[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

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
北京体育大学博士学位论文
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。
北京体育大学博士学位论文

25
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。
北京体育大学博士学位论文
26
1.5 数据处理
QUALISYS 采集系统对10 个人的两种技术的4 组动作进行了采集，每次采
集5 s，每个画面有17 个标志点，采集频率是100 幅/s，共获取标志点坐标原始
数据340,000 个，再对这些点坐标处理计算获得分析所需的速度、角度、角速
度等数据。
从录像上共获取 10 个人的4 组动作，共40 个动作技术录像，找出了每个
动作技术的击球时刻。
从测力台上获得 40 组技术动作在运动员在完成击球动作过程中地面对人体
在左右、前后、上下3 个方向上的支撑反作用力，采集频率是1,000 次/ s，采
集时间为5 s，即获取原始数据600,000 个。
3 个测试系统的数据是同步获取的，将3 个测试系统的数据进行了综合分析
与处理。
1.5.1 运动学参量的计算与处理
应用 QUALISYS 运动分析系统中的QTrc 软件获得各标志点的空间**坐
标。
应用 Excel、Origin 等软件对原始**坐标数据进行平滑与计算，得到用于
分析的运动学数据。数据平滑采用低通滤波方法，截断频率为8 Hz。
（1）击球时刻的判断
击球时刻是研究乒乓球击球动作的重要标志点，但由于QUALISYS 测试系
统的限制，不能在球上设置反光标志物，因此通过红外光点测试不能判断球拍
击球瞬间。这一问题可以通过我们对测试全过程拍摄的摄像机来解决。由于摄
像机和QUALISYS 是同步测试的，所以可以从录像上确定的击球时刻来推算出
由QUALISYS 采集动作技术中的击球时刻。运用视讯运动解析系统对所拍摄的
技术动作进行截取与逐场分析。由于红外光点测试频率为100 场/ s，拍摄频率
为50 场/ s（一帧分两场），因此确定出手瞬间画面的误差应小于0.02 s。
（2）关节角度的定义
由于人体在运动中，肩关节、肘关节、髋关节和膝关节等大关节都在做三
维空间复合运动。本实验参考国内外的有关文献资料，根据乒乓球运动中各关
节的运动特点和运动生物力学和运动解剖学的有关内容以及本文研究的方便，
本文选用空间角度来描述各个关节在空间的运动和位置，对本实验研究中所涉
及的相关的角度概念进行了如下定义（见定义及图1－1－3）。
肩关节角：同侧肩关节标志点与同侧肘关节标志点连线，和同侧肩关节标
北京体育大学博士学位论文
27
志点与同侧髋关节标志点连线之间的夹角。
肘关节角：同侧肘关节标志点与同侧肩关节标志点连线，和同侧肘关节标
志点与同侧腕关节标志点连线之间的夹角。
髋关节角：同侧髋关节标志点与同侧膝关节标志点的连线，和同侧髋关节
标志点与同侧肩关节标志点连线的夹角。
膝关节角：同侧髋关节标志点与同侧膝关节标志点的连线，和同侧膝关节
标志点同侧踝关节标志点连线的夹角。
转角：两侧肩关节标志点的连线与两侧髋关节标志点连线的夹角。
图 1－1－3 关节角度定义图
1.5.2 动力学参量的计算与处理
运用 KISTLER 数据分析软件对原始数据进行处理，后用Microsoft Excel
软件进行分析和处理。
1.5.3 动作阶段的选取
在每组技术动作 5 s 中的采集数据中，结合运动学数据和测力台数据，选取
运动学数据间断最少的一个动作周期进行分析。运动学数据间断部分由QTrc
软件应用插值方法进行自动补充。
测力台的采集频率是 1,000 次/ s，QUALISYS 测试系统采集频率为100 场/ s，
