运动生物力学分析篇1
关键词：后扫腿；身体质量；转动惯量
后扫腿是一个旋转性的动作，其重心底，扫转快，停的稳，动作技术环节复杂。在教学中学生对该动作难以掌握，常见的主要错误如下：上体右转和左脚尖内扣速度慢，难以扫满一周：扫转时未全蹲，重心过高，上体过分前倾，难以维持身体平衡。
分析其原因，主要是学生对动作技术原理理解不够，不能积极主动地掌握技术要领，而在教学中教师往往只讲动作做法，强调动作技术规格要求，忽视了其原理分析，以致学生在学习中知其然而不知其所以然。另外，由于教学教法上的不足等因素，影响了教学效果。为此，本文运用运动生物力学原理对后扫腿的几个动作环节逐一分析，并与教学教法相结合，对该动作进行探讨。
一、研究对象和方法
1.研究对象
南师大体育系95级武术专业学员和部分校武术队队员及武协会员。
2.研究方法
教学分组实验法、数理统计法。
动作错误统计表：（a代表95级武术专业学员，B代表校武术队队员及武协会员）
根据上面的统计可以看出，在教学中存在的主要错误是不能扫转一周、失去平衡和未全蹲，它们分别占专业学员的93.3%和校队及武协队员的92.5%。
二、难以扫满一周的动力学分析及教学建议
1.常见的错误
拧腰扣脚速度慢，双手扶地时未插入右腿下方；右腿扫转前重心没有及时移至左脚前掌和转体缩胯的程度不够；左腿屈膝折叠不紧，未全蹲。
2.运动生物力学分析
（1）身体质量的分布与转动惯量
大家知道：转动惯量的大小决定改变物体旋转状态的难易程度，转动惯量越大，物体的转动状态越难改变，转动惯量越小，越易改变物体的转动状态。根据i=mr2。虽然人体的总质量不会发生改变，但肢体对转轴分布状态的改变，即旋转半径r的改变使人体的转动惯量具有可变性。
后扫腿时，左脚尖内扣提踵，由左弓步变成左脚前掌支撑的右仆步并收腹、立腰、缩胯，重心迅速移向左腿，使肢体的质量分布尽量向左腿的转动轴集中，从而使转动惯量变小，人体容易旋转。而有些学生在做后扫腿时，往往没按上述动作要领来做，致使身体质量分布远离转轴，r较大，故动作难以完成。
（2）动量矩守恒与转动
后扫腿动作的部分技术要领与动量矩守恒定律也有密切关系。我们知道：当物体所受外力矩为零时，物体动量矩保持不变，即m=0时，i1ω1-i2ω2=0，这就是动量矩守恒定律。
后扫腿时，双手扶地靠近右膝下方，一是便于上体向右旋转和辅维持身体平衡；二是推撑有力，使身体质量分布更靠近转轴，使转动惯量变小，从而使角速度ω增大，有利于人体快速扫转一周，反之不利于人体的扫转。所以有些学生认为手扶地位置无关紧要的想法是错误的。
另外，右腿扫至击点时，为了动作的表现和技击的需要而放胯，但一过击点，立即收胯甚至右腿微屈来减小旋转半径r，致使转动惯量i变小，ω增大旋转加快，当扫转一周时迅速伸胯展体成左弓步，转动半径r就会猛然增大，转动惯量i增大，同时角速度ω快速减小，也就容易定住身形，达到后扫腿快扫突停的要求。而初学者往往在停止动作时低头弓腰右腿屈，不但影响了动作的美感，更影响了动作的完成。
（3）转动与摩擦
扫转除了与上述因素相关外，还与扫腿时摩擦力的大小有直接关系。根据f=μn。若身体重心不能完全落在左腿上，则另一部分重力必然由右腿承担，右腿的支撑力变大，则正压力n变大，f相应变大。另外，若μ变大，则f也变大，而μ值的大小决定于接触面的物性。压强以及滑动速度的大小。μ随速度的增大而减小，随压强的增大而增大但都不成算术比例。同样的正压力接触面积越大压强越小，μ也就越小，从而滑动摩擦力f也越小。接触面光滑平整和接触面较大，则μ值较小，f也较小。所以要求动作一开始要把身体重心尽量移向左腿，以减小右腿的压力。在扫转过程中，右脚掌仅保持与地面的轻微摩擦，以确保扫转的速度不受影响。滑动摩擦力f越大越不利于转动，故扫转将一周时，应快速把重心移至两腿之间，且全脚掌用力踏实地面，增大摩擦力，达到迅速止动的目的。
（4）教学建议
①在教学中，教师应言简意赅地向学生讲清以上运动生物力学原理。从严从细抓好每个动作技术环节及规格要求。②练习时，可让学生先做手不扶地高姿势的扫转练习，强调扫转时重心迅速移到左腿上，上体保持正直，上体控制平衡，待技术基本熟练后，逐渐降低重心到左腿全蹲。③强调双手扶地时应扶在右膝下方的动作要求，并让学生体会双手扶地位置不同的动作差别。④定向教学。为了克服一些学生在手扶地时习惯性低头弓腰，造成上体过分前倾的错误，教师可让学生右转扶地时定点平视某一目标，以保持体正立腰。⑤让学生在不同性质的地面上练习。先选择在平滑的地面上练习，然后再到较粗糙的水泥地或地毯上进行。
三、失去平衡与未全蹲的生物力学分析与教学建议
1.常见错误
未全蹲，身体重心在两腿之间，扫转时产生的摩擦力太大，易失去平衡。
2.运动生物力学分析
（1）重心高低与稳定
后扫腿要求大小腿叠紧，支撑脚前脚掌着地为轴，双手辅助扶地。而有些学生练习时，往往只是半蹲，造成重心太高，上体向右前方过分前倾，由于惯性而使重力作用线向支撑面边线靠近或落在其外，导致失去平衡。
大家知道，当人体处于下支撑状态时，在相同条件下，重心越高，支撑面越小，稳定角越小，重心作用线越靠近支撑面边线或在其外，稳定性越差，越难以维持平衡。反之，稳定性越强。后扫腿时，半蹲就会出现上述不利于维持身体平衡的条件，导致动作失败。
（2）摩擦力与平衡
如果右脚扫踢时与地面的摩擦力过大，就会造成扫踢无力速度慢，动作技术不到位、上快下慢不协调等不良后果而失去身体平衡。摩擦力分析如上所述。
（3）教学建议
①教学中把转体与全蹲作为重点环节来抓，让学生由左弓步双推掌开始，然后快速右转扶地，立腰收胯成右仆步，左脚前掌内扣撑地，强调全蹲。②让学生反复体会全蹲与扫转动作的连贯性与协调性，以防动作脱节。开始时要求学生扫转半周即可，然后大半周，逐步完成一周。③完整动作练习。全蹲与拧腰发力协调配合，右腿扫踢快速有力，击点清晰，快速制动，稳定平衡。整个动作协调连贯，一气呵成。
参考文献：
[1]武术教材编写组.武术[m].高等教育出版社，1996.
