运动生物力学实践教学法实验报告范本本科生.docx
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运动生物力学实践教学法实验报告范本本科生
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）
实验报告
范本
系别
班级
姓名
南京体育学院
2007—2008学年度第2学期
实验一览表
实验一摄影坐标测定
实验二重心坐标测定
实验三坐标、重心测定应用
实验四测力台外力测定
实验五外力测定应用
实验六肌肉被动力—长度
性质验证
实验七肌肉主动力—长度
性质验证
八模拟小论文撰写
实验一摄影坐标测定
实验目的
1．了解运动技术解析摄影方法。
2．掌握坐标解析测定的基本原理，掌握坐标解析的逻辑过程和中间数据的意义。
3．影片解析实际操作。
实
验
原
理
1.比例尺法
K为比例放大系数，是实际长度和图像长度之间的比例，X，Y为原点坐标的平移距离
2.DLT法
L—L为坐标平移、旋转、放大的系数
主要仪器和设备
1.计算机
2.自学・教学・科研一体的二维影片解析软件
实
验
步
骤
控制点:
8
摄影频率:
25帧S
幅数:
10
人体（21）器械（3）点数:
24
身高:
164CM
体重:
60KG
用数据线将电脑与摄像机连接后，利用相关软件，采集踏板前后的10幅照片和1幅框架照片，将所采集的照片存入U盘，然后将U盘接入另一台电脑进行如下操作
1将所提取的小幅照片存入D盘Jacky文件夹中，并存入与学号相符的子文件内，并将其重命名。
2打开二维影片解析软件，输入自己的学号，提取相关图片。
3在10幅运动图片中的人体上描21个点，踏板上描3个点，数据保存在DLT3.DAT（其中21个点依次为右手掌中心，右腕关节中心，右肘关节中心，右肩关节中心，左肩关节中心，左肘关节中心，左腕关节中心，左手掌中心，右脚中心，右脚踝关节中心，右膝关节中心，右髋关节中心，左髋关节中心，左膝关节中心，左踝关节中心，左脚中心，会阴、肚脐、剑突、第7颈椎下缘、耳屏下缘处）
4在框架上标8个点，保存数据为DLT2.DAT。
5利用DOS系统，读取相关数据，在电脑上即显示出人的运动模型和现实中人的运动坐标，该坐标存放在F2D.DAT中。
6打开“File”中的“数据处理”,输edit空格F2D.DAT即可得到数据，根据数据画图。
原始数据记录
DLT1.DAT（0.1005,0.0455）（0.0945，0.5784）（0.0945，1.1033）（0.0869，1.6366）（1..0450）（1.1546,0.5766）（1.1546,1.1036）（1.1528,1.6315）
DLT2.DAT,（282.0,487.0）（284.0,388.0）（285.0,287.0）（282.0,190.0）（466.0,487.0）（466.0,386.0）（466.0,289.0）（465.0,189.0）
L1—L8.DAT-171.5615-3.8865-374.42150.9312184.2814-337.2925-0.00160.0089
DLT3.DAT踏板：
（500.0,371.0）（492.0,364.0）（478.0,328.0）（481.0,291.0）（440.0,292.0）（422.0,325.0）（429.0,351.0）（433.0,354.0）（376.0,393.0）（388.0,399.0）（434.0,443.0）（445.0,390.0）（470.0,385.0）（492.0,423.0）（486.0491.0）（492.0,498.0）（462.0,396.0）（460.0,369.0）（461.0,329.0）（469.0,272.0）（472.0,254.0）（524.0,513.0）（522.0,509.0）（518.0,503.0）离板：
（577.0,270.0）（565.0,276.0）（542.0,282.0）（562.0,263.0）（574.0,262.0）（592.0,309.0）（617.0,279.0）（622.0,283.0）（565.0,444.0）（569.0,436.0）（614.0,395.0）（580.0,363.0）（544.0,362.0）（536.0,424.0）（495.0,470.0）（494.0,489.0）（562.0,359.0）（571.0,334.0）（577.0,288.0）（571.0,249.0）（578.0,233.0）（522.0,513.0）（518.0,508.0）（514.0,503.0）
