运动生物力学教案教学内容：● 教学常规：师生问好、登记考勤等● 导入部分：①复习：运动生物力学概念、运动生物力学学科概述；提问问题：运动生物力学的发展前景？②宣布本节课内容，提出问题：大家知不知道自己的头有多重？讨论：怎么才能知道自己的头的重量？引发学生兴趣。

③举例解决学生问题，引出本节课知识点（古代一科学家，最早用六具冰冻的男尸研究人体，他把男尸的头全部割下来，放在体重计上称重量，这就是最早的运动生物力学研究。

现在科学家已经推算出人的头占体重的百分比，所以要想知道头的重量，只需要用体重乘以这个百分数）；然后以火亮运动为例，说明无论是重量，还是时间，力等等，都是我们今天要讲的运动参数。

● 主要部分：第一节.人体惯性数参数 一、 人体惯性参数特征 （一）人体惯性参数特征量1.质量(m)：衡量物体平动惯性大小的物理量，是恒量、是标量。

绝对质量 人体各环节的质量叫做各环节的绝对质量。

相对质量=绝对质量/人体质量。

提问：姚明为什么在运动场上显得比较笨拙？（质量越大的物体，惯性越大，静止的时候不容易启动，运动的时候不容易停下来）✧ 讨论：体操运动员程菲的上肢相对质量大，还是篮球运动员姚明的上肢的相对质量大？ 2. 重量(G)环节绝对重量：人体环节的重量称为环节绝对重量;环节相对重量：环节绝对重量与人体总重量之比叫做环节相对重量重量与质量的关系：G=m*g(重力加速度） 球对人体的吸引力越小，对于跳高，跳远的项目来说，容易取得好成绩，所以墨西哥奥运会上，有很多成绩打破世界记录。

） 3．人体质心（重心）人体总质心：人体整体质量分布的中心。

人体重心：人体各环节所受地球引力的合力作用点。

✧ 质心和重心物理意义不同，计算结果一致。

纵长环节的质心（重心）大致位于纵轴上，靠近近侧端关节。

4．环节质心（重心）位置环节质心（重心）半径系数:即近侧端关节中心至环节质心（重心）的距离与环节长度的比值。

5. 转动惯量(I)衡量物体（人体）转动惯性大小的物理量。

设物体（人体）转动部分由n 个微小质量△mi 构成，微小质量距转轴的距离分别为xi 。

质量是衡量平动物体惯性大小的物理量，转动惯量是衡量转动惯性大小的物理量。

✧ 思考：质量大小与平动的关系？∑==ni i i r m I 12转动惯性大小与转动的关系？ 转动惯量的影响因素：质量分布对转动惯量的影响：2. 转动轴对转动惯量的影响：转动轴的位置不同，转动半径R 也不同。

转动位置越远离转轴，转动惯量I 越大。

（转动惯量）大，转动困难。

（提问：为什么链球旋转起来 比较困难）引申：1.空翻类运动项目的运动员身高普遍较矮，转动惯量就小，容易转动,所以体操运动员人矮小。

2.空翻类动作难度的判定与运动员的动作姿势有关，直体难于屈体；屈体难于团身。

6. 回转半径（转动半径R ）假设绕某转动轴转动的物体全部集中在离轴某一距离的一点上，用这一点来代表整个物 体的质量，这时它的转动惯量如果恰好与原物体相对此轴的转动惯量相等，则称这个距离为回 转半径（R ），也叫转动半径，用公式表示为：（二）人体惯性参数的标准化（环节的划分方法）人体环节包括头、躯干、四肢等。

由于这些环节在人体运动过程中相互间位置不断的调整和 改变，会直接影响环节质心和人体质心的位置，因此确定环节的划分方法十分重要。

环节划分方法有两种：①一种是以人体的结构功能为依据，分割环节的切面通过关节转动中心，并以关节中心间的连 线作为环节的长度；②另一种是以人体体表骨性标志点作为划分环节的参考标志，并以此确定环节长度。