运动生物力学分析篇2
关键词:跳高;髋关节;等速;肌力特征
中图分类号:G804.66文献标识码:a文章编号:1007-3612(2010)10-0055-03
aStudyonmechanicalFeaturesofHipmusclesofHigh-jumpingathletes
ZHaoFu-sheng
(weifangCollege,weifang261061,ShandongChina)
abstract:purposes:toresearchtheheartmusclecontractionbiomechanicalcharacteristicsofthehipofhighjumpersmethods:iSomeD2000patternedtesterofGermanwasadoptedtotestthebiomechanicalcharacteristicsofthefirstandsecondaryclassjumpersofhipmuscleswhentheirhipmusclesareconstantlyhavingconcentriccontractionatanequalspeed(60°/s)Results:extensormusclesaremorepowerfulthantheflexormusclesinhippeaktorqueandtheleftorrightextensormuscles,andtheflexorpeaktorqueofswinginglegofthefirstclassathleteisbiggerthansecondaryathleteswithasignificantdifference(p
Keywords:highjump;hipjoint;equalspeed;featuresofthemusclestrength
影响运动成绩的因素是多方面的,根据不同专项的不同需要,各影响因素所占的权重也不尽相同。有资料表明,跳高专项影响运动成绩的各因素按权重从大到小的排列顺序为[1,2]:身高、爆发力、承受运动负荷能力、健康水平、躯干下肢比例、力量、速度、体重、心理稳定性、意志努力、足形、大小腿比例等。在身高的不可控因素下,如何提高跳高运动员下肢肌肉力量,应视为研究下肢肌肉力量特征的重点。因此,研究包含纵跳动作项目中运动员下肢屈伸肌工作特征,成为等速测试的一个主要方面。本研究以跳高运动员髋关节肌群肌力的特征为指标,通过等速测力系统对不同等级跳高运动员进行比较,对比分析影响不同水平跳高运动员之间成绩差异的生物力学原因,对于指导科学训练是有益的。
1研究对象与方法
1.1研究对象研究对象来源于北京体育大学、首都体育学院跳高运动员16人。其中,一级8人,二级8人,样本具有一定代表性(表1)。
表1受试者基本情况登记表
级别年龄/岁身高/m体重/kg运动成绩/m训练年限/a一级201.88±0.0470.89±6.942.05±0.065.8±2.3二级201.80±0.0566.25±5.51.86±0.043.8±1.41.2研究方法(实验法)
1.2.1实验设备所用设备为德国iSomeD2000等速测试仪。
1.2.2实验地点及时间实验地点:首都体育学院生物力学实验室。
实验时间:2008年4月
1.2.3实验内容髋关节肌群在等速向心收缩(克制工作)时的生物力学特征,左摆动腿关节60°/s的向心收缩。
髋关节肌群等速测试实验参数见表2。
表2等速测试实验参数
伸/(°)•s-1屈/(°)•s-1关节起始角度/(°)重复次数/次间歇时间/s606010～9061201.2.4数理统计法对所测数据用SpSS11.5进行统计处理并加以分析,包括平均数、标准差、配对样本t检验、
投稿日期:2010-07-08
作者简介:赵伏生,讲师,硕士,研究方向体育教育训练学。相关分析、逐步回归分析的计算。
2结果与分析
2.1一、二级运动员髋关节肌群峰力矩对比分析跳高运动是克服重力向上跳起的运动项目,肌肉活动的非平衡性是其主要特点之一[3,4]。通过等速测力系统对跳高运动员髋关节肌群进行测试后比较分析,是获得项目特点的有效途径[5]。
表3一、二级运动员髋关节屈、伸肌群等速向心收缩
峰力矩比较
运动员起跳腿屈肌摆动腿屈肌起跳腿伸肌摆动腿伸肌一级148.75±30.35170.25±18.39357.5±30.28320.75±7.46二级136.25±15.6144±14.4327.5±22.88310.75±36.8t值1.0363.1782.2360.753sig0.3180.0070.0420.464注:表示在0.005水平上有显著性;表示在0.01水平上有显著性;表示在005水平上有显著性;(下表同);峰力矩单位n•m。
从测试的结果看,跳高运动员髋关节峰力矩,左右侧髋关节伸肌均大于屈肌,与伸肌较屈肌发达一致。在60°/s的速度下,一级运动员摆动腿髋关节屈肌峰力矩比二级运动员摆动腿髋关节屈肌峰力矩大,两者具有非常显著性差异(p
从技术上分析,跳高起跳过程中摆动腿的屈膝上摆,是跳高起跳技术的重要环节之一。摆动腿屈髋肌群快速的向心收缩产生的摆动力量解释为四个方面,第一是为起跳时提高人体重心垂直速度增加了动力源,此动力源与摆动腿的支撑效应是相联系的;第二是为人体在起跳时由内倾转为竖直提供了动力源;第三是为人体起跳时绕纵轴旋转提供了动力源,摆动腿的加速上摆,带动人体产生了绕纵轴的旋转,旋转的结果使人体逐渐背对横杆,为过杆提供保证;第四是在人体过杆时为人体绕额状轴的旋转提供动力源[6-8]。
在60°/s的速度下,一级运动员起跳腿髋关节伸肌峰力矩比二级运动员起跳腿髋关节伸肌峰力矩大,两者具有显著性差异(p
跳高起跳之前,摆动腿支撑技术是助跑与起跳衔接的枢纽,具有承上启下的作用,摆动腿支撑技术的好坏直接影响助跑速度的保持和发挥,它对起跳效果有着极其重要的影响。在摆动腿的支撑阶段,为更好的加速前移重心,推动起跳腿一侧髋部超越摆动腿一侧髋部,摆动腿髋关节伸肌在屈位完成了离心收缩向向心收缩的转化,其作用有两方面:其一,摆动腿髋关节伸肌离心收缩的能力是保持重心高度的重要环节,其抗离心收缩的能力能防止重心过度下降和臀部下坐;其二,摆动腿髋关节伸肌向心收缩能力是保持助跑速度的重要环节,其快速的蹬伸能有效防止摆动腿支撑无力的现象。
起跳腿快速踏上起跳点迅速完成缓冲到蹬伸的动作,蹬伸动作依次由髋、膝、踝顺序用力。由于人体是在快速跑动中起跳,起跳腿迈步动作对地面的冲击力很大。大的冲击力超过了起跳腿的支撑能力,迫使人体重心下降,它表现在髋、膝、踝关节的弯屈,这时起跳腿的伸肌群做退让性收缩。退让性收缩的作用有两方面的意义,其一,髋、膝、踝关节的弯屈使重心快速的向起跳腿支撑点上方移动;其二,起跳腿伸肌群做退让性工作,即被动拉长,增加了伸肌群的收缩初长度,这与投掷项目的超越器械具有同样的意义[9]。起跳腿伸肌群的快速向心收缩,减小了起跳时间,提高了助跑速度的利用率。起跳时由于支撑反作用力不是准确地通过人体的重心,因此人体出现了一个偏心推力,偏心推力的方向与助跑的切线方向垂直,在摆动腿屈膝上摆使人体绕垂直轴旋转的情况下,当人体转动到背对横杆的时候,偏心推力产生了使人体绕额状轴的旋转,这两个力对背越试跳高的腾空技术具有重要意义。
2.2一、二级运动员髋关节肌群向心收缩相对峰力矩对比分析从表4的测试结果看,髋关节伸肌相对峰力矩大于屈肌相对峰力矩,与峰力矩测试结果相同;一级运动员摆动腿屈肌和起跳腿伸肌相对峰力矩都较二级运动员大,两者均具有显著性差异(p
表4一、二级运动员髋关节肌群等速向心收缩相对
峰力矩比较
运动员起跳腿屈肌摆动腿屈肌起跳腿伸肌摆动腿伸肌一级2.12±0.382.43±0.225.09±0.254.59±0.17二级1.92±0.262.02±0.094.60±0.304.42±0.86t值1.1994.8443.5730.540sig0.2510.0090.0030.597注:相对峰力矩=峰力矩/体重(n•m/kg)。
2.3一、二级运动员髋关节肌群向心收缩峰力矩角影响肌力矩的因素有力和力臂。肌力大小由肌肉的初始长度、生理横断面、神经刺激等决定,而肌肉的初始长度随关节角的改变而改变,力臂也随关节角不同而不同[10-12]。合理有效的最大肌力矩,是获得最佳运动效果的前提和保证。人体在运动过程中,随着关节角度的改变,肌肉收缩力和力臂的乘积在某一特定位置达到最大值,表现为峰值力矩。通过测试发现,髋关节肌群峰值力矩角度在84.25±1.91到85.75±0.46的范围内,而且屈、伸肌群最大峰力矩产生的角度没有差异。
表5一、二级运动员髋关节肌群向心收缩时的峰力矩角
运动员起跳腿屈肌/(°)摆动腿屈肌/(°)起跳腿伸肌/(°)摆动腿伸肌/(°)一级85.25±0.8985±1.8584.25±1.9185.5±1.6二级85.25±1.5885.5±0.9385.25±1.3985.75±0.46影响起跳高度的诸因素中,使运动员产生向上最大腾起速度的因素,取决于起跳过程中运动员在垂直方向上所获得的冲量值的大小[13]。通过测试,人体髋关节在85°左右时,表现为最大的峰值力矩。而整个起跳过程中力并不是恒定的,冲量等于一定时间间隔内各冲量元的定积分:∫tt0Fdt。也就是说髋关节85°左右时在所有冲量元中具有最大冲量值,他的大小是决定最大腾起速度的关键因素之一。因此注重髋关节在85°左右时的力量训练对于提高跳高成绩是有益的。
2.4测试结果与运动成绩的相关分析与逐步回归分析从测试数据看摆动腿屈肌峰力矩与成绩的相关度最高,四者的相关度依次为:起跳腿伸肌>摆动腿屈肌>摆动腿伸肌>起跳腿屈肌(表6)。其中摆动腿伸肌的相关度较低,原因需进一步研究。
表6一、二级运动员髋关节肌群向心收缩峰力矩与
成绩的相关计算结果
