2025年大學(xué)《智能體育工程》專業(yè)題庫——運(yùn)動生物力學(xué)與智能運(yùn)動調(diào)整技術(shù)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每小題3分，共15分）1.運(yùn)動學(xué)2.質(zhì)心3.地面反作用力（GRF）4.運(yùn)動學(xué)分析5.慣性傳感器二、簡答題（每小題5分，共25分）1.簡述牛頓運(yùn)動定律在運(yùn)動生物力學(xué)分析中的應(yīng)用。2.比較光學(xué)追蹤系統(tǒng)和慣性傳感器在運(yùn)動捕捉技術(shù)中的主要優(yōu)缺點(diǎn)。3.簡述步態(tài)周期及其主要分期。4.解釋什么是肌肉效率，并說明影響肌肉效率的因素。5.簡述生物反饋控制在運(yùn)動調(diào)整中的應(yīng)用原理。三、計算題（每小題10分，共20分）1.某運(yùn)動員跑步時，某時刻右膝關(guān)節(jié)角速度為150度/秒，角加速度為30度/秒2。假設(shè)從該時刻起經(jīng)0.5秒后，膝關(guān)節(jié)角速度變?yōu)?80度/秒。請計算：a.該0.5秒內(nèi)膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)過的角度。b.若膝關(guān)節(jié)初始角度為60度，則0.5秒后膝關(guān)節(jié)的角度是多少？2.假設(shè)某運(yùn)動員在水平地面上以恒定速度水平奔跑，質(zhì)量為70kg。已知單腿支撐階段，地面反作用力F=800N，作用點(diǎn)距離支撐腳跟中點(diǎn)前上方10cm（水平方向）。請估算該時刻單腿支撐時產(chǎn)生的地面反作用力矩（以支撐腳跟中點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸）。四、論述題（每小題15分，共30分）1.試述運(yùn)動生物力學(xué)分析在改善運(yùn)動員技術(shù)動作中的應(yīng)用過程，并以一項具體運(yùn)動項目或技術(shù)動作為例進(jìn)行說明。2.探討可穿戴智能設(shè)備在智能運(yùn)動調(diào)整技術(shù)中的應(yīng)用前景與面臨的挑戰(zhàn)。---試卷答案一、名詞解釋1.運(yùn)動學(xué)：研究物體運(yùn)動的幾何特征（位置、位移、速度、加速度等），而不考慮引起運(yùn)動的力。它是運(yùn)動生物力學(xué)的一個分支。2.質(zhì)心：物體上所有質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量的加權(quán)平均位置點(diǎn)。在分析物體整體運(yùn)動時，常將物體的質(zhì)量集中于質(zhì)心進(jìn)行簡化。3.地面反作用力（GRF）：運(yùn)動員與地面相互作用時產(chǎn)生的力，是地面支持運(yùn)動員并提供運(yùn)動推進(jìn)力的關(guān)鍵力。4.運(yùn)動學(xué)分析：運(yùn)用運(yùn)動學(xué)原理和方法，對生物體或其部件的運(yùn)動進(jìn)行測量、描述和解釋的分析過程。5.慣性傳感器：基于牛頓力學(xué)原理，利用物體的慣性特性（如加速度、角速度）來測量或感知物體運(yùn)動狀態(tài)的傳感器，常見的有加速度計、陀螺儀等。二、簡答題1.簡述牛頓運(yùn)動定律在運(yùn)動生物力學(xué)分析中的應(yīng)用。*解析思路：回答需涵蓋三個定律及其具體應(yīng)用場景。*答：牛頓第一定律（慣性定律）解釋了物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)的原因，以及改變運(yùn)動狀態(tài)需要力的作用，應(yīng)用于分析運(yùn)動員啟動、制動、維持平衡等過程中的受力情況。牛頓第二定律（F=ma）是生物力學(xué)中最核心的定律，用于定量計算運(yùn)動產(chǎn)生的加速度、所需的力量或受到的合外力，例如計算跑步時地面的推進(jìn)力、跳躍時起跳的垂直加速度所需的力等。牛頓第三定律（作用力與反作用力定律）揭示了相互作用的雙方受力大小相等、方向相反，廣泛應(yīng)用于分析地面反作用力、關(guān)節(jié)反作用力、支撐面反作用力等，是理解運(yùn)動中力的傳遞和產(chǎn)生的關(guān)鍵。2.比較光學(xué)追蹤系統(tǒng)和慣性傳感器在運(yùn)動捕捉技術(shù)中的主要優(yōu)缺點(diǎn)。*解析思路：分別列出兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，并進(jìn)行比較。