《运动生物力学》自学指导书.doc

运动生物力学参考书

课程名称：运动生物力学

适用专业：体育教育专业

课程性质：必修课－专业基础课

授课班级：07本、08本、09本

授课时间：2009年 （暑期学习班 ）

任课教师：薛明陆

编写时间：2008年12月20日

《运动生物力学》自学指导书
一、课程编码及适用专业
课程编码：081504
总学时：153
面授学时：51
自学学时：102
适用专业 ：体育教育专业（函授本科）
二、课程性质
运动生物力学是生物力学的一门分支学科，着重于研究人体运动力学规律的科学，它是体育科学的重要组成部分。运动生物力学研究体育运动中人体所进行的各种体育动作，以及在各种不同条件下，人体产生运动和运动状态改变的力学和生物学原因。它是体育科学中一门交叉的新兴边缘学科。
三、本课程的地位和作用
运动生物力学是体育科学的一门重要的专业基础课，它是体育科学的重要组成部分。运动生物力学研究以体育动作为核心，运用人体解剖学、人体生理学、力学理论与方法，研究人体运动器系的生物力学特性和人体运动动作的规律，并根据影响人体运动的内部和外部条件寻求人体运动技术的合理性和更佳化，以及训练手段的有效性，为发展运动能力提供理论依据。
运动生物力学学科的任务极为广泛，不仅对促进全民健身锻炼科学化，而且对提高运动员竞技运动水平都具有重要的指导意义。
四、学习目的与要求
要求通过本课程的学习，了解运动生物力学的学科概念、学科性质、研究对象、研究内容和研究方法以及运动生物力学的发展简史；理解人体运动器系的生物力学特性和人体惯性参数的相关理论；掌握人体运动的静力学、运动学、动力学和流体力学并会运用相关理论知识分析人体基本体育动作及器械飞行的一般规律和特性。
通过本课程学习学生应达到以下要求：
1. 通过课堂教学培育学生科学思维和求实的态度。
2. 了解人体运动器系的生物力学特性，熟悉肌肉生物力学特性并用于体育实践。
3. 熟悉人体运动生物力学的一般规律和器械运动的力学规律。
4. 掌握体育教学、运动训练中的基本运动生物力学原理、测量、分析方法。
五、课程学习方法
为了学好本课程，首先要具有正确的学习目的和态度。体育在国际舞台上的作用越来越重要，它不仅代表个人的荣誉，更重要的是国家的荣誉，所以，应为我国体育事业的发展而努力学习。在学习中要刻苦钻研、踏踏实实、虚心求教、持之以恒。要抓住基本概念、基本理论、基本原理和具体的分析方法，尤其是要与运动训练、体育锻炼密切结合，在学习时要理解问题是如何提出和引申的，又是怎样解决和应用的；要注意各部分内容之间的联系，前后是如何呼应的；要重在理解，能提出问题，积极思考，不要死记。运动生物力学属于自然科学，应该以辩证唯物主义作为学习本课程的指导思想，坚持辩证唯物主义的宇宙观和唯物辩证法的方法论。结合本学科特点，在学习中应树立系统分析的观点，发展变化和对立统一的观点，内外力相互作用和人体内力起主导作用的观点。其中有关人体运动的静力学、动力学和运动学是核心内容，应结合体育项目的技术特征，揭示其蕴含的力学原理，以便对技术动作进行学习和科学地优化。通过习题可以巩固和加深对所学理论的理解，并培养对实际问题的分析能力，所以应按要求完成布置的作业题。除学习规定教材外，应参阅相关的参考书。如有条件，可通过实验验证和巩固所学理论，训练实验技能，培养严谨的科学作风，通过各个学习环节，培养分析和解决问题的能力和创新精神。
六、自学内容与指导
第一章绪论
自学内容：
第一节 运动生物力学的概述
第二节 运动生物力学的研究任务
第三节 运动生物力学的发展简史
第四节 运动生物力学的发展趋势
自学重点：运动生物力学的概念研究方法、人体机械运动的基本形式及特点。
自学难点：人体机械运动的基本形式及特点。
本章考点：
1. 运动生物力学的概念、人体机械运动表现形式与特点。
2. 运动生物力学的学科性质、学科任务和课程任务、指导思想及发展简史。
学习指导
学习一门新课首先要对这门课有一个概括性的了解，要从本门课的定义、研究任务以及发展简史着手。运动生物力学是生物力学的一门分支学科，着重于研究人体运动力学规律的科学，它是体育科学的重要组成部分。它的主要研究任务：（1）研究人体结构与运动功能之间的相互关系；（2）研究人体技术动作的规律；（3）研究运动技术的最佳化；（4）研究、设计和改进运动器械；（5）研究运动损伤的原因和预防措施；（6）为运动选材提供生物力学参数。
另外，体育教育专业将运动生物力学作为一门专业基础理论课，通过本课的学习应深刻了解体育动作的力学原理，探索运动技术的力学规律。扩大知识视野，学习从事运动技术科学研究的生物力学理论和方法。

