[转帖]乒乓球正手快攻、弧圈球技术的生物力学研究及步法垫测试系

北京体育大学 博士学位论文 乒乓球正手快攻、弧圈球技术的生物力学研究及步法垫测试系 统的研制与实验 姓名：肖丹丹 申请学位级别：博士 专业：体育教育训练学 指导教师：苏丕仁 20060601 北京体育大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本人所呈交《乒乓球正手快攻、弧圈球技 术的生物力学研究及步法垫测试系统的研制与实验》是本人在导 师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明 引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明并致谢。本人完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 北京体育大学 学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校对本人递交的学位论文《乒乓球正手快攻、弧圈球技术的生 物力学研究及步法垫测试系统的研制与实验》保留并向国家有关 部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许在校内和与学校有 协议的部门公布论文并被查阅和借阅。 本人授权北京体育大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存和汇编本学位论文。 保密□，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密□。 （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 北京体育大学博士学位论文 1 摘要 乒乓球项目是我国的优势运动，是我国奥运金牌的重点项目。乒乓球正手 快攻和弧圈球技术是该项目的核心技术，乒乓球步法的好坏直接关系到运动员 的技术水平和发展前途。对乒乓球正手快攻、弧圈球技术，及步法移动进行生 物力学研究，对于保持我国乒乓球运动的长盛不衰，发展我国的奥运战略具有 重要意义。 本文运用 QUALISYS **运动学测试系统和两台KISTLER 测力台系统， 对10 名乒乓球运动员的正手快攻和弧圈球技术进行了生物力学研究，每种技术 又分中等力量和最大力量两种用力方式；研制开发了一套乒乓球步法垫测试系 统，并运用该系统对1 名1 级乒乓球运动员比赛中的步法特征进行了测试与分 析。研究结论如下： （1）球拍触球瞬间并非出现在挥拍最大速度时刻，大部分出现在挥拍最大 速度之后。 （2）在击球的引拍和挥拍击球阶段，上肢各关节的动作不像其他生物力学 研究所说的是鞭打动作形式，上肢各关节最大速度出现的顺序没有定式，动作 与动作之间，个体与个体之间差异较大。 （3）乒乓球运动员完成正手快攻和弧圈球技术的力学指标差异在于，拉弧 圈球时左右、上下方向上的地面支撑反作用力的最大值大于正手快攻。提示我 们在完成弧圈球技术时，要加大左右和上下方向上的蹬地力。 （4）最大力量和中等力量两种用力方式完成正手快攻技术的力学指标差异 在于，重打时垂直、前后方向上的最大地面支撑反作用力大于大于轻打。提示 我们当要大力正手快攻时，要加大向下、向后的蹬地力。 （5）最大力量和中等力量两种用力方式完成正手弧圈球技术的力学指标差 异在于，重拉时三个方向上的最大地面支撑反作用力均大于大于轻打。提示我 们当要大力正手拉弧圈球时，要特别注重加大蹬地力。 （6）本论文所研发的乒乓球步法垫测试系统可以用作对乒乓球比赛中步法 的测试。可以获得整场比赛步法移动的运动学参数：步法移动的时间（左、右 足腾空、支撑时间、次数；双足的腾空、支撑时间等）、步法移动的空间（步法 移动的范围、步幅）及步法移动的速度、步频等指标。对深入探索乒乓球步法 技术规律有重要意义。

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前言
近年来，国际乒联对乒乓球竞赛规则的三大改革，以及现代世界乒乓球技
术的迅猛发展，都要求我们要借助于科技的力量和手段更加全面地、深刻地认
识乒乓球技术的规律，观念上不断地更新，技术上不断创新进步，训练方法上
要更加科学合理，才能继续保持我国乒乓球运动的长盛不衰。
在乒乓球比赛中，运动员竞技能力（技术、战术、运动素质、心理和智力
水平等）最终是通过运动员击出的每一板球表现出来的。而每一板球质量的高
低主要是由乒乓球运动员的动作技术所决定的。乒乓球的动作技术包括手法和
步法，二者密切相连缺一不可。
随着现代科技水平的不断发展，运动生物力学研究手段与方法也不断地更
新，研究内容和层次不断深入系统，运动生物力学的研究方法在许多运动项目
中有了广泛的应用，对于认识运动项目技术的规律和提高运动技术水平，起到
了重要的作用。
对于乒乓球技术动作的运动生物力学的研究，国内外还不多，并且已有的
研究不够系统和深入，所用的运动生物力学研究方法比较单一，乒乓球专项化
的运动生物力学仪器很少，对于许多动作技术原理尚未揭示，或揭示得还不够
全面。
比如，运动员完成进攻击球技术过程的引拍和还原阶段中，上肢主要肌肉
的用力顺序问题，乒乓球界对其的认识存在争议。乒乓球教科书和以往的研究
认为是上臂带动前臂、手腕依次发力，而在运动实践中往往又有相反的感觉。
以往对此问题的认识多停留在主观认识、定性分析和为数不多的定量分析上。
对于此问题还需要深入地定量认识。
又如，我国乒乓球运动员的步法比较薄弱是公认的事实，而对于乒乓球步
法移动的研究，现在还比较落后，少有定量方面的分析，在研究数量上亦落后
对手法的研究。究其原因，是缺少合适的实验仪器。对乒乓球步法新仪器的研
发及用于实际测试，会有助于乒乓球步法的教学与训练，为乒乓球体能训练提
供理论参考。
本论文根据乒乓球生物力学研究的现状以及乒乓球生物力学发展的趋势，
结合乒乓球运动需要，依据现有实验仪器、个人能力以及实验经费、时间的限
制，从以下几个方面对乒乓球生物力学的问题进行研究：
（1）对乒乓球正手快攻和弧圈球技术的生物力学分析。每种技术分中等力
量和最大力量两种用力方式击球，共4 组技术动作，运用QUALISYS 运动学测
试系统与KISTLER 测力台测试系统同时测试的实验方法，从运动学和动力学两
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方面进行研究。
（2）研制开发一套乒乓球步法垫测试系统。利用中科院智能所的先进技
术――柔性薄膜阵列传感器，结合乒乓球运动的专项特点，研发一套专门用于
乒乓球专项的步法测试系统。对于乒乓球专项仪器的研发做一尝试。
（3）运用乒乓球步法垫测试系统对乒乓球步法的生物力学特征进行揭示。
对运动员在一场比赛中的步法移动的运动学特征进行研究。
本研究不仅将丰富乒乓球的理论，而且对于乒乓球手法和步法技术水平的
提高，乒乓球专项仪器的开发等将提供可靠有力的科技支撑，这对于进一步维
持我国乒乓球运动长盛不衰，维持我国乒乓球技术训练先进性，实施“备战2008
奥运科研攻关计划”也具有很大的现实意义。同时对于运动生物力学如何更好
地结合乒乓球专项特点为乒乓球运动实践服务，和对于运动生物力学在其他专
项中的应用，将起到借鉴的作用。
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文献综述
(乒乓球生物力学的研究进展)
从运动生物力学角度来说，乒乓球运动是通过乒乓球和球拍位置的变化（平
动和转动）与运动员机体的活动相结合的一项运动。运动员的击球动作使球拍
和球碰撞后，击出的球以一定的动量、动量矩落到对方台面，与台面发生碰撞，
反弹后再与对方的球拍相碰撞。归纳起来，对乒乓球运动项目的生物力学分析
大致是从以下3 个方面进行的：对乒乓球与球台或球拍碰撞的认识、对乒乓球
飞行的运动特征的认识、对运动员的动作技术原理的认识和技术诊断。运用生
物力学的原理和方法对乒乓球运动所作的研究可以分为理论分析和实验研究两
类。
1 对碰撞过程的研究
乒乓球运动中的碰撞问题，包括两方面：乒乓球与乒乓球拍的碰撞，乒乓
球与球台的碰撞。对于球台而言，在碰撞前，球台是静止的，是被动地与乒乓
球相碰撞；而对于球拍而言，与乒乓球的碰撞就更为复杂，碰撞前球拍有一定
的速度主动去碰撞具有某种速度和旋转的球，并且乒乓球拍的性质比球台也要
复杂。由于涉及很多参数，如摩擦系数、恢复系数、球的线速度、角速度、碰
撞时间等等，因此乒乓球与球拍或球台的碰撞是一个复杂的动力学问题。
1.1 理论方面的研究
陈小华[1]（1995）和张妙玲[2]（2002）结合理论力学和碰撞原理对碰台时
和碰台后速度变化和飞行弧线加以理论推导。陈小华得出球体压缩性形变所产
生的弹性形变能以及球因受“突加约束”作用而获得水平速度是上旋球落台后
获得速度增量的重要原因。
过东升，李建设等[3]（1996），应用冲量定律、冲量矩定理及有关的力学原
理建立了一个乒乓球与球桌碰撞的力学模型，得出了乒乓球与球台碰撞的一般
运动规律。
庞杰[4]（2003）认为采用计算机仿真研究法和理论力学分析法，对两种类
型的弧圈球打法的球与台面碰撞后球的状态变化规律进行研究和比较，发现两
种研究方法得出相同结论，即前冲弧圈球速度有所减慢，但旋转增强，加转弧
圈球速度加快，但旋转减弱。但笔者认为该文的意义并不在于像庞杰自己所认
为的计算机仿真研究法与理论力学分析法的结论相同，因为动力学分析仿真软
件就是运用理论力学原理建立乒乓球与球台的碰撞模型（本来就是相同的），
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而在于可以采用ADAMS 的动力学分析仿真软件进行仿真，在已知一些参数的
前提下，对乒乓球碰撞后的速度和旋转进行推算，比如，该文将他人研究的参
数，球与球台碰撞的恢复系数、球与球台的滚动摩擦系数、滑动摩擦系数（引
自张惠钦），乒乓球碰撞前的速度、旋转输入软件得出，乒乓球碰撞后的速度
旋转、的大小，可以减少计算工作量。
对乒乓球拍与球的碰撞过程分析，除张惠钦[5] [6]（1986）对如何击球，即
手上功夫进行过较细致的分析以外，其他学者多对如何发出各种不同旋转的球
进行分析[7] [8]，乒乓球教材[11]对各种乒乓球技术的叙述中也略有论及。但对具
体的乒乓球与球拍的碰撞过程没有详细的论述。