✧ 第一种符合运动规律，但在人体测量时不易准确确定划分点；而后一种划分方法尽管易于测量，但不如前者能更好地满足运动生物力学研究的基本要求。

（三）人体惯性参数的特性 1. 人体重心位置 影响因素有6个：✧ 性别：女子重心的相对高度比男子低0.5%-2%。

（女子下身比较肥胖） ✧ 年龄：随着年龄的增长相对重心高度会下降✧ 运动专项对人体重心产生影响：滑冰、足球和短跑等下肢肌肉肥厚运动员的相对重心位置较低，而体操、游泳、赛艇等上肢肌肉肥厚运动员的相对重心位置较高。

讨论：篮球运动员的相对重心位置较高吗？ ✧ 体型：人体肌肉和骨骼的发达程度以及脂肪积蓄 程度，都影响人体整体的质量分布。

✧ 姿势：当环节向某方向运动时，身体重心随之向该方向移动，在某些情况下，特别是当前屈后仰时，身体总重心甚至移出体外。

✧ 生理与心理：由于人体在变换姿势或心理紧张时，内脏器官及其肌肉质量的位移、血液的重新分布等原因，使得人体总重心的位置不会固定不变。

但是，这种变化是很小的，一般不会超过身高的1%。

2. 人体转动惯量特点 具有可变性、瞬时性人体转动惯量会随着各环节的质量及其在空间分布情况和转轴位置的变化而变化。

（可变性） 利用人体转动惯量的可变性，可以通过变换转动轴或通过改变姿势来改变转动惯量，以完成各种动作。

例如：跳水对人体某一姿势转动惯量的计算和测量，只能说明某一瞬间的情况。

（瞬时性）二、人体惯性参数模型（一）人体惯性参数测量方法主要分三类：尸体测量法，活体测量法，数学模型计算法。

1. 尸体测量法测量方法采用称重法和悬挂法（如右图）。

样本数量少，加之切割技术的复杂、方法不统一，因而所得到的结果在推广时必然会受到限制。

2．活体研究活体研究的传统方法有：水浸法、称重法、数学模型法、放射性同位素法、CT 法、MRI （核磁共振）法等许多新的研究方法。

(1)水浸法根据阿基米德原理，优点是：简单易行，费用少缺点是：误差较大，精度不够(2)称重法（平衡板法）利用力矩平衡方程简便易行和直接测量人体整体和环节重量参数的优点。

(3)放射性同位素法（又称γ射线扫描法）具有诸多优点，并且将躯干分为三段，实验样本量大，所得结果已为运动生物力学工作者广泛应用。

(4)CT 法（利用计算机X 射线断层照相术）郑秀瑗等利用计算机X 射线断层照相术，计算面积；水浸法测出体积，用天平称重最后计算出每一种组织与器官的平均密度；尸体解剖法确定人体各环节划分的分界点。

(5)核磁共振成像法（MRI法）利用原子核中电子运动的磁场现象，透过电脑重组而将磁场情形转换成密度不同的影像，将人体组织结构展现出来。

比CT更精细。

3. 数学模型计算法用几何图形来模拟人体环节，如：将头部模拟成正椭圆球，将躯干模拟成正椭圆柱，将四肢模拟成平截正圆锥体等。

（二）人体惯性参数模型1. 布拉温-菲舍尔模型1889年德国学者布拉温和菲舍尔的研究成果。

2. 松井秀治模型日本松井秀治于1958年的研究成果（分男女）。

3. 昌特勒模型这是由美国宇宙医学研究实验室和美国空军等单位共同完成的。

美国国家技术情报服务处于1975年公布。

4. 扎齐奥尔斯基模型前苏联B.M.扎齐奥尔斯基和B.H.谢鲁杨诺夫于1978年用放射性同位素扫描的方法对100 名青年学生进行测试，得到的。

5. 中国人参数模型郑秀瑗等人采用CT法首次获得了中国正常人体的惯性参数，填补了空白。

把环节划分为9 个部分第二节运动学参数一、运动学参数特征人体的运动是在一定的时间和空间维度上进行的，人体运动的运动学是对人体运动的定量 描述，研究人体或器械运动的轨迹、速度、和加速度等。

