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2.3.2.2   一局球中步法移动特征

                  表3－3－6       1 局中双脚移动的距离                             单位：cm

    球数             左脚移动距离                  右脚移动距离                 双脚共移动距离

      1                 58.40                  85.10                   143.50

      2                 38.20                  70.10                   108.30

      3                 62.20                  78.40                   140.60

      4                 43.40                  42.50                   85.90

      5                 10.20                  30.20                   40.40

      6                 48.10                  64.60                   112.70

      7                 49.10                  52.30                   101.40

      8                 45.60                  44.20                   89.80

      9                 82.50                  37.60                   120.10

      10                11.80                  19.90                   31.70

      11                53.00                  75.00                   128.00

      12                79.20                  83.80                   163.00

      13                54.50                  41.80                   96.30

      14                26.20                  55.70                   81.90

      15                84.80                  55.60                   140.40

      16                94.70                  69.90                   164.60

      17                10.50                  35.20                   45.70

      18                16.00                  37.70                   53.70

      19                48.20                  41.00                   89.20

      20                104.60                 90.80                   195.40

      21                39.10                  71.20                   110.30

      22                84.40                  75.70                   160.10

      23                23.90                  52.70                   76.60

      24                92.60                  106.10                  198.70

  每分平均                  52.55                 59.05 *                  111.60

   标准差                  28.38                  21.78                   46.01

   最大值                  104.60                106.10                   198.70

   最小值                  10.20                  19.90                   31.70

  1 局总计                1261.20                1417.10                 2678.30

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   注： * p<0.05, 代表经t 检验差异显著（下同）

     表3－3－6 详细列举了在第5 局中每一分左右脚移动的距离情况。在第5

局中，左脚共移动了12.61 m（1261.20 cm），右脚共移动了14.17 m（1417.10 cm），

左右脚共移动26.78   m        （2678.30   cm）。经T 检验，发现每一分中右脚移动的距

离59.05±21.78 cm，长于左脚的52.55±28.38 cm。右脚在一分中的最大最大距

离为106.10 cm，最小距离为19.90 cm，均大于右脚的最大距离104.60 cm，和

最小距离10.20 cm，左右脚在一分中平均移动1.12 m(111.60 cm)。

2.3.2.3  一场球步法移动特征

                 表3－3－7      1 场中双脚移动的距离                   单位：m

 局数         左脚移动距离               右脚移动距离              双脚共移动距离

第1 局             9.35                 11.12              20.47

第2 局             10.50                12.44              22.94

第3 局             13.75                14.62              28.37

第4 局             7.12                 9.86               16.98

第5 局             12.61                14.17              26.78

 总计              53.33                62.20               115.54

 均数              10.67               12.44 *             23.11

标准差              2.63                 2.01                 4.63

最大值              13.75                14.62              28.37

最小值              7.12                 9.86               16.98

     经研究发现，在一场比赛中，该名运动员左右脚共移动了115.54 m，其中

左脚移动了53.33 m，右脚移动了62.20 m，在一局比赛中，运动员移动的平均

总距离为23.11 ±4.6 3m。经t 检验，每局右脚的移动距离（12.44±2.01 m）大

于左脚（10.67±2.63 m）在一局中的移动距离，差异显著。

2.3.3  步法的步幅

2.3.3.1 步幅的大小

     对一场比赛中所有的步法的步幅（左脚730 次，右脚707 次）进行了分析

与统计，见表3－3－8。两脚共移动了1437 次，每一步平均移动8.02±7.28 cm。

右脚一步最大的距离是59.40 cm，而左脚最大一步的步幅是53.00 cm。左右脚

的最小步幅为0，说明腾空以后又几乎在原地落下。右脚一步的步幅是8.80±

                                      72

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7.61cm，左脚一步是7.31±7.00 cm，右脚的步幅明显大于左脚的步幅，经检验，