运动员起跳腿屈肌摆动腿屈肌起跳腿伸肌摆动腿伸肌成绩0.0160.5660.6850.225起跳腿髋关节伸肌峰力矩对成绩的相关性最大,分析认为有如下原因:一是起跳腿作为跳高技术动作的主要承受者,对起跳效果具有决定性的作用,而且在下肢环节中,髋关节肌群的力量要大于膝、踝关节肌群,因此表现为峰力矩的相对最大值;二是牵张反射,起跳腿髋关节伸肌在支撑阶段是一个离心收缩过程,离心收缩时肌肉受到强烈牵张,肌梭或腱梭产生兴奋发放冲动,募集最可能多的运动单位参与收缩过程,从而表现出强大的收缩力;三是离心收缩时,肌肉中弹性成分被拉长而在后继的向心收缩中得以释放,加大了向心收缩的效果。
采用逐步回归分析法,对成绩与髋关节肌群峰力矩测试数据进行回归分析,分析过程删除了对成绩作用不显著的自变量,建立的回归方程为:
成绩=140.76+0.685*起跳腿髋关节伸肌峰力矩值
对回归方程进行检验见表7。
表7方差分析
方差来源平方和自由度方差F值sig回归647.7781647.778123560.003剩余733.9721452.427总和1381.75015从形式上看,回归方程是可逆的,我们知道了起跳腿髋关节伸肌峰力矩就可以预测跳高成绩,同样我们在测定跳高成绩后,也可大体估算起跳腿髋关节伸肌峰力矩值。这在实践中对跳高训练的效果评价具有一定意义。
相关分析与逐步回归分析中没有将一、二级运动员髋关节肌群峰力矩数据分开处理,而是将所有测试数据进行了整和分析[14-17]。原因是研究的样本含量较少,数据的偶然性机会增大。由于样本本身具有局限性,因此逐步回归建立的方程仅供参考,不具有广泛代表性。
3结论
跳高运动技术是创造优异成绩的重要环节,人体各肌群的力量水平是掌握运动技术的基础。通过对研究结果的分析认为:1)跳高运动髋关节肌群的力量水平是造成不同等级运动员技术差异、成绩差异的原因之一;2)力量因素是掌握优秀技术的基础,在实际运动过程中力量因素与技术因素共同存在,相互补充,任何单因素的作用都不能达到最佳的运动效果;3)髋关节屈、伸肌群最大峰力矩产生的角度在85°左右,左、右腿以及各屈伸肌没有差异;4)在所研究的因素中,起跳腿髋关节伸肌与成绩具有最大相关性;5)在研究不同等级运动员髋关节肌群峰力矩存在差异的同时,分析力量因素导致的运动技术差异,使两者相互结合,对提高运动成绩具有现实意义。
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运动生物力学分析篇3
关键词：优秀跆拳道运动员；远距离进攻型后横踢；踢击速度
中图分类号：G804.66文献标识码：a文章编号：1007-3612(2011)04-0064-04
BiomechanicsResearchontheoffensiveBackturningKickinLongDistanceofelitetaeKwonDoplayers
HaoYing1，DUanHaijun1，JiZhongqiu2
(1.Collegeofphysicaleducation，northwestnormalUniversity，Lanzhou730070，GansuChina;2.CollegeofSportsandphysicaleducation，BeijingnormalUniversity，Beijing100875，China)
abstract:theoffensivebackturningkickinlongdistanceistheoneofmainweaklinksofelitetaeKwonDoplayers.ByusingthesportbiomechanicsresearchtogatherthedataofthistechnologyofelitetaeKwonDoplayers，andwithparametricanalysis，theresultshows:thestrengthshortageoflowerlimbinfluencethestartspeed.thesequenceerrorofswinglegatthestartingphaseaffectsthestarttimeintervalandthepullingdistancebetweenthefeetwhenlaunching;thegravityaccelerationcomeslowerintherestorationperiodwhichcausesthelongertimeoftherestorationperiod.inordertoimprovetheplayer’stechniquecontinuously，theresearchprovidesthetheoreticalreferenceforthesport’sdevelopment.
Keywords:outstandingtaeKwonDoplayers;offensivebackturningkickthroughlongdistance;velocityofattack
在跆拳道的众多腿法技术中，横踢技术以动作简洁迅速、击打效果好等特点成为最常用、最有实用价值的技法［1］。由于比赛中的或然性，根据时机、战术组合的不同需要，运动员往往采用有别于标准后横踢的技术动作［2］，远距离进攻型后横踢技术就是其中的一种，它是指从距离较远的位置主动发起的后横踢［3］。动作形式与后横踢［4］基本相同，但因其进攻距离长，导致支撑脚向攻击方向有较大的位移［5］。作为后横踢在竞技中的变形动作，远距离进攻性后横踢常与步法相结合使用，如踮步、跳换步、前进步等［6］，它也可以是直接从原地发起的远距离进攻。
我国开展跆拳道运动的时间相对较短，整体实力水平发展不均衡，未形成夺金的群体优势［7］。造成落后的原因是多方面的，腿法技术运用的熟练和优劣程度是衡量一个运动员技能水平的主要指标［8］。目前，国内缺乏对高水平运动员腿法技术的深入研究，这将严重制约我国跆拳道训练的发展水平［9］。因此，有必要将更加接近实战的技术动作进行科学、系统的分析，为我国跆拳道科学化训练提供理论支持。
1实验对象与方法
1.1实验对象
研究对象为14名队跆拳道运动员，其中9名为健将级运动员，5名国家一级运动员。
1.2研究方法
1.2.1三维标定使用一个包括25个标记点的peaK三维框架，型号为003-C，对拍摄空间进行三维标定。误差分析使用运动员样本量为：n=5，测量次数为2次，运动员实际身高和解析软件apaSSYStem2003解析后身高标准差平均为0.014，能满足本次研究的要求。
1.2.2现场拍摄采用日本产JVCGR-DVL9800SH高速数码摄相机对跆拳道运动员在实验控制条件下三维同步定点拍摄，拍摄时，一部摄像机的主光轴与运动的主平面垂直，摄像机高度为1.24m，拍摄距离为12m，拍摄速度为100帧/s。
拍摄时，要求运动员站左架，以右腿为摆动腿，尽可能远的调整自己与目标物之间的距离，以最大能力踢击目标。要求运动员踢击与自己肋部高度相同的靶位。为了保证运动技术的稳定性，对每一位研究对象的6次三种远距离进攻型后横踢技术动作进行拍摄，征求教练员意见，选取质量较高的2次动作进行解析。
1.2.3影像解析对运动技术录像采用美国apaSSYStem2003软件分析。根据扎齐奥尔斯基人体模型［10］，构造人体16个主要的模型参数，对整个动作进行解析。对数据采用DLt法处理，用数据滤波法进行平滑，截断频率为6，并输出相关数据参数。将动作参数与动作结构原理相结合进行分析研究。
2结果与分析
在保证动作完整性的前提下，根据横踢技术动作的任务与性质，将远距离进攻型后横踢划分为步伐阶段、启动阶段、提膝阶段［11］、踢击阶段［12］和还原阶段［13］，并将步伐以外的阶段统称为击打阶段。实验涉及的三种远距离进攻型后横踢动作，具有相同的技术特点，击打阶段前的踮步、跳换步都是由于场上战术安排或双方对峙时变化的需要进行的步伐调整。三种动作有无步伐或步伐实施的方法影响到击打阶段初速度的获得，从而对完成动作的速度产生影响，但并不会影响击打阶段的技术构成。
2.1远距离进攻型后横踢技术的时间特征分析竞技跆拳道中，完成动作的速度是影响技术效果的重要因素。时间是反映完成动作快慢的最直接的运动学参数，对不同性别研究对象的三种动作各阶段时间进行独立样本t检验，结果显示各阶段时间在男女运动员之间并没有显著性差异。
图1击打阶段中各阶段时间分布图
对击打阶段的时间特征分析，观察到启动阶段、提膝阶段、踢击阶段和还原阶段分别占整个击打阶段的22.13%、18.04%、16.21%、43.62%。通过相关分析，启动阶段、提膝阶段和还原阶段用时与击打阶段用时存在显著相关关系，说明这三个阶段是影响整体技术的关键阶段。其中，还原阶段耗时最多，占总体时间的43.39%，平均在0.316s，表明运动员消耗了近一半时间还原，明显表现出运动员还原能力的不足。踢击时间占总时间的比例相比其它几个阶段最短，表现出积极的踢击，有利于时机的把握和提高击响效果。而启动阶段时间占总时间的22.13%，耗时长，明显大于提膝和踢击阶段，是研究中反映出的突出问题。从动作结构上看，启动阶段的动作幅度小于提膝和踢击阶段，消耗时间也应较短。动作时程分布的不均衡表明运动员在动作节奏上存在问题，进而会影响整体动作的发力效果。
下面将对影响整体技术的关键阶段，即启动阶段、提膝阶段和还原阶段，逐一进行分析，分阶段探讨造成运动员产生技术问题的主要原因。
2.2启动阶段技术的分析启动阶段是由警戒式开始至摆动腿脚尖离地瞬间止。从动作构成来看，启动阶段髋关节屈肌为主动发力肌群，踝关节跖屈使得摆动腿蹬离地面，因此，启动阶段髋关节和踝关节发力技术是影响启动时间的关键因素。
2.2.1影响启动阶段髋部技术的关键技术因素分析
图2启动时髋关节角速度的数据分布图
