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人体运动生物力学研究优选九篇

时间:2023-11-19 16:11:45

人体运动生物力学研究

人体运动生物力学研究第1篇

摘要:随着力学着手于生物体,尤其是人体相关运动研究的开展,生物力学成为交叉领域中重要的学科体系,运动生物力学是基于生物力学学科之上,结合体育科学体系产生的一门新兴学科,它的产生和发展,在我国此学科在理论、研究方法、测量分析等方面均取得了一定的发展。但考察分析运动生物力学和生物力学的现状,在喜悦于长足进步的同时,不得不承认,运动生物力学的基础理论并不完备,发展趋势仍有局限。

关键词:运动生物力学;发展现状;发展趋势

我国现代运动生物力学出现于上世纪五十年代末期,开始阶段只有少数几个体育学院开了运动生物力学讲座或选修课,国家体委科研所成立了运动生物力学研究组。由于众所周知的原因,运动生物力学在这一时期发展缓慢,到现在虽然有了质的飞跃,但是不能忽视这门学科本身还是有待完善的。本文就运动生物力学在我国的研究方法、研究领域和方向及发展趋势进行简单的阐述和分析,并对我国的运动生物力学作出一些展望。

一、我国运动生物力学的研究现状

1.研究方法

(1)常用的研究方法及仪器。在中国体育科学学会和原国家体委科教司的支持下,运动生物力学分会组织国内多名本学科的专家、教授讨论、撰写成的《运动生物力学测量方法》一书编入了当前运动生物力学研究中使用的主要方法和仪器。包括运动学方法中的平面定机、平面跟踪、立体定机摄影摄像测量方法;动力学方法中的三维测力台测试方法、等速测力仪测试方法;生物学方法中的人体形态学测量方法、人体重心测量方法、肌电测量方法等。另外还收入了一些国内使用尚不普及和少量国外新近使用的测量方法,包括运动学方法中的立体跟踪摄影摄像测量方法、红外光点摄像、激光测试仪、分段计时测量方法;动力学方法中的A.K.M 和B.K.M 测力仪测力方法、T.K.K 测力仪测力方法、赛艇多参数遥测分析系统测试方法、动态力的应变测试方法、人体运动能量测量方法。此外,还有多机同步测量方法、神经网络模型分析方法、数学模型与计算机仿真方法以及运动生物力学测试资料的统计处理与分析方法等[1]。

(2)新的研究方法及仪器。高精度的高速摄像测量系统的应用: 高清晰度、高速度(100~200 场/s以上) 的摄机和录像解析系统。图像自动识别仪器开始应用。高精度的红外光点遥测分析系统已用于研究实践。运动专项的测试仪器和运动器材的研制。磁感应测量仪器研制成功。数学力学模型和人体运动仿真在体育运动技术研究中的应用。运动技术分析的“专家系统”与神经网络模型已经应用于人体运动技术研究。肌电图测试分析向定量化迈进[2]。

2.目前我国的研究领域

(1)优化运动技术。针对某一特定运动项目( 如田径、球类、速滑等)进行分析,改善运动技术的表现。如《对我国4名优秀短道女运动员弯道技术的生物力学分析》、《用力学原理分析直道滑跑技术》、《排球前后排扣球运动学分析》等[3]。这些研究以使运动员训练科学化,符合力学原理,符合人体规律,从而获得最佳的技能表现。

(2)改进人体基础运动如走、跑、跳、推、拉等,除此之外,还包括区别于竞技运动项目动作、动作系的研究。如《走步运动转变为跑步动作下肢和骨盘之运动学变化分析》、《步态生物力学研究进展》等[4]。大众体育和学校体育受到的重视远逊于竞技体育,实际上,这些研究是非常重要的,因为这些技术研究只有专业的运动员和教练员才会用得上,对于大多数人而言,充分体现“ 民本思想”,改善人体基础运动、改善健康的研究才是真正需要的。

(3)数学模式与模拟。这类数学模式模拟及电脑模拟的研究针对运动技术及人体运动进行分析,此类研究有别于一般仪器进行测量的方法,所以单分为一类[5]。

(4)运动器材设备开发设计。主要关于运动器材设计及力学特征分析,如网球拍、运动鞋、训练器材等。这方面的研究如《不同劲度网球拍对恢复系数的影响》、《不同质地泳衣对速度的影响分析》等。

(5)运动伤害的研究。主要对运动伤害机制及运动护具进行研究,避免运动损伤的发生。如《体能动力损伤机制理论研究分析》。这类研究主要是在研究的过程中部分借助于运动生物力学的研究方法、测试方法来分析造成伤害的动作规律,与人体结构结合总结得出预防运动伤害的方法[6]。

(6)人体测量学的研究由清华大学、白求恩医大和国家体科所合作,采用CT测试方法结合计算机图像处理分析系统,于1995年正式完成了中国成年人人体惯性参数的测定。

二、我国运动生物力学的发展趋势

通过对第六届全国体育科学大会和第十八届国际运动生物力学年会的对比分析,可以大致看出我国运动生物力学的发展趋势。

(1) 计算机是运动生物力学发展的核心。运动生物力学的理论研究将偏重于计算方法的准确和简炼、理论研究的系统性和完整性。借助电子计算机实现快速精确的测量和实时处理人体运动的各种力学参数,实现综合分析和联机分析,以及实现自动化控制是科技发展的必然趋势。

(2) 竞技体育方面的研究更加依赖高新技术。运动生物力学的研究将更加注重训练实践,研究成果要能为竞技体育服务,运动测试仪器的专项化以及高新技术和高新材料和仪器的创新和发展是这一发展方向的具体体现。

(3)运动损伤康复的研究将更加深入,而且与运动专项结合更加紧密,肌肉生物力学已成为热门课题,对预防运动损伤的研究也将是一个热门课题,但对于分子生物力学方面的研究成果还很少,今后,应广泛结合运动生物力学和生物学、运动生理学、运动医学等学科中的研究方法,共同解决人体运动中的有关问题。

(4)研究对象更加广泛,运动生物力学研究除继续对竞技体育进行研究外,还应向青少年、老年人、残疾人的体育运动、军事技术动作以及与人体有关的一些设备。

三、运动生物力学的展望

从以上运动生物力学学科体系现状的分析,不难看出运动生物力学的发展仍存在一定的问题。学科可以研究的内容很多,任务也不尽相同,但为适应生物力学的发展和体育科学的发展,现在运动生物力学的发展应有所侧重。运动生物力学还有许多有待于解决的问题,它的实用价值也只刚刚显露初红。

(1)提高动作技术不再局限于表层研究分析动作技术,更多应着手于研究并提出技术训练的具体方案(有关如何实现优化动作结构);研制设计专用或通用的辅助训练动作、设施及器械。

(2)基础理论的建设将为运动生物力学发展巩固根基,开拓视野,扩展研究与应用领域。

(3)深入研究运动损伤机制,模拟分析运动损伤过程,设计合理的运动设备(器材、服装、鞋等)以防止运动损伤。

(4)计算机模拟、仿真技术是运动生物力学研究的重要手段。(云南师范大学体育学院;云南;昆明;650031)

参考文献:

[1] 王向东.运动生物力学方法研究现状及发展趋势[J].中国体育科技,2003,39(2):15-23

[2] 洪友廉.第18 届国际运动生物力学会议论文集[C ].香港: 香港中文大学出版社,2000.

[3] 李毅均.排球后排扣球空中击球动作的三维高速录像分析[J].西安体育学院学报,1997,(9):105-108.

[4] 郭静如.中国运动生物力学的进展[J].天津体育学院学报,1996,(6):89-92.