所以在选取动作阶段时，两个测试系统的误差小于0.01 s。
髋
肩
膝
腕
肘
肘角
膝角
髋角
踝
肩角
转角
髋
髋
肩
肩
北京体育大学博士学位论文

28
1.5.4 统计方法
对数据的统计分析以及表格、曲线图的处理是运用 Microsoft Excel 和
Origin 软件进行处理的。采用的统计学方法主要是独立样本T 检验。
北京体育大学博士学位论文
29
2 对乒乓球正手快攻、弧圈球技术的测试结果与分析
2.1 动作阶段划分及研究范围的确定
2.1.1 动作阶段划分
动作阶段划分图
1 51 101 151 201 251 301 351 401 451
时间
球拍速度
1 501 1001 1501 2001 2501 3001 3501 4001 4501
地面支撑反作用力
Fz2
Fy2
Fx2
图 1－2－1 动作阶段划分示意图
注：（1）特征画面和判断依据。An（n=1,2,3）点为还原时刻，判断依据为此时右脚在
左右、前后方向上的地面支撑反作用力接近为0；Bn 点为引拍结束时刻，判断依据为此时
球拍的速度在极小值；Cn 点为击球时刻，判断依据为此时在录像上显示球拍与球接触；
Dn 点为随挥结束时刻，判断依据为此时球拍速度在极小值；An+1 点为再次还原时刻，判
断依据为此时右脚在左右、前后方向上的地面支撑反作用力再次接近为0。
（2）动作阶段。An—Bn 段为引拍阶段；Bn－Cn 段为挥击阶段；Cn—Dn 段为随挥阶
段；Dn—A n+1 段为还原阶段。
当发多球进行原地定点乒乓球基本击球技术练习时，连续击球动作可以看
A B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3
北京体育大学博士学位论文
30
作是周期性的运动。一个乒乓球击球动作是一个较为复杂的过程，为了便于分
析，根据动作的任务和性质，可以将一次复杂完整的击球动作的整个过程划分
为不同的阶段。相互区分不同的阶段，有利于对完整的动作进行分析和研究。
在不同动作阶段的临界点，为击球技术的特征画面。
本实验中，在 5 s 的采集时间内，对优秀运动员原地定点击球技术进行测
试，由于优秀运动员的击球动作已形成动力定型，每次击球过程基本相同，所
以，所有的参数均显示出明显的和稳定的周期性变化。如图1－2－1 所示，球
拍的速度变化和地面对人体的支撑反作用力显示出规律性变化。由于本次实验
是原地击球，因此没有考虑步法移动与选位对动作阶段划分的影响。一个原地
击球技术动作周期结构，包括5 个特征画面和4 个动作阶段。An、Bn、Cn、
Dn、An+1?均为特征画面。An—An+1、Bn—Bn+1，Cn—Cn+1，Dn—Dn+1
均为从不同特征画面开始再到下一个该特征画面结束的一个动作周期。
本文结合录像观察、球拍的运动学变化和地面对人体的支撑反作用力的变
化对击球技术动作进行阶段划分的。通过录像分析，可以精确地找到击球时刻，
但是由于连续击球，球拍和身体处于运动状态下，没有一个明显的停顿时刻，
所以还原时刻、引拍结束时刻和随挥结束时刻的最远端只能主观去判断。之所
以选择球拍的速度变化图来分析，是因为击球过程中全身运动最终体现球拍的
运动变化上来，球拍在引拍结束和随挥结束时刻，合速度最小，在击球时刻，
球拍的速度为最大速度左右，所以用球拍的速度变化可以精确地区分引拍结束
时刻和随挥结束时刻，而还原时刻无法判断。当用测力台数据，即地面对人体
支撑反作用力的变化情况来分析时，可以精确地区分还原时刻。当在还原时刻
时，左右脚在左右和前后方向上的蹬地力应接近于0，本文以右脚的力（如图1
－2－1 下图所示）来判断还原时刻。本实验中的测力台数据和QUALYSIS 的数
据以及录像采集系统是同时测试的，三者的数据可以通过特征画面对应起来。
所以可以通过上述3 种方法的互相补充，来确定一个动作周期中的特征画面和
区分动作阶段。
2.1.2 研究范围的确定
