2025年大學《智能體育工程》專業(yè)題庫——智能體育裝備智能化材料應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種材料通常不用于制造需要檢測壓力或觸覺的智能體育傳感器？A.壓電陶瓷B.導電聚合物C.形狀記憶合金D.水凝膠2.在智能運動服中用于實時監(jiān)測心率和呼吸的導電纖維，其主要利用的材料特性是？A.形狀記憶效應B.自修復能力C.電導率D.光致變色性3.用于制造需要反復彎曲且能恢復原狀的智能鞋墊或關節(jié)護具，最合適的材料是？A.碳纖維增強復合材料B.永久磁鐵材料C.形狀記憶合金D.導電膏4.下列哪種材料的生物相容性最好，最常用于需要直接接觸人體皮膚的智能可穿戴設備？A.銅合金B(yǎng).石墨烯C.硅橡膠D.鎳鈦合金5.智能自行車頭盔中用于吸收沖擊能量的材料，通常利用了哪種材料的特性？A.高導電性B.超導性C.能量吸收與耗散D.拓撲絕緣體特性6.能夠在受熱或受壓后改變形狀，用于制造智能矯形器或自適應裝備的材料是？A.壓電材料B.水凝膠C.形狀記憶材料D.超分子材料7.智能運動裝備中，利用摩擦或壓力產(chǎn)生電能，為內(nèi)置傳感器供電的技術，通常依賴于哪種材料的特性？A.溫度敏感性B.電化學活性C.壓電效應或摩擦電效應D.光電效應8.在選擇智能體育裝備的材料時，以下哪項通常不是主要考慮因素？A.材料的重量和透氣性B.材料的成本和生產(chǎn)工藝C.材料的美觀顏色和圖案D.材料的長期穩(wěn)定性和耐用性9.用于制造智能手套，能夠感知指尖細微動作并傳遞信號的材料，最可能的是？A.鐵磁材料B.介電材料C.柔性導電纖維陣列D.金屬基復合材料10.有助于智能體育裝備在使用后自動修復微小損傷或磨損的材料是？A.智能窗材料B.自修復聚合物C.超導材料D.金屬基記憶材料二、填空題（每空1分，共15分）1.智能材料是指能夠感知外界環(huán)境變化（如力、光、熱、磁、化學等）并作出相應__________或__________功能的材料。2.導電纖維是智能紡織品的核心材料，常見的類型包括金屬纖維、__________纖維和碳纖維等。3.形狀記憶合金（SMA）具有兩種狀態(tài)：在較低溫度下具有固定形狀的__________狀態(tài)和在較高溫度下能恢復原狀的__________狀態(tài)。4.水凝膠因其良好的生物相容性和吸水性，常被用于制造__________和__________等智能生物醫(yī)學材料。5.壓電材料在受到__________作用時會產(chǎn)生電壓，利用這一特性可以制造各種__________傳感器。6.智能體育裝備材料的選擇需要綜合考慮性能、成本、工藝、環(huán)境適應性以及與人體__________等因素。7.能量收集技術為無線智能傳感器提供了一種可持續(xù)的__________方案，減少了對外部電源的依賴。8.碳納米材料（如碳納米管、石墨烯）因其優(yōu)異的__________、強度和導電性，在智能體育裝備中具有廣闊的應用前景。9.自修復材料能夠在遭受損傷后，依靠自身或外部觸發(fā)機制自動__________或__________損傷的能力。10.人體工學是研究人、機、環(huán)境相互關系的學科，在智能體育裝備的__________設計中起著關鍵作用。三、名詞解釋（每題3分，共12分）1.拓撲絕緣體2.介電材料3.能量收集4.生物相容性四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述導電聚合物在智能體育裝備中的主要應用及其優(yōu)勢。2.闡述形狀記憶材料如何應用于增強智能運動防護裝備的性能。