第二章 运动器系的生物力学特性
自学内容：
第一节 材料力学基本概念
第二节 骨的生物力学特性
第三节 关节软骨、韧带、肌腱的生物力学特性
第四节 人体关节力学
第五节 骨骼肌的生物力学特性
第六节 运动器系整体的生物力学性能与特点
第七节 人体动作结构与动作系统
自学重点：
1. 人体骨骼、软骨、关节、韧带和肌腱的生物力学特性及其在运动中的表现。
2. 骨骼肌的生物力学基础及其在体育运动实践中的应用。
3. 运动器系整体活动的生物力学特征与规律。
自学难点： 材料力学基本概念。
本章考点：
1. 材料力学的基本概念。
2. 人体骨骼、软骨、关节、韧带和肌腱的生物力学特性及其在运动中的表现；骨骼肌的生物力学基础及其在体育运动实践中的应用；运动器系整体活动的生物力学特征与规律。
学习指导：
人体运动器系的力学特性，以及人体基本活动形式的特征是运动生物力学的重要组成部分。本章主要是对人体的骨、关节软骨、韧带、关节及骨骼肌的生物力学特性有一个全面地了解，为加深后面章节对动作技术的生物力学分析作基础。其中，骨骼、关节和肌肉的生物力学特性是重点，要熟练掌握骨骼的生物力学特性、关节的运动形式和肌肉的三元模型，肌肉的力-速曲线等，还要掌握人体运动器系的整体的生物力学性能和特点，如环节、运动链及骨杠杆等。
第三章 人体惯性参数
自学内容：
第一节 人体惯性参数概述
第二节 人体环节质心和人体质心
第三节 人体转动惯量的测量原理与方法
自学重点：人体基本的惯性参数和人体环节质心的划分及其判定标准。
自学难点：对人体惯性参数的理解，特别是对转动惯量的准确理解
本章考点：
1. 掌握人体惯性参数的概念及有关原理和人体环节质心的划分及其判定标准。
2. 了解人体惯性参数的测量方法。
学习指导：
人体惯性参数是指人体整体及环节的质量、质心位置、转动惯量及转动半径。要掌握转动惯量的概念，并且要掌握影响人体转动惯量的因素：（1）质量大小；（2）质量分布；（3）转轴位置。掌握转动惯量的平行轴定理、回转半径的概念以及人体转动惯量的特点。
要了解各国人体惯性参数的实测方法：（1）尸体解剖法；（2）活体测量法（其中包括：重心板法、水浸法、人体测量法、放射线同位素测定法、CT法），其中我国所采用的是CT法。要了解中外人体惯性参数模型组成上的差别。
第四章人体平衡的生物力学
自学内容：
第一节 人体平衡动作的力学原理
第二节 人体平衡的生物力学条件和特点
第三节 人体平衡动作的生物力学分析
自学重点：人体整体平衡的生物力学条件和特点。
自学难点：人体平衡动作的力学原理。
本章考点：
1. 人体平衡动作的力学原理
2. 人体平衡动作的力学分析
学习指导：
本章主要是通过对一些基本力学知识学习，有些知识中学时接触过，如力与力系，力矩的计算及方向的判定、力的分解与合成方法等。但现在这些原理都要运用到人体运动中，因为人体是有生命的物体，除了具备一般物体所具有的力学规律外，还有人体自身的特点，如，影响人体平衡稳定性的因素，除了（1）支撑面（2）重心高度（3）体重，这三种力学因素外，还有影响它的生物学因素：（1）人体不能绝对静止（2）人体的补偿动作（3）人体具有自我控制、调节和恢复平衡的能力（4）人体平衡受心理因素的影响等。
要注意对典型人体静平衡动作的生物力学分析，如燕式平衡，吊环十字支撑，直角支撑，起跑动作等。人体平衡是靠肌肉收缩固定环节而实现的，肌肉力量是维持人体平衡的一个重要条件，研究人体局部平衡有助于我们更深刻了解肌肉参与工作的方式和程度，以便确定更科学合理的姿势。
第五章人体运动的运动学
自学内容：
第一节人体的简化
第二节 人体运动中的参照系与坐标系
第三节 人体运动的分类和运动学特征
第四节 人体运动中速度变化的规律
第五节 人体转动运动
第六节 体育运动中的抛体运动
自学重点：把人体简化的三种模型及人体和抛体的机械运动规律。
自学难点：在什么情况下把人体简化为三种模型和抛体的机械运动规律。
本章考点：
1. 人体的简化模型及适用条件
2. 参照系和坐标系的相关概念并会应用。
3. 人体运动的运动学特征和速度的变化规律以及人体转动运动的规律
4. 抛体运动的运动规律分析
学习指导：
