运动生物力学教学实验Experiment of Sports Biomechanics第一节实验须知（Notice of Experiment）一、实验课目的（Purpose）运动生物力学教学实验的目的在于通过实验使学生掌握运动生物力学教学实验的基本操作技术，以及反映人体运动技术动作运动生物力学特征测试与评定。

初步掌握获得运动生物力学知识的科学方法，验证运动生物力学的基本理论。

培养学生辩证唯物主义的观点，求实的科学态度和正确的思维方法，以及对事物具有客观地观察、比较、分析和综合的能力，从而为科学地组织体育教学、指导体育锻炼与训练，以及进行体育科学研究奠定基础。

二、实验课要求（Requirement）1、实验前认真阅读实验指导，了解实验目的、要求、原理、步骤和操作程序。

2、严格遵守实验室有关规定。

3、按实验步骤操作。

4、仪器使用要严格按操作规程进行，如有仪器故障或损坏，及时报告实验教师，不得自行修理和拆卸。

5、爱护实验仪器设备，注意安全。

6、分工合作，各项工作轮流担任，认真做好实验记录。

7、实验后整理仪器设备，打扫卫生，关闭电源。

8、认真整理实验记录，做出实验结论，写出实验报告。

三、实验报告的内容和要求（Content and requirement of Report）1、实验报告（Report of experiment ）◇实验名称、姓名、年级、班级和实验日期◇实验目的◇实验原理◇实验仪器设备◇实验方法与步骤◇实验结果◇讨论和结论根据已知的理论讨论分析实验结果，并指出实验结果的省区力学意义。

实验结论是从实验结果中归纳出的一般的概括性的判断，即是某一实验所能验证的基本概念、原理或理论的简明总结。

四、说明（Introduction）由于我院的实验条件尚不健全，部分实验暂时不能开设，有的实验采用其他更加简单的方法所取代。

但是我们正在积极努力改善实验条件，争取在短时间内建立健全运动生物力学实验室和相应的实验设备和仪器，以保证运动生物力学的教学与科研的正常进行，提高教学与科研的质量，完成教学任务。

第二节实验内容（content of experiment）实验一人体一维重心测量实验目的（purpose）：学习用一维重心测量板测定人体重心的实验方法。

分析影响人体重心位置的因素实验原理（principle）：依据静力学的力矩平衡原理进行人体重心位置的测定。

（见图9-1）测定公式：∑ M A = 0W·AD－（M－M0）·AB = 0AD = M－M0·ABWAD为被试标准站立姿势时的总重心的绝对高度，为了便于比较可计算人体重心的相对高度计算公式为：重心相对高度= 重心绝对高度/ 身高×100%图9-1实验仪器与材料（instrument and material）：体重秤、一维重心测量板、身高仪。

方法与步骤（method and step）：1、学生两人一组。

2、赤足测量每人的身高、体重。

3、被试者以标准解剖姿势平躺在测量板上，另一学生读出体重秤读数并记录诶表中，然后被试者两臂平举和两臂上举，记录体重秤的读数。

4、依据上述原理和测量数据结果，分别计算出不同姿势的重心高度和标准解剖位的相对高度。

5、根据测量结果写出实验报告。

实验二分析法、图解法测定人体重心第三章实验目的（purpose）：学习运用分析法和图解法在运动图片上计算人体重心的方法和原理，深入了解影片解析仪上计算人体重心的基本原理和方法。

实验原理（principle）：分析法测定人体重心是以合力矩原理为依据，选定的人体模型，依据所确定的模型提供的参数，分别计算出各环节重心，然后相对确定的直角坐标系的坐标轴进行力矩合成。

公式如下：n n∑ PiXci ∑ PiYciXc = i=1 Yc=i=1P P式中Xc、Yc是人体总重心在坐标系OXY中的相应坐标值，Xci、Yci人体各环节在同一参考坐标系中的相应坐标值，Pi是各环节的重量，n是计算总重心坐标时所取的环节总数，P是人体总重量，若把P看成1，则Pi为相对重量，那么，公式可以简化为：n nXc = ∑ PiXci Yc= ∑ PiYcii=1 i=1实验仪器与材料（instrument and material）：运动技术图片一张、直尺、坐标纸。

实验方法与步骤（method and step）：1、建立直角坐标系2、确定各关节重心点3、连接关节点构成人体单线图4、测量各环节的长度，填入预制表格内5、根据选定的人体模型的环节半径系数，测定各环节的重心位置和坐标，填入表内。

6、根据选定的人体模型的各环节相对重量及各环节重心坐标分别求出PiXi、PiYi，填入表格内。

7、根据公式求出人体全部环节重心n n∑ PiXi ∑ PiYii=1 i=1即为人体总重心Xc、Yc7、在图中标出Xc、Yc。

（见图9-2）图9-2实验三不同跑速时步长与步频关系实验第四章实验目的（purpose）:通过实验,使学生加深理解速度概念的物理意义,初步掌握测定平均速率的方法.了解在不同跑速情况下的步长和步频的变化规律.实验原理（principle）:跑速 = 步长×步频步频 = 步数 / 时间实验仪器与材料（instrument and material）:计时秒表，20M卷尺实验方法与步骤（method and step）：1同跑速时步长与步频关系图。