通过相关因素分析，启动时刻髋关节角速度与启动时间呈显著性负相关关系（p＜0.001）。髋部角速度是描述大腿与躯干之间夹角变化快慢的物理量，进一步对启动时刻髋关节角速度数值进行频数分析得到图2，启动时刻髋关节角速度的数值中位线位于下1/2处，即数值分布半数以上小于平均值，表明大多数运动员启动时刻髋关节角速度较小，并且最大值与最小值相差较大，说明运动员在此项参数上表现出较大差异，因此，启动时刻髋关节角速度普遍较慢是影响启动时间较长的关键技术原因。
通过相关分析，启动时刻髋关节速度与启动阶段髋膝发力延迟时间、启动阶段踝关节加速度最大值出现时刻依次存在显著相关关系。
研究过程中，用髋膝发力延迟时间来表示髋关节和膝关节发力时的先后关系。启动阶段髋膝发力延迟时间平均为负值，表明从膝关节开始发力到髋关节开始发力的时间极短，甚至膝关节的发力落后于髋关节，说明运动员启动阶段摆动腿的用力并非由下而上依次进行，而是存在力量传递的脱节或是用力顺序的错乱。启动阶段踝关节加速度最大值出现时刻均接近摆动腿脚尖离地瞬间，说明启动阶段踝关节发力时间较晚。虽然启动阶段膝踝发力延迟时间与此阶段髋关节角速度无显著性相关关系，但是，启动阶段膝踝发力延迟时间为(-0.012±0.047)s，表明启动阶段膝关节发力早于踝关节，这是摆动腿发力顺序混乱的又一表现。
2.2.2影响启动阶段踝关节技术的关键技术因素分析通过对启动时刻踝关节角速度的数据进行频数分析后发现，大部分运动员启动时刻踝关节角速度小于平均水平，因此，启动时刻踝关节角速度普遍偏小是造成启动时间长的主要技术原因。
进一步研究影响启动时刻踝关节角速度普遍偏小的技术原因后发现，没有参数与它有显著相关关系，说明启动时刻踝关节角速度普遍偏小是一个原发性技术问题，主要是由运动员对启动时踝关节发力技术的理解不到位，掌握技术有偏差，造成了错误的技术习惯引起的。2.3提膝阶段技术的分析提膝阶段是从摆动腿离地瞬间开始，至膝关节屈曲角度变化到最小值。提膝阶段主要完成了摆动腿大小腿的折叠和支撑腿的拉动，因此，提膝末膝关节的角度和支撑腿向前拉动的距离是衡量提膝阶段技术优劣的决定性因素。
2.3.1影响提膝阶段末提膝角度的关键技术因素分析理论上，膝关节绕冠状轴的运动幅度可达135°～140°［14］，即大小腿折叠后夹角可达40°～45°。提膝阶段末期膝关节角度平均在94.327°，普遍表现出没有充分的屈膝，即便是屈膝最充分的运动员在提膝末期膝关节的角度64.690°也比理论值大。而屈膝最不充分的运动员此时膝角达到120.230°，运动员基本没有主动屈膝的表现。这样，严重影响了摆动腿以髋关节为圆心的转动速度，造成提膝阶段时程延长。因此，屈膝不充分是造成提膝阶段时程过长的关键因素。进一步分析表明，提膝末期运动员屈膝不充分属于原发性技术问题。2.3.2影响提膝末支撑脚拉动距离的关键技术因素分析远距离进攻型后横踢制胜的关键之一在于是否在控制与对手的距离时，成功实施远距离的攻击，击打远度体现了运动员的进攻能力［7］。击打远度是指运动员从启动瞬间到击中目标之间的距离，可以分为支撑脚向前拉动的距离，加上击中目标瞬间支撑脚和目标在水平面投影点之间距离。击中目标瞬间，支撑脚和目标在水平面投影点之间的距离，是由两腿之间夹角控制的，可以通过柔韧训练得以改善，但会导致平衡的丧失。而支撑脚拉动距离与击打距离显著相关（p＜0.001），并且支撑脚向前拉动的远近充分显示了运动员的下肢爆发力，可以通过长期的训练得到充分的改善。
研究显示，男子支撑脚拉动距离平均为0.402m，女子为0.237m，男子运动员向前拉动的距离大于女子选手，与个别学者［5］的相关研究相悖。支撑脚拉动距离占击打距离的比重为男子22.58%、女子15.38%，实际贡献率很低。进一步研究支撑脚拉动距离的实验数值后，得出性别对此参数无影响。通过分析支撑脚拉动距离的数值分布，发现多数运动员支撑脚拉动距离较短。最小值0.097m与最大值0.593m相差近0.5m之多，说明实验对象在此能力上存在差距，而此能力可以通过专项训练得到提高。因此，支撑脚拉动距离普遍较短是提膝阶段技术不合理的另一个表现，应得到重视。
启动时重心到两脚的位置与支撑脚拉动距离呈显著性负相关关系，说明进攻的有效性应与启动时身体姿势的合理性相一致。重心到两脚的位置是由重心在水平面的投影点到左脚的距离与重心的投影点到右脚距离的比值求得的，用氡硎荆弘=X重心-X左/X右-X重心。
标准的预备姿势要求重心在两脚间前1/3处，即氪笾挛0.5，实验测得的数据表明运动员在启动时肫骄0.790，大于理论的合理值，说明研究对象在启动时重心普遍前压性不够，在启动时容易造成重心的前后起伏，从而影响了启动效果，而启动时重心到两脚的位置关系值越大，支撑脚拉动距离会越小。进一步对启动时重心到两脚的位置进行数值分布研究，发现多数朐0.5～1.0之间，靠近理论值，因此，启动时重心到两脚的位置对支撑脚拉动距离有一定影响，但不是造成支撑脚拉动距离较短的主要技术原因。
重心速度体现了躯体的整体速度，受多方因素的影响。启动时刻重心速度的数值分布图显示半数以上数值大于平均值1.284m/s，表明研究对象启动时刻重心速度的数值整体较大，说明启动时刻重心速度是影响支撑脚拉动距离的直接原因，但不是造成支撑脚拉动距离较短的主要技术原因。
2.4还原阶段技术的分析还原阶段是从踢击到脚靶，至摆动腿落地瞬间。它是对方最容易反击的一个环节，还原过程中，重心下落，进攻腿回收，人体处于单脚支撑的极不稳定平衡状态，还原的速度和程度是决定防守反击的最重要一环。还原的速度和还原后的身体姿势是评价还原能力的两个重要方面。
2.4.1影响还原速度的技术因素分析提高还原阶段的速度，需提高摆动腿收腿的相对速度，以及还原时身体的牵连速度，众多学者认为摆动腿踝关节在还原阶段的速度峰值小于在踢击阶段的速度峰值，是导致“收比打慢”的关键原因，即缩短还原时间应该以提高肢体的相对速度为主，提高身体的牵连速度为辅。然而，本研究结果表明，虽然三种动作摆动腿脚尖最大速度出现的时刻均在击中目标之前的踢击阶段，没有出现在还原阶段，而且摆动腿脚尖最大速度也远远不如世界优秀选手(17.62±1.21)m/s的水平［15］，充分说明运动员踢击的绝对速度较低，还原不够积极，但是，通过相关性分析发现，摆动腿脚尖最大速度出现的时刻与还原时间无显著相关关系，而重心加速度最大值与还原时间有显著性相关关系（p
进一步分析重心加速度最大值，观察到数据最大值0.660m/s和最小值6.500m/s间差距较大，多数运动员重心加速度最大值小于平均水平0.212m/s，这说明还原阶段运动员重心普遍加速度水平较低，这是导致研究对象还原阶段时间过长的主要直接原因。
通过相关分析，根据技术动作的先后顺序，把影响重心加速度最大值的技术参数关系用下图表示，箭头方向表示相互影响的因果关系。
图3影响还原阶段重心加速度最大值的技术参数关系
根据技术动作的先后顺序，对还原阶段之前的各阶段关键技术参数进行相关分析可知，启动阶段和提膝阶段技术逐级影响提膝末期和击中目标时刻的重心速度，最终影响重心加速度最大值，可见，重心加速不够是一个继发性技术问题。根据之前对启动阶段和提膝阶段的技术分析，启动时髋部技术问题，以及提膝阶段屈膝不充分是最终影响重心加速度最大值较小的根本原因。
击中目标时刻踢击方向和水平方向的夹角表明摆动脚在与目标发生碰撞时的情况。踢击方向与水平面夹角为0°时，摆动脚与目标发生正向碰撞，能够获得最好的击响效果。本研究中，踢击方向和水平方向的夹角平均为20.273°，变化范围在0.746°～30.948°之间。从踢击方向和水平方向的夹角实验数值的分布来看，大多数运动员踢击方向和水平方向的夹角在20°左右，表明几乎所有运动员在击打目标瞬间摆动脚脚背与目标物没有正向碰撞，并且为原发性技术问题。
2.4.2影响摆动腿落地时重心到两脚位置的技术因素分析摆动腿落地时重心到两脚的位置体现了踢击后还原的程度。落地时，如果重心在水平面的投影点在两脚之间，人体基本处于有限度的稳定平衡状态，此时，运动员右站式站立，形成与启动前相反的准备姿势，容易控制重心，有利于攻防衔接。
本次研究结果显示，男、女运动员摆动腿落地时重心基本处于两脚之间，但过于接近左脚的位置，也就是说，运动员摆动腿落地瞬间重心并没有迅速向前，以控制整体的平衡，而是较为滞后，并且为原发性技术问题。
3结论
1)启动阶段、提膝阶段和还原阶段是影响整体技术的关键阶段。
2)摆动腿蹬地时发力顺序错误，髋部力量的不足，以及启动时踝关节的主动发力不足是启动阶段用时过长的主要技术原因。
3)提膝阶段末期屈膝不足是影响提膝阶段时程过长的原发性技术因素，启动时髋部错误的发力顺序影响了启动时程，以及提膝阶段支撑脚拉动的距离，启动时身体姿态对支撑脚拉动距离也有一定影响。
4)还原阶段运动员重心普遍加速度水平较低，是导致研究对象还原阶段时间过长的主要直接原因，它受到提膝阶段屈膝不充分、启动时髋部技术，以及踢击方向的影响。摆动腿落地时重心还原不充分属于原发性技术问题。
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运动生物力学分析篇4
1高中物理教学中涉及的基本物理过程
在中学阶段所涉及的物理过程很多，我们要重视对基本物理过程的分析，因为每一种特定的物理过程都有自己特色的解题方法。在高中物理中，力学部分涉及到的过程有匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动、圆周运动、简谐运动等。其中平抛运动是运用运动的独立性原理，利用分解的方法进行求解的；而圆周运动是通过受力分析，求出向心力，列出“供需平衡”的方程，不同运动的形式有对应不同的解题方法。热学中的变化过程主要是温度、体积、压强之间的关系，根据热力学第一定律和三个参量之间的关系进行分析与推理。电学中的变化过程主要有电容器的充电与放电，电磁振荡等。以上的这些基本过程都是非常重要的，在平时的教学中都必须进行认真的演示与分析，掌握每个过程的特点和每个过程遵循的基本的规律。