JC2DC.DAT踏板：
（1.35,0.66）（1.31,0.70）（1.23,0.89）（1.24,1.09）（1.00,1.08）（0.90,0.91）（0.94,0.77）（0.96,0.75）（0.63,0.54）（0.70,0.51）（0.97,0.28）（1.03,0.56）（1.18,0.58）（1.30,0.38）（1.27,0.02）（1.30,-0.01）（1.13,0.53）（1.12,0.67）（1.13,0.88）（1.17,1.19）（1.19,1.29）（1.49,-0.09）（1.48,-0.07）（1.45,-0.04）
离板：
（1.）（1.73,1.16）（1.60,1.13）（1.71,1.23）（1.78,1.24）（1.89,0.98）（2.）（2.06,1.12）（1.73,0.27）（1.75,0.31）（2.01,0.52）（1.81,0.70）（1.66,0.70）（1.56,0.37）（1.32,0.13）（1.32,0.03）（1.71,0.72）（1.76,0.85）（1.80,1.10）（1.77,1.31）（1.81,1.39）（1.48,-0.09）（1.45,-0.07）（1.43,-0.04）
实验结果与分析
⒈确定量程，观察数据，确定最大数与最小数的差值，并按一定比例将此区间分成若干分，由此确定单位长度。
（先在excel中输入数据，然后选定数据生成表格，复制在电子版中。
）
⒉根据F2D.DAT所得的坐标点，分别在踏板图和离板图上描点，按数据的顺序，将相邻两点用直线连起来，得到简易人体动作形态图。
成果小结
⒈通过本次实验课的学习，基本了解了运动技术解析的摄影方法，熟悉了运动技术解析的摄影过程。
⒉通过对坐标解析测定的基本原理的学习，掌握了坐标解析的逻辑过程和中间数据的意义。
⒊通过对影片解析的实际操作，掌握了对运动技术影片的自剪采过程，运用比例尺法DLT法，使用计算机和二维影片解析软件，对运动技术即跳远的过程进行分析。
在使用二维影片解析软件时，通过对四肢关节、脐、剑突、第7颈椎、耳廓上缘等21个点的点画，在电脑中在现人体跳远过程，便于直观，客观地分析跳远技术动作。
⒋通过本次实验，还掌握了运用所得数据，在坐标轴中描点，再现跳远过程中的踏板和离板场面。
⒌由于初次接触生物力学实验，在对二维影片解析软件使用时还不熟练，对整个生物力学实验即好奇又陌生，平时还需多加练习，多向老师请教。
以便更好地掌握实验原理和实验过程。
批语与评
分
实验指导教师：
年月日
实验二重心坐标测定
实验目的
1.了解人体模型，熟悉惯性数据及其意义。
2.掌握量测和计算人体任何动作位置时的重心坐标。
实
验
原
理
1.定比分点:
x=（1-）x+x
y=（1-）y+y
其中为分体环节质心位置比，（x，y）（x，y）为分体环节上下关节中心点的坐标，而所得（x，y）为分体环节质心所在的坐标。
2.力线平移定理:
刚体上的力可与自身平行移动到任一点（F→F），但需添加一力偶，其力偶矩等于原力对于新作用点的矩M=M（F）=Fd。
3.合力矩定理:
各分力对任一点力矩的代数和等于各分力的合力对于同一点的力矩
4.求人体总重心坐标:
公式
其中为分体环节的相对质量，而（x1c,y1c）…（x14c,y14c）为身体14
个分体环节的质心坐标。
而所得（Xc，Yc）为人体总重心所在的坐标。
主要仪器和设备
人体动作照片，量测工具（尺，笔，橡皮）
实
验
步
骤
1．以人体左下角边缘处o点为原点绘出直角坐起系oXY.
2．确定肩、肘、腕、髋、膝和踝关节中心点的位置。
3．确定头和手的重心位置。
头的重心在耳廓上缘中点，下面观时在两眉间，手的重心在中指的掌指关节处。
4．连接关节中心点构成人体棍图。
5．开始测量影片上各环节的长度（以毫米为单位）。
6．各环节重心至各环节近侧端关节中心的距离占整个环节长度的百分比（λ）见表2-1即中国青年人体分体环节质心比。
7．环节长度乘以环节相对重心位置百分比（λ），即为该环节质心至近侧端关节中心实长。
例如青年男性左上臂20×0.486=9.72（mm）.应说明两点，上躯干质心是指躯干质心至两肩关节中心点连线中点的相对重心位置数据。
足重心的0.44是足重心到踝关节中心的相对重心位置数据。
8.最后用表2-2中国青年人体分体环节相对重量%计算人体总重心位置.