人体运动生物力学研究第2篇

①要从多视角、多层次细化角度进行研究;②要从体育科学与其他学科相互融合和渗透角度进行研究。按照这两个基本点,文中设计了一个包括一般基础学科、对象分类学科、运动技术学科、人文社会学科和生物自然学科等5个学科群组组成的21世纪体育科学体系发展趋势的景象。1前言从科学发展史的视角看,对体育的研究始于本世纪之初,由于体育研究成果的不断积累,到了本世纪中期,体育科学已经发展成为一门独立的学科,在科学百花园中占有一席之地。嗣后,由于体育科学研究的不断深入,又派生了许多分支学科,至今,体育科学已发展成为一门包括众多分支学科、具有完整结构的综合性科学。本文在论述体育科学内涵和体育科学已有分支学科的基础上,对体育科学体系发展趋势进行探讨,以求教于同仁。2体育科学的内涵由于国内外学者对“科学”和“体育”的概念均有不同的理解,所以,迄今为止国内外学者对体育科学的定义没有完全一致的认识。国际体育情报协会名词术语委员会出版的《体育运动词汇》把体育科学定义为:“有关身体练习的全部知识,这些知识是同整个概念体系相联系并作为一种理论——它确定那些可以预见、评价和证实社会生活实践中生物学精神的效果的原则。……它的研究对象,是处在社会整体化过程中,借助于身体练习以求机体与心理得到改善并提高其社会效果的人。”(注:中国体育概论.中国体育概论编写组,1986.8)德国的《体育百科词典》认为:“体育科学是一个从单项学科的各个专业角度出发,专门针对体育运动及其分支的科学研究、学说和实践体系。它是一门联系实践的、由多种系统知识组成的综合科学。”(注:中国体育概论.中国体育概论编写组,1986.8)日本著名体育理论家前川峰认为:“体育科学是研究借助于身体练习而形成人的原则和法则,增进健康,发展身体和培养性格等所从事的科学。”(注:中国体育概论.中国体育概论编写组,1986.8)我国有的体育理论家则认为:“体育科学是研究各种体育现象和最大限度发挥人体运动能力和通过体育手段有效地提高人类健康水平的综合性科学。”(注:中国体育概论.中国体育概论编写组,1986.8)笔者认为,由于体育科学研究的主体是人,是处在各种身体练习状态对人的身体、智力、情感和社会所起的作用。所以,应当把体育科学定义为:研究和揭示利用体育的方法手段,全面提高,改善的发展人类身体,心理和社会特性的规律一类学科群,是一门涌有众多分支的综合性科学,属于人体科学的范畴。3《中国大白科全书.体育》卷中对体育科学分支学科所列的条目及其划分。1982年12月出版的《中国大百科全书.体育》卷(注:中国大百科全书.体育.中国大百科全书出版社,1982.12)(以下简称《体育》卷),是80年代初期以前各国科学家对体育科学研究成果的结晶,在该卷中对体育科学的分支学科列了12个条目,即体育学、运动学、运动动形态学、运动解剖学、运动人体测量学(即人类运动学)、运动局部解剖学、运动生理学、运动生物学(即人体运动力学,包含人体结构材料学、人体静力学、人体运动学、人体动力学)、运动生物化学、运动心理学(即体育心理学)、运动医学(含运动营养学、运动创伤学等)、运动训练学。同时,在“体育学”条目的释文中提到但未专列条目的体育科学其他分支学科、还有体育哲学、体育统计学、体育情报学、体育史、体育比较学、体育社会、学校体育、体育行政、体育管理。4研究体育科学体系发展趋势应抓住两个基本点随着现代科学技术发展,在体育科学体系中出现了许多新的知识生长点,处于孕育、萌芽状态的“潜学科”层出不穷,从而使体育科学体系结构不断扩大,迄今为止已大大超出《体育》卷中所记述的发展格局。21世纪是科学高度发达的世纪,在这世纪之交的时刻,预测体育科学发展的趋势,正确认识体育科学体系中正在萌生和有待催生的分支学科,掌握体育科学体系发展的总趋势,对促进21世纪体育科学研究的繁荣昌盛和体育事业的蓬勃发展都是极为有益的。笔者认为,研究体育科学体系发展的趋势应抓住两个基本点。4.1要从多视角、多层细化的角度研究体育科学体系发展的趋势体育科学研究的对象是广义体育即体育运运或身体文化。广义体育包括了学校体育、竞技体育的社会体育三个领域,这三个领域都包含着极为丰富的内容,既要研究参与体育运动的人的生理、心理和社会方面的变化,又要研究全民健身运动、各个群体体育活动的组织、管理以及各项竞技运动的训练方法的手段、提高运动技术水平的举措等。从发展趋势看,体育科学研究对象必然会在上述领域不断细化,并且会由于研究方法的改善和科研成果的积累而不断衍生出新的分支学科。4.2要从体育科学与其他科学相互融合和渗透的角度研究体育科学体系发展的趋势从现代科学发展的历程看,自从本世纪中期以来,由于边缘学科、交叉学科不断涌现,逐渐填平了哲学、社会科学与数学、自然科学之间的鸿沟,不断显示出科学体系整体化、综合化的发展态势。体育科学研究的主体是人,人既具有社会属性的一面,又具有自然属性的一面,因此,体育科学研究既要借助于社会科学的理论的方法,又要与自然科学交融,顺应科学体系整体化、综合化发展的态势,使体育科学与哲学、社会科学、自然科学相互融合和渗透,并将相关学科的理论和方法引入体育科学研究之中,从而促使体育科学体系中新的边缘学科、交叉学科不断萌生。521世纪体育科学体系发展趋势按照上述的观点,笔者认为,21世纪体育科学体系结构将会不断扩大,其体系更加完善,许多正在萌生和有待催生的“潜学科”将会成为“显学科”,其发展态势将会以一般基础学科、对象分类学科、运动技术学科、人文社会学科和生物自然学科等5个学科群组为基点,不断发展和壮大,发展成为一个包括众多分支学科、自身结构完善、涌有庞大学科群的学科门类。具体分述如下。5.1一般基础学科群组分化和发展趋势一般基础学科是研究体育领域中各种一般性问题,为其他学科提供理论基础和研究方法的学科群组。体育学在体育科学体系中的地位和作用,就犹如教育学科中的教育学一样。体育学的主要任务是对体育学科的各个分支学科进行全面的概括,研究体育领域中的基本理论问题,诸如体育的本质、功能,体育的特征、体育的目的任务、体育的原则、方法,以及体育运动的组织形式及体育发展战略等。《体育》卷中的“体育学”条目,将体育学定义为:“研究体育科学体系及其发展方向的一门学科。”(注:中国大百科全书.体育.中国大百科全书出版社,1982.12)体育哲学是研究体育运动中有关哲学问题的学科,它的主要内容包括体育思想与哲学思想的关系,体育运动的科学观、生命观、自然观,体育锻炼和运动训练的辩证法以及体育科学研究方法论等,预料在21世纪将会得到进一步的发展。在《体育》卷中,还提及一门将比较方法运用于体育领域的学科,称之为体育比较学。比较方法在体育比较学中的具体运用有多种形式,其中最基本的形式有两种,即纵向比较和横向比较。纵向比较是指对一个国家不同历史时期体育运动、体育事业的发展变化状况进行比较研究,掌握这个国家各个历史时期体育运动、体育事业发展和变化的状况;横向比较是指对同一时期不同国家体育运动、体育事业发展状况、发展条件以及取得的效益进行比较研究,研究的目的是了解各个国家体育运动、体育事业的差异,总结经验与教训,从中获得有益的启迪,为制定和实施体育发展战略提供理论依据,这门学科在21世纪也有很大的发展前景。体育情报学是情报学在体育领域中的具体运用,是研究体育情报系统的设计、应用和情报的组织、加工、检索的分支学科,通过体育情学的研究,可以为体育科学研究和发展体育事业提供大量的文献资料和准确数据,所以,各国学者也十分重视对这方面的研究。5.2对象分类学科群组分化和发展趋势体育科学体系中的对象分类学科群组是按照参与体育运动的人的群体类型所划分出来的一组分支学科。对象分类学科群中的学校体育学、竞技体育学、社会体育学是分别以面向在校学生的学校体育、面向专业运动员的竞技体育以及面向全社会成员的社会体育作为研究对象的。由于学校体育学长期以来一直是教育科学的有机组成部分,因此,这门学科已经具有深厚的理论基础,有其自身完善的科学体系。而竞技体育学和社会体育学,由于研究的起步较晚,近几年来在国内外虽然已有一些专著向世,但尚未形成自身严密、完整的体系,其理论基础也还不够完善,通过进一步深入的研究、必然会逐步完善,而且还会分化出一些次一级的分支学科。教练员、裁判员在开展体育运动、运动竞赛中虽然不是主体,但他们扮演不可缺少的角色,在体育运动、运动竞赛中具有重要的作用。因此,在体育科学体系分化的过程中,创建以教练员为研究对象的体育教练员学和以裁判员为研究对象的体育裁判员学亦是21世纪的必然发展趋势。5.3运动技术学科群组分化和发展趋势运动技术学科群组是以人体运动和各个竞技运动项目、健身运动项目为研究对象的一组分支学科。运动学是这组学科中的基础学科,它主要是研究人体运动动作、运动群、运动流的产生、发展,人掌握运动动作和形成运动技能的生理机制等,从而为体育教学、运动训练、身体锻炼提供理论基础。运动训练学是这组学科群中的重点学科,它主要是研究竞技运动训练的目的任务,运动训练的原理、原则、特点和方法,运动员在训练中的适应过程,运动训练过程中疲劳的产生和消除的方法,运动训练水平的测定,对运动员的思想教育等。同时,如何建立与市场经济相适应的运动训练体制,也是运动训练学所要研究的重要课题。随着竞技运动的迅猛发展,各国的专家、学者都非常重视这些方面的研究。从体育科学体系发展趋势看,众多的竞技运动项目、健身运动项目都将会作为专门的研究对象,均可分化成为运动学中的分支学科。同时,有许多具有我们中华民族特色的传统竞技、健身、养生项目,我们也应当积极组织科研人员进行研究,在继承我国体育文化遗产的基础上,使其推陈出新,努力创建具有中华民族特色的相应分支学科,这对于弘扬中国传统体育文化和完善体育科学体系都是颇有裨益的。5.4人文社会学科群组分化和发展趋势人文社会学科群组是由于体育科学与人文社会科学中的有关学科门类相互渗透而形成的一组分支学科,它既是体育科学的分支学科,也是社会科学某些门类的分支学科,具有交叉、边缘学科的性质。体育社会学是介于体育科学和社会科学之间的一门综合性学科,它主要是研究体育的社会现象,体育的社会属性与社会功能,体育的社会结构及其运行规律,体育在社会中的地位和价值,体育与社会政治、经济、文化等的关系,以及体育人才培养的社会基础与社会保障等。体育经济学是研究体育与社会经济的关系以及体育领域内经济问题的一门分支学科,它主要是研究体育在社会经济发展中的地位和作用,发展体育的社会经济条件,体育经费的筹备与分配,以及体育经济效益的评价等,随着体育经济学研究的深入,必然会化分出体育产业经济学、运动会经济学等一系列次一级的分支学科。体育美学是研究体育美的本质、特征和美的规律的学科,它研究的内容包括人在体育运动中的自然美与艺术美,体育运动对塑造人体美的作用,体育运动技术美、战术美的特征和规律,以及体育运动中的审美教育等。随着对体育美学研究的深入到21世纪亦将会分化出许多次一级的分支学科。5.5生物自然学科群组分化和发展趋势生物自然学科群组是由于体育科学与自然科学某些门类学科相互渗透而形成的一组边缘性分支学科。人是地球这个星球上进化程度最高级的生物体。人体运动是一种最高级的运动形式,但也包含了许多低级运动形式,体育运动是一种人体运动,因此,研究人体运动,必须充分利用机械运动、物理运动、化学运动、生物运动等已有的研究成果,也就是要借助力学、物理学、化学的某些理论和方法。由于力学、物理学、化学与生物学的交融和渗透,产生了生物力学、生物物理学、生物化学等边缘学科。体育科学引入力学、物理学、化学的理论和方法,直接来自于生物力学、生物物理学、生物化学,从而又派生出运动生物力学、运动生物物理学、运动生物化学等边缘、交叉学科。运动形态学、运动生理学、运动医学是人体解剖学、人体生理学、医学在体育领域中的具体运用,随着现代科学技术的发展,学科之间的相互渗透和交融,运动生理学也必将会分化出许多次一级的分支学科,如运动神经生理学、运动消化生理学、运动血液循环学、运动气体交换学等。运动解剖学、运动医学中的许多次一级的分支学科也将应运而生。体育生态学是在体育科学与生态学相互渗透和融合的基础上形成的一门边缘学科,这门新兴的边缘学科的主要任务是,研究体育运动与生态环境的关系,探索体育运动对人类生态环境的影响,以及生态环境对体育运动效果的作用,进而为改善人类生存的生态环境,提高运动技术水平和促进身心健康服务。上述这些生物自然学科21世纪都会有远大的发展前景。6结语体育科学自本世纪中期正式成为一门独立的学科以来,仅半个世纪的时间,由于与许多相关的学科相互融合和渗透,已经发展成为一个由一般基础学科、对象分类学科、运动技术学科、人文社会学科、生物自然学科等5人学科群组构成的、交叉、边缘分支学科层出不穷的学科门类。由于体育科学的发展和研究的深入,已为提高体育运动技术,促进人类身心健康和社会的文明进步作出了不可磨灭的贡献。预料随着现代科学技术的不断发展,科学之间的相互交融、渗透,到了21世纪在体育科学体系中,将会有更多的交叉、边缘学科应运而生。由此而推,体育科学发展的前景是无可估量的。