除了这些物理过程外还有两类重要的过程，一是碰撞过程，另一类是先变加速最终匀速运动的过程(如恒定功率汽车的起动问题)。碰撞过程是一个短暂的瞬间过程，平常我们称之为“咔嚓”过程，在这个瞬间的过程中只有直接相互碰撞的物体之间才会发生力、速度、加速度的变化，在利用动量守恒定律解题时一定要注意分析是短暂作用过程还是持续作用过程，短暂的作用过程往往有大量的机械能损失。
例1光滑的水平面上，用弹簧相连的质量均为2kg的a、B两物块都以V0=6m/s的速度向右运动，弹簧处于原长，质量为4kg的物块C静止在前方，如图1所示。B与C碰撞后二者粘在一起运动，在以后的运动中，弹簧的弹性势能的最大值为多少？此时物块a的速度多少？
分析与解本题涉及短暂作用过程和持续作用过程，是一个“三体二次作用”问题。“三体”为a、B、C三物块，“二次作用”过程为第一次是B、C二物块发生短暂作用过程，而a不参加，这过程动量守恒而机械能不守恒；第二次是B、C二物块作为一整体与a物块发生持续作用过程，这过程动量守恒机械能也守恒。
对于第一次B、C二物块发生短时作用过程，设B、C二物块发生短时作用后的共同速度为VBC，则据动量守恒定律得：
对于第二次B、C二物块作为一整体与a物块发生持续作用，设发生持续作用后的共同速度为V，则据动量守恒定律和机械能守恒定律得：
由以上各式可得弹簧的弹性势能最大为ep=12J，此时物块a的速度V=3m/s。
2注重过程分析培养综合能力
在分析物理过程时要注意物理过程的阶段性、联系性与规律性。阶段性――将题目涉及的整个过程适当地划分为若干阶段；联系性――找出各个阶段之间是由什么物理量联系起来的，找出各个阶段的链接点；规律性――明确每个阶段遵循什么物理规律。下面就具体介绍几种分析物理过程的方法。
2.1用“慢镜头”方式分析物理过程
在辅导学生时，发现有许多学生对不太容易把握的较快的物理过程的分析时，常采用“简化”的方法，从而导致错误，学生之所以采用“简化”策略，主要原因为：(1)学生对快速的运动过程不能仔细观察，没有形成清晰的视觉表象(2)教师上课对运动过程的分析速度远快于学生对运动过程的构思与想象速度。因此在教学中应采用“慢镜头”式的过程分析进行示范。
2.2用作图的方法分析物理过程
我们发现用“慢镜头”式的方法想象、分析物理过程时，并不是所有过程学生都能想象完整，分析清楚，特别是过程比较复杂、物体个数较多的情况学生遇到的困难更大。这时我们要求学生用作图的方法分析物理过程。作图是一种很好的辅助分析方法，通过作图可以理清人的思路，使各种关系形象、直观地显现出来，为进一步想象提供了基础，形象化是一种重要的思维技巧。
2.3通过转化物理情境分析物理过程
学生对不太熟悉的物理现象与物理过程常常很难想象与分析，例如对宇宙飞船的各种物理现象与过程分析时常常出错，这时我们就启发学生通过转化来帮助分析，宇宙飞船中的完全失重状态转化为地面附近的自由落体，转化也是分析过程时的一种重要思维技巧。2004年高考理综试题中的第23题，要求考生能运用类比和迁移的能力，将“火星”上的物理问题“迁移”到地球上进行迁移解决。2006年高考理综试题中的第16题，第一宇宙速度是绕某星球表面运行时卫星的速度，此题要求学生能够将地球上的第一宇宙速度迁移到月球上的第一宇宙速度，它们遵循共同的规律，即万有引力全部用来提供向必力。
2.4定性分析与定量分析相结合分析物理过程
在学生学习物理过程，不对物理过程进行分析，盲目地套数学公式的做法是错误的。反之，只对物理过程进行定性分析，不对其进行定量分析有时也得不出正确的结论。应用合适的数学模型和公式也是思维的一个重要技巧，运用定性分析与定量分析相结合来分析物理过程。
例2如图2所示，在足够大的空间范围内，同时存在着竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的水平匀强磁场，磁感应强度B=1.57t。小球1带正电，其电量与质量之比q1/m1=4C/kg,所受重力与电场力的大小相等;小球2不带电，静止放置于固定的水平悬空支架上。小球向右以v0=23.59m/s的水平速度与小球2正碰，碰后经过0.75s再次相碰。设碰撞前后两小球带电情况不发生改变，且始终保持在同一竖直平面内。(取g=10m/s2)
问(1)电场强度e的大小是多少？
(2)两小球的质量之比m2m1是多少？
分析与求解此题涉及两个物体的受力分析与运动分析，我们可以按照物理事件发生时间的顺序进行程序化解题。小球1、2先发生碰撞，碰时系统水平动量守恒，碰后小球1做匀速圆周运动，同时小球2作平抛运动，再经0.75s两小球再次相遇。该题是典型的程序题，破题的方法就是按照物理过程发生的顺序解题。具体解法如下：
综上所述，在平时的物理教学过程中教师要引导学生对物理过程的分析，重在“过程”的剖析，按照物理事件发生的子过程进行程序化解题。对物理过程的分析，就是将一个复杂的物理过程经过人脑的思维整理，分解成几个简单的有规律的子过程，并找出几个子过程之间的相互联系和制约条件。通过这种分析，应使学生能在头脑里形成一个生动而清晰的物理情景，找到解决问题的简捷方法。对物理过程的分析，其本身也是培养学生思维能力、提高综合分析问题能力的有效途径。
运动生物力学分析篇5
1、能运用牛顿定律解答一般的动力学问题。
2、掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法，即首先对研究对象进行受力和运动情况分析，然后用用牛顿运动定律和运动学公式把二者联系起来。
3、通过相关问题的分析和解决，培养学生的科学态度和科学精神；
教学重点：应用牛顿运动定律解题的一般步骤，牛顿运动定律与运动学公式的综合运用。
教学难点：两类动力学问题的解题思路；物体受力和运动状态的分析，处理实际问题时物理情景建立。
教学过程：
一、引入新课
牛顿第二定律揭示了运动和力的内在联系。力是使物体产生加速度的原因，受到力作用的物体一定存在加速度。我们可以结合运动学知识，解决有关物体运动状态的问题。另一方面，当物体的运动状态发生变化时，一定有加速度，我们可以由加速度来确定物体的受力情况。
二、教学过程设计
§动力学的两类基本问题
本节的主要内容是在对物体进行受力分析的基础上，应用牛顿运动定律和运动学的知识来分析解决物体在几个力作用下的运动问题。
1、根据物体的受力情况确定物体的运动情况。其解题基本思路是：利用牛顿第二定律F=ma求出物体的加速度a；再利用运动学的有关公式求出速度和位移等。
2、根据物体的运动情况确定物体的受力情况。其解题基本思路是：分析清楚物体的运动情况，选用运动学公式求出物体的加速度；再利用牛顿第二定律求力。
3、无论哪类问题，正确理解题意、把握条件、分清过程是解题的前提，正确分析物体受力情况和运动情况是解题的关键，加速度始终是联系运动和力的纽带、桥梁。可画方框图如下：
例题1一个静止在水平地面上的物体，质量是2kg，在6.4n的水平拉力作用下沿着水平地面向右运动。物体与地面间的摩擦力是4.2n.求物体在4s末的速度和4s内发生的位移。
分析：这个问题是已知物体受得力，求它运动的速度和位移。先考虑两个问题：
（1）物体受到的合力沿什么方向？大小是多少？
（2）这个题目要求计算物体的速度和位移，而我们目前只能解决匀变速运动的速度和位移。物体的运动是匀变速运动么？
解决了这两个问题后，就可以根据合力求出物体的加速度，然后根据匀变速运动的规律
计算它的速度和位移。
引导学生分析，得出结论。
分析物体的受力情况
物体受到四个力的作用（图4.6-1），拉力F，方向水平向右；摩擦力f，方向水平向左；重力G，方向竖直向下；地面的支持力n，方向竖直向上。
物体在竖直方向没有发生位移，没有加速度，所以重力G和支持力n大小相等、方向相反，彼此平衡，物体所受的合力等于水平方向的拉力F与摩擦力f的合力。取水平向右的方向为坐标轴的正方向，则合力F合=F-f=6.4-4.2=2.2n，合力的方向是沿坐标轴向右的。物体原来是静止的，初速度为零，在恒定的合力作用下产生恒定的加速度，所以物体做初速度为零的匀加速直线运动。
解：对物体受力分析如图所示，由牛顿第二定律F=ma得：
所以，4s末的速度：
4s内发生的位移：
引导学生总结解题步骤：确定对象、分析过程、受力分析、画图、列方程、求解、检验结果。
三、总结应用牛顿运动定律解题的一般步骤
（1）明确研究对象。可根据题意选择某个物体或几个物体组成的系统为研究对象。（所选研究对象应是受力情况或运动情况清晰、便于解题的物体。）
（2）正确分析研究对象的受力情况，画出受力示意图。可以按力的性质――重力、弹力、摩擦力、其他力的次序分析物体所受各个力的大小和方向；再根据力的合成知识求得物体所受合力的大小和方向。也可以根据牛顿第二定律F合=ma，在加速度a的大小方向已知或可求时，确定合力F合的大小和方向。
（3）正确分析研究对象的运动情况，画出运动过程示意简图。若所研究运动过程的运动性质、受力情况并非恒定不变时，则要把整个运动过程分成几个不同的运动阶段详细分析。每个阶段是一种性质的运动。要弄清楚各运动阶段之间的联系（如前一阶段的末速度就是后一阶段的初速度等）。
（4）已知受力情况时，运用牛顿第二定律或者已知运动情况时运用运动学公式求出加速度。
（5）利用运动学公式或牛顿运动定律进一步解出所求物理量。
（6）检验结果是否合理或深入探讨所得结果的物理意义、内涵及外延等。
四、课上训练
静止在水平地面上的物体的质量为2kg，在水平恒力F推动下开始运动，4s末它的速度达到4m/s，此时将F撤去，又经6s物体停下来，如果物体与地面的动摩擦因数不变，求F的大小.