为了方便对人体运动学的研究，根据不同的需要把人体简化为质点和刚体，要掌握人体简化为物理模型的重要意义，它虽有一定的局限性，但它给我们对人体运动的研究带来了很大方便。
描述人体运动状态需要一定的参考体，若进行定性描述则称为参照系，它包括惯性参照系和非惯性参照系；若进行定量描述则称为坐标系，它包括一维坐标系、二维坐标系和三维坐标系。
人体运动的分类：按质点的轨迹可分为直线运动和曲线运动；按刚体的运动形式可分为平动、转动和复合运动。应掌握人体运动的运动学特征：空间特征、时间特征和空间特征。运动学量的特征：瞬时性、矢量性、相对性、独立性。
要了解人体运动中的速度变化规律和人体转动动作的运动规律，掌握体育运动中的抛体运动，抛体运动几乎存在于每一个体育项目中。所以要掌握平抛和斜抛运动，其中斜抛运动又包括：抛点和落点不在同一水平面上的斜抛和抛点和落点在同一水平面的斜抛。要对抛体运动的运动规律进行定量分析。
第六章人体运动的动力学
自学内容：
第一节 人体运动中的力
第二节 牛顿运动定律及其在体育运动中的应用
第三节 动量定理和动量守恒定律在体育运动中的应用
第四节 人体运动的转动力学在体育运动中的应用
第五节 人体运动的功、能及其转换
自学重点：
1. 人体运动状态变化的原因。
2. 牛顿运动定律、动量定理和动量守恒定律的内容及应用。
3. 人体转动力学的规律及应用。
自学难点：人体转动力学的规律及应用。
本章考点：
1. 力是引起人体运动状态变化的原因。
2. 牛顿运动定律、动量定理和动量守恒定律的内容并学会应用。
3. 人体转动力学的规律并学会应用。
学习指导：
要掌握人体内力、外力的相互关系。要掌握体育运动中常见的人体外力结合体育运动实践重点掌握支撑反作用力和向心力。
掌握牛顿三定律的内容，以及每个定律在体育实践中的应用，揭示某些体育动作所包含的力学原理。如，跳高起跳过程中，摆动臂和摆动腿如何摆动？有何胜物理学意义？在铅球投掷过程中是手对铅球的力大，还是铅球对手的作用力大？
动量定理在体育中的应用：（1）为了减少人体的冲击力，通常需延长力的作用时间，例如，落地缓冲动作。（2）为了使人体或器械获得较大的速度，通常需增加作用力并延长力的作用时间。例如，投掷项目中，要求在最后用力前，使身体尽可能超越器械。动量定理的计算题应用。动量守恒定律的使用范围、计算和原理应用。
动量矩定理在体育运动中的应用，增大环节的转动效果，采用：（1）增大肌力矩（2）减小转动惯量。增大人体整体转动效果采用：（1）利用运动中身体某点的制动；（2）增大偏心力矩的作用；（3）利用动量矩的转移。
动量矩守恒定律的应用：（1）环节的相向运动（2）空中角速度的改变。相关问题的计算。
第七章 体育运动中的流体力学
自学内容：
第一节 流体主要物理性质及连续介质模型
第二节 流体静力学
第三节 流体运动的连续方程和伯努利方程
第四节 人体和器械在流体中运动的阻力和动力
第五节 运动器械飞行的一般特性
自学重点：
1. 流体的主要物理性质及连续介质模型。
2. 流体的连续性方程和伯努利方程。
3. 人体和器械在流体中运动的阻力。
自学难点：流体的主要物理性质和连续介质模型的理解以及连续性方程和伯努利方程的掌握。
本章考点：
1. 流体的主要物理性质及连续介质模型。
2. 流体的连续性方程和伯努利方程以及人体和器械在流体中运动的阻力。
学习指导：
本章主要在介绍流体力学基本概念的基础上，讨论流体力学基本规律在体育运动实践中的应用。所以要重点掌握一些体育运动现象的解释，如足球的“香蕉球”的力学原理。
第八章 人体基本体育动作的生物力学
自学内容：
第一节 推与拉动作
第二节 鞭打动作
第三节 缓冲与蹬伸动作
第四节 扭转、相向运动与摆动动作
第五节 各种起跳的生物力学分析
自学重点：鞭打动作的生物力学分析。
自学难点：鞭打动作的生物力学原理的掌握。
本章考点：
人体基本体育动作的生物力学原理和分析。
学习指导：
本章内容主要介绍一些常见的组成完整动作的基本动作，掌握这些动作的运动形式及力学原理，对我们研究完整体育动作带来方便，其中重点应掌握鞭打动作的动作形式及生物力学原理，缓冲与蹬伸动作的生物力学原理。

