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                                                        北京体育大学博士学位论文

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。

    速度(mm/s)A    B    C  D  a             速度(mm/s)A      B  C D   a

    6000                                  12000
    5000                                  10000
    4000                                   8000
    3000                                   6000
    2000                                   4000
    1000                                   2000
                                   时间                                     时间
       0                           （ms）       0                           （ms）
         0       50       100                   0       50      100
                     轻打                                    重打

    速度(mm/s)A     B  C  D   a             速度(mm/s)A      B  C  D  a
    12000                                 16000
    10000                                 14000
                                          12000
     8000
                                          10000
     6000                                  8000
     4000                                  6000
                                           4000
     2000
                                   时间      2000                           时间
       0                           （ms）       0                           （ms）
         0    50   100  150  200                0   50   100  150  200
                     轻拉                                    重拉
                                     右肩
                                      右肘
                                      右腕

                                      左肩

                                     左肘

                                     左腕

                                     球拍

                      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。

                                     44

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2.3 躯干和下肢的运动

2.3.1 躯干的运动

   角度(度)  A     B    C  D  a
  14                                      角度(度)  A      B  C  D   a
                                         30
  12
  10                                     25
   8                                     20
   6                                     15
   4
                                         10
   2                              时间      5
   0                              （ms）                                    时间
     0         50       100               0                              （ms）
                    轻打                      0        50       100
                                                           重打

    角度(度)  A       B  C D    a            角度(度)  A      B  C  D  a
    35                                   40
    30                                   35
    25                                   30
                                         25
    20
                                         20
    15
                                         15
    10
                                         10
     5                              时间  5                                 时间
     0                              （ms） 0                               （ms）
       0    50    100   150  200            0    50    100  150   200
                     轻拉                                    重拉

                            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

                                      45

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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              重打             轻拉             重拉

               （M ±SD）        （M ±SD）         （M ±SD）        （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。

                                       46

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        0                                             0/s)     B  C  D   a
                                              转角速度(     A
转角速度(/s)
           A    B     C  D  a
                                              30
 14
 12                                           25
 10                                           20
  8                                           15
  6
                                              10
  4
                                               5
  2                                                                              时间
                                    时间
  0                                 （ms）       0                                 （ms）
                                                  0         50        100
    0         50         100
                                                                 重打
                    轻打

            0
    转角速度(/s)         B  C  D   a             转角速度(度/s)       B  C  D   a
              A                                       A
     35                                      200
     30
                                             100
     25
                                               0
     20
                                                 0     50   100   150   200
     15                                     -100
     10
                                            -200
      5                                时间                                       时间
      0                                （ms）-300                                 （ms）

        0     50    100   150   200         -400
                        轻拉                                      重拉

                              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

                                           47

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                                                       北京体育大学博士学位论文

   角度(度)  A    B     C  D a                角度(度)  A      B  C D   a
  180                                     170

  170                                     160

  160                                     150

  150                                     140

  140                                     130
                                  时间                                      时间
  130                             （ms）    120                             （ms）
      0        50       100                   0       50       100
                   轻打                                      重打

    角度(度)  A      B  C  D   a              角度(度)  A      B  C  D  a
    200                                   200

    150                                   150

    100                                   100

     50                                    50
                                   时间                                     时间
      0                            （ms）     0                             （ms）
       0     50   100  150   200              0    50   100  150   200
                     轻拉                                    重拉
                                          右髋角
                                          右膝角
                                           左髋角

                                          左膝角

                         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             重打              轻拉             重拉

                 （M ±SD）        （M ±SD）         （M ±SD）        （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

                                     48

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                     表1－2－11 右膝关节角度（n=10 ）                     单位：o

                   轻打              重打              轻拉              重拉

                 （M ±SD）         （M ±SD）         （M ±SD）         （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              重打              轻拉              重拉

                 （M ±SD）         （M ±SD）         （M ±SD）         （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              重打              轻拉              重拉

