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教案封面
（教案封面）
成都体育学院
教案
（二）
（20——20学年第学期）
运动人体科学专业 级班
课程名称：
运动生物力学（86）学时
任课教师：
20年月日
课次：
1运动生物力学诸论
人数第1课时年月日
主题
诸论
教学目标
了解运动生物力学的基本概念，基本任务。
重点难点
运动生物力学概念、动作技术原理、最佳运动技术、五个基本任务。
教法
讲授（配合多媒体相关教学内容）
教
学
过
程
一、运动生物力学基本概念
1）生物力学
是研究生物系统机械运动规律及其应用的科学。
2）运动生物力学（SportBiomechanic，）
是研究体育运动中人体机榷运动规律及其应用的科学。
3）动作技术原理
（1）动作目的是产生最大的运动效果。
（2）不区分运动项目和个人特点
4）最佳运动技术
最佳运动技术则是考虑了个人的身体形态、机能、心理素质和训练水平来应用一般技术原理，以达到最理想的运动成绩，即它是既具有共性又具有个性特征的运动技术。
二、运动生物力学在体育基础课中的地位
1）体育基础理论的总目标
2）体育工作对象
3）体育专业三大基础理论课
（1）运动解剖学：
了解人体各系统器官的形态结构。
（2）运动生理学：
了解人体各系统器官的机能特征。
（3）运动生物力学：
了解人体各系统器官的力学特征，研究体育动作、体育技术、运动器材装备的合理性和有效性。
三运动生物力学的任务
（一）研究人体结构和机能的生物力学特性，为运动选材提供依据
举例：
1）投掷运动中肢体的长度对转动角速度、线速度的影响
2）举重运动中身体高度对举起重物所做功的影响
3）肌纤维类型对肌肉产生的肌力大小、持续时间的影响等。
（二）揭示动作技术原理，建立合理的动作技术模式
1）客观规律是不以人的意志而存在的，揭示和利用客观规律是人应发挥的主观能动性。
2）举例
（1）有意识的利用关节运动顺序性原理
（2）无意识自适应关节运动顺序性原理
（三）进行运动技术诊断，（最佳运动技术或运动方式研究）
1）概念
运动技术诊断：
根据体育运动参加者个人特点，研究他所采用的体育动作（或技术）的合理性和有效性。
为了在概念上有所区分，常将大众体育中的动作称之为体育动作，竞技体育中的动作称之为体育技术。
2）步骤
第一步：
了解体育运动参加者的个体情况（诊断）
研究个人的特点，包括身体条件、素质条件、现有技术状况等。
第二步：
提出解决方案（处方）
提出改进运动技术的方案，包括要达到的技术动作形式和注意改进的问题、采用的训练方法和辅助训练方法等。
（四）为设计和改进运动器械提供生物力学依据
体育运动的最终目的是为了提高人体健康，随着人们对体育器械认识的提高，需要不断改进运动器械使之更有利于达到体育的目的。
举例：
为减少水阻力而研制的游泳服装。
为保证落点而采用的新式标枪。
撑竿跳高所使用的撑竿。
（五）预防运动创伤和促进康复
课
后
小
结
课次：
2运动技术数据的意义
人数第2课时年月日
主题
运动技术数据的意义
教学
目标
介绍运动学数据、动力学数据对于研究分析运动技术的作用。
重点
难点
运动学数据的作用、动力学数据的作用；
教法
讲授（配合多媒体相关教学内容）
教
学
过
程
（一）运动学数据
运动学数据包括关节位置、位移（角位移）、速度（角速度）、加速度（角加速度）等。
1）关节位置
人体运动姿势（姿态）是由各个关节在空间的位置决定。
同时由关节位置又演化出关节角度，它决定了各个环节之间的相对位置关系。
（1）关节位置决定人体动作的姿势（姿态）
（2）关节角度