从而揭示人体运动或器械的外部状况， 对运动进行外显特征的比较。

（一） 运动学参数时间参数、空间参数、时空参数 1．时间参数（时刻、时间、频率） （1）时刻是人体位置的时间量度，是时间上的一个点。

（2）时间是运动结束时刻与运动开始时刻之差值，过程量。

时间与时刻的区别？ 博尔特百米跑领先记录9秒69，是时间还是时刻？分析博尔特百米跑 ✧ 百米记录打破情况：频率=次数/单位时间 例如：步频、心率 2．空间参数 ：路程、位移、角位移 （1）路程指人体从一个位置移到另一个位置时，人体运动的实际路线的长度。

标量 （2）位移是矢量，是对运动的直线量度。

400m.操场跑一圈，位移是多少？路程是多少？ （3）角位移（转动角）Φ定义：描述人体转动的空间物理量，人体整体或环节绕某轴转动时转过的角度。

方向：逆时针转动的为正，顺时针转动为负单位：弧度（rad ）、角度、周。

1 弧度=2π/半径 2π弧度=360度=1周 3．时空参数 （1）速度 (V )速度=位移/时间,是描述人体运动快慢和方向的物理量,矢量 （2）速率=路程/时间之比， 是描述人体运动快慢程度的物理量，标量（3）角速度（ω）指人体在单位时间内转过的角度。

矢量。

角速度ω=角位移Ф/时间t表示物体转动的快慢与转动方向。

单位red/s。

（4）加速度指单位时间内人体速度的变化量，是描述人体运动速度变化快慢的物理量，用a表示。

①直线运动中，速度方向在同一条直线上。

②曲线运动中，由于速度大小和方向均会发生改变，将a分解为两个分量，一个沿法线方向称法向加速度（an），一个沿切线方向称切向加速度(at) 。

an =v2/r（5）角加速度指人在单位时间内转过的角度。

表示人体转动时角速度变化的快慢，用β表示。

指转动中角速度的时间变化率。

如：转动人体在某一时刻（t1）角速度为ω1；在时刻（t2）角速度为ω2 ，则β=△ω/△t=(ω2-ω1)/ (t2 - t1) 。

（二）运动学参数相对性特征（参照系）在研究问题时，涉及到位移、速度、加速度等都是相对于选定的参照系而言，只有确定了参照系，这些量才有确定的意义，这一性质特征可概括为相对性。

当我们在描述人体的运动情况时，一般需要选定一个或若干个物体作为参考标准，观察人体与这个选定物体相对位置的变化情况，如果相对位置没有变化，说明人体是静止的；如果相对位置发生了变化，说明人体是运动的。

1．参照系又称参考系参照系：指为了描述人体运动所选定的作为参考标准的物体或物体群。

（1）惯性参照系指以地球或相对于地球静止不动的物体、或做匀速直线运动的物体作为参照系，通又称为静参照系。

相对于地球都是静止不动的，均可称为惯性参照系。

（2）非惯性参照系指以相对于地球作变速运动物体，或者说以相对于惯性参照系做变速运动的物体作为参照系，通常称为动参照系。

在人体完成各种体育动作时，有时需要研究局部肢体的运动状态变化，在大多数情况下，是以人体躯干或身体重心作为参照系，因为在完成体育动作时，人体躯干或身体重心的位置不断改变的，因此他们属于非惯性参照系。

2．坐标系为了定量表示人体或器械的位置相对于参考系发生变化，就要用坐标系。

坐标系是具有参照原点、参照方向、参照单位的参照系。

常用的有3种：（1）一维坐标系最简单的是一维坐标．坐标轴用OX表示。

100m跑、游泳均朝一个方向运动等一般可近似看作在一维坐标上的运动。

适用于游泳，跑步等整体动作的分析（2）二维坐标系二维坐标系又称平面坐标系，若人体在空间的运动是在一个平面上，这个运动可以有两个方向。