p<0.05，差异显著。

                   表3－3－8     一场比赛中每一步步幅的统计

                                  左脚         右脚       两脚合并

             移动次数（次）                730       707        1437

             最小值（cm）                0.00      0.00        0

             最大值（cm）               53.00     59.40      59.40

             均值（cm）                 7.31     8.80 *      8.02

             标准差（cm）                7.00      7.61       7.28

2.3.3.2 步幅的频率分布

                 表3－3－9      一场比赛中步法的步幅分布频率表

                                左脚                         右脚

                         次数         频率（％）           次数         频率（％）

    5cm 以内的次数              344          47.15         251          35.52

    5～10 cm 的次数            185          21.17         221          31.19

    10～20cm 的次数            155          25.40         170          24.03

    20cm 以上的次数             46           6.28          64           9.25

        6.28%                                          9.25%

21.17%                               5cm以内                              35.52%
                                               24.03%
                       47.15%        5～10cm
                                     10～20cm
                                     20cm以上

   25.40%
                                                           31.19%
                    左脚                                         右脚

                       图3－3－2    乒乓球步幅分布频率图

     对步幅的大小分布，进行了统计，见表3－3－9 和图3－3－2。按5 cm 以

内、5～10   cm，10～20   cm 和20   cm 以上进行分类统计。可以明显地看到，无

论左脚和右脚，5 cm 以内的小步法最多，分别占25.40%和31.19%。20 cm 以上

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的步幅占了很小的比例，左脚只有6.28%，右脚为9.25%。也就是说，在乒乓

球的步法移动中，以步幅为20 cm 以内的步法为主，5 cm 以内的小碎步占了很

大比例，左脚的小碎步比例大于右脚的小碎步比例。

2.3.4  小结

     比赛中该运动员乒乓球步法的空间特征表现为：该运动员步法移动的范围

         2
为8.04 m  ；一场比赛中运动员移动的总距离为115.54 m；在一局比赛中运动员

移动的总距离23.11 ±4.63 m；每一步平均移动的距离是8.02±7.28 cm；步法移

动中最远一步的移动距离为59.40 cm。

    步法范围呈不对称分布，大部分分布在中远台偏左的地方；在一局比赛、

一分比赛及每一步中，右脚的移动距离均大于左脚的移动距离；乒乓球的步法

移动以20 cm 以内的步幅为主，左脚以小碎步移动更多。

2.4  比赛中步法的时空特征

2.4.1 移动频率

               表3－3－10      一场比赛中步法移动频率表                          单位：次/s

                左脚腾空频率          右脚腾空频率          双脚腾空频率           总腾空频率

    第1 局             0.94            0.89            0.14            1.69

    第2 局             0.91            0.84            0.16            1.58

    第3 局             0.84            0.82            0.09            1.56

    第4 局             0.92            0.94            0.23            1.62

    第5 局             0.88            0.87            0.21            1.54

    一场平均             0.89            0.86            0.16            1.59

     标准差             0.04            0.04            0.05            0.05

    在乒乓球比赛中，无论是左、右脚单脚，或是双脚，每腾空一次，可以看

作是一次步法移动。由于左脚腾空和右脚腾空中包含了双脚同时腾空的情况，

所以，总腾空频率等于左脚腾空频率和右脚腾空频率之和减去双脚腾空频率。

从表3－3－10，可以得出，在一场中左脚的腾空频率为0.89±0.04 次/s，右脚

为0.86± 0.04  次/s,双脚腾空频率为0.16± 0.05  次/s，总的腾空频率为1.59±

0.04 次/s 。

    从以上分析可以看出，乒乓球运动员在比赛中步法移动的频率特点为移动

                                       74

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的频率很高，2 s 要移动3 次，其中多为左右脚的单脚移动，而双脚同时移动的

频率比较低。

2.4.2 移动速度

                    表3－3－11  步法移动速度表                   单位： m/s

                              左脚            右脚          两脚合并

            次数（次）               730          707          1437

              最小值              0.00          0.00          0.00

              最大值              2.32          2.80          2.80

              平均值              0.30         0.40 **        0.34

              标准差              0.28          0.36          0.31

         速度                                     速度
        （m/s）                                  （m/s）
    2.50                                  3.00
    2.00                                  2.50
    1.50                                  2.00
                                          1.50
    1.00
                                          1.00
    0.50
                                          0.50
    0.00                                                                    次数
                                          0.00
         1  101 201 301 401 501 601 701
                                                1  101 201 301 401 501 601 701
                                  次数
                   左脚                                       右脚