2）位移
（1）位移
（2）角位移
3）速度
（1）线速度
（2）角速度
（二）动力学院数据
1）动力曲线
2）冲量
课
后
小
结
课次：
3运动学数据的测量
人数第3课时年月日
主题
运动学数据的测量
教学
目标
介绍运动学数据的采集原理；运动技术影、像解析的基本原理。
重点
难点
录像解析原理、数字化板的原理。
教法
讲授（配合多媒体相关教学内容）
教
学
过
程
平面摄影、摄像测量方法
摄影摄像测量原理和基本知识
（一）摄影摄像测量原理
（二）影像数字化基础
1）影像数字化的基本方法
2）影像数字化的步骤
（1）影像图片必须放置在一个坐标系中；
（2）取人体关节点以及特定点的坐标数据；
（3）按相关的计算方法计算人体各部位的运动学数据。
课
后
小
结
课次：
4摄影摄像基础、视屏数据转换
人数第4课时年月日
主题
摄影摄像基础、视屏数据转换
教学
目标
介绍摄影、摄像基本知识；数码摄像机的基本使用方法、视屏数据向计算机转换的操作知识。
重点
难点
摄像基本知识、视屏文件的基本格式及其用途
教法
讲授（配合多媒体相关教学内容）
教
学
过
程
1）摄影、摄像测量实验
2）镜头与放大倍数
（1）照橡机
（2）镜头
（3）镜头种类：
3）光圈和景深
（1）光圈
（2）景深
4）感光和快门
（1）感光
摄影机感光：
通过底片感光。
底片上化学物质对光产生反映的能力。
光线越差时，应选用较高感光度的底片。
数码摄像机感光：
通过电子感光体感光。
（2）快门
快门用于控制进光的时间。
速度：
指镜头前快门（遮光物）打开的时间；或让底片曝光的时间。
课
后
小
结
本节复习思考题：
1.常见的镜头有哪几种?
在影片上如何确定物体的实际长度?
2.什么是光圈?
表示光圈的数字代表什么意义?
它们之间有什么关系?
3.底片的感光度是什么?
什么是快门?
高速摄影机的快门有什么特点?
课次：
5实验1：
摄像机操作，视屏数据转换操作
人数第5课时年月日
主题
摄像机操作，视屏数据转换操作
教学
目标
了解使用摄像机采集运动技术数据的基本工作过程。
重点
难点
拍摄现场的布置及其注意事项。
教法
实验演示（配合多媒体相关教学内容）
教
学
过
程
学生分组，每三人一组，使用一台摄像机。
课
后
小
结
课次：
6运动技术解析原理和方法介绍
人数第6课时年月日
主题
运动技术解析原理和方法介绍
教学
目标
手工方式解析运动技术图片，加深对运动学数据采集基本原理的理解和认识。
重点
难点
从人体关节点到获取各项运动学数据的基本过程。
教法
讲授（配合多媒体相关教学内容）
教
学
过
程
教学目的有两个：
其一，破除从影像图片计算运动学数据的神密性，深入了解这种计算的基本方法；其二，体会数据计算工作量的艰巨和繁琐，认识计算机对影像数据计算的重要。
第一步：
准备工作。
（1）建立坐标系，并将图片放置在坐标系中固定；
（2）画好计算用表格，并将人体“环节参数d”、人体“环节重量相对值P”填入表中第④）和第⑥）列。
第二步：
取关节点工作。
（3）依据解剖学相关知识，在图片上标出头、左右手、左右肩关节、左右肘关节、左右腕关节、左右髋关节、左右膝关节、左右踝关节、左右足尖中心位置，共17项基本数据。
并量取其坐标值（x，y）填入表内。
其中头、左右手的坐标直接填入第⑤）列，其余填入第③列；
第三步：
计算环节重心位置工作。
（4）计算肩、髋中心坐标。
用肩、髋中心坐标计算公式，分别计算两肩的中心点坐标和两髋的中心坐标，并将计算结果填入第③列的“肩中心”和“髋中心”处。
（5）计算环节重心坐标。