七、自学进度及各章节学时安排
周次
学 习 内 容 与 要 求
作 业

1-4
自学第一、二、三章内容：1、了解运动生物力学的概念及发展概况；2、明确运动生物力学的任务；3、掌握骨骼肌的生物力学特性；4基本了解人体惯性参数及在体育实践中的应用。

P74.7、8题
P106.2题
课堂作业

5-8
第四章：1、掌握力的可传性原理、力的平移定理；2、了解和掌握人体整体平衡的生物力学条件和特点。3、掌握影响人体平衡稳定性的因素。4、了解对人体进行受力分析的方法。5、了解和掌握常见平衡类体育动作的生物力学分析。

P151，1、2题
P153，10、11题
第八周交第一次作业。

9-11
第五章：1、掌握质点和刚体的概念及人体简化的意义； 2、掌握人体运动中参照系和坐标系的作用与关系。3、了解人体运动的分类和运动学特征。4、掌握瞬时加速度、切向加速度、法向加速度的物理意义；5、掌握体育运动中抛体运动的分类及对运动成绩的影响因素。
课堂作业

12-14
第六章：1、了解并掌握人体内力与外力的区别与联系。2、了解体育中常见的力。3、掌握牛顿定律在体育运动中的应用4、了解和掌握动量定理及动量守恒定律在体育实际中的应用。5、掌握转动惯量、转动定律、动量矩定理、动量矩守恒定律的概念及在体育实践中的应用。

P262，5、8、12、13题
课堂作业

15-17

第七章：1、初步了解流体的主要物理性质。2、掌握描述流体运动的基本方法。3、了解和掌握连续原理及伯努力方程的意义。4、了解人体和器械在流体中运动的阻力和动力。5、掌握运动器械在空气流体中飞行的一般特性。
第八章：人体基本体育动作的生物力学。
1、 鞭打动作的动作形式及生物力学原理。
2、 缓冲与蹬伸动作的生物力学原理。
3、 扭转、相向运动与摆动以及各种跳的生物力学原理。

课堂作业
第16周交第二次作业。