本文根据乒乓球技术的特点，从技术动作结构着手及本研究的方便，选取
从An—An+1，即从第一次身体还原时刻开始到第二次还原时刻结束为一个击
球动作周期进行分析。5 个特征画面依次为第一次还原时刻（An）、引拍结束时
刻（Bn）、击球时刻（Cn）、随挥结束时刻（Dn）和第二次还原时刻（An+1）。
由5 个特征画面组成4 个动作阶段，分别为引拍阶段（An—Bn），击球阶段（Bn
－Cn）、随挥阶段（Cn—Dn）和还原阶段（Dn—A n+1）。
北京体育大学博士学位论文

31
为了更好地找出乒乓球动作技术各参数的规律性变化，本章中所有的图均
是截取了Dn－1 — Bn＋1 段，比实际一个动作周期多了上一个周期的还原段和下一个周
期的引拍段。本章所有图是选用了具有代表性的一名运动员的运动学和动力学曲
线。图中横坐标为时间，上一个周期随挥结束时刻设为0 s。运动学部分时间单
位为毫秒（ms），角度的单位是度（o），位移的单位是毫米（mm），速度的单
位是毫米/秒（mm/s）。力学部分时间单位为微秒（μs），力的单位为牛顿（N）。
文中均值和标准差是对所有10 名运动员有关生物力学参数计算的结果。
为了对比最大力量和中等力量两种用力方式之间动作的差异，以及找出正
手快攻和正手弧圈球的技术的不同，对所有参数进行了独立样本T 检验。分别
做了3 组检验，一为两种力量快攻的对比，二为两种力量弧圈球技术的对比，
三为两种技术之间的对比，用的是最大力量快攻和最大力量弧圈球技术之间的
比较。为了行文的方便，将两种技术四个动作（中等力量正手快攻、最大力量
正手快攻、中等力量正手弧圈球和最大力量正手弧圈球）分别简述为轻打、重
打、轻拉和重拉。
2.2 球拍和上肢的运动
2.2.1 球拍的运动
作为环节链的末端，球拍的运动轨迹是全身各关节配合的体现。全身所有
的运动最终都要体现在球拍的运动上，运动员通过球拍的运动达到对来球的控
制，所以，本文对球拍的运动学特征进行详细地分析与描述。
2.2.1.1 球拍速度
2.2.1.1.1 主要正手进攻技术球拍速度的特征描述
图 1－2－2 中所示的球拍速度为球拍在3 个方向速度的合速度。在一个正
手进攻技术周期（A－a）中，球拍的速度经历两个波峰和一个波谷。在引拍阶
段（A－B），球拍向右后下加速引拍，到引拍最远端形成一个波谷，速度为最
小，然后球拍向左前上加速迎球挥拍，在速度最大值附近击球，后又减速随势
挥拍到达随挥最远端D 点，后又反向加速还原到a 点。
引拍的第一个波峰值小于第二个击球前后的波峰值。在引拍最远端和随挥
最远端时刻速度为两个波谷，但合速度不为0。并说明球拍在这两个时刻并未
完全停止下来。这里的速度是指左右、前后、上下方向上速度的合成，应该说
在引拍结束和随挥结束前后三个方向上的速度不是同时为0，而是依次为0，从
而达到既使球拍的方向发生了改变，又保证了球拍速度的连贯性。
北京体育大学博士学位论文
32
图 1－2－2 球拍速度特征图
2.2.1.1.2 两种技术之间、每种技术两种用力方式之间球拍速度的对比
表 1－2－1 反映了轻打、重打、轻拉和重拉在各个特征时刻的速度值。在
引拍结束时刻，打和拉技术，以及不同用力方式之间的打和拉之间的速度存在
差异。重打和重拉的引拍结束时刻的速度分别为1.58±0.26 m/s、0.88±0.58 m/s，
分别大于了轻打的0.96±0.42 m/s 和轻拉的0.81±0.49 m/s，差异显著。说明以
提高引拍的速度来增大击球的力量和速度，引拍为随后的击球积蓄了能量。打
和拉在引拍结束时刻的速度也差异显著，这一时刻拉的速度小于打的速度。
4 组动作击球速度分别为5.14±0.25 m/s、9.00±1.73 m/s、10.91±1.13 m/s
和13.28±0.51 m/s，经过T 检验对比，得出轻打的速度小于重打，轻拉的速度
小于重拉，重打的速度小于重拉，差异显著。同一种技术不同力量击球的球拍
速度的差异，说明我们设计的实验是成功的，达到了区分最大用力和中等用力