分别用环节重心坐标计算公式，计算各环节的重心坐标，并将计算结果分别填入第⑤列的Xi和Yi两列中。
第四步：
求总重心位置坐标工作。
（6）用各“环节质心坐标（Xi，Yi）”值分别乘以“环节重量相对值P”，填入表中PiXi和PiYi两栏，即第⑦、⑧）两列；
（7）将表中所有PXi值相加，将所有PYi值相加，分别填入表中最下一行的总重心坐标Σ行中；
（8）用所得的两个和值做为坐标值，在坐标系中定出该点，便为所测图片技术动作的总重心位置。
课
后
小
结
课次：
7实验2：
运动技术图片重心实测
人数第7课时年月日
主题
运动技术图片重心实测
教学
目标
通过手工实际解析一帧运动技术图片，加深认识运动技术数字化的基本过程；同时计算工作量的大小了解计算机技术对运动技术分析的作用。
重点
难点
对表算法的掌握。
教法
实验操作（配合多媒体相关教学内容）
教
学
过
程
运动技术图片重心测量实验
1）人体总重心
人体总重心对运动技术分析有重要的意义。
人体总重心有下述特点：
其一，总重心是存在的；其二，总重心的位置随人体的动作而变化，可以定性的知道总重心的变化规律为随着人体姿势的变化方向而变化；其三，人体每一个具体的运动技术动作，其总重心的具体位置必须通过计算才能确定。
2）人体惯性参数
人体各部位的重量（质量）、重心、转动惯量等参数称之为人体惯性参数。
要得到活人的这些参数是不容易的。
因此有许多变通的办法，如尸体解剖法、人体数学模型法、磁共振成像法（CT）等。
环节质心相对位置参数：
通过用环节的长度乘以环节位置参数，可以确定环节重心的位置。
见“环节重心”图示。
环节重量相对比值：
人体各环节重量可以通过用其总重量乘以相对比值确定。
3）环节重心与系统重心
如果一个系统是由若干个环节组成，则系统总重力对某轴产生的重力矩，等于系统中各环节对同轴产生的分重力矩之和。
举例：
由2个环节组成的系统，分别知道其中环节p1、环节p2的重量和重心位置，现需要求系统总重心的位置。
见“重力矩”图示。
4）人体运动技术图片总重心实测步骤
第一步：
建立坐标系，并将图片放置在坐标系中固定；
画好计算用表格，并将人体相对重心位置参数、人体环节相对重量参数填入表中。
第二步：
在图片上标出关节点的中心位置（如图所示红色圆点）；
用线段连接相邻两关节点；
取两肩关节连线中点，取两髋关节中点（如图所示绿色圆点），连接这两个中点表示躯干中线；
量取环节长度（即四肢为两关节点之间的距离，躯干为两肩、髋中点间的距离），并将数据填入表中的“环节长度”一栏。
第三步：
用环节长度值乘以百分比值，得到实长值，填入“实长”一栏；
以近侧关节点为起点，在环节连接线上用“实长”值量取该环节重心所在位置，并作上标记（如图所示的蓝色圆点）。
注意：
头、左右手的重心位置不需要计算，根据解剖学有关知识直接标记。
头从正侧面看重心位置在眉心处，侧面看在耳廓上方；手从正、背面看在手心处，从侧面看在虎口处。
第四步：
取各环节重心（蓝色圆点）的坐标，填入表中的xi和yi栏中。
注意：
取时可用直尺进行量取，不要画辅助线，以免图片上线条太多，造成画面污染。
第五步：
用各环节的坐标值分别乘以环节相对重量，填入表中PiXi和PiYi两栏；
将表中所有PiXi值相加，将所有PiYi值相加，分别填入表中最下一行的合计栏中；
用所得的两个和值做为坐标值，在坐标系中定出该点，便为所测图片技术动作的总重心位置。
课
后
小
结
课次：
8实验3：
运动技术录像解析（自编软件）
人数第8课时年月日
主题
运动技术录像解析（自编软件）
教学
目标
展示录像解析软件在获取运动技术的运动学指标的快捷方便，同时加深对计算软件作用的认识。
重点