人体运动生物力学研究第3篇

【关键词】研究方式中考物理复习

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2014)05-0153-01

利用研究方式进行初中物理的中考复习,是学习方式多样性的选择。研究性物理问题的探索动力足,研究式复习准备的参与度高,研究化复习过程认知情绪好、思维品质优,相对容易提高中考复习的效能。笔者在地区示范性复习课《运动和力》教学后,就知识结构、概念规律、方法应用等梳理出下列独立观点和有效做法,供同行研究斧正。

一、“研究式”初中物理单元认知结构固构法

(一)研究准备

“研究式”初中物理单元认知结构复习的准备重点包括时空安排、言语导引、情景设置和研究启动等,研究准备对稳固认知结构,提高正确的思维产生式系统影响明显。

1.时空安排时间10min左右;设计有个体复习、组内讨论、组间交流、集体思辨,观、做、思、听、议等多样性研学方式,以充分适应学生的个性化学习需求。

2.研究序言公共汽车――时常乘坐,其中有些力学问题虽然很重要――也受人关注,但不一定明白其中的道理。

3.设置情景投影图片并解说,这是一张公共汽车座位图,有人按照危险程度进行了排序,你认为有道理吗,为什么?播放视频(1页PPT同播汽车启动、刹车和转弯等3个乘客乘车晃动的视频可节约时间,渲染效果),让学生在再次乘车过程时,能关注到安全问题。

4.启动复习这是一个关系到汽车运动、人的惯性以及运动和受力等一系列问题的学习情景,它是物理学的重点。这节课,我们来复习《运动和力》(板书课题)。老师准备了一些图片,请先独立研究图片包含的信息,再以小组为单位,用连线方式梳理出单元知识结构。

(二)研究过程

在设计和管控复习过程时,需要照顾到复习的目标、任务、方式和效能。

1.图片连线学生的“伴学单”上散列有伽利略、牛顿、笛卡尔的肖像图以及伽利略运动推理、牛顿斜面实验、客车刹车、卡车转弯、高铁匀速直行、静物平衡、速度时间图像、路程时间图像、轿车在高速公路上变向变速行驶等图片,教师组织学生研究图片传递出来的关于“运动和力”方面的信息,要求学生用铅笔线把“关系图”串联起来。

2.图片配音组织学生在各自的学习小组内开展“看图说话”活动。要求利用图式思维梳理出诸如“‘伽利略――运动物体不受外力时将一直运动下去’+‘笛卡尔――不受外力时物体的运动方向不会变化’‘牛顿――第一运动定律’”、“平衡力---物体保持静止状态或匀速直线运动状态”、“非平衡力――物体或加速或减速或曲线运动”……等相对浅层的知识脉络。

3.实验点睛①利用2只木块、1杯水及现场拉制的铁丝圈肥皂水膜等器材,研究固体、液体、气体保有运动状态不变的惯性。②利用气球(研究形变)、橡皮泥球(在抛体运动中研究物体运动状态变化与受力的关系)研究力的作用效果。③利用弹性小球、直尺、秒表模拟v-t、s-t图像对应的匀速运动和变速运动。④利用硬纸片、测力计研究平衡力、非平衡力概念。

4.要点备忘每位学生在笔记本《运动和力》主题下,摘记个性化重点概念和相关因果关系。

5.智慧共享师生在相同规格的纸条上抄写几条“要点”吸压到黑板上,思维碰撞,学理交融。

(三)复习反思

传统指令性复习课堂兼顾面窄,信息量少。“学优生在等,学困生在拖”的现象比比皆是,一则复习效率低下,二则学习品质不好。精细化设计,个别化学习,专家型引领将是实现突破的有效方向,图文共生地固构单元知识结构的“研究式”复习方法值得研究。

二、“研究式”初中物理单元概念规律强化法

(一)研究准备

1.时空安排约20min时间;设计有⑴观察图片、动画和视频;⑵在“问题串”的导引下,独立完成解题、品题等个别化研学任务;⑶集体思辨,强化对单元概念、规律的理解。

2.研究序言有说“磨刀不误砍柴工”,又说“光说不练假把式”,接下来比一比,看哪位同学或哪个小组既能准确地理解,又能快捷解题?