*答：光學(xué)追蹤系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：精度高，非接觸式測量，不受電磁干擾，能提供精確的三維空間坐標(biāo)。缺點(diǎn)：易受環(huán)境遮擋影響，需要明顯的標(biāo)記點(diǎn)，設(shè)置復(fù)雜，成本較高，通常較慢，可能限制被測者的活動范圍。慣性傳感器優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕，功耗低，可穿戴性好，可進(jìn)行非視域測量，可提供實(shí)時數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)：易受環(huán)境磁場干擾，存在漂移問題（零偏估計），精度通常低于光學(xué)系統(tǒng)，主要用于測量加速度和角速度，需結(jié)合算法推算位置和姿態(tài)。比較：光學(xué)系統(tǒng)精度和視野好，但受環(huán)境和穿戴限制；慣性傳感器靈活便捷，但精度和穩(wěn)定性有挑戰(zhàn)。3.簡述步態(tài)周期及其主要分期。*解析思路：首先定義步態(tài)周期，然后按時間順序列出主要分期及其特點(diǎn)。*答：步態(tài)周期是指一側(cè)腳跟著地到再次同側(cè)腳跟落地的完整過程。其主要分期包括：支撐相（StancePhase），從腳跟著地開始到腳趾離地結(jié)束，包括腳跟著地、整個腳掌支撐、足中部支撐和腳趾支撐四個階段；擺動相（SwingPhase），從腳趾離地開始到腳跟再次接觸地面結(jié)束，包括腳趾離地、擺動中段和腳跟接觸三個階段。4.解釋什么是肌肉效率，并說明影響肌肉效率的因素。*解析思路：首先定義肌肉效率，然后解釋其計算或體現(xiàn)方式，最后列出影響因素。*答：肌肉效率是指肌肉在工作時，實(shí)際輸出的功（或功率）與其消耗的能量（或功率）的比率。它反映了肌肉將能量轉(zhuǎn)化為有用機(jī)械功的能力。肌肉效率高意味著能量浪費(fèi)少。影響肌肉效率的因素主要有：工作方式（等長收縮效率最低，等張收縮次之，等速收縮效率相對較高），肌肉溫度（溫度升高效率通常提高），疲勞程度（疲勞時效率下降），神經(jīng)控制狀態(tài)（協(xié)調(diào)性好效率高），以及工作的相對強(qiáng)度（通常在一定范圍內(nèi)效率隨強(qiáng)度增加而提高，但過強(qiáng)則下降）。5.簡述生物反饋控制在運(yùn)動調(diào)整中的應(yīng)用原理。*解析思路：闡述生物反饋控制的基本概念（感知-修正），以及其在運(yùn)動中的應(yīng)用流程。*答：生物反饋控制在運(yùn)動調(diào)整中的應(yīng)用原理是基于“感知-修正”的閉環(huán)控制過程。首先，通過傳感器（如肌電儀、心率監(jiān)測器等）檢測運(yùn)動員在運(yùn)動過程中產(chǎn)生的特定生理信號（生物參數(shù)），并將該信號轉(zhuǎn)化為可感知的形式（如聲音、光線、視覺圖像等）反饋給運(yùn)動員。運(yùn)動員接收并理解這些反饋信息，意識到自身動作或生理狀態(tài)的偏差。然后，運(yùn)動員根據(jù)反饋信息主動調(diào)整自己的運(yùn)動方式、技術(shù)動作或心理狀態(tài)，以減小偏差，達(dá)到更優(yōu)的運(yùn)動表現(xiàn)或狀態(tài)控制。三、計算題1.某運(yùn)動員跑步時，某時刻右膝關(guān)節(jié)角速度為150度/秒，角加速度為30度/秒2。假設(shè)從該時刻起經(jīng)0.5秒后，膝關(guān)節(jié)角速度變?yōu)?80度/秒。請計算：a.該0.5秒內(nèi)膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)過的角度。b.若膝關(guān)節(jié)初始角度為60度，則0.5秒后膝關(guān)節(jié)的角度是多少？*解析思路：a題可用角位移公式θ=ω?t+?αt2計算。b題需先計算總角位移，然后加到初始角度上。注意單位統(tǒng)一（這里假設(shè)度/秒2，結(jié)果用度）。*答：a.角位移θ=ω?t+?αt2θ=(150度/秒)×(0.5秒)+?×(30度/秒2)×(0.5秒)2θ=75度+?×30×0.25θ=75度+3.75度θ=78.75度該0.5秒內(nèi)膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)過的角度為78.75度。b.膝關(guān)節(jié)角度=初始角度+角位移膝關(guān)節(jié)角度=60度+78.75度膝關(guān)節(jié)角度=138.75度若膝關(guān)節(jié)初始角度為60度，則0.5秒后膝關(guān)節(jié)的角度是138.75度。2.假設(shè)某運(yùn)動員在水平地面上以恒定速度水平奔跑，質(zhì)量為70kg。