难点
掌握计算软件的基本操作及所形成数据文件的认识。
教法
讲授（配合多媒体相关教学内容）
教
学
过
程
录像解析测量内容，请使用刘北湘先生创作的《运动技术录像解析系统》进行辅助教学。
该系统紧密配合本多媒体教学系统中的内容，可以解析静态图片，也可以解析动态的运动技术录像资料。
所得数据可以存储、浏览、打印。
数据可作教学使用，也可以作为研究生、本科生做毕业论文的数据使用。
课
后
小
结
课次：
9实验4：
艾里尔录像解析软件（或同济大学解析软件）
人数第9课时年月日
主题
实验4：
艾里尔录像解析软件（或同济大学解析软件）
教学
目标
向学生演示当前开发比较成功的商用运动技术录像解析软件。
介绍商用录像解析软件的基本功能、基本使用方法、主要优点和缺陷。
重点
难点
了解软件的基本功能和操作特点。
当前录像解析软件的发展趋势和体育运动实践的实际需求。
教法
实验操作（配合多媒体相关教学内容）
教
学
过
程
经过对以上两套软件的认真分析后发现有如下因素制约其大面积推广普及：
1）软件价格昂贵。
2）使用范围受限。
3）操作难度太大。
4）缺少直观分析功能。
5）不能满足特殊需要。
学生分成两个实验小组。
主要模块的功能状况。
课
后
小
结
课次：
10测力原理
人数第10课时年月日
主题
测力原理
教学
目标
介绍电阻应变片、压电晶体在测力设备中的作用。
体育运动技术是如何利用这些传感器将不易测量的非电学量转变为易于测量的电学量的。
重点
难点
本节要点：
介绍动力学数据采集的基本方法和原理。
包括测力原理和常用测力设备，以及如何利用动力曲线和冲量数据解读出有用的运动技术信息。
教法
讲授（配合多媒体相关教学内容）
教
学
过
程
动力学测量方法
一、测量设备及其原理
1.力传感器
传感器是一种换能器，在自动控制中有较广泛的应用。
例如：
冰箱中的温度传感器、自动窗帘上的光敏传感器等。
都是利用物质的某种特性，将非电学量传换为电学量加以利用。
在体育运动测力装置中主要有两种传感器。
自然界中有许多神奇的物质具有各种各样有趣的物理特性，利用这些特性可以达到人们需要的目的。
1）压电晶体
石英晶体的压电效应（物理特性）：
参阅“压电式传感器”示意图和“压电晶体”视屏。
石英晶体在机械力的作用下，其表面会出现电荷。
产生电荷量的大小与作用力的大小成正比。
利用石英晶体做力传感器测量作用力的基本原理：
力的作用→石英晶体受到机械压力→石英晶体表面产生电荷→测量电荷的变化量→力的变化
2）电阻应变片
电阻丝（金属丝）物理特性：
利用应变片做力传感器测量作用力的基本原理：
参阅“应变式传感器”示意图。
力的作用→物体形状变化→应变片电阻丝长度、截面积变化→电阻变化→电流、电压变化→力的变化
应变片的基本用法：
将应变片粘贴在体育器械上，让应变片中的金属丝随着器械的变形而发生长度变化。
记录其电学量的变化，并通过对受力的大小进行标定，可以得出体育器械受力的大小。
课
后
小
结
课次：
11测力应用介绍
人数第11课时年月日
主题
测力应用介绍
教学
目标
介绍动力学数据及力－时间曲线与运动技术信息之间的关系。
重点
难点
力－时间曲线分析。
教法
讲授（配合多媒体相关教学内容）
教
学
过
程
3.力-时间曲线分析
1）步态曲线
人体从外观动作反映出来的跛行动作，实际上就是受伤一侧肢体由于疼痛不能正常用力。
对于伤后恢复是否已经达到正常状态时，仅用肉眼观察很难区别，此时可用测力台进行测试，能够比较清楚的了解恢复情况。
2）跳跃动作曲线
跳跃动作有三种比较典型的“力-时间”曲线：
（1）曲线波动不大，所围面积饱满。