1.2 实验研究
日本蝴蝶器材公司研究部山岗树村[9]（1984）用高速摄影机（频率为7000
格/s）拍摄了25 m/s 速度的球与静止的球拍相撞，无论球拍是光板拍还是正胶
海绵拍，碰撞时间均为千分之一秒，改变击球的速度，发现碰撞时间仍相同。
严波涛，周酉元[11]（1993）运用自制的弦开关－频率计测试系统（弦开关
为一种压力开关电路）对乒乓球与球拍的碰撞过程的力学特征进行研究。实验
设计分为两部分：一为球拍水平固定，使弦开关点对准落球孔，然后让乒乓球
从落球孔以不同高度自由下落，同时启动示波器。二为运动员手持弦拍，测定
反手推挡、搓球、正手攻、弧圈球和发球五项的触球时间。对乒乓球拍的恢复
系数、碰撞时间进行了测试，同时对测试数据进行了修正，对碰撞力进行了推
算。得出了以下结论：球拍与球碰撞时的弹性恢复系数近似为一常数（0.72 左
右）；自由落体实验表明碰撞时间随高度增加（即球速增加）而缩短，极限碰撞
时间为753μs；不同击球方式触球时间不同，搓球触球时间最长为1005μs，
反手推挡触球时间最短为714μs；球与球拍的碰撞力约为100 牛顿量级。
张晓蓬，吴焕群[9]对乒乓球球拍的胶皮的静摩擦系数进行了测定。将胶皮
固定在玻璃表面，把乒乓球连成串，放在贴有胶皮的玻璃上，慢慢抬起贴有胶
皮的玻璃后沿，使角度由00 开始慢慢增大，当球在胶皮上开始下滑的一瞬间，
即不再向上抬起，同时测量倾斜角，根据平衡原理，得出摩擦系数值。实验结
论为不同品牌反胶和正胶的摩擦系数分别为3.16 ± 0.56和1.05 ± 0.19，两者差异
显著。该研究实验仪器设计简单而又巧妙，扩大了生物力学实验研究在乒乓球
运动中的领域。
1.3 小结
（1）对乒乓球碰撞问题的理论分析中，侧重于对乒乓球与球台碰撞的力学
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分析，所采用的分析方法主要是应用冲量定律、冲量矩定理分析或建模。
（2）对于碰撞问题的实验研究很少。在已有的实验研究中，侧重于乒乓球
与球拍碰撞的实验研究，对于球与球台碰撞的实验研究结果未见诸于报导。严
波涛对乒乓球和球拍的碰撞进行了较为全面的认识，日本的研究是对碰撞时间
进行了研究，张晓蓬等的研究是对球拍的摩擦系数的测试。
（3）对碰撞问题的实验研究很少。究其原因，因为若要对碰撞问题有清晰
的认识，得到量化的指标，必须设计适合乒乓球运动特点的专门仪器，而目前
没有现成的仪器可以使用。
2 乒乓球飞行的生物力学研究
将乒乓球飞行过程认为包含五个因素：乒乓球在与球台或球拍碰撞之后，
会产生有一定的速度、一定的力量、一定的旋转、一条弧线和一个落点。这五
个物理要素决定着每一板球的时空特征和运动性状，决定着每一板球的质量和
制胜的分量[9]。五个因素也是相互影响，相互制约的。研究时要对这五个竞技
要素单独研究和综合研究。
2.1 理论研究
2.1.1 对速度的认识
速度是指运动物体在单位时间内的位移，是描述物体运动快慢的物理量。
在乒乓球比赛或练习中，球飞行速度的快慢，是为自己争取时间，取得主动的
先决条件。球速是由挥拍速度、击球力量决定的。若单纯地从物理意义研究球
的速度是不够的，还要涉及反应、步法移动速度等方面的问题，特别是在这种
对抗性竞赛项目中。因此下面所说的“速度”就不仅是原来物理意义上的速度，
而是指从对方来球落到我方台面始（来球第二弧线时间），到弹起被我球拍回击
后又落到对方台面止（击球第一弧线时间），这一过程所用的时间，又称击球速
度[12][13][14]。提高击球速度，从理论上讲，即缩短来球第二弧线时间与第一弧线
时间。
2.1.2 对旋转的认识
乒乓球围绕自身轴的自转，就是乒乓球的旋转。张惠钦[5]在乒乓球旋转的
原因和加强旋转的方法、旋转球的种类、表面分区、性质及如何打好旋转和对
付旋转球等方面，对旋转问题做了较为全面、深入的研究，从理论上阐明了乒
乓球旋转的某些规律并有所创见。它对进一步研究、探讨乒乓球旋转及与旋转
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相关的问题有很高的参考价值。
韩同康[15] （1994）提出乒乓球旋转和速度的相对原理，用乒乓球表面上某
点的相对速度与球心速度之比作为特征数，将点的运动轨迹分为三类，即“螺
旋线”、“波纹线”、“旋轮线”。转速在90～160 转/s 的范围内，特征准数皆大于
1，是旋转球，表现为螺旋线。有时转速较低，但由于球速慢，特征准数也大于
1，同时也会表现出旋转。而对于特征准数T≌1，转速为160 转/s 的高转来说，
它即有速度又有旋转是具有威力的综合型球，表现为旋轮线。在转速较慢，而
速度较快时，表现为速度，点的运动轨迹呈现为波纹线。这些研究结果为我们
理解复杂的乒乓球的旋转，具有实际意义和理论价值。
球拍底板弹性、海绵厚度、硬度、胶皮的性质，击球时的作用力、作用时
间等都直接影响着球的旋转程度[9]。此外乒乓球本身的质量、直径、转动惯量、
球面的光滑程度也是影响球旋转的因素。
2.1.3 对弧线的认识
在二维空间内（垂直面），仅考虑乒乓球的平动时，乒乓球的运动轨迹就是
典型的斜抛运动中的一段弧线。在两维空间中，当考虑到球的旋转时，将其看
作是乒乓球受到空气马格努斯使得有所偏转的弧线上的一段。对于在**空间
中，徐庆和[16]（2003）应用现代数学理论（微分不变量）和电脑程序来研究乒
乓球的旋转，提出了乒乓球螺旋球、挠旋球的新概念，阐明了乒乓球运动在三
维空间的数学和力学原理及运动的基本规律。
2.1.4 对力量的认识
力量有两种理解：一是一物体对另一物体的作用、二是运动物体所具有的
动量。在乒乓球运动中，存在着不同理解，有的文献认为球的力量是球的动量
和动量距，即指球被击出后在空中飞行时球的动量（mv），又称击球力量[12][14]。
有的认为，击球力量可以根据F=ma，用挥拍加速度来表示，也可用触球的瞬时
速度表示，已不再是球的力量，而是击球时的力[9] [12][13][14]。董树英[8]指出人体
通过球拍作用于球体的力，它是通过球飞行速度表现出来的。所谓飞行速度，
指从击球点到落到对方球台点之间这段时间内球的飞行速度。
2.1.5 对落点的认识
落点是指将球击到对方台面的着台点。落点准确又富有变化，可以使对方
的移动范围扩大，从而使自己获得较多的准备时间为进攻创造更多的机会，可
以增大对方让位的难度，例如，攻追身球，或者回击对方的薄弱点。变化和控
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制好回球落点对提高技术质量，加强战术效果具有重要意义。
2.2 实验研究
2.2.1 速度和旋转
由于测量这种距离近、速度快的非金属物体运动目标，有一定的特殊性和
困难性，所以在国内外文献资料中这方面的实验研究较少。
日本乒乓球运动员击出球的转速为 100～150 转/s，原联邦德国运动员击出
球的转速为50 转/s[17] [18 ]。
在国内，对于乒乓球飞行中的速度及旋转的实验研究主要是中国乒协科学
委员会、国家体育总局科研所乒乓球组运用录像和PD-1 型乒乓球动态测转仪进
行的实验研究。
吴焕群、张晓蓬等[9]运用PD-1 型乒乓球动态测转仪，对国家队和青年队不
同训练水平、不同打法、使用不同球拍的运动员的发球、搓球、弧圈球、削球
等主要技术的旋转常量做了报道，在国内外乒坛首次公布了定量结果。平均：
拉弧圈最高转速为145.3 转/s，冲弧圈最高转速为151.3 转/s，打下旋弧圈最高
转速为85.8 转/s，加转搓最高转速为73.4 转/s，正手发下旋最高转速为69 转/s。
正胶：拉弧圈最高转速为129.6 转/s，冲弧圈最高转速为136.8 转/s，加转搓最
高转速为65.9 转/s，正手发下旋最高转速为51.7 转/s；反胶：拉弧圈最高转速
为148.6 转/s，冲弧圈最高转速为155.0 转/s，加转搓最高转速为75.0 转/s，正
手发下旋最高转速为74.3 转/s。此结果既对国内不同水平的运动员进行了对比，
同时也间接地与欧洲运动员进行了对比，为运动员技术水平提高提供了基础和
量度。
张晓蓬、吴焕群等[9]做了同牌号不同厚度的海绵胶皮拍对弧圈球技术旋转
影响的实验，实验表明，正胶：海绵、胶皮总厚度为3.92 mm，弧圈球技术平
均转速为107.4 转/s；海绵、胶皮总厚度为3.05 mm，弧圈球技术平均转速为99.2
转/s，两者存在显著性差异(P<0.01)；反胶：海绵、胶皮总厚度为3.32 mm，弧
圈球技术平均转速为99.1 转/s；海绵、胶皮总厚度为2.8 mm，弧圈球技术平均
转速为86.2 转/s，两者存在显著性差异(P<0.01)。不同厚度海绵胶皮拍对弧圈球
技术旋转有明显影响，厚度越高，弧圈球技术旋转越强。正胶和反胶球拍都遵
循这一规律。
吴焕群等[9]还运用录像分析系统对不同直径和重量的乒乓球运行的速度、
旋转和弹力进行了定量测定。实验表明直径大的乒乓球旋转和速度小于直径小
的球，当直径相同时，重量和弹力大的球的旋转和速度大于重量和弹力小的球。
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乒乓球运动是一项小场地的对抗性运动，在多数情况下，比赛双方相距不
过3 m 左右，因球体积小而轻，球速最快可达42.22 m/s[17]，一般情况下在10～
25 m/s[9] 。
2.2.2 力量
关于击球力量的直接测量目前做过的只有两个。一是严波涛，周酉元[10]
（1993）运用自制的弦开关－频率计测试系统，在研究碰撞过程中对乒乓球击
球力量的推算，得出球与球拍的碰撞力约为100 牛顿量级。二是董树英[19（] 1988）
运用帖于球拍后的加速度传感器，通过加速度推算球和球拍的力，得出高抛发
球式球拍所受的力是85.9 牛顿，低抛时是67.4 牛顿。
除此之外，还未见有人设计出其他仪器或方法来测量。其他的研究是用间
接的方法测量球被击出后的飞行距离。这种方法很不准确，虽然球的飞行距离
是和球速相关，但击球后的出手角度也是一个重要的方面，单纯地从飞行远度
来判断，误差是很大的。王家正[20]用扣远测量，比较加速挥拍（加速距离分别
为1.3 m、1 m、0.3 m 三种不同距离）情况下的扣远成绩及比较在加速距离相同
为1m，击球与身体保持合适位置的情况下，不同的发力方法（匀速、加速、无
随势挥拍）对影响击球力量进行定量测量。结果发现，加速距离为1.3 m，击球
