與裝備發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)之一是（）。A.傳感器成本持續(xù)過高B.材料與人體組織的長期兼容性C.缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口標準D.以上都是二、填空題（每空1分，共15分）1.智能運動材料通常具備______、______、______等基本特性。2.能夠感知外界物理量（如壓力、溫度、應變等）并將其轉(zhuǎn)換為可利用信號（通常是電信號）的部件稱為______。3.基于導電纖維或織物制作的柔性傳感器網(wǎng)絡，是智能運動服裝實現(xiàn)______監(jiān)測的重要基礎。4.形狀記憶合金（SMA）在受到______作用后發(fā)生相變，在外力去除并加熱時恢復原狀，從而產(chǎn)生驅(qū)動效應。5.通過收集運動過程中產(chǎn)生的______（如人體運動、環(huán)境振動等）并將其轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，為便攜式智能運動設備提供了一種自供電方案。6.在智能運動裝備的性能評估中，除了功能性指標外，______、______和安全性也是重要的考量因素。7.介電彈性體（DEA）是一種兼具______和______特性的智能材料，在外電場作用下會產(chǎn)生可逆的大變形。8.智能運動材料的發(fā)展趨勢包括更高程度的______、更優(yōu)異的______以及更廣泛的應用領域拓展。三、名詞解釋（每題3分，共15分）1.自修復材料2.柔性電子3.運動生物電信號4.壓電效應5.能量收集技術(shù)四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述壓電材料在智能運動裝備中至少兩種不同的應用方式。2.與傳統(tǒng)材料相比，智能運動材料在提高運動表現(xiàn)方面具有哪些潛在優(yōu)勢？3.解釋什么是摩擦納米發(fā)電機（TENG），并簡述其在運動能量收集方面的應用前景。4.闡述智能運動裝備在設計和應用中需要考慮的關(guān)鍵因素。五、論述題（10分）結(jié)合智能運動材料的相關(guān)知識，論述其在運動員技術(shù)動作分析和優(yōu)化方面可能發(fā)揮的作用，并分析當前面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.B5.D6.C7.B8.B9.B10.D二、填空題1.感知、響應、執(zhí)行2.傳感器3.運動生理4.力學（或應變速率、形變）5.機械能（或動能、振動能）6.舒適度、耐用性（或舒適性、便攜性）7.彈性體、電活性8.集成化、智能化（或集成化、多功能化）三、名詞解釋1.自修復材料：指具有在受到損傷后能夠自行或在特定條件下輔助恢復其結(jié)構(gòu)完整性及功能特性的材料。2.柔性電子：指可以彎曲、拉伸甚至卷曲的電子設備或技術(shù)，通?；谌嵝曰搴涂裳诱沟碾娮釉?。3.運動生物電信號：指人體在運動過程中由肌肉、神經(jīng)等組織活動產(chǎn)生的電信號，如肌電信號（EMG）、心電信號（ECG）等。4.壓電效應：某些材料（如壓電陶瓷、部分聚合物）在受到機械應力或應變作用時，其內(nèi)部會產(chǎn)生電荷分離，從而在外部表面形成電勢差的物理現(xiàn)象。5.能量收集技術(shù)：指從環(huán)境中的各種能量源（如光能、熱能、振動能、化學能等）中捕獲并轉(zhuǎn)化為可用電能的技術(shù)。四、簡答題1.解析思路：圍繞壓電效應的原理展開。壓電材料能將機械能轉(zhuǎn)化為電能或產(chǎn)生變形。答：壓電材料在受壓或受拉伸時能產(chǎn)生電荷，可用于制作能量收集器，為裝備供電；壓電材料在施加電壓時會產(chǎn)生形變，可用于制作微型執(zhí)行器或驅(qū)動結(jié)構(gòu)，提供輔助支撐或反饋；利用壓電材料的振動特性，可制作加速度傳感器，用于監(jiān)測沖擊或運動狀態(tài)。