常见于运动员蹬伸动作完成很好的情况。
（2）曲线呈斜坡状。
常发生在起跳动作蹬伸不充分时。
（3）曲线波动较大，常常形成较深的鞍状，所围面积的较小。
常发生在肌肉力量不足的运动员。
3）投掷铅球最后用力动作曲线
（1）用力时间不同：
优秀运动员的作用力时间短，作用力集中。
（2）力值的大小不同：
力值大，加上时间短，形成较强的爆发力。
（3）力曲线所包围的面积大小不同：
这个面积实际上就是冲量值F.t的大小。
由动量定理：
Ft=mv2-mv1
除开人体重力产生的部分后，其有效面积的大小，直接决定它引起铅球速度的变化。
课
后
小
结
本节复习思考题：
1.压电晶体和电阻应变片的物理特性是什么？
测力台是如何利用这些特性测量进行力学测量的？
2.利用“力-时间”曲线分析运动技术，你有何见解？
3.利用教材上投掷铅球垂直力曲线图，分析两种不同水平投掷铅球运动员的用力情况对其技术发挥的影响。
课次：
12实验5：
三维测力平台
人数第12课时年月日
主题
实验5：
三维测力平台
教学
目标
展示利用电阻应变片、压电晶体原理制作的成品测力台在采集运动技术动力学数据中的作用和基本操作方法。
重点
难点
测力台及其附属装置的基本作用、测力软件的基本操作方法。
教法
实验演示（配合多媒体相关教学内容）
教
学
过
程
测力台
将压电晶体或电阻应变片作为力传感器安装在一种平台下，这种平台表面受到力的作用后，可以引起力传器的相应变化，这种变化被转换为电流的变化。
将这种电流信号引导出来，它反映了平台受力过程中力的变化情况。
为了反映力在三个方向上的变化情况，往往在三个垂直方向安装力传感器，安装方式见图示。
1）压电晶体测力台
用压电晶体做力传感器。
这种测力台比较适合用于测量动态力。
测力台的质量和产品声誉对所测数据的可靠性具有决定作用。
例如，瑞士Kisstler测力台数据在全世界都是公认可信的。
2）电阻应变片测力台
用电阻应变片做力传感器。
这种测力台比较适合用于测量静态力。
参阅“测力台”、“外观1”、“外观2”示意图。
参阅“内部结构”、“装配图1”、“装配图2”示意图。
3）应用举例
例一，利用应变片对射箭运动弓的弹性和减振器效果的评价。
参阅“弓与箭”视屏；
参阅“安装应变片”、“进行测试”图片。
例二，利用应片式测力台获取射击、体操静止动作的稳定性的评价。
例三，利用压电晶体测力台获取冲击力较大的运动动作的测量。
4）动力学指标用途评价
a.动力学数据较之运动学录像资料更具客观性。
录像资料在关节点的取点上受人的因素干扰较大。
b.动力学测量较之运动学录像解析在使用上有不方便之处。
课
后
小
结
课次：
13实验6：
应变片在测力中的应用之一（应变片粘贴技术）
人数第13课时年月日
主题
实验6：
应变片在测力中的应用之一（应变片粘贴技术）
教学
目标
通过实验掌握电阻应变片的粘贴操作。
重点
难点
粘接剂的使用。
教法
实验操作（配合多媒体相关教学内容）
教
学
过
程
每两名同学一组。
课
后
小
结
课次：
14实验7：
应变片在测力中的应用之二（应变测力仪使用）
人数第14课时年月日
主题
实验7：
应变片在测力中的应用之二（应变测力仪使用）
教学
目标
通过实际操作，观察应变测力仪通过电阻应变片对外力的响应效果。
重点
难点
电阻应变片与应变测力仪的连接。
教法
实验操作（配合多媒体相关教学内容）
教
学
过
程
将上次实验粘接好的应变片，连接应变仪，检查应变片工作情况。
课
后
小
结
课次：
15运动学基础
人数第15课时年月日
主题
运动学基础
教学
目标
掌握运动学的基本原理。
重点
难点
运动的相对性。