力量最大为5.8 m；1 m 时次之，为5.1 m；0.3 m 时最差为4.3 m。加速挥拍时
为4.9 m，无随势挥拍为4 m，匀速挥拍最差为3.64 m。并对影响扣远成绩的四
项素质（挥臂、哑铃弯举、屈膝仰卧起坐、沿球台变向跑）与扣远成绩的相关
系数进行显著性检验，发现男子：挥臂速度和手臂的快速收缩力量是影响击球
力量的主要因素，其次为腰腹肌群的快速收缩力量，而移动速度与扣远成绩相
关性不大。
2.3 小结
（1）由于乒乓球的运动千变万化，对于乒乓球空中飞行过程的生物力学的
理论分析，往往抓住解决问题的主要方面对乒乓球的运动的形式进行简化。在
研究乒乓球平动，即乒乓球的速度和位移时，将其简化为质点；而在分析乒乓
球转动时，又要将其简化为刚体。
（2）在实验研究方面，对于乒乓球的旋转和速度的认识方面主要是应用
PD-1 型乒乓球动态测转仪进行测量的。西安体院的严波涛和董树英分别在球拍
上放置弦开关－频率计测试系统和加速度传感器系统对击球的力量进行推算。
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3 乒乓球技术的生物力学研究
乒乓球运动的技术问题，一是手法，二是步法。乒乓球比赛中各种技术的
运用都是建立在这两者基础之上的，在乒乓球运动的理论和实践中人们认为两
者对乒乓球运动员的都非常重要。
对于乒乓球技术的分析乒乓球教材上都给出了定性的描述，并且充分肯定
了乒乓球技术要符合力学原理 [12][13][14]。如任何一板有效的击球，从动作的形
式和内容来看，大体上都要包括准确的判断及站位、适宜的击球点、正确的启
动姿势、挥拍方向和路线、恰到好处的拍面角度及触球部位等环节。如果其中
某一个或几个环节不符合力学原理，则不仅费力，而且效果也不好，因此要想
以最小的体力获得最大的效果，必须使动作具有合理性，即符合人体运动生物
力学、解剖学和生理学的要求。另外，各个动作之间、各个动作要素之间以及
动作与人体机能之间，在时间、空间上的协调配合，对提高技术质量具有重要
的作用。
3.1 乒乓球动作技术的生物力学研究
对于乒乓球运动员动作技术的分析，要以击出的乒乓球的性质作为衡量的
标准，那么运动员将以怎样的动作击打出的球会产生最好的效果呢？最好的效
果是指对对方最有威胁的球。乒乓球的技术可以大致分为进攻技术和控制技术，
而对于得分而言，两种技术都有得分的可能。进攻技术以追求运动员发挥最大
的、最合理的力，使击出的球速度最大、旋转最强，控制性技术多为小技术，
以控制速度、旋转、落点的变化为主。这就使得对乒乓球技术的分析变得复杂
多变。
3.1.1 理论分析
一些学者对不同技术间的运动时进行了对比，如郭铮[21]（1991）从动作幅
度、人体运动的潜能、稳定性三个方面运用运动生物力学的原理对弧圈球技术
和小弧圈技术进行对比。于勇，林秀岩[22]（1997）探讨了旋转和速度之间的控
制与反控制，提出了如何通过改变动作技术来实现以速度对抗旋转的方法。
对于直拍横打技术的理论论证上，许多学者也做了研究。吴焕群[23]（1989）
从正反胶快攻的球速、旋转进行比较，提出直拍反胶快攻的可行性。为直拍技
术的发展起了很大的意义。藤守刚[24]（1991）从解剖学、生物力学角度试图探
讨直拍反手正面拉弧圈球技术的可行性。尹霄（1992）[25] 在直拍反面进攻单个
技术的动作要领与运用中指出反面快拨：拍形角度略前倾约45o～50o之间，向
后引拍20～30 cm，大臂夹角45o、反面弹打技术、反面攻技术作了概括性的论
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述。程存德[26]（1997）认为传统的直拍反手进攻，需前臂作较大的外旋，当前
臂在身前呈近水平状时，其外旋幅度受诸多肌群尤其是多关节肌的限制，引拍
易产生多关节肌被动不足，击球时易产生多关节肌主动不足。另外肘腕关节的
解剖结构的限制等都是影响直拍反手进攻的不可解决的问题，同时提出直拍横
打的合理性。在理论上强调直拍横打势在必行。
3.1.2 实验研究
运动生物力学在乒乓球动作技术的手法研究主要分为运动学和动力学两个
领域。
3.1.2.1 运动学方面
随着实验仪器的改进，实验仪器由照相机到摄影机再到摄像机，认识的视
野从2 维空间到3 维空间，对于乒乓球动作技术的运动学方面的认识也逐渐深
入。
吴焕群[27]（1981）采用比较连续照片的方法，较详细地对郭跃华的弧圈技
术进行了全面的剖析，虽然运动学的特征量未给出，但这个研究应该是开创了
运动生物力学的方法在乒乓球运动中应用的先河。
许绍发等[28]（1987）用两台EPL 高速摄影机以100 格/s 同频同步对运动员
的直拍反面、正面击球的技术动作（关节运动幅度、球拍倾角及最大球速）进
行了拍摄，用CP—2000 型解析仪对影片进行数字化，P—3000 型计算机对原始
数据进行平滑处理和**计算比较分析。研究发现，直拍反面击球，可使腕关
节有足够的动作幅度，可以使上肢对球的鞭打动作充分，可以使球拍倾角较小
而盖住球体避免“吃转”，可以使台内击球动作准确，从而得出直拍反面击球技
术的可行性。为直拍反手进攻提供了思路。
董树英等[19]采用自制实验仪器（加速度传感器）的方法，从生物力学角度
进行定量分析，找出高、低抛发球的挥拍加速度的差异，以及高抛发球特征规
律及存在的问题。为进一步发展创新发球技术提供了理论依据。
北京体育大学张辉 [29]（1995）采用**高速录像分析法，对4 名优秀直拍
快攻运动员的创新技术“直拍反面拉弧圈球”进行了运动学分析，结论是：第
一、四名优秀直拍运动员（刘国梁、冯哲、黄大伟、王飞）反面拉技术时间均
数为1.125 s，其中引拍时间最长；球拍挥动路程均数为2.763 s，各阶段的球拍
挥动路程较接近。第二、反面拉的引拍以向下为主，同时向身体左侧（右手握
拍运动员）和靠近身体方向挥动；挥拍击球时以向上、向前为主，略有向右；
击球后球拍继续向上和向右，略向前。第四、反面拉挥拍击球时，膝、髋、躯
北京体育大学博士学位论文
14
干由屈至伸运动产生加速度，以获得一定的动量带动握拍手臂挥拍；躯干、肩、
肘和腕的速度依次递增，最终使球拍在最大速度或接近最大速度时击球。第五、
四名运动员各环节达最大速度值的时间顺序不同。
柳天扬[30]（1995 年）对刘国梁、孔令辉等正手近台攻打前冲弧圈球技术的
运动学特征进行了分析与研究。第一次较完整地阐述了优秀乒乓球选手正手近
台攻打前冲弧圈球技术的生物力学特点与规律。其中探究了刘国梁和孔令辉的
前冲弧圈球动作时的运动学参数：引拍方向与幅度；挥拍击球过程的方向与幅
度；引拍阶段肩、肘的角度变化；挥拍击球过程的角度变化；引拍阶段的速度
特征与时间顺序；挥拍击球过程的速度特征与时间顺序；击球点高度与拍面角
度；击球瞬间的速度特征。刘国梁和孔令辉挥拍速度最大达8.547 m/s、8. 337
m/s，回球速度为17.43 m/s 和13.335 m/s。结果发现正手近台反冲前冲弧圈球技
术相对于纯粹的前冲弧圈球技术本身(从下旋到前冲) 具有绝对的速度优势；引
拍的方向以向右、后、下方为主,并且肩、肘关节角度不宜太大；发力方向以左、
前、上方为主；发力形式以肘、腕、拍的瞬间同时发力为主；击球点是上升后
期,拍面前倾，击球中上部。
陈洁等（2001）[31]对直拍四面攻技术的击球速度、旋转、力量作了实验研
究, 并对其主要技术在比赛中的运用情况进行了统计和分析, 以了解直拍四面
攻技术的可行性及其特点。测试了球的击出速度、球的旋转和球击出后飞行的
最远距离。研究表明:直拍四面攻可以用正手正、反面和反手正、反面的四个面
击球进攻, 各个面都具有各自不同的功能和作用, 击球速度、旋转、力量以及主
要技术在比赛综合运用上没有技术死角；在击球速度上正手反面快攻不如正手
正面快攻, 正手正面更适合于扣杀；在弧圈球技术的旋转上正手正面不如正手
反面, 并且正手反面弧圈球技术带有明显的侧旋；正手正面快攻与反面快攻在
力量上没有显著性差异； 在发球技术上占有明显的优势, 但是要加强发抢意识,
提高发抢命中率；在相持能力上必须解决好正、反面的拉打转换, 充分发挥反
手能用两个面拉打的威力。
上海体育学院的黄诚等[32]（2000）对直拍横打和横拍反手位攻弧圈球的动
作特征进行了对比分析，实验通过Motion Analysis System 对两种击球动作上肢
各环节的运动时相进行了描述，并通过自制的可调球拍角度击球仪对回击弧圈
球的拍面角度和拍形角度范围进行了测量。
北京体育大学杨斌[33]（2004）对优秀女子青少年乒乓球运动员弧圈技术进
行了运动学分析，对直拍横打、传统直拍、横拍运动员在挥触和随挥两个阶段
中左右的肩、肘、髋、膝关节以及身体重心的速度和角度的变化特征进行了描
述和对比。
北京体育大学博士学位论文
15
北京体育大学孟杰[34]（2004）对乒乓球比赛中王皓与唐鹏的正反手弧圈球
技术动作技术进行了对比研究。运用**录像分析方法，第一次分析讨论了比
赛中正反手拉弧圈球的动作技术。将王皓的直拍横打技术与运动生物力学原理
的部分要素相结合，经过整合并结合理论分析，并与优秀的横拍打法选手唐鹏
的动作技术作出比较，提出了王皓直拍横打技术动作和唐鹏横拍动作技术的特
点，从而验证王皓直拍横打技术的合理性和优秀的竞技效果。
3.1.2.2 动力学方面
孙卫星[35]（1992）利用Biodex 等速测力系统，对乒乓球运动员的腕、肘、
肩各关节屈伸肌力进行等速测试，首次为乒乓球运动员的上肢肌力提供了参考
值。
刘亚军[36]（1995）运用肌电图方法对乒乓球直拍快攻打法的正手快攻和正
手弧圈球技术动作进行肌肉工作机制的研究。结果发现：正手快攻预备姿势时
运动员右膝关节屈105o，右肩前屈20o，肘关节屈107o，冈上肌、腓肠肌开始
放电。击球时右足用力蹬地、转腰，上臂带动前臂由后向前挥动。三角肌中束、
三角肌前束相继放电。触球前，前臂加速用力向左前挥击，手腕边伸边展，加
速前臂内旋。肱二头肌、旋前圆肌、胸大肌相继放电。肘关节成90o时开始触
球，肱二头肌、旋前圆肌、腓肠肌放电幅度增强。击球结束时，肘关节成80o
角，前臂骨旋内120o，桡腕关节外展10o，右膝关节屈120o。结果说明击球时
肌肉工作的特点是大关节带动小关节，各关节肌肉依次发力；各关节肌同时结
束用力；腰、腿部肌肉力量对正手快攻技术的发挥有着重要意义，上臂借助于
下肢蹬伸获得的地面支撑反作用力带动身体的移动和转动，继而带动上臂运动，