3.启动复习展投内容,宣布复习研究活动开始。

(二)研究过程

《运动和力》单元基本概念包括运动状态、惯性、相互作用力、力的作用效果、平衡力、非平衡力等;基本规律则有:“受平衡力(或不受外力作用)时,物体运动状态保持不变”、“受非平衡力作用时,物体运动状态改变”。设计用典题解析、重点反复辨,难点实验突破等多种方式展开复习活动。学生的“伴学单”内容案例如下:

1.概念快忆1解答下列问题,理解基本概念1――“平衡力”和“相互作用力”有什么区别?(题略)

2.概念快忆2解答下列问题,理解基本概念2――力的作用效果有哪些?(题略)

3.概念快忆3解答下列问题,理解基本概念3――什么是惯性?(题略)

4.规律理解完成下列实验探究任务,理解――“运动”和“力”存在怎样的关系?(题略)

(三)复习反思

《运动和力》单元涉及力学的核心概念和基本规律。中考复习时,如果只采用例题讲评、限时训练等方法,知识的“空降”、“空心”问题得不到根本解决,复习收效不大。笔者设计并组织学生用思辨、实验、训练等多种方法去研究物理概念和规律,使复习目标富场景性、多元化,复习内容有挑战性、层次感,并且个人独立性和团队协作相辉映,复得有序,习得踏实。

三、“研究式”初中物理单元知识应用复习法

(一)研究准备

1.时空安排约15min时间;设计有:①观察或体验演示实验、实验视频和验证实验;②在解析精编了的复习题时,掌握方法,理解原理。

2.研究序言有说“实践是检验真理的唯一标准”,接下来先自主测试,再逐一考证,研究问题的解析依据---知识的“根”。

3.启动复习展投内容,宣布复习研究活动开始。

(二)研究过程

这一板块研学重点有“惯性及应用”、“运动和力的关系”等2个。笔者设计用演示、操作或观看图片、视频等方式,完成复习任务。学生的“伴学单”内容如下:

1.知识应用1怎样分析下列惯性事例?事例中的物理原理有哪些?(题略)

2.知识应用2分别用什么物理规律,才能解析下列问题?(题略)

(三)复习反思

人体运动生物力学研究第4篇

关键词:网球发球;生物力学;文献综述

动作构成技术,因此动作是我们研究的重点。而用生物力学的知识和方法去研究网球的发球特征,研究方法和研究内容无疑是最重要的一环,而研究方法又离不开研究设备,可以说目前研究设备也从一定程度上直接影响了这篇论文成果的好坏。关于发球生物力学的研究有人做过专门的统计。蒋婷在她的《国内网球生物力研究现状及发展―基于2007-2011年4种文献来源计量分析》中指出2007-2011年,核心期刊、优秀硕士论文、博士论文、重要会议各自研究网球技术生物力学所占的比例分别为12.9%、51.6%、3.2%、32.2%,其中优秀硕士论文研究网球生物力学的最多,占51.6%。此外,5年中,核心期刊发表的关于网球生物力学的论文仅4篇,充分说明这类研究并没有成为热点。根据文献论文内容的主要特征,结合生物力学及网球项目相关理论,可以将检索到的论文分别归入3个不同的研究方向,即技术分析(运动学、用力学、生物学)、损伤(骨、肌肉)、装备(鞋、拍弦)。从本次统计来看,技术分析独占鳌头,共计23篇,占74.2%;其他方面的研究相对较少,损伤12.9%(4篇),装备12.9%(4篇)。技术动作分析受到更多的关注,主要是因为技术分析的设备日益进步和完善,生物力学研究受仪器设备的制约。这篇文章很全面的介绍了目前国内一些比较有价值的论文的分布情况及总体研究情况,让我们对整个研究水平有了初步的印象。

马大慧在《运动生物力学在网球运动中的应用分析》中给我们提出了一些比较好的运动生物力学与网球运动的结合点,我们可以从运动生物力学的力学理论研究方法,实验研究方法,力学理论研究方法和实验研究方法紧密结合等方法去研究网球的特征,当然这些方法也可以用到发球的研究中去,使我们的方法更具有科学性和方向性。下面从研究方法和内容方面入手对所查阅到的文献进行简单阐述。

刘卉(2000)以6名国青网球运动员和2名北京队青年网球运动员的大力发球为研究对象。采用美国Peak三维高速录像系统进行拍摄,拍摄频率为120帧/s。采用爱捷人体信息研究所的录像分析系统对发球动作技术的运动学数据进行测量与分析。依据对录像带的观察及发球实验时的现场评价,对每个运动员三个好球中质量最好的一次进行解析。所得数字化数据采用数字滤波法进行平滑处理。她的研究揭示网球大力发球属鞭打类动作的特征并论证和全面阐述了网球大力发球技术的运动生物力学原理。同时通过对运动员发球技术的对比,得出抛球的方向、高度和身体下蹲的深度均会对整个发球动作技术起重要影响;通过对下肢运动的观察,提出影响“搔背”动作阶段的因素主要是下肢蹬伸、躯干扭转、屈肘和上臂外旋的幅度、速度及它们之间的配合,同时还认为“搔背”动作时身体各环节活动的同步性是高质量合理动作的特征;提出击球动作并非挥拍动作的自然过渡和延伸,而是有其本身技术特征的相对独立的动作技术;她还通过对身体各环节最大速度出现时间的比较,认为可将鞭打动作的基本理论作为网球发球动作技术的理论基础。这篇文章在国内具有比较高的地位,无论是研究对象还是研究方法对后来的研究者提供了很好的参考,同时所得出的结论对我们平时训练也很有参考意义。

刘保华(2008)以2007年9月在北京举办的中国网球公开赛中5名优秀女子网球单打运动员为研究对象。采用两台100HZ的摄像机在比赛现场进行拍摄,对我国顶尖女子网球运动员彭帅与4名世界顶尖女子网球运动员发球技术的速度特征进行了生物力学分析。研究结果表明在第一发球速度上,4位世界优秀运动员明显高于彭帅。4位世界优秀女子网球运动员在球拍速度、右手速度、右手腕速度、右肩速度、右肘速度右髓与身体重心的速度这7个参数因子载荷值的贡献排序运用较为合理,而彭帅则不够合理,表现在球拍的因子载荷值明显低于右手与右手腕。这篇文章从科学的角度分析了彭帅发球当中所存在的问题,可以据此对她做出指导

林建健(2009)选取2名职业网球运动员,4名专业网球运动员和6名业余网球运动员为测试对象利用,Qualisys红外远射测试系统(六个镜头)对运动员发球动作过程进行测试。拍摄频率为200幅/秒。同时用Kistle测力台系统与Qualisys同步,采集运动员的动力学数据。结果显示:在抛球过程中我国高水平运动员抛球臂关节角度变化幅度和屈膝最大角度均小于低水平运动员。在蹬伸过程中,我国高水平运动员膝关节最大角度和腿部发力效率均大于低水平运动员,膝关节最大角度和最小肘关节角度均小于国外优秀运动员。在击球过程中,我过高水平运动员身体各环节最大角度速度和击球高度与身高比均大于低水平运动员,且具有显著性差异。对比国内的高水平和低水平选手特征,可以使低水平的选手找到自己的问题所在,从而有目的改进。

蒋川(2009)年以我国优秀网球运动员杨意民、国际著名选手阿加西和张德培为研究对象。利用两个PULNIX摄像头(频率为120Hz)采用定点、定焦、定距的方式进行外同步拍摄方式,对杨意民大力发球动作进行拍摄。采用美国ARIEL三维图像解析系统对杨意民、阿加西和张德培的技术动作进行解析。阿加西和张德培的发球技术动作录像由美国ARIEL公司提供,拍摄频率为50HZ。结果发现:杨意民发球时身体主要环节的用力顺序符合鞭打动作规律,且击球点的高度较为合理。但是其抛球技术还有待改进,其抛球最高点与击球点之间的落差较两位世界级运动员的偏大,即杨意民在抛球环节存在抛球过高的问题。杨意民的挥拍臂形成有效的用力前,“搔背”姿势所需时间明显过长,且拍头最低点高于身体重心高度,反映出杨意民的“搔背”动作不够充分。杨意民的挥拍速度以及拍头速度较阿加西、张德培存在较大差距,尤其是在击一球瞬间,阿加西的拍头速度是杨意民的1.69倍,而张德培的拍头速度更是达到杨意民的1.71倍之多。杨意民下肢蹬伸充分,但在脚蹬离地面时身体重心上升的速度和击球时身体重心的高度跟世界顶级选手相比仍有一定差距。

孙宇亮(2011)以2009年底在江门网球训练基地冬训的8名国家网球队女队员为研究对象。研究对象站右发球区,大力发球。利用两个ZOOHz的高速摄像头对运动员进行同步拍摄。利用直接线性转换(DLT)算法对二维图像进行三维重构。数据处理采用北京体育大学视迅解析系统对运动学指标进行解析,应用Qtools、EXCel等数据处理软件进行计算。根据国家网球队教练的评价,每名运动员取三个好球中质量最好的一次进行解析。所得数字化数据采用数字滤波法进行平滑处理。得出结论有:我国网球运动员发球时抛球较高,建议降低抛球高度。相对于FB技术,FU技术能使运动员获得更大幅度的躯干扭转角度。根据运动员实际情况选择合适的缓冲技术。缓冲结束时刻,部分运动员存在过度顶髓的现象。这造成下肢发力不充分,最终导致球速下降。建议在此时刻保证重心投影位于在两腿之间。“搔背”动作是典型的超越器械动作,下肢的充分蹬伸是此动作完成质量的保证。因此运动员在平时的训练中应注意下肢的爆发力训练。这篇文章的研究方法和结论都有具体意义,值得国家队的女队员进行参考。