表2-1中国青年人体分体环节质心比λ（%）
青年男性
青年女性
手
中指的掌指关节处
手
中指的掌指关节处
前臂
41.87
前臂
42.72
上臂
48.6
上臂
46.91
足
44
足
44
小腿
40.91
小腿
40.63
大腿
47.71
大腿
45.87
上躯干
53.73
上躯干
54.26
下躯干
40.54
下躯干
47.36
躯干
44
躯干
44
头
耳廓上缘中点
头
耳廓上缘中点
表2-2中国青年人体分体环节相对重量%
青年男性
青年女性
手
0.64
手
0.49
前臂
1.30
前臂
1.18
上臂
2.61
上臂
2.62
足
1.50
足
1.38
小腿
4.00
小腿
4.55
大腿
14.00
大腿
14.28
上躯干
17.00
上躯干
16.53
下躯干
25.60
下躯干
25.87
躯干
42.70
躯干
42.70
头
9.30
头
8.60
实验结果与分析
根据数据记录：
A:
左手（3，5.3）左前臂（2.38，5.7）左上臂（2.35,6.5）
手（1.40,3.50）右前臂（3.33，5.7）右上臂（3.04，6.7）
左足（4.95，0.9）左小腿（4.6，3.38）左大腿（4，4.02）
右足（1.43，3.5）右小腿（2.7，3.2）右大腿（3.36，4.3）
躯干（3.07,6.56）头（2.72,8.44）
由公式得
B:
左手（8.99,8.17）左前臂（8.33，7.67）左上臂（8..05,8.15）
右手（6.51,6.59）右前臂（6.51,7.67）右上臂（6.75,8.5）
左足（5.48,1.6）左小腿（5.85,3.12）左大腿（6.75,5.19）
右足（10.21,3.54）右小腿（9.63,4.6）右大腿（8.44,5.87）
躯干（7.49,7.67）头（7.49,9.58）
由公式得
成果小
结
1本实验在实验一的基础上，进一步学习重心坐标测定，通过本次实验，使我们了解了人体模型，可把人体简化为14各刚体；熟悉了惯性数据及其意义。
2通过本次实验掌握了测量和计算人体任何动作位置时的重心坐标，即通过分体质心位置比，求出分体质心，然后用分体相对质量和人体总重心坐标公式，求出人体任何动作位置时的重心坐标。
同时在整个实验过程中，还掌握了定比分点，力线平移定理，合力矩定理等基本理论知识，有助于进一步理解和掌握实验原理。
3通过对重心坐标测定的学习，可以运用于实际工作，人体运动生物力学中很重要的一个任务是对运动技术进行生物力学诊断，这就要求了人体重心的运动轨迹及速度和加速度，因此重心计算十分重要也是各项工作的基础。
4在计算重心坐标时，由于各种参数较多，人体总重心坐标公式较复杂，在计算时要小心谨慎，避免出错。
总的来说，只有反复多次练习，才能熟练准确掌握运动康复生物力学实验。
批语与评
分
实验指导教师：
年月日
实验三坐标、重心测定应用
应用目的
1.掌握和领会二维运动摄影测量，影像解析以及动作技术分析与诊断的全
过程及意义。
2.以学生自己为实验对象进行二维跳远动作的影片拍摄、解析、动作技术
分析、动作技术对比诊断和小论文撰写。
应用阐述
本次实验为坐标测定应用是对实验一和实验二的拓展和进一步深入，建立在前两次的基础上，本实验可以用于运动员跳远远度动作技术的分析。
由于跳远的远度由离板时的瞬时速度和角度影响，而离板时的瞬时速度由踏板时的瞬时影响，还有板上的人体动作，摆动腿等等。
踏板时的瞬时速度也受助跑速度影响，并最终影响跳远的远度。
然后通过实验一、实验二掌握的二维运动摄影测量，影像解析及动作技术分析并诊断跳远的全过程。
主要仪器和设备
1.实物坐标系标定框架,人体坐标系框架,测高计.测重计.顺序牌
2.SONY高速录像机,
3.计算机
4.Arial软件
实
验
步
骤
对比研究对象
一级运动员学生
姓名:
刘峰年龄:
24岁姓名：
何彦璐年龄：
20岁
身高:
186cm体重:
74kg身高：
164cm体重：
60kg
成绩:
跳远—6.82m成绩：
跳远—3.85m
单位:
南京体育学院运动系单位：
南京体育学院运动人体科学系
1在跳远场地摆放号SONY高速录像机，实物坐标系、标定框架，人体坐标系框架、测高计、侧重计，顺序牌。
2使用测高计，侧重计测量身高体重。
3学生开始进行跳远，用SONY高速录像机录下跳远过程，每位学生对应顺序牌中相应的序号。
4在学生跳远结束后，将实物坐标系标定框架置于跳远的助跑跑道的相应位置，拍下坐标照片。