动量从腿、腰部向上肢传递是加速手臂击球速度的重要因素。正手拉弧圈时参
与工作的关节和肌肉与正手快攻一样，只是由于运动幅度的加大，关节角度发
生较大的变化。预备姿势时肘关节屈156o，膝关节屈100o左右；击球时肘关节
屈90o，膝关节屈125o左右。参与工作的肌肉顺序是上肢的三角肌中束、冈上
肌、三角肌前束、胸大肌、肱二头肌、旋前圆肌。下肢是腓肠肌外侧头、股二
头肌。正手快攻与拉弧圈球的肌肉最大用力时发力顺序基本相同。差异是拉弧
圈预备姿势肘关节角度大49o，膝关节小5o；拉弧圈肱二头肌、胸大肌放电量
大于正手快攻时的放电量，且放电时间长。
3.2 乒乓球步法移动的生物力学研究
乒乓球步法在乒乓球技术中的重要性是勿庸置疑的。对乒乓球步法移动规
律作出科学解释的重要方法依据就是生物力学的理论和研究方法。对于乒乓球
步法的认识，随着科学的发展也在不断深入。
北京体育大学博士学位论文

16
3.2.1 理论研究
国内对步法研究的开始阶段是对乒乓球步法的经验总结和翻译日本的一些
研究成果。随后研究者逐渐开始用生物力学的角度对对步法移动进行理论分析
并试图对步法移动规律做出科学的解释。研究者运用力学、解剖学的概念，分
析了“预动”在乒乓球步法移动中的积极作用和应用方法，以及如何运用力学
概念，结合步法移动现象对“预动”作用进行再认识。有研究者运用人体运动
的重心概念和人体重心移动规律，来认识乒乓球步法移动规律[37]。岑淮光[38]
（2001 年）根据长期实践经验，把步法移动的用力技巧概括为：（1）起动是步
法移动的关键，起动的动力主要来自小腿和脚迅速用力蹬地来完成；（2）重心
交换是步法移动的核心，重心交换主要依靠大腿的力量；（3）膝关节弯曲的储
存能量是步法移动中击球时的主要能源；（4）腿脚要用力配合。
3.2.2 实验研究
在步法移动问题的研究上，吴修文[39]（1986）通过SMC—70 GP 计算机形
象制作系统对我国部分优秀运动员交叉步移动技术运用中的起动、腿交叉拍触
球和落地制动3 个部分进行分析，提供了李富荣在3 个阶段中，左膝关节的角
度变化值为155o、145o和115o。从李富荣膝关节角度变化的情况，可以知道他
身体重心的变化，起动时的重心高度大于落地时的重心高度。身体重心的变化
和步法移动的基本原理是一致的。
在乒乓球步法移动范围的研究方面，王家正等人[39]（1984）采用现场跟踪
统计的方法，对我国优秀运动员左推右攻技术打法、两面攻技术打法、弧圈球
技术打法和攻削结合技术打法4 种打法类型在比赛中的步法移动范围进行研
究。结果表明步法移动范围削球打法>弧圈球打法>左推右攻打法>两面攻打法。
日本 Nobuo Yuza 等人[39]（1992）通过在比赛现场的拍摄，对4 日本优秀运
动员中三种不同技术打法：日本式进攻打法（一名右手握拍、一名左手握拍）、
中国式进攻打法和削球打法在比赛中步法移动的范围进行了研究，分别为3.0
m2、2.1 m2、2.3 m2 和6.6 m2。
詹晓希等[39][40]设计了字母标记法，先以金泽洙的经典战例，对其步法组合
类型及落点和手法的对应关系等进行了系统记录。后又以改进了的字母标记法，
从步序的角度对各类步法中两脚落地的先后顺序实行标记，并对金泽洙、马林、
王皓、蒋澎龙的步法组合类型的运用进行了系统比较研究，提出了4 人前3 板
步法组合建构基本模型及共性、个性组合类型，系统地阐述了步法与落点之间、
步法与手法之间的对应关系，展现了世界优秀乒乓球运动员快速灵活简洁有序
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17
的步法特点。此研究虽然不属于乒乓球步法生物力学研究的范畴，但字母标记
法对乒乓球定量分析及提供了新思路，对乒乓球步法的生物力学分析具有借鉴
作用。
3.3 小结
（1） 对于动作技术的理论分析多是用生物力学的原理进行解释。
（2） 对于手法的实验分析，有关动力学的分析仅有 2 篇，有关运动学的
分析有不及10 篇，所用的方法主要是录像拍摄和解析的方法。
（3） 对于步法的研究较少，对步法的定量研究更是少见，对步法移动现
象的讨论还处于描述阶段，更多的步法问题在理论和实验研究上并未有较大的
发展。
4 乒乓球生物力学研究现状总结
国内外学者对于乒乓球运动项目的生物力学应用研究，已经做出了一些有
益的探索和贡献。但有关乒乓球生物力学的研究还不多，并且已有的研究还不
够系统和深入，所用的运动生物力学研究方法比较单一，乒乓球专项化的运动
生物力学仪器很少，对于乒乓球与乒乓球台、乒乓球拍碰撞的原理、乒乓球飞
行的运动状态、乒乓球动作技术原理（尤其为步法技术和技术的力学特征）等
方面尚未揭示，或揭示得还不够全面。随着科技的进步和人类对自身认识的提
高，集中多学科的力量，对乒乓球项目进行全面、综合地研究必将是一项十分
有意义的工作。
5 乒乓球生物力学领域研究的展望
5.1 乒乓球生物力学研究方法及仪器的展望
按研究方法划分，运动生物力学应用在体育中的研究大体可分为两类：一
是力学理论研究方法，二是实验研究方法。两者应当紧密结合，才能使运动生
物力学更好地在运动实践中应用。
力学理论研究方法的基础是经典力学理论，并应用它解释分析生物体运动
及探索其运动规律。力学理论研究方法优点是能使研究工作更加严谨和深人，
但由于模拟研究目标和对运动数学化描述的困难，这类研究难度很大，且研究
结果与运动实践尚有一定的距离。所以力学理论研究方法必须辅之实验和经验，
才能使它在实际应用方面的作用得以发挥，力学理论方法与实验测试方法两者
应当紧密结合。前者提供了运动普遍规律，对分析有理论指导意义，后者是理
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18
论研究与实际应用的桥梁，能使研究更好地为运动实际服务。
实验研究方法，它通过各种实验手段，测试记录体育运动过程，并以此作
为依据，结合经验，对运动技术进行分析对比，从而提出改进技术的意见和建
议。这种研究方式是以具体运动员的具体动作作为研究对象。实验通常用高速
摄影、录像、测力台测得运动学和外力参数，用肌电测试仪测人体内力参数，
然后通过数据处理和分析，来诊断运动技术的优劣及动作的合理性。这种方法
以实验手段为主，与运动实践联系紧密，能对运动员的技术训练直接施加影响。
但由于该方法研究和实验的对象是具有个体特征的人，不可避免地造成对共性
的运动规律研究的困难，从而使研究结论难以达到理论升华。因此实验方法必
须和力学理论研究共同发展、相辅相成，才能使运动生物力学学科渐趋深入完
善。
5.1.1 乒乓球力学理论研究方法的展望
该研究方法因为是通过模拟手段对人体运动仿真，一般包括五个步骤：一、
确定运动恃征，建立目标函数；二、选择模型确定刚体的自由度；三、建立动
力学模型（拉氏方法、Kane 方法、雅各宾法等）；四、实测已知数据并求解；
五、根据求解结果解释运动规律，这一步骤是将求得的数学规律化为体育运动
语言对运动技术进行合理的指导。
从对运动生物学在乒乓球运动项目中应用的现状，可以看到，以往用的最
多的是运用力学原理对一些现象进行解释。而利用力学理论研究的方法却很少。
根据此研究方法，可以对乒乓球中许多问题进行研究。
如对上肢各关节的关节力和力矩问题。建立上肢模型，整个上肢可分为上
臂、前臂和手（包括器械）3 个部分，根据上肢实际的生理结构和以往生物力
学建模的经验，拟将人体上肢简化为3 刚体7 自由度的物理模型。运用多刚体
系统动力学理论中的Kane 方法或者扎齐奥尔斯基的雅各宾法，建立系统运动学
和动力学方程，代入运动学参数、计算推导出球拍的力学参数以及郑秀媛公布
的人体环节参数，求出腕、肘、肩关节的关节力和力矩。
5.1.2 乒乓球生物力学实验研究方法的展望
运动生物力的实验研究方法在乒乓球运动项目中应用现状是，动力学研究
仅有1 篇，运动学测试也不多，所运用到的生物力学仪器很少。所以实验研究
方法在乒乓球运动项目中有极大的发展空间。
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19
5.1.2.1 常用的生物力学仪器在乒乓球项目中的应用
许多已经在其他专项中运用较为广泛的生物力学仪器在乒乓球运动项目中
尚未广泛使用。比如，**测力台，肌电仪，足底压力鞋垫等。
**测力台可以反映地面对人体的反作用力的大小和方向随时间的变化。
运动员击球的力最终是通过人体蹬地面，同时地面给人体的反作用力而实现的。
而对乒乓球运动员地面反作用力的动力学特征的描述至今尚无。
通过在运动员的鞋子里放上压力鞋垫，可以得出在移动过程中，脚底压力
的分布图，可以为乒乓球运动员鞋子的设计提供参数。
通过肌电仪可对完成某动作所参与的肌肉活动的强度和时间进行描述，确
定主要的参与肌群。用在乒乓球运动员身上，就可以很清楚的知道完成某动作
的肌肉用力顺序是什么，主动肌是那些，可为力量训练提供参考。
5.1.2.2 乒乓球专项化、反馈快速化的运动技术测试仪器的开发
这是运动生物力学测试仪器的发展趋势，至今为止，在乒乓球界中尚无有
此类测试仪器的研发成功。近年来一些运动项目专用的测试仪器不断出现。例
如，体操项目单杠、双杠、高低杠、跳马、吊环的测力系统、赛艇多参数遥测
分析系统、起跑蹬力测试系统、蹬冰力测试系统、游泳出发测力系统等。
其他专项的研究可为乒乓球专项化的测试仪器提供借鉴，比如考虑是否可
以在乒乓球拍上安装加速度传感仪。随着科学技术的迅速发展，加速度传感器
体积和质量都可以做到非常小，精度可以达到很高，此仪器可以实时监控球拍
三个方向上的速度、加速度和角速度，并可据此推算球拍的受力情况，以及击
打乒乓球后，球体获得的初速度。
考虑是否可以在乒乓球桌面下安装 4 个压力传感器，即将整个桌面作为测
力台，可以对乒乓球与球台的碰撞过程进行清晰的认识，进而对乒乓球碰撞前
后的速度、旋转进行推算，对于碰撞的力量以及乒乓球的落点都会有即时准确
的反映。
如果这些设想可以实现的话，将丰富乒乓球理论知识，对乒乓球运动的实
践会有快捷的帮助。
5.1.2.3 多机同步测试的研究
多机同步测试研究是运动生物力学研究的发展趋势。人体运动十分复杂，
因此，多机同步测试方法对各项运动技术研究十分重要。由于多机同步测试研
究需要的仪器多、经费多、时间长、技术人员多，而且多数动力学指标和生物
学指标的测试在正式大赛中很难进行，所以，多机同步研究的报道较少。随着
科学技术的进步和对运动技术研究的深入，多机同步测试研究将会得到较快发