                 （M ±SD）         （M ±SD）         （M ±SD）         （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

                                       49

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                                                         北京体育大学博士学位论文

两种发力时，右膝关节角度不是减小而是增大，轻打时从153o增大到157o，重

打时从151o增加到152o。同时，在这一阶段右髋关节角度在轻打和重打中分别

下降了3o和9o，左髋关节的角度分别下降了5o和9o。而左侧的膝关节在轻打

中下降了6o，在重打中减小了9o。说明正手快攻动作的屈曲下蹲是通过两侧髋

关节和对侧膝关节的屈曲完成的。

     在弧圈球技术技术中，运动员下肢显示出明显的屈曲下蹲动作，两侧髋、

膝关节角度明显减小。引拍结束时刻重拉的四个关节角度均小于正手快攻的角

度，而且重拉的四个关节角度均小于轻拉的四个关节角度值。最大力量弧圈球

技术的球拍速度比其他三种击球大，说明屈曲的程度大小与最后球拍的速度有

关。在最大力量弧圈球技术时，右髋关节角度由148o减小至106o，降低了42o；

右膝关节由151o降低到129o，降低了22o；左髋关节角度由147o降低到130o，

降低了17o；左膝关节由150o减小到120o，减小了30o。可以看到重拉时，持

拍同侧的膝角和髋角下蹲得幅度更大。

     身体屈膝下蹲，向后引拍时，膝关节屈曲太大和太小都不能产生有效的蹬

地力量。膝关节屈曲过大，会给伸膝肌过大负荷，影响伸膝速度及与身体其他

环节的配合。而屈膝过小，又不能充分拉长伸膝肌，不能使伸膝肌获得较大的

弹性势能，从而影响伸膝力量，因而也影响身体的向前向上的速度。由于运动

员身体素质不同，不同运动员可能有自己最适合的膝关节屈曲角度和身体下蹲

深度。在弧圈球技术时，在运动员腿部力量允许的情况下，可以适当增加膝关

节的下蹲深度。

2.3.1.1.2 挥击阶段

     在这一阶段里，膝关节做快速的蹬伸动作，这是整个人体环节链系统动量

传递的开始。持拍侧（右）下肢的蹬伸产生的动量向上传递到上肢，再传给球

拍，使球拍能够具有更大的动量与球发生碰撞。

     要使下肢产生更多的动量向上传递，需要在蹬伸中获得更大的动能和速度。

根据做功的原理推导，蹬伸幅度和蹬伸时间是衡量蹬伸质量的指标。较大的蹬

伸幅度和较短的蹬伸时间能够产生更大动量。下肢蹬伸动作及其能力，是确保

技术动作质量的重要指标之一。

     在整个蹬伸击球动作中，4 个关节角度，除了正手快攻时膝关节角度是下

降的之外，其余情况下均是增加的趋势。其中在弧圈球技术中，右髋关节的角

度增加的幅度更为明显，但整个过程增加的速度还是比较平稳的，从而保证整

个身体的重心的平稳移动和处于挥拍动作的最佳状态。

                                      50

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动的运动学特征进行描述与分析。当进行1 分球详细分析时，以第4 局第1 分