BrianJ.Gordon(2006)通过三维录像解析法对9名优秀的网球运动员进行了测试。他们在上臂和前臂套上了带有标志球的环,在肩关节周围皮肤上贴了标志球。由于计算关节和环节的扭转角度。结果详细阐明了发球过程中人体各部分的扭转情况,指出在临近击球时刻,肩关节屈伸运动和内收外展运动对于拍头速度的贡献微不足道。这篇文章的研究结果使得我们平时的一些错误观念得到了重新的认识。

综合研究的情况来看,国外学者利用运动生物力学手段对网球发球动作技术做了大量研究,并且阐明了一些发球动作的客观规律。对现今存在的各种各样的技术动作提供了科学理论上的支持,对学习和改进发球技术做了有益的探索和贡献。有的从肌肉发力顺序方面探讨,有的从核心部位探讨,也有的从动作模式探讨,还有从肌电方面入手等等,可以说已经取得了一定的成绩,而且随着研究设备的技术提高,研究的水平也在提高,但是大多数的研究还是将中国的运动员数据直接和外国运动员的数据直接进行对比,我觉得这存在一定的问题,且不论身高的不同,中国运动员的肌纤维类型与他们也会有不同等等,或者是否可以将他们的数据可以和现在排名较高的亚洲球手进行对比,比如,现世界排名17的日本球员锦织圭等等。再者,我觉得在发球最佳模式的研究方面还有所欠缺,看我们是否能找到一个最适合我们的发球模型。让大家在练习的时候心里有具体的数据可依。作为研究来讲,我们最好是能把各个方面的情况考虑清楚最好,或者就某一方面作最细致的研究。随着未来各种仪器设备的更新提高,研究水平也会越来越深,可以说,生物力学在网球领域的研究还有很大的空间。(作者单位:北京体育大学)

参考文献:

[1] 蒋婷.国内网球生物力研究现状及发展―基于2007-2011年4种文献来源计量分析[J].运动,2012,(08).

[2] 马大慧.运动生物力学在网球运动中的应用分析[J].体育科技文献通报,2010,(04).

[3] 刘卉.网球大力发球技术的运动生物力学原理[J]北京体育大学学报,2000,(02).

[4] 蒋中伟.关于提高网球平击发球成功率的研究[J].体育科学,2000,(04)

[5] 刘保华.我国女子网球运动员彭帅与世界优秀女子网球运动员[J].广州体育学院学报,2008,(05).

[6] 林建健.中国优秀男子网球运动员大力发球的运动生物力学分析[D].北京体育大学,2009.

[7] 蒋川.我国优秀网球运动员与国际名将发球动作的运动学特征分析[D].武汉体育学院,2009.

[8] 邹廷铸.我国高水平网球运动员四种发球动作的生物力学研究[D].北京体育大学,2011.

人体运动生物力学研究第5篇

一、科学选材的主要因素

运动员的选材涉及到的因素很多,诸如:年龄、遗传、竞技能力以及专项因素和个体因素等。

年龄因素分为日历年龄、生物年龄和运动年龄。在运动员选材中,不只看他的日历年龄和生物年龄。最重要的是看其运动年龄,因为运动年龄是从运动员早期参加训练开始计算的年龄,它反映了运动员在专项竞技能力上的阶段性发展特点,具体表现在运动员身体素质的最佳生长发育年龄,即运动员“运动素质的敏感发展期”。

竞技能力则是一名运动员成才的必要条件。它包括实际潜力和现实表现两个方面,实际潜力主要是指生长发育的先天条件潜力和训练方面的潜力两大因素,而现实表现则包括选材对象的身体机能、形态、心理、智力与身体素质、健康以及运动成绩等因素。运动员先天潜能与遗传因素密切相关,虽然成功的运动员后天刻苦训练的因素不可缺少,但遗传因素更为重要。在科学选材中,要运用科学选材的理论知识和先进的测试设备,将运动员所有稳定的、先天的、从幼年就表现出来的各种因素测定出来,并根据测定结果预测运动员未来竞技运动水平和可能取得的最佳运动成绩。

专项因素主要在运动员选择适合的体育运动项目上考虑。如体能类占主导地位的项目,主要是从选材对象的机能、形态和健康等这些因素多加考虑。

个体因素主要是指根据运动员的专项因素中起主导作用的指标体系占据多少而论的。

另外,科学选材还涉及到生理学、解剖学、生物化学、物理学、心理学、运动学、教育学、分子遗传学等学科的知识。

二、“基因化”已成为科学选材的新热点

运动员基因选材和基因诊断与杰出的运动能力相关基因的研究,已成为科学选材的新热点。寻找确定与运动能力和运动成绩相关的基因基础,已经对科学选材产生根本性变革。足长、皮纹、血型与运动能力和适宜运动项目之间关系的研究充分体现了基因与形状的关联。随着分子生物技术与理论的飞速发展。尤其是DNA重组技术的应用,人们可以从基因水平上寻找决定运动能力的基因,从分子水平上讨论人体训练的适应性,科学的评价个体的运动状态及运动潜力。由此可见,基因选材已成为运动员科学选材的主要内容,优秀运动员特异的DN段已成为运动员选材的重要依据。

三、遗传学的基本理论和方法是科学选材的依据和基础

人体运动能力是一类多基因遗传性状,是诸多性状及其他因素共同作用的结果。人体运动能力的各种身体性状,大都受遗传因素的影响,决定运动能力基因的研究,是现在和未来长时期内一个选材研究的重点。运动能力是运动员取得运动成绩的基本要素,它与遗传素质存在密切的联系。引起运动能力差异的基因多态性的研究,运动能力的遗传是以多基因数量性状遗传为主,是多基因效应,基因和形状之间纵横相关,要确定选材标准形状的遗传基因的相关性是一项复杂而长期的工作。利用分子生物学、基因组学、生物信息学和生物芯片等技术,识别与人类运动能力有关的基因,了解其结构和功能。对运动能力的预测、评定和基因选材系统的建立将有重大意义。

遗传、环境因素相互作用研究。决定遗传能力的遗传因素作用,受生长发育时期的制约和环境因素的影响。在生长发育的青春发育期机体对外界环境因素的影响比较敏感。这种影响我们注重的是后天的训练及营养。

人体运动生物力学研究第6篇

摘要:简谐运动是高中物理教学中的一个难点。突破这一难点的关键是教学过程中物理科学研究方法优化与整合。文章分析了简谐运动这节课的教学特点及教学中物理科学研究方法的优化与整合,以促进课堂的有效教学,提高物理教学的质量。

关键词:简谐运动;物理教学;物理方法

简谐运动是高中物理力学中最复杂的一种运动,是高中物理教学的一个难点。突破这一难点的关键是教学过程中物理科学研究方法的优化与整合,笔者结合自己的教学实践,谈谈对上述问题看法。

1 简谐运动的教学特点

11 课程的综合性强

简谐运动的教学是在学生学完了运动学、动力学及功和和能的知识的基础上展开的,而且既有概念教学又有规律教学,课程的综合性强。

12 涉及的物理科学研究方法多

教学中既有实验观察和理论分析,也有理想模型法,还要用到数学方法来表示物理问题,所涉及的物理科学研究方法多。

13 知识应用广泛

机械振动和机械波是一种比较复杂的机械运动形式,对它的研究为学生以后学习电磁振荡、电磁波和光的本性奠定了知识基础。此外,机械振动和机械波的知识与人们的日常生活,生产技术和科学研究有着密切的关系,而简谐运动是学习机械振动和机械波的基础,所以简谐运动的知识应用广泛。

2 简谐运动教学中物理方法的优化与整合

让学生掌握物理科学研究方法是中学物理教学的主要目标之一。物理科学研究方法渗透到了简谐振动教学的各个环节,贯穿了其整个教学过程。

21 在概念建立中物理科学研究方法的优化与整合

在简谐运动教学中,教师首先要让学生通过实验观察分组讨论,然后他总结归纳出机构振动的定义。教师可指导学生观察演示实验:(1)一端固定的钢板尺的振动[见图1(a)];(2)单摆的振动[见图1(b)];(3)弹簧振子的振动[见图1(c)(d)];(4)穿在橡皮绳上的塑料球的小球的振动[见图1(e)]