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20
展。
对于乒乓球这项精密的运动，以往的研究多是从一维的视角来进行的，对
乒乓球运动的生物力学的研究应朝着多维的研究视角发展。比如，将摄像系统
和测力台系统同步的测试方法，综合运动学和动力学的数据对乒乓球运动进行
更加深入、全面的认识。
5.1.2.4 生物反馈技术在乒乓球运动技术训练中的应用
运动生物力学测试中提供给运动员、教练员的技术动作的速度、幅度、方
向、力量等指标数据，运动员在训练中很难掌握，如果将测试的数据转换成声、
光信号直接提示给运动员，表示其当前的动作是否达到了要求或某个范围，运
动员接收到声、光信号后，便马上做出反应，调整动作的幅度、强度、速度等
就容易得多。这方面研究在其他专项中已经取得了一定进展，例如，北京体育
大学金季春教授指导其博士生闫松华所研制的用于短跑训练的“测试鞋”，对每
一步的着地时间和腾空时间进行实时监控，正朝着生物反馈的方向发展。
生物反馈技术在乒乓球运动技术训练中的应用也是乒乓球运动项目生物力
学发展的趋势。
5.2 研究领域的展望
根据乒乓球运动专项运动生物力学研究的现状、运动生物力学学科发展趋
势、我国要继续保持乒乓球长盛不衰的势头以及我国向市场经济转轨的实际出
发，运动生物力学在乒乓球运动项目中的研究领域中，可以预计运动技术研究
仍将会占较大比例，同时，在全民健身、运动医学、康复医学、运动器材、服
装、仪器设备及工具等方面也会开展研制。具体可以从以下几个方面的研究：
（1） 乒乓球手法的研究
（2） 乒乓球步法的研究
（3） 乒乓球与球拍碰撞、与球台碰撞的研究
（4） 对乒乓球拍运动的研究
（5） 乒乓球拍、乒乓球运动鞋的研制与优化
（6） 乒乓球运动员肌肉、骨骼力学特性的研究
（7） 乒乓球专项测试仪器的开发
（8） 乒乓球运动员损伤机理和预防的研究
5.3 小结
根据乒乓球运动专项运动生物力学研究的现状、运动生物力学学科发展趋
势、以及乒乓球运动发展的实际需求，运用多种运动生物力学的理论力学和实
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21
验研究相结合的方法，对乒乓球运动中的多个领域进行分析和研究，是运动生
物力学在乒乓球运动项目中的研究发展趋势。随着科技的进步和人类对自身认
识的提高，集中多学科的力量，对乒乓球项目进行全面、综合地研究必将是一
项十分有意义的工作。
6 总结
对乒乓球生物力学领域的研究进行了综述，又根据乒乓球运动专项运动生
物力学研究的现状、运动生物力学学科发展趋势以及乒乓球运动发展的实际需
求，对乒乓球运动生物力学研究进行了展望。
本论文根据乒乓球生物力学的现状和乒乓球生物力学发展的趋势，结合乒
乓球运动需要，依据现有实验仪器、个人能力以及实验经费时间的限制，从以
下几个方面对乒乓球生物力学的问题进行研究：
（1）对乒乓球击球技术的研究。考虑到正手进攻技术是乒乓球比赛中最主
要的得分手段，本研究选取乒乓球正手快攻和弧圈球技术，每种技术分中等力
量和最大力量两种用力方式击球，共4 组技术动作，运用QUALISYS 运动学测
试系统与KISTLER 测力台测试系统同时试方法的实验方法，从运动学和动力学
两方面进行研究。
（2）研制开发一套乒乓球步法垫测试系统。利用中科院智能所的先进技
术――柔性薄膜阵列传感器，结合乒乓球运动的专项特点，研发一套专门用于
乒乓球专项的步法测试系统。对用乒乓球专项仪器的开发做一尝试。
（3）运用乒乓球步法垫测试系统对乒乓球步法的生物力学特征进行揭示。
对运动员在一场比赛中的步法移动的运动学特征进行研究。
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35
2.2.1.2 球拍的时间特征
表 1－2－3 不同动作技术球拍的时间参数表（n=10）
正手快攻 正手拉弧圈球
轻打
（M±SD）
重打
（M±SD）
轻拉
（M±SD）
重拉
（M±SD）
总时间（s） 0.93±0.07 0.97±0.18﹡﹡ 1.45±0.13 1.49±0.23
时间（s） 0.33±0.07 0.35±0.09﹡﹡ 0.51±0.11 0.55±0.10
引拍
百分比(%) 35.20±5.70 36.35±4.91 35.24±7.27 37.54±5.52
时间（s） 0.17±0.05 0.16±0.05 0.22±0.09 0.20±0.07
挥击
百分比(%) 17.93±5.81 17.21±5.40 14.74±5.20 13.62±4.34
时间（s） 0.24±0.06 0.23±0.05 0.25±0.03 0.25±0.03
随挥
百分比(%) 25.33±5.70 24.03±5.91﹡﹡ 17.40±1.78 16.78±1.73
时间（s） 0.20±0.06 0.21±0.06﹡﹡ 0.47±0.06 0.48±0.09
还原
百比分(%) 21.54±7.08 22.42±5.64﹡﹡ 32.63±2.30 32.06±3.36
引拍＋ 时间（s） 0.53±0.07 0.56±0.12﹡﹡ 0.56±0.24 0.98±0.24
还原百分比(%) 56.74±4.25 58.77±5.61﹡ 38.89±16.86 66.22±12.70
挥击＋ 时间（s） 0.40±0.04 0.39±0.04 0.89±0.26 0.49±0.18
随挥百分比(%) 43.26±4.25 41.24±5.61 61.11±16.86 33.78±12.70
注： ** p<0.01，代表经t 检验，两组差异非常显著（下同）。
实验结果表明（表1－2－3），用最大力量和一般力量完成同一动作技术时，
在时间参数上两者无差异。当比较正手快攻与正手拉弧圈球时，可发现两个动
作技术在时间参数上存在显著差异。
正手快攻 正手弧圈球技术
图 1－2－3 正手快攻和正手弧圈球技术时间特征图
优秀运动员完成一次正手快攻技术动作时，总时间平均为0.95±0.13 s，引
引拍
35%
挥击
17%
随挥
25%
还原
23%
引拍
37%
挥击
14%
随挥
17%
还原
32%
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36
拍阶段、挥拍击球阶段、随挥阶段和还原阶段平均用时分别为0.35 s、0.16 s、
0.23 s、0.21 s，四个阶段分别占总时间的35％、17％、25％和23％。
优秀运动员完成一次正手拉弧圈球技术动作时，总时间平均为 1.47±0.18
s，引拍阶段、挥拍击球阶段、随挥阶段和还原阶段平均用时分别为0.55 s、0.20
s、0.25 s、0.48 s，四个阶段分别占总时间的37％、14％、17％和32％。
经 T 检验，正手快攻技术和正手弧圈球技术在时间参数上的特征表现为，
正手弧圈球技术的总时间长于正手快攻技术，在引拍和还原两个阶段所用时间
百分比明显长于正手快攻，而随挥阶段所用的时间百分比短于正手快攻。挥拍
击球时间及百分比，两种技术基本上相似。
2.2.1.3 球拍的空间特征
乒乓球运动中，运动员根据不同的战术目的，对不同的来球采用不同击球
技术进行还击，同时对运动员的各个阶段的动作幅度也有不同的要求。
图 1－2－4 球拍在三个方向上移动的轨迹图
注：左为正，右为负；后为正，前为负；上为正，下为负。
左右
前后
上下
轻打
-1000
-500
0
500
1000
0 50 100
时间
（ms）
位移(mm) A B C D a
重打
-1000
-500
0
500
1000
1500
0 50 100
时间
（ms）
位置(mm) A B C D a
轻拉
-1000
-500
0
500
1000
1500
0 50 100 150 200 时间
（ms）
位置(mm) A B C D a
重拉
-1000
-500
0
500
1000
1500
0 50 100 150 200
时间
（ms）
位置(mm) A B C D a
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37
从图1－2－4 中可以看出，正手快攻和正手拉弧圈球的运动轨迹不一样。
同一技术不同力量的击球的运动轨迹基本相同。在一个动作周期中，球拍在左
右方向上的变化经历两次波峰和波谷，显示出双波峰的特点，引拍过程中出现
一个小波谷，第一个波峰出现在引拍最远端时刻，波谷出现在击球时刻附近，
在随挥最远端达到另外一个峰值；前后上下方向上打和拉的曲线不尽相同，拉
比打多出一个小峰值，基本上都是向后引拍在引拍结束时达到向后的最远距离，
进而向前挥拍，到随挥最远端达到向前达到最大值；上下方向上都是先下降，
在引拍结束左右达到最小值，后向上挥拍击球，然后随挥至最高点再向下还原
成一个周期。
表 1－2－4 不同动作技术球拍的空间参数表（n=10） 单位：m
正手快攻正手拉弧圈球
轻打
（M±SD）
重打
（M±SD）
轻拉
（M±SD）
重拉
（M±SD）
左右 -0.18±0.11 -0.23±0.13﹡ 0.37±0.35﹠ 0.52±0.21
前后 0.62±0.51 0.67±0.12﹡ 0.91±0.10 0.95±0.06
引
拍
上下 -0.09±0.41 -0.19±0.10﹡ -0.45±0.16 -0.46±0.21
左右 -0.09±0.15﹟ -0.28±0.10﹡ -0.45±0.19 -0.44±0.23
前后 -0.28±0.28 -0.31±0.26﹡ -0.46±0.16 -0.43±0.07
挥
击
上下 0.04±0.30 0.09±0.08﹡ 0.33±0.17 0.39±0.13
左右 0.40±0.07﹟ 0.65±0.10﹡ 0.73±0.19 0.81±0.12
前后 -0.27±0.40 -0.45±0.20 -0.34±0.14 -0.43±0.04
随
挥
上下 0.22±0.31 0.49±0.06 0.89±0.15 0.77±0.37
左右 -0.13±0.18 -0.12±0.08﹡ -0.32±0.21 -0.39±0.19
前后 -0.02±0.08 -0.04±0.07 -0.10±0.11 -0.19±0.13
还
原
上下 -0.19±0.22 -0.38±0.11﹡ -0.58±0.06 -0.58±0.11
