2025年大學(xué)《智能體育工程》專業(yè)題庫——運(yùn)動生物力學(xué)在體育裝備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)的代表字母填寫在答題紙上。）1.在運(yùn)動生物力學(xué)分析中，用于描述身體各部分空間位置隨時(shí)間變化的參數(shù)是？A.力B.角度C.速度D.應(yīng)力2.下列哪項(xiàng)技術(shù)通常不直接用于獲取人體運(yùn)動時(shí)的肌肉活動信息？A.關(guān)節(jié)角測量B.肌電（EMG）信號采集C.速度分析D.路徑規(guī)劃3.設(shè)計(jì)跑鞋中底時(shí)，主要考慮吸收跑動中產(chǎn)生的沖擊力，這主要涉及到生物力學(xué)的哪個方面？A.運(yùn)動學(xué)分析B.動力學(xué)分析C.肌肉生理學(xué)D.人體測量學(xué)4.自行車車架設(shè)計(jì)需要考慮騎行時(shí)rider的受力情況，以優(yōu)化力量傳遞效率，這體現(xiàn)了生物力學(xué)在裝備設(shè)計(jì)中的什么應(yīng)用？A.舒適性設(shè)計(jì)B.安全性設(shè)計(jì)C.動力學(xué)優(yōu)化D.人機(jī)接口設(shè)計(jì)5.當(dāng)設(shè)計(jì)需要適應(yīng)不同身高和體型的用戶時(shí)，以下哪項(xiàng)生物力學(xué)知識最為關(guān)鍵？A.步態(tài)分析B.人體測量學(xué)C.材料力學(xué)D.生物材料學(xué)6.運(yùn)動中地面反作用力（GRF）的最大值通常出現(xiàn)在哪個動作階段？A.起步B.落地緩沖C.最高點(diǎn)D.空中擺動7.在智能運(yùn)動手環(huán)中，通過加速度計(jì)監(jiān)測用戶的心率變化，這間接利用了生物力學(xué)的哪個原理？A.壓力分布B.功率輸出C.機(jī)械能守恒D.心率與運(yùn)動狀態(tài)的關(guān)聯(lián)8.設(shè)計(jì)防護(hù)性頭盔時(shí)，頭盔內(nèi)襯的緩沖材料需要具備的特性是？A.高硬度和耐磨性B.高彈性模量和良好的能量吸收能力C.輕質(zhì)和透氣性D.高強(qiáng)度和耐腐蝕性9.以下哪項(xiàng)不是使用生物力學(xué)原理來改進(jìn)游泳裝備的常見方向？A.減少水的阻力B.優(yōu)化泳姿時(shí)的關(guān)節(jié)角度C.增加裝備的視覺效果D.提高裝備的浮力10.肌電信號（EMG）分析在智能運(yùn)動服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，主要目的是？A.直接測量肌肉的體積B.評估肌肉疲勞狀態(tài)或激活程度C.控制服裝的形狀變化D.提高服裝的防水性能二、名詞解釋（每小題3分，共15分。請將定義寫在答題紙上。）1.等動收縮（EccentricContraction）2.步態(tài)周期（GaitCycle）3.壓力分布（PressureDistribution）4.運(yùn)動學(xué)（Kinematics）5.生物材料學(xué)（BiomaterialsScience）三、簡答題（每小題5分，共20分。請將答案寫在答題紙上。）1.簡述運(yùn)動學(xué)分析與動力學(xué)分析在體育裝備設(shè)計(jì)中的主要區(qū)別。2.解釋肌電信號（EMG）在個性化運(yùn)動裝備設(shè)計(jì)中的作用。3.為什么在設(shè)計(jì)自行車座椅時(shí)需要考慮坐骨壓力分布？4.運(yùn)動生物力學(xué)數(shù)據(jù)如何幫助優(yōu)化跑鞋的緩沖性能？四、論述題（每小題10分，共30分。請將答案寫在答題紙上。）1.論述沖擊吸收材料在防護(hù)類體育裝備（如頭盔、護(hù)膝）設(shè)計(jì)中的生物力學(xué)意義。2.結(jié)合具體體育裝備實(shí)例，論述人體測量學(xué)在智能裝備設(shè)計(jì)中的重要性。3.