为例；当进行一局球具体分析时，以第4 局或第5 局为例。

     对具体一分球步法特征的描述，可以从微观对每一次脚步移动进行详细的

描述；当选取一局球时，是将一分球作为一个最小单位对步法特征进行描述的；

选取一场球时，是以一局球为单位，从较为宏观的角度对步法特征进行分析与

描述的。

     第4 局第1 个球基本情况为，测试对象发球，共进行了3 个回合，净时间

为11.22 s，测试对象输。净时间是指从运动员准备发球到这一分比赛结束为止

的时间，排除了比赛中拣球和休息的时间。

     第4 局总比分为11：5，共有16 分球，测试对象胜，净用时共2 min。第5

局比分为13:11，共有24 个球，测试对象胜，净用时共2.97 min。

2.2  比赛中运动员步法的时相特征

     在乒乓球比赛中，运动员的双脚与地面的关系有四种状态：左脚单脚支撑

 （同时右脚腾空）、右脚单脚支撑（同时左脚腾空）、双脚支撑和双脚腾空。对

于一侧脚而言，该侧脚与地面的关系有两种状态：该侧脚支撑或该侧脚腾空。

每次腾空视为一次步法移动。

2.2.1  一分球中步法的时相特征

                    表3－3－2     第4 局第1 分球的时相参数表

                    左脚        左脚        右脚         右脚        双脚         双脚

                    支撑        腾空        支撑         腾空        支撑         腾空

      次数              11        10         8         8         13         4

  时相最小值(s)           0.04      0.16       0.18      0.12         0.08      0.10

  时相最大值(s)           1.94      0.40       3.24      0.44         1.38      0.12

  时相平均值(s)           0.70      0.29       0.96      0.27         0.44      0.11

  时相标准差(s)           0.56      0.09       1.14      0.11         0.46      0.01

     总计(s)           8.50      2.72       8.62      2.60         5.68      0.44

   时相百分比           75.76%     24.00%    76.83%     22.08%    50.62%     3.92%

    测试结果显示了单脚时相的特征（见表3－3－2）。在用时11.22 s 的一分球

中，左脚腾空了10 次，右脚腾空了8 次。左脚在一分球的24.00%的时间（2.72

s）内处于腾空状态，右脚在一分球的23.00 %的时间（2.60 s）内处于腾空状态，

其余时间为该侧脚的支撑时间。每次平均腾空时间为：左脚2.72 s,右脚2.60 s。

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其中右脚腾空的最长时间为0.44 s,左脚为0.40 s。最短时间分别为：左脚0.16 s，

右脚0.12 s。

      在一分球比赛中，双脚腾空次数为4 次，双脚支撑次数为13 次。在一分比

赛中有一半左右的时间双脚处于双支撑状态，而其余一半时间双脚处于非双支

撑状态，双脚的腾空状态有三种，双脚腾空、左脚腾空和右脚腾空，一侧脚腾

空的同时另一侧脚处于单支撑状态。其中双脚腾空的时间仅占一分时间的3.92

%，平均每次为0.11 s，在其他44.08 %时间内,处于单脚腾空状态（其中，右脚

24   ％，左脚22.08 % ）。

2.2.2 一局中步法的时相特征

                             表3－3－3        第5 局步法的时相参数表

             1 分球 双脚腾 左脚支 左脚腾 左脚腾 右脚支 右脚腾 右脚腾

  球数          时间  空次数 撑时间 空次数 空时间 撑时间 空次数 空时间

               （s）       （次）  （s）               （次）  （s）               （s）        （次）  （s）

    1          9.46         1        7.62         7         1.84       7.66         8         2.10

    2          7.62         2        5.96         8         1.66       5.92         8         1.64

    3          6.84         1        4.70         7         2.14       5.34         8         1.96

    4          8.30         1        6.44         6         1.86       6.66         6         1.84

    5          5.70         0        5.26         2         0.44       4.62         4         0.84

    6          6.98         3        4.80         8         2.18       5.78         8         1.60

    7          6.46         0        4.78         6         1.68       4.70         5         1.86

    8          4.90         2        3.58         4         1.32       3.78         6         1.44

    9          9.32         0        7.12         8         2.20       7.34         6         1.48

    10         6.44         0        5.58         5         0.86       5.78         4         0.72

    11         6.42         3        4.62         6         1.80       4.86         7         1.74

    12         8.30         5        5.68         8         2.62       6.28         9         2.12

    13         5.34         1        4.10         6         1.24       4.36         4         1.04

    14         5.82         1        4.86         4         0.96       5.12         5         0.96