解析：物体的整个运动过程分为两段，前4s物体做匀加速运动，后6s物体做匀减速运动.前4s内物体的加速度为
设摩擦力为Fμ，由牛顿第二定律得
后6s内物体的加速度为
物体所受的摩擦力大小不变，由牛顿第二定律得
由②④可求得水平恒力F的大小为
运动生物力学分析篇6
第一、如何对物体进行受力分析。
1.明确研究对象，并把特从周围的环境中隔离出来
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，研究对象可以是质点、结点、单个物体或多个物体组成系统。
2.按顺序分析物体所受的力
一般按照重力、弹力、摩擦力的顺序分析较好。“重力一定有，弹力看四周，摩擦分动静，方向要判准。”弹力和摩擦力都是接触力，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。
3.只分析根据性质命名的力
只分析根据性质命名的力，如重力、弹力、摩擦力，不分析根据效果命名的力，如下滑力、动力、阻力等。
4.只分析研究对象收到的力，不分析研究对象对其他物体所施的力
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，错误的认为通过“力的传递”而作用在研究对象上。
5.没分析一个力，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。我们在分析物体的受理力时，只强调物体受到的作用力，但并不意味着实力物体不存在，找不出施力物体的力不存在的。
6.分析物体受力时，还要考虑物体所处的状态
分析物体受力时，要注意物体所处的状态，物体所处的状态不同，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。
第二、力学部分常用的分析方法：整体法和隔离法。
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，从而避开了中间环节的繁琐推算，能够灵活地解决问题。通常在分析这一整体对象之外的物体对整体的作用力（外力），不考虑整体内部之间的相互作用力（内力）时，用整体法。
隔离法就是把要分析的物体从相关的物体体系中隔离出来，作为研究对象，只分析该研究对象以外的物体对该对象的作用力，不考虑研究对象对其他物体的作用力。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。在分析系统内各物体(或一个物体的各个部分)间的相互作用时用隔离法。
整体法和隔离法是力学部分常用的分析方法。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。
其实一般情况下，针对不同的运动状态我们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。以上这些情况，整体都平衡，整体内每个物体所受合力为零，整体所受合力也为零。这样，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。
运动生物力学分析篇7
【关键词】物理过程；思维能力
本人在多年的高中物理教学中，发现学生常常对物理综合题的求解感到很吃力，甚至不知如何下笔，我想学生出现上述情况的原因大致有以下几个方面：①学生对物理知识的系统性掌握不牢；②没有养成良好的分析物理过程的习惯；③思维能力不强。物理过程的分析和学生思维能力的培养是相辅相成、相互制约、相互影响的，本文就注重物理过程的分析，培养学生的思维能力做一点分析，以引起重视。
一、牢固掌握物理基本概念和基本规律，为物理过程的分析夯实基础
物理综合题大多复杂、且难度大，但其处处渗透着对学生是否牢固掌握了物理基本概念和基本规律的考查，因此，这就要求学生在平时的物理学习过程中要认真听课、认真复习，对老师介绍的方法反复温习，消化好书本知识，同时要善于把每个单元以及各单元与各单元之间的知识进行归纳和总结从而严密的知识网络，便于日后在解物理题时做到触类旁通和融会贯通；做到了这些也就大体上具备了求解物理综合题的基本条件和基本素质。
二、强化物理过程的分析、养成良好的解题习惯
物理过程的分析，可以采用画运动草图、画函数图象、运用等效模型等方法来进行。只有通过对物理过程的分析才能够弄清所给题目的情景、题目的考查方向及题目所隐含的条件，从而利用所学的物理知识一步一步地把问题解决；否则就无法弄清题目的主旨，以致乱套物理公式而无法解题。
例题：如图，在轻质弹簧的两端拴有质量均为m的物块a、B，起初物块a紧靠墙，用手压住B，设此时系统具有能量为e，然后松开手，问系统再次具有最大弹性势能时B物块的速度为多大？（不考虑水平地面的摩擦）
分析和题解：碰到此题，首先要求学生突出对其过程的分析，起初，人手松开时，系统具有能量，根据题意，该能量只能为弹性势能，从而知道B物块向右做加速运动直至弹簧恢复原长，此时a物块刚好与墙无力的作用。在这个过程中，外界对系统不做功，机械能守恒，系统的能量全部转化为B物块的动能，尔后继续分析物体运动过程，就是B物块受向左的弹力做减速运动，a物块受向右的弹力做初速度为零的加速运动。只要a物块的速度小于B物块的速度，则弹簧就要继续伸长，通过分析，当a物块的速度等于B物块的速度时，弹簧伸长量最大，即系统再一次具有最大的弹性势能，此时的物块速度就是题目所要求的量，从弹簧恢复原长到此状态，结合所学过的动量守恒定律就可求出B物块的速度大小，这样，问题就迎刃而解了。此例题是一道比较典型的注重物理过程分析的题目。作为老师，凡遇到这类问题就要注重强化学生对物理过程的分析能力，培养学生养成良好的解题习惯。
三、强化物理过程分析时，应当结合多种解题方法，从而提高学生的综合思维能力
强化物理过程分析时，应当向学生介绍常用并且有效的解题方法。过程的分析与有效方法的结合会使学生的思维品质得到提升，而思维品质的提升又会给学生在分析问题和解决问题时提供极大的方便，从而大大提高了学生的综合能力，而这一点正是我们高中物理教学所要达到的真正目的。
①过程分析与临界态方法的结合。
当看到物理题目时，首先要分析物体受力情况，然后分析其运动过程。在过程的分析中往往会发现物体运动的性质或状态发生转变，这时就应与临界态法结合，临界态法关键是要找到转折点，找到转折点后分析其应满足的条件，然后列出物理方程便可迅速解决问题。
②过程分析与等效法的结合。
有些问题物理过程很多，看起来相当复杂，但一旦将过程分析与等效法相结合就会产生意想不到的效果。所谓等效法就是人们研究事物性质或运动时，从总体出发，主要重视最后结果，忽略其中的过程，只要两个不同的事物运动只要具有相同的功能和结果，便可等量代换，并视其为等效的方法。例如2004年全国高考卷第23题，计算水流稳定后在空中有多少立方米的水，学生只知水做平抛运动的所用的时间，却无法求出水的体积，若用等效思想启迪，假设水在这段时间内不下落而匀速前进，其体积与题中所求体积应等量，而匀速前进的体积极易求得。这就通过等效法的运用将复杂问题简单化了。
运动生物力学分析篇8
【关键词】：圆周运动摩擦力方向
【中图分类号】G633.7
圆周运动中摩擦力的方向分析对于学生来说是一个难点，教学中选择了学生易错的几个典型例题进行了分析。
例题1、在水平冰面上，狗拉着雪橇做匀速圆周运动，o点为圆心.能正确的表示雪橇受到的牵引力F及摩擦力Ff的图是（）
该题有两个目的，一是利用牛顿第二定律解决匀速圆周运动的方法，指向圆心的合力提供向心力，二是告诉学生分析摩擦力时，要先分析是滑动摩擦力还是静摩擦力，这两种摩擦力产生的原因不同，方向的分析方法也有所区别。雪橇在冰面上相对运动，雪橇受到的是滑动摩擦力，方向与相对运动方向相反，故沿圆周的切线方向，雪橇做匀速圆周运动，指向圆心的合力提供向心力，答案选择C。