5拍摄结束后，将录像机连接到电脑，每位学生采集相应的跳远动作技术过程，取踏板、离板过程前后共十张图片和坐标图片。
6在计算机中对上述十一张图片进行点点，在人体上点21个点，踏板上3个点，坐标上8个点，运用二维影片解析软件进行影像解析，动作技术分析与诊断。
7总的来说，可概括为自拍、自采、自解、自用。
原始数据记录
JC2DC.DAT
SB2DC.DAT刘峰踏板X=0.26Y=0.97何彦璐踏板X=1.11Y=0.78离板X=1.21Y=1.22离板X=1.74Y=0.89
SB2DV.DAT刘峰踏板V=8.272V=0.928V=8.323=6.404
何彦璐踏板V=5.4438V=0.0005V=5.4438=0.0048
刘峰离板V=7.751V=2.922V=8.284=20.657
何彦璐离板V=5.1633V=1.1429V=5.3574=15.4710
SB2DVQA.DAT
实验结果与分析
1.根据两名实验者的结果数据中的最大值来确定坐标最大标度，单位标度以图像清晰易看为准。
2.根据数据描点，作出图像。
刘峰踏板V=8.272V=0.928V=8.323=6.404总质心X=0.26,Y=0.97
离板V=7.751V=2.922V=8.284=20.657总质心X=1.21,Y=1.22
何彦璐踏板V=5.4438V=0.005V=5.4438=0.0048总质心X=1.11,Y=0.78
离板V=5.1633V=1.4291V=5.3574=15.4710总质心X=1.74,Y=0.89
成果小
结
1通过本次坐标测定应用实验，掌握和领会了二维运动摄影测量，进一步熟悉二维运动摄影测量的方法和过程，同时也掌握了影像解析以及运动技术分析与诊断的全过程及意义。
2在实验过程中以学生自己为实验对象进行二维跳远动作的影片拍摄、解析、动作技术分析，并与一级运动员刘峰的跳远动作技术进行对比诊断，从而分析影响跳远成绩的主要因素，发现自己跳远技术存在的问题和需要改进的地方，从而达到改进技术，提高成绩的目的。
3本次实验通过二维影片解析软件，通过对人体21个点的描点，计算出自己踏板和离板瞬时的水平速度，垂直速度，合速度的大小，方向，总质心和坐标，进行客观的数据比较和动作技术的对比诊断。
4本实验是实验一、实验二的拓展和进一步深入，需要结合实验一、实验二的原理和技术，也是对前两次实验的巩固和复习。
5通过本次实验，发现离板的速度和角度都会影响跳远的成绩，而离板的速度受助跑速度影响。
批语与评
分
实验指导教师：
年月日
实验四测力台外力测定
实验目的
1．掌握力传感器的工作原理。
2．学会将所测分力合成并求出Fx，Fy，Fz。
3．练习使用测力台,先测简单动作—步态。
实
验
原
理
1.传感器的工作原理，在受到外力作用时，电阻应变片中电阻丝变长，电阻变大，由于电流不变，电压变大，产生的电压变化经放大，模拟信号转化成数字型信号，通过电脑记录变化。
2.测力台受外力作用产生效应力，该力导致传感器中应变片长度△L值相应地变化，在测力台的量程范围内△LL与力成线性关系，与几何变化相对应，△RR与△LL亦成线性关系，
K=
3以X轴为例，当有一外力作用在测力台上时，F=F+F+F+F=F+F,同样得到F,F,其合力F=,合力与X轴的夹角为COS,同样可得F与YZ轴的夹角，同样还可以算出三个轴的旋转力矩，总力矩及合力作用点的位置。
4标定方法：
采用什么进行标定？
主要仪器和设备
力传感器模型，三潍测力台，计算机
实
验
步
骤
1连接二维测力台全套系统，使各组件处于通话状态。
2打开计算机中的相关应用软件，确定运动时间为6S，频率为每秒1000张图。
3让受试者在测力台边准备就绪，当计算机操作者按“确定”按钮的同时，受试者以正常姿势走过测力台。
4在计算机所得的曲线上读取相关数据，包括运动开始，结束时间，各峰值，低估时间，在曲线上读取30个点的坐标（此30个点原则上可任取，但为作图方便每点的横坐标可间隔相同距离，再由其决定相反纵坐标）。
5让受试者从异常姿势走过测力台，数据读取过程同上。
6根据所得数据，描点作图，进行动作分析。
操作三维测力系统过程
1开启电脑，打开“bio系统”
2点“AcquireFrial”再点“Start”
3按“确定”，则让受试者开始以正常步态走。
4按两次“确定”，一次“取消”后，即出现图像。
5在图像上点鼠标右键，选“EditParameters”