3.解釋壓電效應，并列舉至少兩種利用壓電效應的智能體育傳感器。4.分析水凝膠材料在智能服裝或可穿戴設備中的潛在應用領域。五、論述題（每題10分，共20分）1.論述在選擇用于制造智能跑鞋的智能化材料時，需要考慮哪些關鍵性能指標，并說明原因。2.結(jié)合具體應用案例，論述智能化材料的發(fā)展對推動智能體育產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的重要意義。結(jié)束試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.C5.C6.C7.C8.C9.C10.B二、填空題1.響應，執(zhí)行2.導電聚合物3.彈性，記憶4.傷口敷料，藥物緩釋載體5.力（或應力），壓力6.交互7.電源8.電學（或電子）特性9.修復，補償10.工程或設計三、名詞解釋1.拓撲絕緣體:指在體相內(nèi)部具有絕緣體特性，但在表面或邊緣態(tài)具有導電性的材料，其導電通道被拓撲保護，不易受缺陷影響。2.介電材料:指在電場作用下能夠被極化并儲存電能，但自身導電性極差的材料，常用于電容、絕緣等應用。3.能量收集:指利用環(huán)境中的能量（如光能、熱能、振動能、動能、電能等）轉(zhuǎn)化為電能的技術，為小型電子設備供電。4.生物相容性:指材料與生物體接觸時，不會引起明顯的免疫排斥反應、毒性作用或組織損傷，能夠和諧共處的能力。四、簡答題1.導電聚合物在智能體育裝備中的主要應用及其優(yōu)勢：*應用：主要用于制造智能紡織品和傳感器，如導電運動服（用于生理信號監(jiān)測）、壓力傳感器（用于分析運動姿態(tài)）、柔性電極（用于肌肉活動記錄）、自加熱纖維（用于運動后放松）等。*優(yōu)勢：重量輕、柔韌性好、可紡絲成織物、可加工成各種形狀、可電化學修飾以調(diào)節(jié)性能、能與服裝結(jié)構(gòu)集成度高。這些優(yōu)勢使得導電聚合物非常適合用于需要舒適度、靈活性和集成化程度的智能體育裝備。2.形狀記憶材料如何應用于增強智能運動防護裝備的性能：*原理：形狀記憶合金（SMA）或形狀記憶聚合物（SMP）在受應力變形后，當溫度升高到特定值時，會恢復到其預先設定的形狀。*應用：可用于制造自適應防護墊、矯形器或沖擊吸收層。例如，在頭盔或護膝內(nèi)部嵌入SMA元件，當受到?jīng)_擊力時，材料發(fā)生變形吸收能量，沖擊過后或在正常溫度下恢復原狀，提供持續(xù)的防護；或用于制造能夠根據(jù)受力情況自動調(diào)整支撐力度的智能矯形器。*性能增強：提高了防護裝備的動態(tài)響應能力、能量吸收效率以及可能的自適應性和舒適性。3.解釋壓電效應，并列舉至少兩種利用壓電效應的智能體育傳感器：*壓電效應解釋：某些材料（如壓電陶瓷、石英晶體）在受到機械應力或壓力作用時，其內(nèi)部會產(chǎn)生電荷分離，從而在材料的相對表面上產(chǎn)生電壓的現(xiàn)象。*應用傳感器：*加速度傳感器：利用壓電材料的應力-電壓關系，將振動或沖擊產(chǎn)生的加速度轉(zhuǎn)換為電信號，用于監(jiān)測運動過程中的沖擊力（如跑步、落地沖擊分析）。*壓力傳感器：用于測量地面反作用力、關節(jié)接觸壓力或肌肉受力分布，常用于足底壓力分析、關節(jié)生物力學研究等。4.分析水凝膠材料在智能服裝或可穿戴設備中的潛在應用領域：*特性：水凝膠具有高含水量、柔軟性、良好的生物相容性和可塑性，能夠吸收和釋放水分/溶質(zhì)。