教法
讲授（配合多媒体相关教学内容）
教
学
过
程
运动学基础知识
（一）人体运动形式和运动模型
1．质点
2．刚体
3．多刚体系统
（二）人体运动学特征
1.距离和时间的参考系
1）距离参考系
2）时间参考系
2.空间特征
1）质点、刚体和刚体系的坐标
2）点的轨迹
3.时间特征
1）时刻
2）运动的持续时间
3）运动节拍
4.时空特征
1）速度和速率
2）加速度
3）运动方程
4）转动刚体的运动学
5.运动学量的特性
1）瞬时性
2）矢量性
3）相对性
4）独立性
课
后
小
结
课次：
16动量定理、动量矩定理
人数第16课时年月日
主题
动量定理、动量矩定理
教学
目标
掌握动量定理以及动量定理在体育运动中的应用。
掌握转动惯量基本概念，了解人体的一些基本惯性参数。
掌握运动矩定理及其在体育运动中的应用。
重点
难点
区分体育运动中属于动量定理范围的技术动作种类。
人体转动惯量及其移轴公式。
区分体育运动中属于动量矩定理范围的技术动作种类。
教法
讲授（配合多媒体相关教学内容）
教
学
过
程
动量定理（
1）动量（mv）
动量：
物体运动量大小的度量。
影响因素：
质量m、速度v。
（1）质量是影响物体运动量的因素
参阅上图：
设有一篮球（质量m1）和一铅球（质量m2）以同样速度v飞来，不难知道此时质量大的物体产生的运动量也大。
这说明质量m的大小影响物体运动量的大小。
（2）速度是影响物体运动量的另一因素
2）冲量（Ft）
力作用效应大小的度量。
影响因素：
力F大小、力作用时间t的长短。
综合考虑这两个因素决定的量，仍利用乘法方式，故用Ft作为力作用效应大小的度量，称之为冲量。
它表示了力对物体作用效应的大小。
（1）力F的大小是力作用效果的影响因素
（2）力的作用时间是力作用效果的另一个影响因素
3）动量定理
物体运动量的改变量等于物体所受冲量的大小。
4）动量守恒定理
当物体不受力，或所受合外力为零时，物体的动量不变。
即：
Ft=0时，动量定量变为:
5）动量定理在体育运动中的应用
（1）投掷运动中的“超越器械”动作。
通过延长运动距离，使作用力时间t延长，从而使冲量加大。
（2）所有落地时的“缓冲”动作，通过延长作用时间，从而使作用力减小，起到保护作用。
6）适合于动量定理的常见体育技术动作
（1）投掷类
特点：
投掷肢体和器械同时运动，肌肉力产生冲量，使器械的动量发生变化。
这类问题涉及肌肉作用力和时间的制约，需要通过作用距离的改变达到增加作用时间。
运动实践中一般都是采用在保证动作速度的情况下，通过延长工作距离达到延长工作时间。
这种方式就是常说的“超越器械”动作。
（2）打击类
特点：
打击类动作需要区分为两个阶段：
一是肢体挥动阶段，肌肉力使肢体体身获得动量矩的改变；其二是击打阶段，肢体和器械发生碰撞，碰撞力使器械发生动量的变化。
打击类动作的特点是物体受力时间t很短，因此产生的力F较大。
运动器械动量改变以后，按新的运动速度v2沿冲量的方向飞出。
（3）蹬伸类
特点：
蹬伸力作用在地面，引起地面的反作用力冲量，从而使人体的动量发生变化。
人体跳跃通过蹬伸动作获得向上的动量。
共分两个过程：
蹬伸过程
腾空过程：
（4）缓冲类
特点：
人体下落时产生一个确定的动量，在触地瞬间被地面相同大小的阻碍力冲量改变。
组成冲量的阻碍力和时间相互制约。
因此，通过延长作用时间t，减少作用F，达到避免受伤和维持身体稳定的作用。
动量矩定理
1.力矩和力偶矩（M）（教材P88-P90）
1）力
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