6在出现的对话框中选定“F”即可点“OK”
7按“F4”即可得数据
原始数据记录
正常步态（3.42,13.49）（3.45,82.50）（3.48,108.87）（3.49,113.20）（3.51,125.07）（3.52,128.99）（3.54,126.45）（3.57,113.64）（3.59,106.52）（3.60,102.62）（3.62,96.98）（3.63,93.96）（3.66,86.47）（3.68,84.48）（3.70,84.16）（3.75,88.78）（3.77,90.36）（3.78,91.30）（3.80,96.11）（3.82,97.40）（3.85,107.57）（3.88,114.98）（3.91,116.91）（3.93,112.40）（3.96,94.56）（3.98,70.76）（4.00,44.29）（4.01,24.96）（4.03,11.54）
异常步态
（3.30,10.40）（3.32,72.17）（3.35,47.42）（3.36,51.92）（3.39,99.50）（3.43,128.03）（3.46,138.43）（3.49,130.62）（3.52,119.27）（3.54,119.00）（3.57,118.16）（3.58,118.40）（3.61,115.91）（3.62,115.39）（3.63,115.74）（3.68,112.38）（3.69,109.88）（3.71,106.31）（3.72,105.07）（3.73,103.43）（3.76,103.44）（3.77,103.49）（3.82,92.70）（3.87,71.62）（3.88,62.94）（3.94,17.02）（3.97,9.7）（3.81,95.55）（3.86,81.67）（3.91,41.37）
实验结果与分析
步态
分析：
正常人步态支撑阶段垂直力呈现对称性双峰曲线，前蹬着地时出现第一峰值，中间缓冲时地面反作用力小于体重，是因为有向下的身体加速度，所以呈现一低谷，后蹬阶段又出现第二峰值。
异常情况下（腿或脚有病时）测定的曲线则呈不规律的变化曲线，在前蹬阶段腿支撑无力，中间垂直阶段又不能很好缓冲，不但不减小垂直力反而出现峰值。
作图步骤①根据数据中最大值来确定坐标上的最大标度，单位标度则以图像清晰准确为准。
②把数据描到坐标上，用光滑曲线连接各点。
成果小
结
1通过本次试验，首先了解和掌握了力传感器的工作原理，学会将所侧分力合成并求出F，F，F
2熟悉并掌握了三维测力台全套系统的操作。
3通过对正常步态步行支撑阶段的垂直力坐标图的比较，发现正常步态支撑阶段垂直力呈现对称性双峰曲线，两个峰值均大于体重线，而中间波谷则小于体重线。
异常步态测定的曲线则呈不规律的变化曲线。
4根据本次实验，通过对三维测量系统的学习，可以测动作步态，通过步态的分析可以评价运动员的技术动作，便于教练员和运动员改进技术动作，提高运动成绩。
也可运用于医疗腿或脚有病的患者，这种病肢经治疗后再做测力时，应恢复成正常人的双峰一谷对称曲线。
批语与评
分
实验指导教师：
年月日
实验五外力测定应用
应用目的
用所学外力测定技术全面深刻地分析原地纵跳运动。
从具体的运动动作着手掌握一般运动技术分析与诊断的方法。
应用阐述
1原地纵跳的目的是跳得高，而影响高度的关键是离板瞬时的速度v2。
2原地纵跳起跳后质心做竖直上抛运动，根据动量定理mv2-mv1=Ft,得v2=,同时F=N-G，（N为地面给人的平均力，F为合力）所以v2==-gt,由此式子可得N的大小决定v2的大小。
3由牛顿第二运动定理F=ma,F=N-G,得N=ma+G，可知人体总质心加速度a的大小决定N的大小。
4人体分体质心决定总质心。
因此肌肉剧烈收缩，产生肌力，使人体分体质心加速度增大，从而总质心加速度a增大。
5由上述四点分析可知，分体肌肉力发挥→总质心加速度a增大→地面给人的平均力N增大→V2增大→离板的瞬时速度增大→原地纵跳跳得高。
主要仪器和设备
三潍测力台，计算机
实
验
步
骤
1连接三维测力台全套系统，使各组件处于通话状态。
2开启电脑，打开“bio系统”，点击“AcquireFrial”确定运动时间为6S频率为每秒1000张图，用鼠标点击“Start”
3让受试者站于测力台上准备就绪，操作者在电脑中点击“确定”，受试者开始无摆
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