左右 0.86±0.17﹟ 1.28±0.24﹡ 1.76±0.34 1.82±0.38
前后 1.58±0.44 1.75±0.21﹡ 1.83±0.19 1.90±0.12
总
路
程上下 1.17±0.26 1.20±0.19﹡ 2.07±0.30 2.00±0.57
注：左为正，右为负；后为正，前为负；上为正，下为负。
2.2.1.3.1 引拍阶段球拍的方向和幅度
虽然运动员完成正手快攻和正手弧圈球技术时球拍的运动轨迹不太一样，
但引拍过程中球拍是向下和向后运动的。如表1－2－4 所示，经T 检验，用两
种用力方式完成正手快攻技术之间，引拍的幅度没有差异；正手弧圈球技术和
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38
正手快攻技术之间差异显著，重拉幅度大于重打的幅度；当比较用两种用力方
式完成正手弧圈球技术之间发现，在左右方向上有差异。
向下的幅度，最大力量弧圈球技术为 0.46±0.21 m，快攻为0.19±0.10 m；
向后的幅度，正手弧圈球技术为0.95±0.06 m，正手快攻是0.67±0.12 m；向右
的幅度最大力量弧圈球技术为0.52±0.21 m，正手快攻为0.23±0.13 m，差异显
著。说明引拍阶段正手拉球在上下、前后、左右方向上球拍的运动幅度均大于
正手快攻。
当比较轻拉和重拉在引拍幅度时，发现重拉比轻拉向右的幅度要大，而在
前后、上下方向上没有差异。
当观察 QUALISIY 的**动画时可以发现，引拍过程的轨迹不是沿从还原
时刻到引拍结束时刻连线的直线运动，而是个曲线，弧圈球技术曲线的弧度更
大。
2.2.1.3.2 挥击阶段球拍的方向和幅度
由于经过正手弧圈球技术大幅度的引拍后，在这一阶段上，正手弧圈球技
术在3 个方向上运动幅度大于正手快攻的运动幅度，差异显著。
由动量定理可知，物体运动过程中，在某段时间内动量的改变等于所受合
外力在这段时间内的冲量，即
F t mV mV0 t ? Δ = ?
在本研究中，为了增加末端环节的运动速度，即增加球拍的动量，应增加
在最后用力阶段对球拍的冲量。这就要求在发挥最大力量的同时，延长力的作
用时间。根据人体肌肉用力特点，如果有意识地放慢动作的速度来延长作用时
间，会降低肌肉收缩力量，不利于肌肉的爆发收缩，也就不能达到增加冲量的
目的。正确的作法是，在保证发挥肌肉最大用力的同时，通过延长力的作用距
离来延长作用时间。
2.2.1.3.3 随挥阶段球拍的方向和幅度
随势挥拍是整个发力过程中的一个组成部分，是在保证击球动作最后阶段
准确性前提下的一个制动过程，向左上前方继续随势挥拍，球拍速度从最大降
到最小。球拍在左右方向上移动的距离，重拉0.81±0.12 m，大于重打的0.65
±0.10 m；在上下方向上，重拉向上移动了0.77±0.37 m，大于重打向上移动的
0.49±0.06 m；前后方向上移动的距离相似，在0.44 m 左右。
2.2.1.3.4 还原阶段球拍的方向和幅度
迅速还原指的是击球动作完成后，球拍、身体重心和基本站位的还原，以
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39
便为下一次击球做好准备。由表1－2－4 及图1－2－3 可以看到，还原阶段的
运动方向是以向下为主的，略有前移，左右方向上还原的距离两者有差异，正
手最大力量快攻向右移动了0.12±0.08 m，而正手最大力量弧圈球技术快攻的
幅度，大于正手快攻，为0.39±0.19 m。
在还原阶段，可以看到无论是正手快攻还是正手拉弧圈球，球拍走的是弧
线，路线是从远离身体的位置，到靠近身体的还原位置。这种方式一是为了便
于预判，二是为了利于引拍。虽然本文连续击球的实验研究，但优秀运动员的
动作结构合理，打完一板球后，使身体快速回复到还原状态，并使球拍靠近自
己的身体。因为在每次击球完，运动员对下一次击球的方向和落点，是处于未
知的高度警惕状态，于是体现在还原技术上，就是使球拍靠近自己的身体。这
样便于下一个击球技术时无论向正手和反手的快速引拍，而且当以球拍靠近身
体小半径引拍时，会减小身体的转动惯量，从而增到了引拍时的转动速度，更
利用快速引拍。
2.2.1.3.5 挥拍总路程特征
在左右方向上，重拉时球拍的距离最远，为 1.82±0.38 m，其次是轻拉，
距离为1.74±0.34 m，弧圈球技术距离大于打球，差异显著。正手重、轻力量
快攻在左右方向的距离分别是1.28±0.24 m、0.86±0.17 m，轻打和重打两者在
左右方向上的距离差异显著。
在前后方向上，弧圈球技术时球拍的距离也大于正手打球的距离，重拉为
1.90±0.12 m，重打为1.75±0.21 m。
在上下方向上，比较重拉和重打的路程，发现弧圈球技术和打球之间也存
在着显著性差异，弧圈球技术的距离大于了打球的距离，分别为2.00±0.57 m
和1.20±0.19 m。
每一次完整的击球技术，在 3 个方向上，球拍的运行距离约为2 米。从前
面的分析可知，球拍在整个击球中运行的轨迹是弧线。而本文中所计算出的各
个方向的距离，只是用两点间距离对球拍运行路程的粗略计算，实际路程要大
于简单的用两点间距离，因为弧线要大于两点间的直线距离。由此可见，乒乓
球运动员击球的运动幅度是很大的，可以将挥拍的距离作为运动员比赛和练习
时评价运动量的一个指标。
2.2.2 上肢的运动
2.2.2.1 上肢关节角度、角速度的变化
图 1－2－5 显示了在4 种击球动作下执拍侧和非执拍侧的肩、肘关节角度
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40
的变化。两种不同力量的正手快攻技术，曲线基本相似。两种力量的弧圈球技
术之间的角度变化基本相似。非执拍侧的肩、肘关节角度在正手快攻中的变化
不明显，而在弧圈球技术中有小幅度的变化。在整个动作过程中，肘关节的角
度基本上大于肩关节的角度。右肩角度是先增大到引拍结束时刻左右达到最大
值，而后减小，至随挥结束左右时刻达到最小值，后再增大，呈现波峰－波谷
的变化特征，而右肘关节角度变化则相反，先是减小，然后增大，再减小，再
增大，出现两次波谷和两次波峰。
图 1－2－5 左右肩肘角度的变化
2.2.2.1.1 右肩关节角度和角速度的变化
在引拍阶段，除了正手快攻引拍结束时刻右肩关节角度小于还原时刻以外，
其余在引拍结束时刻右肩的角度都大于还原时的角度。在这一过程中，4 组动
作肩关节运动形式基本一致，只是在动作幅度和运动时机上有所不同。经检验，
引拍结束时的右肩关节角度，重打（37o）大于轻打（22o），重拉（38o）大于
轻拉（34o），弧圈球技术的引拍角度大于正手快攻。
轻拉
0
50
100
150
200
0 50 100 150 200
时间
（ms）
角度(0) A B C D a
右肩角
右肘角
左肩角
左肘角
轻打
0
50
100
150
0 50 100
时间
（ms）
角度(0) A B C D a
重打
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 50 100
时间
（ms）
角度(0) A B C D a
重拉
0
50
100
150
200
0 50 100 150 200
时间
（ms）
角度(0) A B C D a
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41
表 1－2－5 右肩关节角度（n=10） 单位：o
轻打
（M±SD）
重打
（M±SD）
轻拉
（M±SD）
重拉
（M±SD）
还原时刻 A 26.25±6.08 25.23±5.89 24.42±5.24 25.41±6.38
引拍结束B 21.58±7.84 ﹟ 36.77±5.10﹡ 33.85±9.79﹠ 38.29±6.23
击球时刻C 20.60±9.66 25.64±8.52 19.75±8.75 24.63±17.13
随挥结束D 50.54±8.74 ﹟ 63.99±6.48﹡ 76.31±8.18 73.23±10.23
再次还原a 24.16±6.28 30.39±8.35 21.45±5.91﹠ 30.50 ±13.23
在引拍阶段，上臂不同程度的外展，臂的外展可以使三角肌前部和胸大肌
受到拉伸，这种牵拉作用使肌肉中储存了弹性势能并刺激了牵张反射，使这些
肌肉随后的收缩更加快速有力。
图 1－2－6 右肩、右肘角速度的变化
在挥拍击球阶段，上臂快速屈，肩关节角度迅速减小，见图1－2－6，轻打、
重打
-400
-200
0
200
400
600
0 50 100
时间
（ms）
角速度( A B C D a 0/s)
右肩
右肘
轻打
-200
-100
0
100
200
300
0 50 100 时间
（ms）
角速度(0/s)A B C D a
-600 轻拉
-400
-200
0
200
400
600
800
0 50 100 150 200
时间
（ms）
角速度(0/s)
A B C D a
重拉
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
0 50 100 150 200 时间
（ms）
角速度(0/s)A B C D a
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42
重打、轻拉、重拉分别在20o、25o、19o、24o左右击球，击球时刻肩关节的角
速度接近于最大。
在随势挥拍阶段，上臂继续向前缓慢内收，角速度又开始增加，到随挥最
远端附近，肩关节角度达到最大，轻打、重打、轻拉、重拉分别达到50o、64o、
76o和73o。
在还原阶段，肩关节角度下降的趋势非常明显，肩关节迅速还原到起始位
置的30o左右。
2.2.2.2 右肘关节的角度、角速度变化
表 1－2－6 右肘关节角度（n=10） 单位：o
轻打
（M±SD）
重打
（M±SD）
轻拉
（M±SD）
重拉
（M±SD）
还原时刻 A 89.09±10.77 92.11±13.06 69.14±8.95 77.45±9.91
引拍结束B 110.42±6.77 111.40±9.68 ﹡ 122.68±10.40﹠ 130.36±9.07
击球时刻C 99.69±4.95 95.37±3.87 ﹡ 108.40±9.72 101.73±2.48