的目的，用力的不同最终体现在球拍速度的不同。
在随挥结束时刻，球拍速度达到一个较小的值，然后手臂加速还原，从表
1－2－1 和图1－2－2 中可以看到一个动作周期中的两个还原时刻的速度值基
本一样，说明优秀运动员在连续击球中动作的稳定性。
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
轻打
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 50 100
时间
（ms）
速度(mm/s)A B C D a
重打
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 50 100
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
北京体育大学博士学位论文
33
表1－2－1 特征时刻球拍速度表（n=10） 单位： m/s
轻打
（M±SD）
重打
（M±SD）
轻拉
（M±SD）
重拉
（M±SD）
还原结束 A 2.91± 0.61 3.60±1.15 2.25±0.82 2.16±0.64
引拍最大值 3.98±0.72 4.60±1.09 3.78±0.57 3.96±0.83
引拍结束B 0.96±0.42﹟ 1.58±0.26 * 0.81±0.49﹠ 0.88±0.58
最大速度 5.24±0.25﹟ 9.33±1.32* 11.21±1.06﹠ 13.54±0.79
击球速度 5.14±0.33﹟ 9.00±1.73 * 10.91±1.13﹠ 13.28±0.51
随挥结束D 0.80±0.32 0.84±0.20 0.92±0.39 1.19±0.40
再次还原a 2.98±0.44 3.09±1.00 1.91±0.79 2.13±1.01
﹟代表正手轻打和正手重打之间比较，差异显著；
﹠代表正手轻拉和正手重拉之间比较，差异显著；
* 代表正手重打和正手重拉之间比较，差异显著。（后同）
2.2.1.1.3 击球瞬间球拍速度和挥拍最大速度的对比分析
在比较击球瞬间球拍速度和挥拍最大速度之间的关系发现，运动员并未在
球拍的最大速度击球。有的是在球拍出现最大速度之前，有的是在球拍出现最
大速度之后，但都是在最大速度附近时刻击球，分析了10 个运动员4 组动作球
拍最大速度和击球速度之差和出现时间，具体结果见表1－2－2。
表 1－2－2 球拍击球速度和挥拍最大速度及出现时间对比分析表（n=10）
轻打 重打 轻拉 重拉
速度之差（ｍ/s）
（M±SD）
0.10±0.14 0.14±0.10 0.05±0.05 0.26±0.28
两速度之比（％）
（M±SD）
98.04±2.73 98.44±1.15 99.54±1.48 98.16±1.89
后击球比例(％) 30.00 80.00 90.00 100.00
平均相差时间 (ms) －2.50 －2.25 －2.00 －3.60
前击球比例(％) 70.00 20.00 10.00 0
平均相差时间 (ms) 2.25 3.50 3.00
用两种用力方式分别完成正手快攻、弧圈技术时，球拍击球瞬间的速度都
基本上小于挥拍最大速度，占最大速度的比例为98％左右。在击球时间上，四
组动作有差异，其中轻打中，只有3 个运动员是在最大速度之后2.50 ms 左右
击球，占30.00 ％，而在重打、轻拉中，最大速度后击球的运动员占了很高的
北京体育大学博士学位论文
34
比例，为80.00 ％和90.00 ％，分别在最大速度出现后2.25 ms 和2.00 ms 左右
击球，当最大力量弧圈球技术时，所有运动员均在出现最大速度3.60 ms 之后
击球。
对于这一现象的理解，张辉[29]用球拍速度利用率来解释，球拍速度利用率
是指击球瞬间球拍速度占挥拍最大速度的百分比。认为水平越高的运动员，球