闡述如何將運(yùn)動生物力學(xué)原理與智能傳感器技術(shù)相結(jié)合，以提升智能運(yùn)動服裝或鞋履的功能性。五、計(jì)算題（共15分。請將計(jì)算過程和結(jié)果寫在答題紙上。）假設(shè)一名質(zhì)量為70kg的短跑運(yùn)動員在沖刺跑時(shí)，其膝關(guān)節(jié)在某次擺動過程中，從90度伸展到30度彎曲，歷時(shí)0.15秒。假設(shè)膝關(guān)節(jié)作用在脛骨上的平均力矩為15Nm，方向?yàn)榍较颉Ｕ堄?jì)算該運(yùn)動員在此膝關(guān)節(jié)動作階段產(chǎn)生的平均屈曲功率（假設(shè)力矩方向與運(yùn)動方向相反時(shí)做正功）。試卷答案一、選擇題1.B2.D3.B4.C5.B6.B7.D8.B9.C10.B二、名詞解釋1.等動收縮（EccentricContraction）：指肌肉在收縮產(chǎn)生張力時(shí)，其長度在增加的收縮形式。在體育裝備設(shè)計(jì)中，理解等動收縮有助于設(shè)計(jì)模擬或輔助此類收縮動作的設(shè)備，或分析運(yùn)動中肌肉的能量消耗。2.步態(tài)周期（GaitCycle）：指人體行走過程中，從一次腳跟著地開始到下一次腳跟再次著地的完整過程。步態(tài)周期分析是運(yùn)動生物力學(xué)的重要部分，可用于設(shè)計(jì)具有特定步態(tài)適應(yīng)性的鞋履、假肢、助行器等。3.壓力分布（PressureDistribution）：指作用在物體表面或人體接觸部位上的壓力在面積上的分布情況。在體育裝備設(shè)計(jì)中，分析壓力分布對于優(yōu)化護(hù)具（如頭盔、護(hù)膝）、運(yùn)動服、鞋墊等的舒適性和防護(hù)性能至關(guān)重要。4.運(yùn)動學(xué)（Kinematics）：研究物體（或人體部位）的運(yùn)動特征，如位置、速度和加速度，而不考慮引起運(yùn)動的力。運(yùn)動學(xué)分析在體育裝備設(shè)計(jì)中用于描述和分析動作模式，如關(guān)節(jié)角度范圍、肢體運(yùn)動速度，以指導(dǎo)裝備的形態(tài)和功能設(shè)計(jì)。5.生物材料學(xué)（BiomaterialsScience）：研究用于與生物系統(tǒng)（如人體）相互作用的非生物材料。在體育裝備設(shè)計(jì)中，生物材料學(xué)是選擇或開發(fā)新型裝備材料（如跑鞋中底、頭盔內(nèi)襯、人工關(guān)節(jié)）的基礎(chǔ)，需考慮材料的生物相容性、力學(xué)性能、耐久性等。三、簡答題1.運(yùn)動學(xué)分析主要描述身體各部分的空間位置、速度和加速度變化，不考慮作用力。它關(guān)注的是“如何運(yùn)動”。動力學(xué)分析則研究引起運(yùn)動的力及其產(chǎn)生的效應(yīng)（如加速度），關(guān)注的是“為什么這樣運(yùn)動”以及力與運(yùn)動之間的關(guān)系。在裝備設(shè)計(jì)中，運(yùn)動學(xué)分析用于確定裝備需要適應(yīng)或支持的人體運(yùn)動模式，而動力學(xué)分析用于設(shè)計(jì)能夠承受或傳遞特定力量的裝備結(jié)構(gòu)。2.肌電信號（EMG）反映了肌肉的電活動水平，可以間接反映肌肉的激活程度、疲勞狀態(tài)和收縮強(qiáng)度。在個性化運(yùn)動裝備設(shè)計(jì)中，通過分析EMG數(shù)據(jù)，可以設(shè)計(jì)出能夠根據(jù)肌肉狀態(tài)調(diào)整剛度、提供實(shí)時(shí)反饋或進(jìn)行疲勞預(yù)警的智能服裝或設(shè)備，從而提升運(yùn)動表現(xiàn)和預(yù)防損傷。3.自行車座椅需要考慮坐骨壓力分布，因?yàn)轵T行時(shí)大部分體重通過坐骨傳遞到座椅上。不均勻的壓力分布可能導(dǎo)致局部疼痛甚至壓瘡。通過生物力學(xué)分析坐骨受力情況，可以設(shè)計(jì)出具有特定形狀或填充物的座椅，使壓力更均勻地分布在坐骨結(jié)節(jié)等承壓點(diǎn)上，從而提高騎行舒適性和安全性。