随挥结束D 81.04±16.00 76.50±13.77 67.74±7.89 70.23±8.18
再次还原a 91.92±9.48 89.73±10.38 75.53±8.99 91.06±22.12
肘关节在整个动作过程中由伸展状态到快速屈曲（见图1－2－6）。在引拍
阶段，为肘关节的伸展阶段，在引拍最远端时肘关节角度达到最大，可见肘关
节并未完全伸直。引拍结束时刻，最大力量弧圈球技术的角度大于最大正手快
攻的角度，分别为130o和111o，差异显著。重拉比轻拉后引的肘关节角度也要
大，轻拉时是123o（见图1－2－5、表1－2－6）。
在挥拍击球阶段，肘关节快速屈曲。弧圈球技术击球时刻的肘关节角度大
于打球时的肘关节角度。重拉时是102o，重打时是95o。且重打、重拉在击球
时刻的肘关节角度均小于对应的轻打、轻拉，这是由于重打、重拉击球的速度
快的缘故。
在随势挥拍阶段，肘关节继续屈曲，这是肘关节的速度开始降低，在随挥
最远端达到屈曲最小值，也几乎整个动作过程中的肘关节最小值，轻打、重打、
轻拉、重拉时的角度分别为81o、76o、68o和70o。
还原阶段，肘关节角度开始缓慢增大，到达起始状态。
2.2.2.2 非执拍侧上肢的关节角度变化
从表 1－2－7、表1－2－8 和图1－2－5 可以看到，非执拍侧上肢的肩角
和肘角，在整个过程中变化不大。尤其是在正手快攻中，变化很小，在正手弧
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43
圈球技术中，有小范围的角度变化。
表 1－2－7 左肩关节角度（n=10） 单位：o
轻打
（M±SD）
重打
（M±SD）
轻拉
（M±SD）
重拉
（M±SD）
还原时刻 A 17.06±5.22 17.43±7.94 ﹡ 25.29±10.66 22.70±4.97
引拍结束B 17.85±4.81 21.53±8.18 ﹡ 31.09±15.61 35.27±15.12
击球时刻C 17.40±5.10 19.79±6.44 ﹡ 28.60±11.98 31.82±14.32
随挥结束D 17.19±3.91 16.42±4.05 ﹡ 21.25±7.96 23.91±9.79
再次还原a 16.74±4.55 17.87±9.15 ﹡ 22.90±6.86 24.11±3.05
在快攻中，左肩角为17o左右，左肘角为87o左右，在弧圈球技术中，左肩
的角度为22o～31o变化，左肘的角度在75o～83o左右变化。非持拍侧手臂的摆
动不仅是为了维持身体平衡，而且还起到协调发力的作用。
表 1－2－8 左肘关节角度（n=10） 单位：o
轻打
（M±SD）
重打
（M±SD）
轻拉
（M±SD）
重拉
（M±SD）
还原时刻 A 87.42±5.02 80.03±10.24 79.77±8.89 79.22±8.56
引拍结束B 87.13±6.04 81.53±7.66 78.33±9.15 83.86±2.37
击球时刻C 86.93±5.85 80.56±6.96 75.84±8.11 77.80±5.27
随挥结束D 87.22±5.27 79.06±10.94 76.93±9.41 80.16±9.59
再次还原a 86.88±5.64 79.96±11.46 81.18±7.08 78.33±7.31
2.2.2 上肢各关节的速度变化
图 1－2－7 显示，执拍侧，肩速最小，肘速次之，腕速第三， 手速第四，
动量依次传递，逐步积累，最终使末端的球拍获得最大的速度，并在到达速度
峰值瞬间前后击球。
经仔细分析 10 人的所有技术动作，发现上肢各关节最大速度在引拍阶段和
挥拍击球阶段出现的顺序没有定式，动作与动作之间，个体与个体之间差异较
大。
这一观点和以往前人关于此问题的分析结果不一样。柳天洋[30]、张辉[29]、
孟杰[34]等的先后研究均认为在引拍和挥拍击球过程中，上肢各关节的发力顺序
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44
遵循肩、肘、腕、拍的顺序，大关节带动小关节依次发力。乒乓球教科书上也
持有相同的观点。
图 1－2－7 上肢各关节及球拍速度图
运动生物力学原理告诉我们，在一些并不需要克服大阻力产生极大运动速
度动作中，可依据运动项目的特点，关节活动的顺序可以有多种配合方式，小
环节的运动对关节活动中也起到重要作用。乒乓球击球技术不是典型的上肢鞭
打动作，因为并不是所有技术都是追求球拍达到最大击球速度为目的的。提示
我们，小关节的力量也很重要，在发展乒乓球专项力量时不要忽略一些小关节
部位，力量发展要均衡。
在柳天洋、张辉的研究中，实验对象为 5 人，孟杰的样本量为2 人，而本
文是对10 名运动员的40 个技术动作分析后得到的结论。对此问题的一步进研
究，需扩大样本量，分不同运动等级、不同动作技术进行研究。
重打
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 50 100
时间
（ms）
速度(mm/s) A B C D a
轻拉
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 50 100 150 200
时间
（ms）
速度(mm/s)A B C D a
重拉
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
0 50 100 150 200
时间
（ms）
速度(mm/s)A B C D a
轻打
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 50 100
时间
（ms）
速度(mm/s)
A B C D a
右肩
右肘
右腕
左肩
左肘
左腕
球拍
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45
2.3 躯干和下肢的运动
2.3.1 躯干的运动
图 1－2－8 躯干转动角度
躯干扭转角描述了整个运动技术过程中躯干绕纵轴扭转的运动幅度。躯干
扭转角越大，说明躯干肌肉的拉伸程度越大，从而储存的弹性势能越大。躯干
连接着上肢和下肢，下肢蹬伸产生的动量通过躯干“传送带”传向上肢。躯干
动作的好坏决定着下肢动量的利用率。同时，躯干也是身体“弹簧”的一部分，
自身的转动也产生角动量向上传给上肢、再传给球拍，使球拍获得更大的动量
[34]。
从图 1－2－8 中可以看到，在整个击球过程中，身体有两次扭转。第一次
扭转是在引拍结束时刻最大，在击球附近达到最小，随后一次扭转是在随挥最
远端达到另外一个峰值。从表1－2－9 中可以看出，重拉时，躯干扭转程度最
大，轻打时的躯干扭转程度最小。统计结果表明，打和拉之间躯干扭转程度差
别明显，正手弧圈球技术大于正手快攻球；轻打（12o）和重打（22o）之间，
轻拉（25o）和重拉（27o）之间，差别也显著，分别为最大力量打或拉的躯干
轻拉
0
5
10
15
20
25
30
35
0 50 100 150 200
时间
（ms）
角度(度) A B C D a
轻打
0
2
4
6
8
10
12
14
0 50 100
时间
（ms）
角度(度) A B C D a
重打
0
5
10
15
20
25
30
0 50 100
时间
（ms）
角度(度) A B C D a
重拉
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 50 100 150 200
时间
（ms）
角度(度) A B C D a
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扭转角度大于中等力量的打或拉。
表 1－2－9 躯干扭转角度（n=10） 单位：o
轻打
（M±SD）
重打
（M±SD）
轻拉
（M±SD）
重拉
（M±SD）
还原时刻 A 8.17±3.21 11.55±5.91 12.54±4.13 14.04±5.80
引拍结束B 11.77±7.25 ﹟ 21.74±8.37 * 24.68±9.91 ﹠ 28.83±6.67
击球时刻C 8.46±8.96 13.78±6.33 19.35±9.71 22.47±10.67
随挥结束D 10.86±1.93 14.79±9.82 13.39±6.82 14.96±5.03
再次还原a 8.35±4.27 12.22±5.58 12.41±4.86 14.81±4.75
两次扭转的机制是不同的。第一次扭转，是身体主动向右扭转，第二次是
被动的扭转。在引拍阶段，左侧腹外斜肌和右侧腹内斜肌的收缩使运动员处于
躯干扭转姿势，这个姿势拉长了运动员对侧腹内、外斜肌。当躯干达到最大相
对扭转后，在右侧腹外斜肌和左侧腹内斜肌拉长后的弹性回缩和主动收缩两种
力量的作用下，躯干绕身体纵轴快速向左转动，并使右肩获得一定的向前运动
速度。第二次扭转是随势挥拍过程中身体随着向左扭转的惯性随挥向左扭转，
右侧腹外斜肌和左侧腹内斜肌的收缩和对侧肌肉的拉长就成为制动躯干扭转的
力量。
从文献中对肌肉拉长——缩短周期的研究可知，与无预先拉长的肌肉收缩
相比较，肌肉拉长离心收缩后紧接着的向心收缩能产生更大的肌张力，肌肉工
作的功与功率更大，这一现象可归因于肌肉先拉长后收缩使肌肉有更长的时间
发展力量以及牵张反射增加了肌肉的激活水平[42]。同时，肌肉与肌腱的弹性也
起到了一定的作用，肌肉拉长后，向心收缩的速度由于弹性元的回弹作用而增
加，由于肌肉与肌腱的弹性作用，在一定的收缩速度下，收缩元的收缩可以产
生更大的张力；或者在一定的张力下，收缩元的收缩速度增大。因此各项目躯
干扭转对肌肉的拉长将有利于增加后继躯干向前转动动作的力量和速度。
当肌肉维持紧张时，一部分弹性能将保留在肌腱和并联弹性元中，但也会
逐渐消耗。因此只有在肌肉积极拉伸后迅速地转换为向心收缩，被拉长的肌肉
所储存的弹性能仍未衰减时，弹性能的重新利用才有实质性的作用与意义。从
这个角度也可以说明引拍阶段的重要作用，所以不仅在于给击拍手让开空间击
球，而且为挥拍击球积蓄力量。
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第一部分乒乓球正手快攻、弧圈球技术的生物力学研究
1 研究方法
运用**摄像、**测力两个测试系统同时测量的运动学和动力学的实验