拍速度利用率越高，应像乒乓球教科书上描述的那样，在100％最大挥拍速度
击球时，拉或打的球质量就越高。
本文对这一观点持不同看法。对于初学者可以用球拍速度利用率来解释击
球的质量，由于初学者尚未掌握击球的适当时机，其击球瞬间球拍速度占最大
挥拍速度的比例是比较低的，随着球拍速度利用率的提高，其技术水平必将提
高；但对于高水平运动员，不能用球拍速度利用率来衡量击球质量的高低，运
动员都会在接近最大挥拍速度击球的，但并非是最大挥拍速度时击球。本文认
为这就是乒乓球击球技术的特点，并认为当追求较高的速度和旋转击球时，应
该是球拍出现最大速度之后的较大速度瞬间击球。
球拍触球瞬间的速度并非是挥拍最大速度时刻，这一现象表明运动员的击
球动作并不是在挥拍至最大速度时球拍与球的碰撞。球拍是上肢环节链的末端
环节，球拍速度的获得依赖上位各环节的运动速度及配合。这可能与运动员在
球拍触球瞬间试图以降低速度来增加球的稳度有关。击球的任务不仅是使球具
有较大的线速度和角速度，而且要对击出的球进行一定的控制，使球具有一定
的弧线、落点、稳度等加以运动员的战术意识。为了达到对球很好的控制，就
要以球拍的部分速度的减慢作为代价追求球的最大速度和对球更好的控制，是
矛盾统一的两个方面，优秀运动员在这两个方面上达到了统一。
刘卉[71]对网球大力发球技术击球时刻证明是在最大速度出现后0.009 s 击
球，澳大利亚学者ELliott[45]对网球的研究表明击球时刻也出现在最大挥拍速度
之后，时间为0.005s。在刘卉[42]对其他击打类项目（对棒球击球技术、排球扣
球技术、标枪投掷）的研究中也再次证明了这一点。由于这些项目所研究的技
术是以追求末端环节最大速度为目的的技术，上肢的技术可以类似地看作是鞭
打动作。各个项目技术均要求手在球出手（击球）瞬间处于最佳的姿位。标枪
和铅球投掷要求获得最佳的出手角度；棒球运动员要将球投入好球区；排球和
羽毛球运动员不但要将球扣过网，还要根据技战术的需要控制球的飞行路线和
落点。所以这些项目运动员手击球（球出手）出现在最大速度之后。
北京体育大学博士学位论文

82
[26] 程存德. 我国近台快攻直拍横打、拉技术动作的浅析[J]. 西安体育学院学报. 1997.2
[27] 吴焕群. 优秀弧圈手—郭跃华的技术[J]. 乒乓世界. 1981.2
[28] 许绍发等. 直拍反面进攻技术的可行性研究[J]. 体育科学. 1987.2
[29] 张辉. 对我国部分男子优秀乒乓球直拍运动员反面拉弧圈球技术的研究[D].北京体育
大学硕士论文. 1995
[30] 柳天扬. 我国男子优秀乒乓球运动员正手近台攻打、反冲前冲弧圈球技术的**运动学
分析[D].北京体育大学硕士论文. 1995
[31] 陈洁. 直拍四面攻打法的可行及其技术特点的研究[J].北京体育大学学报.2001：24（2），
224－227
[32] 黄诚. 直拍横打和横拍反手位攻弧圈球动作特征对比分析[D].上海体育学院硕士论文，
2000
[33] 杨斌. 优秀女子青少年乒乓球运动员弧圈技术分析[D].北京体育大学硕士论文，2004
[34] 孟杰. 乒乓球比赛中王皓与唐鹏的正反手弧圈球技术动作技术的生物力学分析[D].北
京体育大学硕士论文，2005
[35] 孙卫星等. 乒乓球运动员上肢等速力量的评定[J]. 北京体育学院学报. 1992.2
[36] 刘亚军. 乒乓球基本技术的肌电研究[J].天津体育学院学报 1995：9，18－21
[37] 唐建军. 1954 年—1992 年中国乒乓球步法研究状况的分析[J]. 辽宁体育科技,1996,(4)
[38] 岑淮光，王吉生等. 怎样打好乒乓球[M]. 北京: 人民体育出版社. 2001
[39] 唐建军. 乒乓球运动教程[M].北京：北京体育大学出版社[M].2005
[40] 詹晓希,苏丕仁等. 金泽洙步法组合类型研究及字母标记法的应用[J]. 北京体育大学学
报,2002,(5).