*應用領域：*智能服裝：制造具有濕度調(diào)節(jié)、體溫管理功能的纖維或織物，用于實時監(jiān)測皮膚汗液分泌或體溫變化，并可能通過吸濕放熱/吸熱過程進行調(diào)節(jié)。*可穿戴傳感器：制造柔性、無創(chuàng)的生理信號（如心電、呼吸）或壓力傳感器，直接貼合皮膚使用。*能量收集：設計能吸收運動中產(chǎn)生的水分并通過電化學或溫差發(fā)電機制產(chǎn)生電能的水凝膠器件。*藥物緩釋/營養(yǎng)輸送：在運動裝備中集成水凝膠，根據(jù)需要釋放補充劑。五、論述題1.論述在選擇用于制造智能跑鞋的智能化材料時，需要考慮哪些關鍵性能指標，并說明原因。*關鍵性能指標：*能量反饋/回彈性能：材料能否有效吸收并快速釋放沖擊能量，提升跑步效率。原因：直接影響跑步的舒適度和經(jīng)濟性。*緩沖減震性能：材料吸收沖擊的能力，保護足部免受傷害。原因：減輕關節(jié)（腳踝、膝蓋、脊柱）沖擊負荷，預防運動損傷。*重量和輕量化：材料密度要低。原因：減輕跑鞋整體重量，降低跑步負擔，提高速度。*透氣性和舒適度：材料結(jié)構(gòu)需允許空氣流通。原因：保持腳部干爽，減少悶熱不適，提高穿著體驗。*耐用性和耐磨性：材料需能抵抗磨損和疲勞。原因：保證跑鞋的使用壽命，避免過早損壞。*導濕性/排汗性：材料能快速將腳部濕氣導出。原因：維持腳部干爽環(huán)境，防止滑倒，提升舒適度。*傳感集成性與柔性：材料需能集成傳感器且適應腳部復雜形狀。原因：實現(xiàn)跑步姿態(tài)、步態(tài)分析、地面沖擊等數(shù)據(jù)采集。*環(huán)境適應性：材料性能在不同溫度、濕度下是否穩(wěn)定。原因：保證跑鞋在各種氣候條件下都能正常發(fā)揮功能。*原因總結(jié)：智能跑鞋的目標是提升跑步表現(xiàn)、舒適度和安全性，因此所選材料必須綜合平衡性能、功能與用戶體驗，以上指標是評價這些綜合性的關鍵。2.結(jié)合具體應用案例，論述智能化材料的發(fā)展對推動智能體育產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的重要意義。*智能化材料的核心作用：提供了實現(xiàn)體育裝備智能化（數(shù)據(jù)采集、環(huán)境響應、性能增強）的基礎載體和功能實現(xiàn)方式。*推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的具體體現(xiàn)：*提升運動表現(xiàn)與科學訓練：*案例：基于導電纖維和壓電材料的智能服裝/鞋墊，可實時監(jiān)測心率、呼吸、肌電、步態(tài)參數(shù)、地面沖擊力等生理和生物力學數(shù)據(jù)。意義：為運動員提供精細化、客觀的運動表現(xiàn)評估依據(jù)，教練可根據(jù)數(shù)據(jù)制定個性化訓練計劃，優(yōu)化技術動作，預防過度訓練。*增強運動安全與損傷預防：*案例：集成應變傳感器或加速度傳感器的智能護具（如頭盔、護膝），能實時監(jiān)測受力情況，當沖擊超過安全閾值時發(fā)出警報或自動增強支撐。意義：及早預警潛在風險，減少運動損傷的發(fā)生率。*豐富運動體驗與娛樂互動：*案例：帶有形狀記憶合金或自發(fā)光材料的智能服裝，可根據(jù)音樂節(jié)奏或游戲指令改變形態(tài)或顯示圖案。意義：增加運動的趣味性和觀賞性，拓展運動娛樂方式。*促進個性化與定制化發(fā)展：*案例：基于水凝膠或?qū)щ娋酆衔锏闹悄懿牧?，可根?jù)用戶的生理數(shù)據(jù)或運動需求調(diào)整裝備功能（如溫度、壓力反饋）。意義：滿足不同用戶群體的差異化需求，推動體育用品的個性化定制。