    15         6.80         2        4.94         7         1.86       5.36         9         1.66

    16         7.76         2        5.58         7         2.18       5.56         8         1.64

    17         9.20         0        8.22         6         0.98       8.12         5         1.12

    18         8.82         0        7.56         6         1.26       8.18         4         0.84

    19         7.00         2        5.02         7         1.98       5.98         5         1.14

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第三部分 对步法垫测试系统的验证及测试结果分析

1 研究方法

1.1 测试对象

    本次实验为对乒乓球步法的初步研究，该步法测试系统在硬件测试和软件

分析上还有许多不成熟的地方，数据后期分析的工作量很大。故此次选取的测

试对象人数为1 名运动员和1 名陪练，系北京体育大学运动系优秀乒乓球运动

员。（表3－1－1）。

                      表3－1－1     测试者与陪练基本情况

           性别     年龄      训练       身高      体重      运动      执拍  球拍 打法类

                  （岁） 年限           （m）  （Kg ）  等级           手     类型      型

  测试者       男       19      12      1.76    65     一级      右手  横拍  弧快

   陪练       男       23      15      1.83    98     一级      右手  直拍  弧快

1.2 实验仪器

    （1）乒乓球步法垫测试系统（包括乒乓球步法垫、信号反射器、信号接收

器、数据采集与分析软件等）

    （2）一台Panasonic M9500 录像机

    （3）外同步装置

    （4 ）乒乓球台、乒乓球拍和乒乓球

1.3 实验方法

     应用与中科院合肥智能机械所合作研制开发的乒乓球步法垫测试系统，同

时与录像同步测试，对运动员在一场比赛中的步法移动特征进行研究。在北京

体育大学生物力学实验大厅进行。

    摄像机置于运动方向的右前侧方，与实验对象运动区域中心的距离约为10

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。

     乒乓球步法垫测试频率为50 Hz，置于球台前的地板上，表面铺上一层乒

乓球比赛专用地板胶。

     乒乓球步法测试垫和摄像机之间用外同步装置（发光二极管）相连，由步

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法测试垫数据采集系统开关的同时，来控制外同步装置中发光二极管的亮与灭，

以此从录像的画面上找到与步法垫测试同步的时刻，从而达到两个测试系统的

外同步。

1.4  实验过程

     进行了一场5 局3 胜制（比分为3：2，测试者胜）的比赛。基本按平时正

常比赛进行。只是双方运动员在每局结束以后无需换边，以保证受试者一直站

在步法测试垫上。在受试者在每一分球前准备发球或准备接球时，开始采集数

据，待一分球结束时，停止采集。

1.5  数据分析与处理

     利用乒乓球步法垫中的数据分析模块获取原始数据，采集时间13.64 min，

共获取了整场比赛中双脚步法移动的各6 万余个数据点，对两只脚的所有数据

进行了分析与处理。后期运用 Microsoft                    office  Access2003 、Microsoft  office

Excel2003 进行数据处理与统计分析。

2 乒乓球步法的测试结果与分析

2.1 对比赛的描述

     整场比赛共打满5 局。比分为3：2，测试对象胜。整场比赛中测试对象始

终在步法测试垫上。经赛后询问，与平常打球时的地面感觉相似，步法测试垫

未影响运动员的正常打球。每局比分、擦网球数、及采集球数见表3－3－1。

本论文对全部102 分球（包括8 个擦网发球）中的所有步法进行了分析与统计。

                         表3－3－1     整场比赛基本情况

                               比分            发球擦网         共采集
                局数
                             （测：陪）          次数（个） 球数（个）

                  1              8:11            1           20

                 2              8:11             5           24

                  3             11:5             2           18

                 4              11:5             0           16

                  5             13:11            0           24

             一场球共计                              8           102

     以下行文中按一分球、一局球和一场球，从微观到宏观对比赛中的步法移

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