已知單腿支撐階段，地面反作用力F=800N，作用點(diǎn)距離支撐腳跟中點(diǎn)前上方10cm（水平方向）。請估算該時刻單腿支撐時產(chǎn)生的地面反作用力矩（以支撐腳跟中點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸）。*解析思路：力矩計算公式M=F×d。需注意力的作用線與轉(zhuǎn)軸的距離d是水平方向的10cm。將力和距離單位統(tǒng)一為國際單位制（N,m）。*答：力F=800N力的作用線到轉(zhuǎn)軸（支撐腳跟中點(diǎn)）的水平距離d=10cm=0.1m力矩M=F×dM=800N×0.1mM=80N·m該時刻單腿支撐時產(chǎn)生的地面反作用力矩約為80N·m。四、論述題1.試述運(yùn)動生物力學(xué)分析在改善運(yùn)動員技術(shù)動作中的應(yīng)用過程，并以一項具體運(yùn)動項目或技術(shù)動作為例進(jìn)行說明。*解析思路：首述通用應(yīng)用過程（測試-分析-診斷-制定方案-實(shí)施-評估），然后選擇一個具體例子（如跑步的擺動相）進(jìn)行詳細(xì)闡述，說明分析指標(biāo)、發(fā)現(xiàn)問題、提出改進(jìn)方法。*答：運(yùn)動生物力學(xué)分析改善運(yùn)動員技術(shù)動作的應(yīng)用過程通常包括以下步驟：首先，對運(yùn)動員的技術(shù)動作進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化測試，采集運(yùn)動學(xué)（角度、速度、加速度等）和動力學(xué)（地面反作用力、關(guān)節(jié)力矩等）數(shù)據(jù)；其次，運(yùn)用生物力學(xué)原理和方法對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，與正常值或優(yōu)秀運(yùn)動員模型進(jìn)行比較，診斷技術(shù)動作中存在的問題和效率低下的環(huán)節(jié)；接著，根據(jù)分析結(jié)果，確定需要改進(jìn)的關(guān)鍵點(diǎn)，并制定具體的改進(jìn)方案，可能涉及調(diào)整身體姿勢、運(yùn)動順序、力量使用方式等；然后，指導(dǎo)運(yùn)動員在訓(xùn)練中實(shí)施改進(jìn)方案，并輔以生物力學(xué)反饋；最后，再次進(jìn)行測試和評估，檢驗改進(jìn)效果，并根據(jù)情況進(jìn)一步調(diào)整方案。以跑步的擺動相為例，通過高速攝像和力臺測試采集數(shù)據(jù)，分析膝關(guān)節(jié)角度變化、蹬地力量方向和大小、擺腿幅度和速度等。若發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)最大屈角過大或蹬地力量方向過于垂直，可能導(dǎo)致制動功耗增加或關(guān)節(jié)沖擊增大。分析診斷后，可提出改進(jìn)方案：強(qiáng)調(diào)踝關(guān)節(jié)的主動伸展以增加推進(jìn)力，優(yōu)化蹬地角度使其更偏向前下方，以減少制動效應(yīng)；同時，通過步態(tài)訓(xùn)練改善肌肉協(xié)調(diào)性。實(shí)施訓(xùn)練后，再次測試評估，看相關(guān)指標(biāo)是否得到改善。2.探討可穿戴智能設(shè)備在智能運(yùn)動調(diào)整技術(shù)中的應(yīng)用前景與面臨的挑戰(zhàn)。*解析思路：分別闡述應(yīng)用前景（數(shù)據(jù)采集、實(shí)時反饋、個性化訓(xùn)練、遠(yuǎn)程指導(dǎo)、預(yù)防損傷等）和面臨挑戰(zhàn)（技術(shù)限制如精度、續(xù)航、舒適度、成本；數(shù)據(jù)解讀與個性化方案制定；用戶接受度與依從性；隱私與倫理問題）。*答：可穿戴智能設(shè)備在智能運(yùn)動調(diào)整技術(shù)中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。首先，它們能夠方便、連續(xù)地采集運(yùn)動員在訓(xùn)練和比賽中的生理信號（心率、呼吸、肌電等）和運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)數(shù)據(jù)，為運(yùn)動表現(xiàn)分析提供全面信息。其次，結(jié)合算法和無線傳輸，可實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動員狀態(tài)的實(shí)時反饋，幫助運(yùn)動員及時調(diào)整技術(shù)動作或訓(xùn)練強(qiáng)度。再次，基于采集的數(shù)據(jù)，可穿戴設(shè)備有助于實(shí)現(xiàn)個性化的訓(xùn)練計劃推薦和指導(dǎo)，