例题2.一个圆盘在水平面内匀速转动，角速度是ω。盘面上距圆盘中心r的位置，有一个质量为m的小物块能够随圆盘一起做匀速圆周运动运动，如图1所示。关于物块的向心力，甲、乙两位同学有两种不同意见：甲认为物体所需的向心力由圆盘对物体的静摩擦力提供，静摩擦力方向指向圆心；乙认为物体有向前运动的趋势，静摩擦力方向向后，而不是和运动方向垂直，因此向心力不可能是由静摩擦力提供。你的意见是什么？说明理由。
甲同学是从牛顿第二定律的角度来分析静摩擦力的方向，做圆周运动的物体都需要给它提供向心力，而这里的物体随圆盘一起匀速转动时，物体除受到重力和圆盘给它的支持力这一对平衡力外，就只受到圆盘给它的静摩擦力，所以就是这个静摩擦力提供了向心力，静摩擦力的方向沿着半径指向圆心。乙同学是从静摩擦力的产生原因来分析的，从阻碍相对运动趋势角度来分析静摩擦力的方向。只是乙认为物体有向前运动的趋势，这个相对运动的趋势方向判断错误才导致的。运动趋势方向判断总的原则应是先假定没有摩擦力，而其他条件不变时，找出它在这一时刻和经历极短时间的下一时刻之间的相对位移方向，这个相对位移方向，便是这时刻物体相对运动趋势的方向。
设某时刻物体在水平匀速转动圆盘上a点，如图2所示。若这时刻无摩擦力，则物体相对地面将沿这点切线方向作匀速直线运动经极短时间Δt运动到B点，速度大小v=ωr。物体相对地面位移aB=ωrΔt，同时圆盘上a点也以速率v=ωr运动到C点，当Δt极短时，弧长可近似看成直线，=vΔt=ωrΔt，aB=，则有aCB为等腰三角形，物体相对于圆盘上a点的相对位移是CB，当Δt极短时∠CaB趋向于0，∠aCB=∠aBC=900，即∠oCB=1800，o、C、B在一条直线上。这就是说，物体相对于圆盘a点有沿半径向外的运动趋势，而静摩擦力方向与相对运动趋势方向相反，因此静摩擦力方向是沿半径指向圆心的。
同时通过实验视频的慢放，如图3所示，滑块相对于圆盘沿半径向外运动，加深学生的理解。
通过例题1和例题2的比较分析，让学生了解滑动摩擦力的方向分析和静摩擦力的方向分析方法有所不同，在分析摩擦力的方向时要先判断是滑动摩擦力还是静摩擦力。有同学在运用牛顿第二定律解决圆周运动时就记住了结论，指向圆心的合力提供向心力，静摩擦力指向圆心提供向心力。所以安排了例题3变速圆周运动，跟匀速圆周运动去比较，使学生进一步理解圆周运动中的摩擦力方向。
例题3.一个圆盘静止在水平面内，盘面上距圆盘中心r的位置，有一个质量为m的小物块，如图4所示。当圆盘从静止开始加速转动，角速度ω从0慢慢增大的过程中，小物块一直随圆盘一起做圆周运动，则物块受到的摩擦力Ff方向可能正确的是（）
小物块随圆盘一起做变速圆周运动，从牛顿第二定律角度分析，如图5所示，物块做圆周运动，需要一个指向圆心的力提供向心力，故分力F1沿着半径指向圆心，提供向心力，以改变速度的方向。同时，由于圆周运动的角速度不断增大，物块的线速度大小不断增大，分力F2与圆弧相切与线速度同向，改变速度的大小，两分力合成后的方向为静摩擦力的方向，故C正确。
通过例题3变速圆周运动的分析，让学生明白匀速圆周运动与变速圆周运动中合力的处理是有所区别的。匀速圆周运动则指向圆心的合力提供向心力，变速圆周运动中合外力沿着半径方向的分力提供向心力，改变速度的方向，合外力沿轨道切线方向的分力，改变速度的大小。
通过三个例题的分析，归纳圆周运动中摩擦力的方向分析方法，首先分析是滑动摩擦力还是静摩擦力。滑动摩擦力方向根据相对运动方向来分析，静摩擦力方向结合牛顿第二定律来分析。其次是圆周运动的分析，要分清是匀速圆周运动还是变速圆周运动。匀速圆周运动切线方向的分力等于零，则指向圆心的合力提供向心力。而变速圆周运动中合外力沿轨道切线方向的分力不等于零，合外力沿着半径方向的分力提供向心力。
运动生物力学分析篇9
关键词：运动性质分析受力分析速度加速度
解决动力学问题的过程中，分析物体的运动性质是解决问题的关键之一。在《全日制普通高中物理新课程标准》中，在课程目标上注重提高全体学生的科学素养里指出“高中物理课程旨在进一步提高学生的科学素养，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面培养学生，为学生终身发展、应对现代社会和未来发展的挑战奠定基础”，其中“过程与方法”里也就包含了“物体运动性质的分析”的要求。目前新课程高考理综试卷物理部分的多数题目考到了物体运动性质的分析，其目的就在于现场考查学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的思维过程。现结合自己对高中物理教学的反思和总结，通过具体问题探讨对物体的运动性质的分析。
一、描述物体运动的性质需要说明加速度的大小和方向、速度的大小和方向以及物体运动的轨迹三方面。如平抛运动的性质具体描述为加速度为重力加速度g的匀变速曲线运动，运动轨迹是抛物线。
二、物体运动性质的判断方法。总的来说，物体的运动性质（或状态）是由物体的初始条件（在高中物理中主要指初速度v0）和受力情况（F合）共同决定的，具体分为：
解答本题关键分析清楚小球的运动性质，注意小球先做自由落体运动，然后做变速圆周运动，然后自由落体的公式、机械能守恒定律和牛顿第二定律列式求解。
通过以上浅析和具体例子的解答，可以看出在解答高中物理动力学题目时，往往都需要借助运动性质分析。有时候在面对一道题目毫无头绪时，通过对物理过程进行运动性质分析，问题就可以迎刃而解。
参考文献：
[1]《全日制普通高中物理新课程标准》中华人民共和国教育部。
[2]《普通高中课程标准实验教科书》必修一、必修二、选修3-1、选修3-2由人民教育出版社、课程教材研究所、物理课程教材研究开发中心编著，2010年4月第3版。
运动生物力学分析篇10
关键词：牛顿第一定律；前概念；力与运动；思维冲突
中图分类号：G633.7文献标识码：a文章编号：1003-6148（2017）3-0021-4
1教材分析以及本内容的教学现状
牛顿第一定律是经典物理学的基石，在科学史上第一次从本质上厘清了运动与力的关系，为进一步定量阐述力对运动的改变提供了前提和基础。以人民教育出版社课程教材研究所《物理必修1》为例：教材在分别系统介绍了直线运动和相互作用力知识之后，提出了“学习了怎样描述物体的运动，但没有讨论物体为什么会做这种或那种运动。要讨论这样的问题，就要研究运动与力的关系”[1]。所以，研究运动与力的关系是科学发展到一定程度的必然，教材安排顺理成章。同时，也只有明确了力与运动的关系之后才能理解加速度与外力之间的关系，才能打下理解牛顿定律的基础。
然而，在当前的教学活动中，普遍存在着轻视牛顿第一定律的现象。其表现主要有以下两个方面：
（1）有些教师认为该部分内容初中已经涉及，且不是高中考察的重点，在教学要求上以识记为主，将学生看作被动的接受者，教学方式简单粗暴。
（2）部分教师认为本节教学以物理学史为主，授课时对教学内容未能进行细致的再加工，按照教材照本宣科，强调物理史实，轻视物理方法的引导和物理思想的渗透，与教材设计者的意图相背离。
2本节教学难点归因
相对牛顿第二、第三定律，牛顿第一定律教学难度更大。牛顿第一定律教学中的难点集中体现在直接的生活经验感受对建立正确的物理概念的干扰。例如：“马拉车，车就走；失去拉力车就停”“汽车刹车，速度大滑行远，不容易停下来；速度小，滑行短，容易停下来。车子越难停下惯性越大”。这些现象在学生头脑中形成了“力的存在是物体运动的原因”“物体速度越大惯性越大”等错误的感受，对“运动不需要力维持，力是改变物体运动状态的原因”“惯性与速度无关，质量是惯性唯一的量度”等正确概念的建立起到了极大的阻碍作用。