◇受试者以慢速、中速、快速和最高速度分4次跑完20M，在20M 始端加15M预跑距离，以便进入20M跑道后能以匀速跑完全程。

记录20M跑的时间和步数。

4人为一个实验组，计时、发起跑信号、计步数和受试各一人，轮流司职。

上述结果填入下表。

填入上表。

◇绘制步长与步频关系图。

根据记录采集的数据和计算结果，绘制不同跑速情况下的步长和步频关系图。

2、20M快跑。

由站立式起跑开始，测定20M跑的最高速度，记录时间、步数，计算出速度、步长和步频。

实验结果讨论（discussion for result）：1、速度增加时，你的步长与步频是如何变化的？2、比较1、2两个实验中，最高速度的差别是什么？3、根据文献，世界优秀短跑运动员，在最高速度时，步长约等于1.014倍的身高。

计算出你的最高速度时，步长与身高之比。

进行比较评价。

4、你认为短跑运动员在速度增加时，步长与步频应该如何变化为宜？实验四绘制运动中人体点的轨迹第八章实验目的（purpose）：了解人体运动的运动学特征；掌握人体运动电影图片绘制点的轨迹的方法。

实验原理（principle）：按照运动生物力学影像测量的要求拍摄的影片，记录了人体在空间和时间中的运动，反映了人体运动的空间特征、时间特征和时空特征等信息，是分析体育运动动作的重要依据。

将人体运动动作拍摄成影片，再把各幅影片上人体特定点（各关节中心）标记在坐标系中，按时间顺序把各点连结成圆滑曲线。

形成人体特定点的运动轨迹。

实验仪器和材料（instrument and material）：一组按照运动生物力学影像测量的要求拍摄的反映运动动作的（短跑运动）影片，米尺，坐标纸。

实验方法与步骤（method and step）：1、按时间顺序给照片编号2、在各幅照片上建立统一坐标系，并标记人体某一点（如髋关节中心点）。

3、测量各幅照片上人体某点的坐标值，标记在坐标纸上。

4、按时间顺序将各点连成光滑曲线。

5、在选取其它关节中心点，重复步骤3、4。

6、观察曲线形状。

实验结果与讨论（discussion for result）：实验结果反映了哪些运动学特点？试描述轨迹反映的运动学特点？实验五绘制人体运动简图第八章实验目的（purpose）：学习根据电影图片绘制人体运动简图的方法，根据运动简图对运动动作进行初步分析。

实验原理：电影图片记录了人体运动的连续过程，将影片上人体主要各界点标记出来，按一定顺序连结各关节点，构成人体运动简图，可以直观展示出人体各环节的相对位置和主要关节的角度，是初步分析运动学特征的重要依据。

实验仪器与材料（instrument and material）：一组按照运动生物力学影像测量的要求拍摄的短跑或急行跳远的高速摄影放大照片，米尺坐、标纸。

实验方法与步骤（method and step）：1、按时间顺序给照片编号。

2、建立坐标系。

3、在各幅照片上依次标记各关节点的位置，按环节将关节点以直线连结，构成运动简图。

4、在坐标纸上建立坐标系，将前面绘制的各幅运动简图按适当比例移植在坐标纸上。

实验结果讨论（discussion for result）：根据绘制的人体运动简图，描述人体运动的运动学特点。

实验六测定人体确定点运动速度随时间的变化第八章实验目的（purpose）：掌握利用电影图片测定人体运动瞬时速度的方法，了解短跑中瞬时速度假的特点。

实验原理（principle）：点的平均速度V = S / ∆T，当∆t→0时，lim S/∆T = V，V 为瞬时速度。

∆t→0高速摄影的影片中，第k幅画面某点对应的瞬时速度为V k = X k＋1－X k－1/∆t，即根据k幅画面的前一幅画面k－1幅和后一幅画面k＋1幅某点的坐标计算其位移，而时间间隔∆t则由摄影频率决定，设摄影频率为n，单位：幅/S，时间间隔为：∆t = 1 / n [k＋1－（k－1）] = 2 / n。

当摄影频率较高时，∆t→0，平均速度趋近于瞬时速度V k→V k。

实验仪器与材料（instrument and material）：一组按照运动生物力学影像测量的要求拍摄的短跑的高速摄影放大照片一套，米尺。

实验方法与步骤（method and step）：1、将放大照片按时间顺序编号。

2、在各幅照片上建立统一坐标系3、在各幅照片上标记右髋关节点，并测量，记录其X坐标。

4、根据V k = X k＋1－X k－1 /∆t，计算各幅照片对应时刻的瞬时速度，式中∆t由摄影频率和影片间隔数确定。

即根据∆t = 1 / n [k＋1－（k－1）] = 2 / n来计算。

5、求出各幅影片对应时刻的瞬时速度（从V k = X k＋1－X k－1 /∆t求出的速度须换算成实际速度，因为点的坐标值是在照片上量出的，乘以照片的比例系数才是实际尺度，比例系数根据拍摄动作同时拍摄的比例尺换算，如1米长的比例尺，在照片上测量为10cm，则比例系数为10，根据V k= X k＋1－X k－1 /∆t 得到的结果乘10），然后绘制出V-t曲线。

6、观察曲线并分析速度随时间变化规律实验结果讨论（discussion for result）：描述短跑中人体右髋关节的速度-时间曲线特征。

实验七测定人体重心运动速度随时间的变化第八章实验目的（purpose）：学习高速摄影照片测量人体重心速度的方法，进一步熟悉分析法测定人体重心方法。