2.解析思路：從智能材料特有的功能出發(fā)，與傳統(tǒng)材料進行對比。答：智能運動材料能感知環(huán)境變化（如壓力、溫度、運動狀態(tài)），實現(xiàn)運動數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測與反饋，幫助運動員了解自身狀態(tài)、分析技術(shù)動作；部分智能材料能主動響應環(huán)境刺激（如提供支撐、加熱、制冷），直接改善裝備性能和運動員體驗；通過能量收集技術(shù)，可實現(xiàn)裝備的自供電，提高便攜性和續(xù)航能力；智能化設計有助于實現(xiàn)裝備的個性化和精準化，滿足不同運動員的需求。3.解析思路：解釋TENG的工作原理及其與運動的關(guān)系。答：摩擦納米發(fā)電機（TENG）是利用兩種不同材料的摩擦產(chǎn)生電荷分離效應來發(fā)電的納米器件。運動過程中，人體與周圍環(huán)境（衣物、地面、空氣）或人體內(nèi)部不同部位之間存在相對運動和摩擦，這種機械能可以被TENG捕獲并轉(zhuǎn)化為電能。因此，TENG在運動能量收集方面具有廣闊前景，可應用于為可穿戴智能運動設備提供可持續(xù)的電力，無需頻繁更換電池。4.解析思路：從設計者和使用者的角度，列出需要考慮的關(guān)鍵要素。答：智能運動裝備的設計和應用需考慮：1)功能性：傳感器的類型、精度、測量范圍是否滿足監(jiān)測需求；執(zhí)行器的性能是否滿足輔助或驅(qū)動需求。2)舒適性：材料的選擇、重量、透氣性、貼合度等是否適合運動員長時間穿戴。3)生物相容性：材料是否安全，長期使用對人體無害。4)可靠性與耐用性：裝備在運動環(huán)境下的穩(wěn)定性、抗沖擊性、使用壽命。5)能源供應：是否需要電池，電池容量、續(xù)航時間，或能否實現(xiàn)能量收集自供電。6)數(shù)據(jù)傳輸與處理：數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性、穩(wěn)定性、安全性，以及數(shù)據(jù)如何被有效處理和呈現(xiàn)。7)智能化水平：裝備是否具備智能分析、預警、自適應調(diào)節(jié)等功能。8)成本效益：裝備的成本是否在可接受范圍內(nèi)，與其帶來的性能提升是否匹配。五、論述題解析思路：分兩個層面，一是闡述智能材料如何助力動作分析，二是分析當前的技術(shù)瓶頸。答：智能運動材料在運動員技術(shù)動作分析方面具有巨大潛力。首先，通過在服裝、鞋墊、護具等裝備中集成各種微型傳感器（如IMU、肌電、壓力、應變傳感器），可以實時、無創(chuàng)地采集運動員在運動過程中的多維生理數(shù)據(jù)、生物力學數(shù)據(jù)（如關(guān)節(jié)角度、速度、加速度、地面反作用力等）以及運動姿態(tài)信息。其次，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，能夠幫助教練和運動員直觀了解動作的細節(jié)，識別技術(shù)動作中的優(yōu)點和不足，如發(fā)力時機、關(guān)節(jié)活動范圍、能量傳遞效率等。基于這些數(shù)據(jù)，可以進行精細化的技術(shù)診斷和個性化訓練方案制定，從而有效提升運動表現(xiàn)、預防運動損傷。然而，當前面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)包括：1)傳感器融合與標定：如何將來自不同類型、位置的傳感器數(shù)據(jù)進行有效融合，獲得全面、準確、可靠的運動狀態(tài)描述，并建立精確的標定方法。2)數(shù)據(jù)處理與智能化分析：海量數(shù)據(jù)的實時處理、特征提取、模式識別以及智能化分析算法的精度和效率仍需提升，以便快速提供有價值的反饋。3)系統(tǒng)集成與小型化：如何將復雜的傳