第二章运动生物力学教案

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？

∑==n

i i i r m I 1

2

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