学生刚刚进入高中物理的学习阶段，尚未形成理性分析的习惯。遇到问题还习惯于根据观察的感性认识直接得到答案，对问题的理解更依赖于直接的经验和表象。在学生头脑中建立正确的力与运动关系绝非易事，学生常常依据头脑中的直觉得到与亚里士多德相类似的观点，虽然可以通过记忆背下“正确”的结论，但其潜意识仍然认同唯心的结论，一旦利用牛顿第一定律分析具体问题，就会从潜意识出发得到错误的结论。
3教学难点突破策略的设想教学流程的预设
通过对牛顿第一定律教学难点形成原因的分析，可以知道学生通过对生活现象的表象感受在头脑中形成的错误结论是建立正确概念的阻力。如何带领学生突破既有的错误概念，重新生成正确的概念，是本节教学的核心所在。
3.1教学难点突破策略的设想
建立新的正确的力与运动关系的观点，必须先“破除”学生头脑中的既有错误观点，不破不立。然而，学生头脑中的观点非一日形成，且有感性认识佐证，使其摒弃错误观点就必须使他们真实地对这些观点产生具有冲击力的怀疑，进而在教师的带领下再分析，以建立正确的力与运动关系的观点。
因此，本节教学难点的突破策略为：基于对学生形成的既有概念分析，针对性地设置问题和场景，通过学生的分析得到与其既有概念相冲突的结果，以期形成思维冲突、激起疑惑，使学生对既有概念产生怀疑，重新回到问题本身。再通过理性分析和理想实验形成结论，进一步通过对生活经验现象形成思维冲突的案例进行再分析，检验理论的自洽性，使学生真切地感觉到后期形成的这个结论才是一个能自圆其说的、合理的结论。
3.2教学流程的设计
（1）教学流程预设的理论依据
科学结论几乎是以完成的形式出现在读者面前，读者体会不到探索和发现的喜悦，感觉不到思想形成的生动过程，也很难清楚地解释全部情况。波利亚在其提出的教学发生学原理中指出“在教一个科学的分支（或一个理论、一个概念）时，我们应该让孩子重蹈人类思想发展中的那种最关键的步子，当然我们不应该让他们重蹈过去的无数个错误，而仅仅是重蹈关键性步子”[2]。在本节教学中，应当带领学生重新经历伽利略曾经经历的过程――“怀疑―假设―推证―得出结论”，了解探求客观世界真理的一般方法。
（2）教学流程的设计（如图1所示）
4教学片断
教学片断1：
播放视频：马拉车，车运动，失去马的拉力，车最终停止；
粗糙地面，施加拉力物体运动，拉力越大运动越快。
师：马拉车车才运动，停止拉车车就会停下，你能得到什么结论？
生：物体受力才会运动，不受力就会停下来。
师：粗糙地面，施加拉力越大，物体运动越快，你能得到什么结论？
生：物体受到的力越大，运动得越快。
师：同学们总结得很全面。其实，早在2000多年前一位伟人也得到了和你们相同的结论。
展示亚里士多德关于力与运动关系的观点：力维持物体运动；力越大物体运动越快。
【设计意图】本环节旨在暴露学生在生活中积累的感性结论。只有充分暴露学生头脑中隐藏的前概念，将其摆在桌面，才有可能“破除”这种错误的认识。“我们在教学中发现用非常规问题创设情境，通过学生讨论、师生对话的方式可以有效暴露学生的前概念，然后抓住时机引导学生打破旧图式，建立科学概念”[3]。
教学片断2：
教师继续安排事例展示：
师：我国第一艘海上作战平台“辽宁号”上，舰载机在降落时需要拦阻设施。那么，高速运动的飞机为什么能够在有限的空间内停稳？
生：因为飞机受到了拦阻绳的巨大阻力而使飞机停止。
师：也就是说，飞机因为受力而停止。
继续展示事例2：
师：如图2所示，沿斜面运动的物体，为什么在绳子拉紧后会停止？
生：因为受到了绳的拉力。
事例3：播放跳水\动员入水后减速下降的视频。
师：为什么跳水运动员入水后会逐渐减速直至停止下降？
生：因为运动员在水里要受到向上的水的浮力。
师：亚里士多德认为受力是物体运动的原因，可是为什么这几个例子中物体却因为受力而停止了呢？受力到底是物体运动的原因还是使物体静止的原因呢？可见，“力是维持物体运动的原因”这个观点不可靠。
【设计意图】本环节旨在通过一系列的事例，使学生得到与既有认识完全相反的结论，形成其认知上的冲突。通过这种思维深处的矛盾困惑，达到对前概念的动摇、怀疑，属于“不破不立”中“破”的环节。对前概念“破”得越彻底，形成的思维冲突越剧烈，后期新概念的建立才会越省力、越有效。
教学片断3：
展示如图3所示的实验装置，请学生分析小车的运动过程：a到B过程，加速下滑；B到C过程，匀速运动；C到D过程，减速上滑。
原因分析可知，aB受到重力下滑力推动，小车越来越快；CD受到重力下滑力阻碍，小车越来越慢。
通过分析可知，力既可以使物体由静止运动起来，也可以使物体由运动停止下来。即使是同一个力，有时使物体运动，有时使物体停下。可见，使物体运动与否的关键因素不是力。那么，什么决定了物体的运动与否呢？
【设计意图】本环节的目的在于进一步“破除”学生思维深处的定势，通过列举力对运动效果的不唯一，说服学生力并不是使物体运动的原因。前概念被打破了，在学生的心中必然亟待建立一个新的力与运动学说，此时介绍伽利略对运动与力关系的研究就水到渠成了。
教学片断4：在300多年前，先哲伽利略也在苦苦思考这样一个问题。作为一位崇尚理性、极具创造性思维的学者，他想如果运动环境里完全没有摩擦力影响，那么力和运动的关系是不是会更明晰一些。
介绍什么叫理想实验，知道理想实验在物理学研究中的重要作用。
如图4所示，带领学生思考：
假如存在一个完全没有摩擦的曲面，物体下滑后必将到达曲面另一侧等高处；
假如另一侧曲面较平缓，物体到达等高处势必走更长的路程，坡面越平缓，小球通过的路程越长；
假如坡面无限平缓呢？小球在水平光滑面上永远运动下去，直到无穷远处，在这个过程中物体运动方向上并不受力。
可见：物体的运动是其自然的属性，并不需要力维持。
在300多年前，由于实验手段的局限，伽利略只能借助于理想实验获得结论。在科技发达的今天，我们可以创造微摩擦环境，对其结论进行验证：
如图5所示，演示气垫导轨和光电门。
【设计意图】本环节是本课的重点环节，教师在授课时务必引导学生参与思考，使其经历概念“突破―建立”的过程。虽然理想实验设计缜密灵巧，但是仍难免偏重于思维，教师在得到结论后加入气垫导轨的实证环节，目的在于加强结论的可信度。
教学片断5：既然力不是物体运动的原因，运动也不需要力维持，力到底起到什么作用？基于这个问题我们重新回顾刚才的例子，如图6所示。
我们把物体的运动分为aB、BC、CD三个阶段，结合物体的受力和运动特点可以发现：
（请学生列表分析，如表1所示）
介绍笛卡尔等科学家的贡献并总结：
牛顿第一定律：一切物体总保持静止或匀速直线运动，直到有外力迫使它改变这种状态为止。又叫做惯性定律。
【设计意图】在教师的引导下，进一步通过实例分析，得到力在运动状态变化中的作用，有助于学生构建完整的理论体系。
教学片断6：牛顿第一定律说明物体具有维持自身运动的特点，力是改变物体运动状态的原因。这种维持运动状态的能力越强，力改变其运动状态越难，相同的力改变运动状态越慢。我们把物体总试图维持其运动大小和方向不变的能力称作惯性。
那么，如何比较物体惯性的大小呢？惯性大小又和哪些因素有关呢？
举例1：相同动力作用下的小汽车和火车，谁的速度增加更快？谁维持运动大小和方向的能力（惯性）更强？
举例2：载重卡车和摩托车以相同速度行驶，谁刹车减速更快？谁维持运动大小和方向的能力（惯性）更强？
结论：质量越大，惯性越大，运动状态越不容易改变。
应用：战斗机在准备空战时为什么要甩掉副油箱？
【设计意图】此部分教学通过实例的分析，使学生理解惯性定义的内涵。同时，在进行惯性概念分析时，进一步强化了“力是改变物体运动状态的原因”这一观点。并通过实例的应用分析，解决了具体问题，使学生形成了如下理论观点：
1.运动不需要力来维持，在不受力或受力为零时其运动状态不改变；
2.力是改变运动状态的原因；
3.物体具有维持自身运动的属性，质量是其惯性的唯一量度。
以上几点相互联系，形成良好的理论自洽，学生在构建上述理论的过程中体会物理理论的自洽之美。
参考文献：
[1]人民教育出版社课程教材研究所.普通高中课程标准实验教科书物理必修1[m].北京：人民教育出版社，2010：67.