分组讨论观察的结果,找出几个实验中运动物体运动的共同点,总结出机械振动的定义。

其次,演示水平弹簧振子的振动,引导学生认识弹簧振子,由此使学生建立起弹簧振子理想化的物理模型(小球和水平杆之间的摩擦力可以忽略不计,弹簧的质量比小球的质量小得多,也可以忽略不计)。教师通过对弹簧振子的受力分析,让学生认识到在理想状态下振子只受弹簧的弹力作用,引导学生理解使振子做往复振动的力是弹簧的弹力,弹力的方法及其和平衡位置的关系,从而引出回复力的概念,并启发学生回忆已学过的胡克定律,得出回复力和小球相对于平衡位置的位移的关系式:F=-kx,从而得出简谐运动的定义。

在建立机械振动和简谐振动这两个概念的过程中,学生学习了实验观察的方法,利用分析、比较、综合、归纳抽象出物理概念的逻辑思维方法,还认识了物理学研究中的理想模型法。

22 物理科学研究方法在规律探究中的优化与整合

221 简谐运动的规律探究

在学习简谐运动的时候,由于前概念的影响,学生思维往往具有单一性和定势性,他们习惯于分析恒力作用下物体的单程运动,对变力作用下来回运动的振动过程中的多量分析会感到比较困难,所以应用运动学和动力学的知识分析简谐运动中的位移、回复力、加速度和速度的变化规律是教学的难点。教师可借助多媒体课件,演示弹簧振子完成一次全振动的过程,然后应用胡克定律、运动学和动力学的知识分析出简谐运动中位移、回复力、加速度的变化规律,并将其结果填在表格中。最后,教师引导学生通过对表格的整体分析,定性了解各物理量的变化规律,从而突破教学中的难点。

222 探究简谐运动的位移图象——振动图象

师生一起通过实验探究得出简谐运动的位移图象,使学生对振动图象有一定的感性认识。例如,教师可用细红拴住装满水的矿泉水瓶口做成单摆,并将其底部戳个小孔,手提细红,使其在竖直平面内做简谐振动。同时,提细线的人沿垂直于单摆的振动平面方向做匀速直线运动,则水在地面上洒下的图形就是简谐运动的位移图象。最后得出结论:简谐运动的位移图象是正弦或余弦曲线。最后教师让学生通过建立坐标系,画出简谐运动的位移—时间图象来深入理解简谐运动的位移图像的物理意义。

在简谐运动的规律探究中,学生认识了利用现代技术手段分析处理物理问题的方法,培养了自身的分析能力、推理能力和综合归纳能力。在认识简谐振动的图象的教学中,学生学会了简谐振动的图象的画法,学习了用数学知识表示物理问题的方法。

参考文献

[1]阎金铎,郭玉英,中学物理新课程教学概论[M]北京北京师范大学出版社,2008:98-126

人体运动生物力学研究第7篇

关键词: 物理学 《探究自由落体运动》 科学方法

《普通高中物理课程标准(实验)》特别将科学探究列入内容标准,旨在将学习重心从过于强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化,使学生在学习物理知识的同时,经历科学探究过程,学习科学方法,从而培养科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神。新课标要求学生采用探究方法来学习物理知识,但很多同学不知应怎样去探究,这主要是因为没有掌握常用的探究方法或不会运用探究方法。探究自由落体运动的规律是人类历史上第一次最重要最成功的探究活动,整个探究过程所蕴含的科学方法是前人留给我们最宝贵的精神财富。《探究自由落体运动》一课中隐含着以下主要科学方法。

一、运用逻辑思维与辩证思维错误结论

直觉思维是指综合运用已有表象、知识和经验,以及洞察事物的能力,从直观、整体上进行的思考[1]。通过直觉思维提出猜测是人类思考问题的重要方法之一,但这种方法得出的结论有时是不可靠的。最典型的事例是:古希腊著名哲学家亚里士多德根据日常看到的自然现象,运用直觉思维――猜测,提出了影响人类几千年的著名论断:重的物体下落快,轻的物体下落慢。这一错误的结论之所以流传几千年是因为它看起来好像符合实际,而且在伽利略之前还没有用实验验证问题的做法。到了伽利略时代,伽利略根据亚里士多德提出的论断,从逻辑推理上推断出两个相反的结论(见课本),所以推导出这两个结论的大前提是错误的。伽利略运用逻辑与辩证思维的方法成功解决了影响人类认识几千年的问题,进而了亚里士多德的结论,并猜测物体下落的快慢与轻重没有关系,轻的物体之所以看起来下落慢是因为受到阻力的缘故。故后人把这种方法叫做分析―推理―猜测。

二、运用控制变量法探究物理问题

控制变量法是科学探究的重要思想方法,便于解决变量多的物理问题。当某个事物由多个变量影响和制约时,将其他的因素进行控制,而只改变其中的某一个因素,从而研究这个因素对事物的影响,以此类推,各个击破,最后总结归纳出各个因素对事物的影响程度。

通过分析―推理―猜测得出的结论只是对未知的一种猜测或假设,得出的结论是否正确,还必须接受科学实验的检验。物体仅在重力作用下从静止开始下落的运动叫做自由落体运动。为什么平时看到的是重的物体下落快,轻的物体下落慢?应怎样研究自由落体运动呢?伽利略通过著名的比萨斜塔实验,让两个重量不同的物体同时从比萨斜塔上的同一高度自由落下,通过对比观察,看到的是这两个物体确实同时落地。在生活中,像羽毛、纸张类的轻的物体之所以下落慢是因为空气阻力对它们的运动的影响比较大。

教科书中采用控制变量法来探究轻重不同物体的下落情况:实验的材料是两枚相同的硬币和两张表面积相同的纸片。实验的第一步,硬币与纸片下落情况对比,其实是控制所受阻力一样,研究轻重对下落快慢的影响;第二步,纸片与纸团下落情况对比,其实是控制轻重一样,研究阻力对下落快慢的影响;第三步,硬币与贴有纸片的硬币下落情况对比,与第一步的实验是相同的。在实验的基础上,然后运用辩证思维,探究物体下落过程与物体轻重有没有影响。再用牛顿管实验来说明羽毛比金属片下落慢是因为受到阻力影响的缘故,当牛顿管里没有空气阻力时,可以看到羽毛与金属片下落的快慢确实一样。把这个结论用到实际中,当物体所受的阻力比重力小很多的时候,阻力可以忽略不计,这也是力学中常采用的简化方法。

三、运用记录运动过程的方法研究运动规律

在伽利略的时代,技术不够发达,无法直接测定瞬时速度,所以也就不能直接得到速度的变化规律。但是,伽利略通过数学运算得出结论:如果物体的初速度为0,而且速度随时间的变化是均匀的,它通过的位移就与所用时间的二次方成正比,即s∝t2。这样在只要测出物体通过的不同位移所用的时间,就可以检验这个物体的速度是否随时间均匀变化,也就明确物体的运动规律。但是物体下落得很快,而当时只能靠滴水计时,不能测量自由落体运动所需时间。伽利略采用了一个巧妙的方法,即斜面实验。让铜球沿阻力很小的斜面滚下,而小球在斜面上运动的加速度比它竖直下落的加速度小得多,所用时间较长,便于测量。伽利略通过记录小球在斜面上的运动过程,实验结果表明,小球沿斜面滚下的运动的确是匀加速直线运动,然后他合理外推:的数值随倾角的增大而增大,当倾角等于90°时,变为自由落体运动。

现在用打点计时器打出的纸带或频闪照相技术得到的相片,便于我们对物体在同平面内运动情况进行研究。自由落体运动的位置变化比较快,凭目测难以观察和记录,而打点计时器打出纸带或频闪照相技术得到的相片便于记录运动物体每隔相等的时间时所在的位置和隐含的运动信息。对于纸带或相片的观察应按照先从整体再到局部的方法进行有序的观察,从整体上只是大致地观察各时间间隔物体的运动情况。例如,能观察到是直线运动还是曲线运动,是匀速运动还是变速运动。从局部必须仔细进行定量分析,是匀速运动则速度是多少,是匀变速运动则加速度是多少。打点计时器只能用来直接记录直线运动的信息,由于打点计时器打点时与纸带间有阻力,因此精确度不是很高;而频闪相片采用自动频闪开关照相技术,不仅实验准确度高,而且可以清晰地看到物体各时刻所在的位置,观察的直观性很强。

总之,在学习自由落体运动时,教师不仅要使学生掌握自由落体运动规律,而且要使学生体验伽利略对自由落体的研究,并创立了运动学的基本概念,把观察实验、数学推算和逻辑论证有机结合起来,做了著名的斜面实验,揭示了力和运动的本质联系。伽利略的发现,不仅在物理学史上,而且在整个科学史上都占有极其重要的地位。这不仅在于他纠正了统治近2000年的亚里士多德的错误观点,而且他创立了对物理学的研究方法,这就是推理、假说、验证和外推的方法,此方法有力地促进了物理学的发展。正如爱因斯坦的赞扬:“伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法,是人类思想史上最伟大的成就之一,而且标志着物理学的真正开端。”

参考文献:

[1]史硕阳.从猜想到假设帮助学生形成科学假设.中学物理教与学,2010.1:5.