研究方法，对乒乓球正手快攻、弧圈球技术进行生物力学测试。
1. 1 测试对象
测试者情况为北京体育大学运动系 10 名优秀乒乓球运动员，均为横握拍弧
圈结合快攻打法，胶皮为反胶（表1－1－1）。
表 1－1－1 受试者基本情况
人数
年 龄
（岁）
性
别
训练年限
（年）
握法 执拍手
打 法
类型
身 高
（m）
体 重
（Kg）
运动等级
10 20±2 男 11±3 横握
右手（8 人）
左手（2 人）
弧快
1.77 ±
0.06
67±12
一级（8 人）
二级（2 人）
1. 2 实验仪器
（1） QUALISYS－MCU500 红外光点测试系统（6 个摄像头、红外光点、
数据采集系统、电脑等）
（2） KISTLER **测力系统（包括2 块**测力台：型号9281AA 和
9281AA、信号放大器、数据测试及分析软件及电脑等）
（3） 1 台Panasonic M9500 摄像机
（4） 乒乓球台、乒乓球拍和乒乓球
1.3 实验方法
具有 6 个摄像头的QUALISYS 运动学采集系统与KISTLER 测力台（两块
**测力台）系统，外加1 台Panasonic M9500 摄像机，同时对乒乓球正手快
攻、弧圈球技术进行生物力学测试。实验测试系统安置及测试现场见图1－1―
1，图1―1―2，在北京体育大学生物力学实验室进行实验。
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图 1－1－1 实验测试系统安置及测试现场示意图
图 1－1－2 实验现场图
NO.3 NO.2 NO.1
NO.4 NO.5 NO.6
测力台
摄像机
计算机
计算机
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1.3.1 运动学测试
应用瑞典产 QUALISYS-MCU500 红外远射测试系统（6 个镜头）对乒乓球
运动员正手快攻、弧圈球技术进行测试。拍摄频率为100 幅/ s，每次采集时间
为5 s。与传统的高速摄影（录像）与解析方法相比，红外光点测试系统省却了
人工进行逐帧、逐点解析的繁重工作，不但可以对测试结果进行快速反馈，而
且避免了人工判读测量点所产生的人为误差。
运用 1 台Panasonic M9500 录像机配合QUALISYS－MCU500 红外远射测
试系统同步拍摄。QUALISYS 系统虽然能够方便、快捷、准确地获得复杂运动
的**运动信息，但缺点是只能对红外光点进行拍摄，无法对真实人体及实物
运动信息进行采集（比如无法采集到乒乓球的运动）。故用一台录像机配合使
用，以获得更多的动作技术信息。拍摄频率为50 幅/s。
1.3.2 动力学测试
运用两块瑞士产 KISTLER **测力台对运动员击球过程中地面对人体的
地面支撑反作用力进行测试。每块测力台长0.6 m，宽0.4 m，面积为0.24 m2，
两块测力台中心的距离约为50 cm，测力台采集频率为1,000 HZ，每次采集时
间为5 s。两块测力台通过测力测试系统中的数据采集系统实现内同步。
1.4 实验过程
1.4.1 实验仪器调试
对 QUALISYS 6 个镜头的高度、俯仰角度和焦距进行调整，使坐标框架在
每个镜头中的位置处于中下部，且光点的大小合适。
然后对测试空间进行标定。标定时，实验人员在运动员技术动作可能会达
到的空间内不断晃动手中标定杆，以对测试空间进行标定。标定时间为10 s，
共1,000 个画面。系统自动计算6 个镜头的标定参数，并对是否通过标定进行
判定。
一台摄像机置于运动方向的右前方，距实验对象运动区域中心的距离约为
3 m，主光轴距地面的高度0.8 m，拍摄频率为50 幅/s，在拍摄之前调整摄像机
焦距并使之达到最清晰，然后锁定。
调整两块测力台的量程及精度，对三个方向上的力进行校正。设置采集频
率和每次采集时间。
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图 1－2－9 躯干扭转角速度图
躯干扭转速度可以衡量躯干扭转的效率。在肌肉的拉长——缩短周期中，
拉长幅度越大、缩短时间越短，肌肉输出功率越大。在整个运动过程中，作为
基础环节的躯干起带动作用，躯干的运动效果、运动速度和方向直接影响后继
上肢动作的质量与效果。
在击球时刻，转动的角速度都不大（图1－2－9）。根据动量的定义，更大
的躯干转动角速度会产生更大的角动量。在产生时间上，这些需要传递给上肢
的角动量，只有在击球时刻前产生并传递给上肢才能有效利用于上肢挥拍。这
说明在击球时刻前的挥拍过程，他们已经充分转动了躯干并将角动量上传给了
上肢。
2.3.2 下肢的运动
2.3.2.1 下肢各关节的角度变化
重打
0
5
10
15
20
25
30
0 50 100
时间
（ms）
转角速度(0/s)A B C D a
轻拉
0
5
10
15
20
25
30
35
0 50 100 150 200
时间
（ms）
转角速度(0/sA) B C D a
轻打
0
2
4
6
8
10
12
14
0 50 100
时间
（ms）
转角速度(0/s)A B C D a
重拉
-400
-300
-200
-100
0
100
200
0 50 100 150 200
时间
（ms）
转角速度(度A /s) B C D a
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图 1－2－10 下肢各关节角度
如图 1－2－10 所示，同一个技术的两种力量打法的曲线图的变化是相同的。
而打和拉之间是有所不同的。在轻打和重打中，右膝关节角度在引拍阶段是增
加到最大值，而后在挥拍击球和随势挥拍阶段降低，在随挥最远端，右膝关节
角度最小。而在轻拉和重拉方面则相反，是在引拍阶段先减小到最小值，然后
随势还原阶段再增加到最大值。其余角度的变化，两种技术相似，只是峰值谷
值大小的差异。
表 1－2－10 右髋关节角度（n=10） 单位：o
轻打
（M±SD）
重打
（M±SD）
轻拉
（M±SD）
重拉
（M±SD）
还原时刻 A 146.79±6.75 149.76±8.70 151.48±11.81 148.37±6.97
引拍结束B 143.89±4.94 140.69±9.19 * 128.34±10.95﹠ 105.88±7.38
击球时刻C 146.03±7.42 145.91±11.92* 140.07±9.88﹠ 129.06±3.42
随挥结束D 150.36±5.55 155.48±6.53 164.80±9.84 161.39±13.67
再次还原a 146.97±5.75 150.87±8.95 152.58±12.15 139.55±10.97
轻打
130
140
150
160
170
180
0 50 100
时间
（ms）
角度(度) A B C D a
重打
120
130
140
150
160
170
0 50 100
时间
（ms）
角度(度) A B C D a
轻拉
0
50
100
150
200
0 50 100 150 200
时间
（ms）
角度(度) A B C D a
重拉
0
50
100
150
200
0 50 100 150 200
时间
（ms）
角度(度) A B C D a
右髋角
右膝角
左髋角
左膝角
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表 1－2－11 右膝关节角度（n=10） 单位：o
轻打
（M±SD）
重打
（M±SD）
轻拉
（M±SD）
重拉
（M±SD）
还原时刻 A 153.89±6.51 151.44±7.63 151.73±3.40 151.75±3.56
引拍结束B 157.33±6.61 152.33±12.51 * 137.48±6.77﹠ 129.01±4.39
击球时刻C 158.71±5.29 153.25±9.86 * 140.07±4.88﹠ 132.96±9.22
随挥结束D 155.64±5.29 149.52±10.49 146.50±14.48 146.08±1.19
再次还原a 154.82±4.86 148.85±8.81 151.74±3.84 145.01±19.17
表 1－2－12 左髋关节角度（n=10） 单位：o
轻打
（M±SD）
重打
（M±SD）
轻拉
（M±SD）
重拉
（M±SD）
还原时刻 A 159.93±10.00 154.99±13.50 156.03±11.47 147.57±15.56
引拍结束B 154.49±10.82 145.56±10.18* 138.41±5.17 ﹠ 130.27±4.36
击球时刻C 157.74±7.36 148.58±7.65 142.90±8.35 139.58±9.04
随挥结束D 160.34±7.83 155.74±11.81 150.36±11.88 145.71±6.33
再次还原a 159.22±9.58 155.37±12.89 154.58±11.29 149.09±17.23
表 1－2－13 左膝关节角度（n=10） 单位：o
轻打
（M±SD）
重打
（M±SD）
轻拉
（M±SD）
重拉
（M±SD）
还原时刻 A 159.76±10.23 148.14±11.49 151.66±7.79 150.08±10.87
引拍结束B 153.53±14.10 141.94±10.55* 137.38±4.77 ﹠ 120.04±7.27
击球时刻C 155.99±12.61 144.45±9.04 * 123.83±8.85 123.53±9.01
随挥结束D 160.20±11.02 152.17±7.88 144.17±1.37 143.41±12.47
再次还原a 157.87±11.53 150.60±9.53 154.31±6.48 150.58±11.14
2.3.1.1.1 引拍阶段
引拍阶段，下肢主要是作屈曲下蹲动作，这是动作技术的重要组成部分，
为挥拍击球时的蹬伸作时间、空间、发力条件上的准备。引拍结束时刻下肢各
关节状态特征见表1－2－10 至表1－2－13。
从表 1－2－10 至表1－2－13 和图1－2－10 中可以看到，正手攻打技术在
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