                     图3－3－3     步法移动速度分布示意图

    对乒乓球比赛中每一步移动的速度进行了分析，见表3－3－11 和图3－3

－3。这个移动速度指的是每一步在地面上移动的平均速度。左、右脚单脚移动

的最小速度为0         ，因为有的小碎步是腾空之后又几乎落在了原地。左脚的最大

移动速度为2.32 m/s，右脚为2.80 m/s。右脚的移动速度（0.40±0.36 m/s）大于

左脚水平移动速度（0.30±0.28 m/s），经检验，p<0.01，差异显著。单步的总平

均速度为（0.34±0.31 m/s）

    通过以上分析，可以得出乒乓球运动员在比赛中步法移动的特点是移动较

小，右脚的移动速度大于左脚的移动速度。

2.4.3 小结

    乒乓球步法的速度特征为以1.59±0.04 次/s  的高频率移动，移动速度较小

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为0.34±0.31 m/s，右脚的移动速度大于左脚的移动速度。

2.5 乒乓球步法运动学特征总结

     通过上述对乒乓球比赛中运动员步法移动的时间特征、空间特征和时空特

征的结果与分析，可以对乒乓球运动员步法移动的总体运动学特征概括为：运
动员在偏左台的8.04   m2  的区域里，以1.59±0.04 次/s  的高频率，每步以8.02

±7.28 cm 的小步幅进行步法移动；在比赛中，运动员有大约一半的时间处于移

动状态，乒乓球步法的移动中以单脚的移动为主，以双脚的同时移动为辅；运

动员在一场比赛中共进行了1437 次移动，移动距离为115.54 m；右脚的每步移

动距离、每局移动距离大于左脚。

3 对乒乓球步法研究的讨论

3.1  对乒乓球步法特征的讨论

     按教科书上对乒乓球步法技术的分类共有七种类型：单步、跨步、并步、

交叉步、小碎步和小跳步技术。从本论文对乒乓球步法的研究中可以看到，在

比赛中运用小范围碎步技术更多，大范围的步法移动，如跨步、交叉步技术运

用得较少。

     当以右手为执拍手时，可以把身体的左方看作是闭合区，身体的右方看作

是开放区。由于右手击球和身体解剖结构的缘故，移动时左脚以小碎步移动，

配合右脚的移动，将身体调整到合适位置，让开右手位，为上肢合理击球保证

适当的空间。从本论文的数据分析中可以看到右脚移动次数与左脚移动次数几

乎相同（且略少），但步幅和总移动距离均大于左脚，本论文的研究从定量角

度揭示和验证了乒乓球步法的这一特点。

     乒乓球步法的这种高频率、短时间小步法的移动特点，保证了运动员重心

的稳定，避免重心大幅度的上下起伏，为运动员在快速移动中保证高质量的击

球提供了稳定的身体支撑。同时也为运动员快速启动、快速制动提供了保障，

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，于是体现在步法上就是快速对上次步法进行制动，同时准备快速向来

球方向移动。

3.2 对乒乓球步法训练和体能训练的启示

     本实验运用新研制的用于乒乓球专项的乒乓球步法测试垫，对比赛中乒乓

球运动员的步法进行了测试，对乒乓球步法的定量研究作出了一些尝试。本文

                                       76

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还没有完全，原网页看到一半就一直是“加载中”。

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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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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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，三维测力台，肌电仪，足底压力鞋垫等。

    三维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

                                      19

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                                                         北京体育大学博士学位论文

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

                                      20

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                                                         北京体育大学博士学位论文

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。

                                      21

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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

                                                        [21]
     一些学者对不同技术间的运动时进行了对比，如郭铮  （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。

                                                                   [23]
     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 （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

                                  [24]
术的发展起了很大的意义。藤守刚  （1991）从解剖学、生物力学角度试图探

                                                     [25]
讨直拍反手正面拉弧圈球技术的可行性。尹霄（1992） 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