人体运动生物力学研究第8篇

关键词:运动生物力学;田径技术;应用

中图分类号:G632 文献标识码:A

文章编号:1009—0118(2012)10—0285—02

一、运动中生物力学应用现状

现代运动生物力学的研究方法向准确化、同步化、模型化和电脑化方面迈进了一大步。它与其他学科的研究方法相比有它自己的特点,它主要通过摄影、录像并结合影像解析软件,获得人体运动学参数,在实验条件下还可以与三维测力台相结合,利用同步技术,取得与之相应的动力学参数。从运动学与动力学两方面进行分析比较,探索运动技术的原理及运动规律,为评价动作技术的合理性、设计新的训练手段改善运动技术动作、提高运动成绩提供理论依据。有调查表明,有关体育与动技术动作分析与诊断的与运动生物力学研究文章中,关于田径的占45%,形成这种格局一方面是,由于田径运动项目自身的特点,它以两维运动形式为主,动作形式规范,且为非对抗性,便于采集研究中所需的各种参数;另一方面,运动生物力学的科研人员已在田径等项目领域进行了大量的研究,打开了局面,在这一领域培养了一大批年轻的科研人员。

二、运动学测试方法在田径技术研究中的应用

运动学测量的主要方法是高速摄影和录像。这是一种非接触性的定量测量方法,在不影响训练和比赛,不给运动员增加任何负担的情况下,即可通过对运动技术影片的测量,获得人体运动学参数。通过对这些参数的分析,可以发现运动员运动过程中的优缺点,探索运动技术原理及运动规律,为改善运动训练,提高运动成绩提供依据。因此,这一方法在田径技术研究中被广泛应用。

田径运动技术包括径赛项目和田赛项目两大方面。径赛项目属周期性运动,动作形式规范,且为非对抗性。因此,从运动学角度对径赛运动技术进行诊断多数采用二维摄影或录像,要求在跑道旁设置若干个标志物作为参考系,用1台或多台摄影机或录像机在运动员身体侧面定点摄下连续运动的影片,也可用1台机器进行扫描摄影或录像获得影片,但要求每张影片中必须含有两个标志物。必要时在一次研究中可以同时使用定点和扫描两种形式获得影片。得到影片后,通过解析获得Y—Z平面内的运动学参数,从而对技术动作进行分析、诊断。如上海体科所冯敦寿等人采用二维定点摄影方法对王军霞、曲云霞3000m跑破世界记录的技术动作进行分析,找出其技术特点。又如有人为了研究奥运冠军刘翔的跨栏技术,使用一台摄影机对110m栏的第九栏进行正侧面定点摄像,使用另一台摄像机进行全程跟踪摄影,巧妙地将定点和扫描两种摄影方法结合起来,获得有效数据。

田赛项目属非周期性运动,多数技术都包含转体或变向的动作,对这类技术进行诊断,首先需要对拍摄场地进行标定,然后用2架或2架以上摄影机或录像机在运动员身体前面(或后面)、侧面进行三维同步摄影或录像,从身体前面摄下的连续动作影片上,能解析出X——Z平面内的运动学参数,从身体侧面摄下的连续动作影片上能解析出Y——Z平面内的运动学参数。然后从两套影片中计算人体各点的空间坐标,进而求出他们的三维运动学参数。在实际运用三维同步摄影或录像时,应根据项目的特点灵活的放置摄影机,有针对性的解决问题。如北京体育大学张英波等采用2台高速摄影机对铁饼最后用力技术进行定点同步拍摄,一台侧拍,另一台俯拍获得三维数据,对动作技术进行分析;绍兴文理学院陈洁敏等人为了在分析动作技术时能够观察到三级跳远动作的整个路线是否在一条直线上,他们在比赛场地用2台同步高速摄影机,一台摄影机位于距助跑道右侧20m处,另一台投摄影机位于沙坑尽头,进行实地拍摄,获得影片。在对个别的田赛项目技术动作进行研究时,可以使用二维摄影或录像的方法获得影片,加以分析。

随着生物力学标定方法的发展,现在已经能对较大范围的空间进行三维分析。艾康伟已经用三维同步摄影对体操中的自由体操动作进行了三维分析,不久的将来田径中的占有较大范围空间的技术动作也可以用三维同步摄影的方法来分析动作。无论是二维还是三维的摄影或录像,通常要求拍摄频率达到一定的水平,也就是进行高速摄影或录像,然后在低速下放映影片,相当于将时间拉长,这样原来无法看清的快速动作细节将一览无余,为进一步分析研究提供了可能。

用影片解析的研究方法,从影片中可以得到人体重心位置、位移、速度、加速度、各关节角度、角位移、角速度等一系列运动学参数。采用爱捷录像分析系统,能将图像和数据及曲线融为一体,并以快速反馈的形式直接将结果展现出来。

录像分析系统提供数据量化指标,为田径运动的运动学研究构成分析、评价和指导体系,可以对训练侧重点和技术动作分析直接起指导作用,还可以直接或间接地评价某些体能参数,如做功、耐力等。对于教练员、运动员能想到但仅凭感官不能证实的技术问题,往往可以利用录像分析系统简单、明确地加以解决。同时,可用画面演示功能,实现对各运动员运动技术的比较分析和评价。

三、力学测试方法在田径运动技术研究中的应用

肌肉力学的研究属于基础研究,它是目前运动生物力学中最具有吸引力、最有挑战性的研究领域。人体的运动是以骨为杠杆、关节为枢纽、肌肉为动力产生的。通过对运动员肌肉力量指标的测定,才能了解运动员身体各环节的活动能力和力量素质的发展水平,为运动训练提供理论依据。

目前,对田径运动的动力学测试方法一般是使用CYBEX测试系统。该系统主要由两部分组成:一是操作系统,它可使肢体在预定运动速度下进行肌肉力量测试;二是电脑处理系统,它能记录不同速度下、不同关节运动范围内的某个关节的一组对抗肌群的肌肉力量、爆发力、耐力、功率值,伸、屈肌发挥最大力量时所处的关节角度、伸、屈肌的力量比例,两侧肢全同名肌的力量差值,肌肉力量与体重关系等一系列数据,这些数据的收集对于科学选材和训练的指导及基础理论的研究等均具有非常重要的意义。该系统之所以被广泛应用,还因为该仪器具有标准砝码进行定期机外校准(零点漂移),以确保测试数据准确的功能。CYBEX测试系统可以安全、高效、直接地把运动员的运动能力分解为单关节加以评价,通过屏幕显示曲线和数据,运动员可以清楚了解自己的力量情况如何,有利于他们接受和配合教练员的训练安排。另外,还可以通过电脑存储数据进行追踪观察和建立数据库,为寻求运动员个体肌力的规律性提供依据。

当今,国际上对运动员通过使用兴奋剂来提高运动成绩的手段给予严厉制裁,越来越多的教练员开始重视运动生物力学专项力量训练。因此,运动生物力学在今后的田径技术研究中将会发挥越来越重要的作用。

参考文献:

[1]强辉.运动人体科学在高校体育实践中的作用[J].中国体育科技,2002,1(2).

[2]张艳华,王志刚.动生物力学在田径运动技术研究中的应用[J].北京体育大学学报,2005,(9).

人体运动生物力学研究第9篇

【关键词】研究对象 受力分析 作用力

【中图分类号】G632 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2014)06-0129-02

一 什么叫做物体的受力分析

1.定义

分析其他物体对研究对象的作用力的过程叫做受力分析。

2.受力分析的三个判断依据

主要依据有:(1)从力的概念判断,寻找对应的施力物体。(2)从力的条件判断,寻找产生的原因。(3)从力的效果判断,寻找是否产生形变或改变运动状态。

二 受力分析的方法

物体受力情况的分析是否正确,直接关系着能否正确解答高中物理中的力学问题,正确分析物体的受力情况是解答力学问题的基础,分析物体受力的思维方法有以下几种:

1.整体法

整体法是从局部到全局的思维过程,是系统论中的整体原理在力学中的应用。它的优点是:通过整体法分析物理问题,可以弄清系统的整体受力情况,从整体上揭示事物的本质和变化规律,从而避开中间环节的繁琐推算,能够灵活地解决问题。整体法就是把几个相关联的物体看成一个整体,只分析这一整体之外的物体对这一整体施加的力,不分析整体内物体之间内力的分析方法。注意:如果连接体中各部分的加速度相同,并且不涉及到物体之间的相互作用力时,优先考虑选用“整体法”。

例:如图1所示,质量为M的卡车载有质量为m的重物在平直的公路上以速率v前行,重物与车厢前壁距离为L。卡车紧急制动后做匀变速直线运动,车轮与地面间的动摩擦因数为μ1,重力加速度为g。求若重物与车厢没有相对滑动,从卡车制动开始到完全停止需要多长时间?此期间重物所受的摩擦力为多大?