4.運(yùn)動生物力學(xué)數(shù)據(jù)可以幫助優(yōu)化跑鞋的緩沖性能。通過測量跑步時(shí)的地面反作用力（GRF）和關(guān)節(jié)沖擊力，可以了解沖擊的大小和發(fā)生時(shí)間。據(jù)此，可以設(shè)計(jì)出具有特定剛度、回彈性和能量吸收特性的鞋中底材料與結(jié)構(gòu)，以有效減少傳遞到關(guān)節(jié)的沖擊力，提高跑步舒適性和降低受傷風(fēng)險(xiǎn)。四、論述題1.沖擊吸收材料的生物力學(xué)意義在于其能夠通過特定的結(jié)構(gòu)或材料特性（如多孔結(jié)構(gòu)、粘彈性），在受到?jīng)_擊力時(shí)吸收和耗散能量，同時(shí)限制或緩沖對人體的作用力。例如，頭盔中的泡沫材料通過形變吸收沖擊能量，保護(hù)顱腦。護(hù)膝中的吸能墊則可以緩沖膝關(guān)節(jié)受到的地面反作用力峰值，保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨和軟組織。這種設(shè)計(jì)能有效降低外力對人體的傷害，符合生物力學(xué)中減少沖擊應(yīng)力、保護(hù)生物組織的原則。2.人體測量學(xué)在智能裝備設(shè)計(jì)中的重要性體現(xiàn)在：首先，它提供了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，確保裝備能夠適應(yīng)目標(biāo)用戶的體型范圍，保證穿戴的合身性和舒適度。其次，通過對關(guān)鍵人體尺寸（如肢體長度、關(guān)節(jié)間距、皮膚面積等）的測量和分析，可以優(yōu)化裝備的結(jié)構(gòu)布局和功能區(qū)域設(shè)計(jì)，使其更符合人體自然姿態(tài)和操作習(xí)慣。最后，在個性化裝備設(shè)計(jì)中，人體測量學(xué)數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)按需定制、提供精準(zhǔn)功能支持（如個性化傳感器放置、自適應(yīng)結(jié)構(gòu)）的關(guān)鍵依據(jù)，從而顯著提升裝備的實(shí)用性和用戶體驗(yàn)。3.將運(yùn)動生物力學(xué)原理與智能傳感器技術(shù)相結(jié)合，可以顯著提升智能運(yùn)動服裝或鞋履的功能性。例如：通過集成肌電傳感器、加速度計(jì)、壓力傳感器等，結(jié)合生物力學(xué)原理分析傳感器數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測用戶的運(yùn)動狀態(tài)（如肌肉疲勞程度、運(yùn)動模式效率、關(guān)節(jié)角度）、生理指標(biāo)（如心率變異性關(guān)聯(lián)的運(yùn)動強(qiáng)度）以及裝備與身體的相互作用（如壓力分布、受力情況）。這些數(shù)據(jù)可以用于提供實(shí)時(shí)反饋、調(diào)整裝備性能（如自適應(yīng)鞋墊的硬度）、預(yù)測運(yùn)動損傷風(fēng)險(xiǎn)，甚至優(yōu)化訓(xùn)練計(jì)劃，從而實(shí)現(xiàn)更智能、更個性化、更高效的運(yùn)動體驗(yàn)。五、計(jì)算題已知：質(zhì)量(m)=70kg膝關(guān)節(jié)平均力矩(τ)=15Nm(方向?yàn)榍?時(shí)間(t)=0.15s假設(shè)膝關(guān)節(jié)從90度伸展到30度彎曲，關(guān)節(jié)運(yùn)動方向與力矩方向相反（做正功，即伸展），則力矩方向與角速度方向相同。求解：平均屈曲功率(P)思路：功率是功對時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，或力與速度的乘積。在此問題中，力矩與角速度相關(guān)，且為平均力矩，故可用平均功率公式P=τω_avg。需先計(jì)算平均角速度ω_avg。平均角速度ω_avg=(總角位移Δθ)/(總時(shí)間t)總角位移