                                      12

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                                                          北京体育大学博士学位论文

           [26]
述。程存德  （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。

           [27]
     吴焕群  （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三维计算比较分析。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。

              [19]
     董树英等 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。

                        [29]
     北京体育大学张辉  （1995）采用三维高速录像分析法，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

                                       13

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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。

                    [31]
     陈洁等（2001） 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。

                                      14

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                       [34]
     北京体育大学孟杰  （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。运用三维录像分析方法，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。

                                      15

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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

                                      [39]
     在步法移动问题的研究上，吴修文  （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。

                                                    [39]
     在乒乓球步法移动范围的研究方面，王家正等人  （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。

                          [39]
     日本Nobuo Yuza 等人 （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

  2       2       2        2
m  、2.1 m  、2.3 m  和6.6 m  。
     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

                                      16

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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

         [7] [8]           [11]
进行分析  ，乒乓球教材 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

                                       [9]
     日本蝴蝶器材公司研究部山岗树村 （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753 μs；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714 μs；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

                                       7

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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

                                                           [5]
     乒乓球围绕自身轴的自转，就是乒乓球的旋转。张惠钦 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

                                       8

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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。对于在三维空间

           [16]
中，徐庆和  （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]                             [8]
                                                         。董树英 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

                                      9

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                                                         北京体育大学博士学位论文

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。

                      [9]
     吴焕群、张晓蓬等 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。

                                      10

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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。

                                      11

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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

    运用三维摄像、三维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

      年 龄 性  训练年限                              打法 身 高 体 重
人数                         握法 执拍手                                   运动等级
       （岁） 别       （年）                         类型  （m）  （Kg ）

                                 右手（8 人）             1.77 ±         一级（8 人）
10     20±2   男   11 ±3    横握                  弧快           67±12
                                 左手（2 人）             0.06           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  三维测力系统（包括2  块三维测力台：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

三维测力台）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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NO.4                                 NO.5                                 NO.6

          计算机

                                                                   计算机

                            测力台

                                                    摄像机

   NO.3                            NO.2                                   NO.1

                  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

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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

的三维运动信息，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              三维测力台对运动员击球过程中地面对人体的

                                                                           2
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 m  ，

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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1.4.2 贴标志点

                       表1－1－2      标志点名称及固定位置

              名称           位     置

              左、右肩         肱骨大结节最向外突出的部位

              左、右肘         肱骨外上髁

              左、右腕         桡骨茎突外下缘

              左、右髋         大转子最高点

              左、右膝         胫骨外侧髁

              左、右踝         外踝最高处

              左、右足跟 足跟最远处

              左、右足尖 脚大拇趾最前端

              球拍           球拍背面中心位置

     测试运动员穿紧身衣，充分的准备活动后在其身体关节部位及球拍上贴置

反射标志点，共17 个标志点。为减少误差，所有运动员标志点的设置均由一人

完成。固定位置如图1－1－1 及表1－1－2 所示。

    受试运动员中有两人为左手执拍，为了研究方便，在计算时将这些左手执

拍运动员的左侧关节作为右侧关节处理，右侧关节作为左侧关节处理。由于选

用的人体模型是对称的，这样的处理对结果无影响的。

1.4.3 动作技术测试

     测试运动员站在测力台上，使两只脚分别站在每块测力台的中央，要求保
证两脚始终分别在面积为0.24 m2  的测力台区域里运动的前提下，自然地完成

技术动作。运动员依次完成两种技术四组动作的测试。两种技术为正手近台快

攻和正手弧圈球技术。每种技术用两种发力方式击球，一为用最大力量，二为

中等力量，要求运动员控制好击球力量。每组动作的测试方法为运动员一直进

行多球练习，由实验员判断当技术动作比较稳定时，开始采集，各个测试系统

同时采集5 s 后停止，然后保存文件，准备下一组动作的测试。测试应得到至

少3 次动作技术质量较高，且两个测试系统数据都完整的动作。

      （1）正手快攻技术测试：陪练发多球，进行正手位斜线近台快攻练习。

      （2）正手弧圈球技术测试：陪练发多球，进行正手位斜线弧圈球练习。

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