受力分析:选择整体作为研究对象,受竖直向下的重力、地面的支撑力和摩擦力;根据平行四边形定则,合力等于摩擦力;再由牛顿第二定律和运动学公式求解。

解:取卡车运动方向为正,对整体有:μ1(M+m)g=(M+m)a。

由运动学公式有:0=v-at。

联立可得:a=μ1 g, 。

设重物与车厢之间的摩擦力大小为f,由牛顿第二定律有f=ma=μ1mg,与v方向相反。

图1 图2

2.隔离法

把研究对象从相关联的其他物体体系中想象地隔离出来,只分析其他物体对研究对象所施加的作用力(外力),不分析研究对象内部各部分之间的相互作用力(内力),也不分析研究对象对其他物体的作用力。“隔离”是为了更好地体现研究对象与其他物体之间的联系,绝不能认为隔离后的研究对象与其他物体就没有力的作用了。它的优点是:容易看清单个物体的受力情况,问题处理起来比较方便、简单、便于理解。

在力学中,解决动力学问题时,往往遇到这样一类情况:题目中的研究对象不是单一的一个物体,而是互相关联的几个物体组成的系统。解这一类问题,一般先尝试用隔离法:即把各个物体隔离开来,分别作受力分析,再根据各自的受力情况和运动情况,应用牛顿运动定律和运动学公式,求解。但在这类问题中,如果单独用隔离法很难求得结果,解决过程也十分繁杂,甚至用隔离法求解无从着手。这时,不妨试用整体法:即把整个系统当作一个整体作为研究对象进行受力分析,再列式求解。

例:(2010山东高考)如图2所示,质量分别为m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接,在力F的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动(m1在地面,m2在空中),力F与水平方向成θ角。则m1所受支持力N和摩擦力f正确的是( )。

A.N=m1g+m2g-Fsinθ B.N=m1g+m2g-Fcosθ

C.f=Fcosθ D.f=Fsinθ

分析:把两个物体看做一个整体,由两个物体一起沿水平方向做匀速直线运动并分析受力知:水平方向f=Fcosθ,C正确,D错误。设轻弹簧中弹力为F1,弹簧方向与水平方向的夹角为α,隔离m2并分析受力,由平衡条件知,在竖直方向Fsinθ=m2g+F1sinα;隔离m1并分析受力,由平衡条件知,在竖直方向m1g=N+F1sinα,联立解得,N=m1g+m2g-Fsinθ,A正确,B错误。

整体法和隔离法是高中物理常用的分析方法。可以先隔离再整体,也可以先整体再部分隔离。这就是整体法与隔离法的综合应用。

其实,在一般情况下,针对不同的运动状态可以选择不同的分析方法,一般可以分为以下三种情况:(1)系统处于平衡状态。整体都处于静止状态或一起匀速运动时,或者系统内一部分处于静止状态,另一部分匀速运动。根据整体的平衡条件,就可以确定整体或某一个物体的受力特点。(2)系统处于不平衡状态且无相对运动。由于系统内物体间没有相对运动,即整体内每个物体都具有相同的速度和加速度,这时整体所受的合力提供整体运动的加速度。这种情况利用整体法,更容易把握整体的受力情况和整体的运动特点。(3)系统内的物体部分平衡部分不平衡。这种情况由于系统内物体的运动状态不同,物体间有相对运动,通常用隔离法。若系统内两个物体一个处于平衡,另一个处于不平衡状态时,也可以利用整体法来分析,有时会使问题简化易于理解。

3.程序法

根据力的产生条件,按照已知力场力(含重力、电场力和磁场力)弹力摩擦力其他力的顺序逐个进行受力分析的方法叫做程序法。养成程序法分析物体受力的习惯,可以避免漏力和多力,保证受力分析的正确性。

4.假设法

根据力产生条件难于对某个力作出准确判断时,根据物体的运动状态是由它的受力情况和初始条件共同决定的结论,用假设法往往能化难为易。对于彼此接触的物体,如果不易判断接触处有无形变或有无相对运动趋势时,可以假设移去跟研究对象接触的物体。若移去后研究对象的运动状态发生变化,则被移去物体与研究对象之间存在弹力或摩擦力;若移去后研究对象的运动状态不变,则被移去物体与研究对象之间无弹力或摩擦力作用。

例:如图3所示,截面为三角形的木块a上放置一铁块b,三角形木块竖直边靠在竖直且粗糙的竖直面上,现用竖直向上的作用力F,推动木块与铁块一起向上匀速运动,运动过程中铁块与木块始终保持相对静止。

解:将a、b看做一个整体,假设木块a与竖直墙面间存在水平弹力,则水平方向上整体不能静止,与题意矛盾,假设不成立,木块与竖直墙面间不存在水平弹力;同理竖直方向没有摩擦力。

对于做加速运动的物体,若难于判断某一弹力或摩擦力的有无,可以假设接触处有弹力N或摩擦力f,并任意假设它们的方向,然后根据运动定律列方程。若从方程解得N=0或f=0,则表明没有弹力或摩擦力;若从方程解得N或f的值大于零,则表明弹力或摩擦力的方向与假设的方向相同;若解得N或f的值小于零,则表明弹力或摩擦力的方向与假设的方向相反。

三 受力分析的思路和基本步骤

1.灵活选择、明确研究对象

分析物体的受力,首先要选准研究对象,并把它隔离出来。根据解题的需要,研究对象可以是单个物体(质点、结点、物体),也可以是几个物体组成的系统。当所研究的问题是涉及多个物体的系统时,可以把系统分成若干部分,然后把其中某一部分从其所处的系统中想象地与其他物体隔离开来,作为研究对象,这种选取研究对象的方法叫做隔离法。把多个物体组成的系统视为整体,作为研究对象,称为整体法。解答具体问题时,应从实际情况出发,灵活选取研究对象,既可以只用隔离法研究某些部分,也可以只用整体法研究整个系统,还可以交叉应用隔离法和整体法,多次选取研究对象。

2.按照一定的顺序进行受力分析

顺序必须是首先题目中所给的已知力;其次场力(重力、电场力、磁场力);再次接触力(弹力和摩擦力),环绕研究对象一周,看研究对象与其他物体有几个接触面(点),每个接触面对研究对象可能有两个接触力,应根据弹力和摩擦力的产生条件逐一分析,接触力中必须先弹力,后摩擦力(只有在有弹力的接触面之间才可能有摩擦力);最后其他力。

3.画出受力示意图,并结合题中所给条件检验

受力分析中需要注意的事项:(1)只分析根据性质命名的力,如重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力、分子力和核力等,不分析根据效果命名的力,如下滑力、动力、阻力和向心力等。(2)只分析研究对象受到的力,不分析研究对象对其他物体所施加的力。如研究物体A的受力时,只分析“甲对A”、“乙对A”、“丙对A”……的力,不分析“A对甲”、“A对乙”、“A对丙”……的力,也不要把作用在其他物体上的力,错误地认为通过“力的传递”而作用在研究对象上。(3)每分析一个力,都应能找出施力物体。这种方法是防止“多力”的有效措施之一。在分析物体的受力时,只强调物体受到的作用力,并不意味着施力物体不存在,找不出施力物体的力是不存在的。(4)分析物体受力时,还要考虑物体所处的运动状态。分析物体受力时,要注意物体所处的运动状态,物体所处的运动状态不同,其受力情况一般也不同。如:放在水平传送带上的物体随传送带一起传动时,若传送带加速运动,物体受到的摩擦力向前;若传送带减速运动,物体受到的摩擦力向后;若传送带匀速运动,物体不受摩擦力作用。

综上所述,在分析物体的受力问题时,能掌握物体的受力分析方法和基本步骤,并灵活运用受力分析的方法应对不同的问题是解决高中物理动力学问题的关键。这不仅能在教学过程中有意识地培养学生知道物体的多种运动状态,增强整体法的思维意识,也能帮助学生能够更加全面地理解力和运动的相互关系,是帮助学生思维能力提升的好方法。

参考文献

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