[41] 詹晓希. 马林、王皓、金择洙、蒋澎龙前3 板步法组合类型的比较研究——字母标记法
的改进与运用[J]. 中国体育科技,2005,(3).
[42] 刘卉.上肢鞭打动作技术原理的生物力学研究[D].北京体育院大学博士论文，2002
[43] Fairbank, J. C.T., et.al., 1984, Influence of anthropometric factors and joint laxity in the
incidence of adolescent back pain, Spine, 9, 461-464
[44] Olsen,T.L., et.al., 1992, The epidemiology of low back pain in an adolescent population,
American Journal of Public Health, 82, 606-608
[45] Bruce C. Elloitt, Etc. Contributions Of Upper Limb Segment Rotations During The Power
Serve In Tennis. International Journal of Sports Biomechanics. 1995，11，433-442
[46] Bruce Elliott, Etc. Timing Of The Lower Limb Drive And Throwing Limb Movement In
Baseball Pitching. International Journal of Sports Biomechanics. 1988，4，59-67
[47] Bruce Elliott, Etc. The Influence Of Grip Position On Upper Limb Contributions To Racket
Head Velocity In A Tennis Forehand. The American Journal Of Sports Medicine. 1997，13，
北京体育大学博士学位论文
83
182-196
[48] Elliott. B., Etc. Three Dimensional Cinematographic Analysis Of The Fastball And
Curveball Pitches In Baseball. International Journal of Sports Biomechanics. 1986，2，20-28
[49] Atwater, A.E. Biomechanics Of Overarm Throwing Movements And Of Throwing Injuries.
Exercise And Sport Reviews Vol.7. 1979，43-85
[50] 郝加泰. 浅谈乒乓球步法教学[J]. 体育教学,2005,(6)
[51] 谢锋华,屈芳,周坚. 少儿乒乓球运动员进攻型打法常用步法训练初探[J]. 体育师
友,2005,(4)
[52] 杨倩. 乒乓步法的米字练习[J]. 体育师友,2004,(4)
[53] 张国清. 以体能训练促步法移动[J]. 乒乓世界,2004,(4).
[54] 郗恩庭. 郗恩庭说步法(上)[J]. 乒乓世界,2004,(1).
[55] 童健. 浅谈乒乓球教学中的步法移动[J]. 体育教学,2003,(5)
[56] 林永捷. 关于乒乓球直拍运动员步法及训练的几点探索[J]. 体育科学研究,2003,(4)
[57] 章司路. 乒乓球教学中步法练习的研究[J]. 上海体育学院学报,2003,(6)
[58] 门燕革. 乒乓球双打步法的基本要领[J]. 辽宁体育科技,2002,(2)
[59] 本刊编辑部. 步法[J]. 乒乓世界,2002,(10)
[60] 赵静,刘文娟,王慧丽. 乒乓球步法教学研究[J]. 武汉体育学院学报,2002,(6)
[61] 马俊峰. 步法训练一点通[J]. 乒乓世界,2001,(5).
[62] 徐清梅. 浅谈乒乓球教学中的准备姿势与步法移动的教学方法[J]. 集宁师专学
报,2001,(4).
[63] 李小鹏. 乒乓球教学训练中的步法练习初探[J]. 河北体育学院学报,2001,(1)
[64] 涂剑凌. 浅谈女子乒乓球运动员步法移动特点[J]. 福建体育科技,2000,(3)
[65] 葛平厚. 乒乓球双打的步法移动与练习方法[J]. 安徽体育科技,2000,(3)
[66] 张博. 乒乓球步法新观念[J]. 沈阳体育学院学报,1999,(3)
[67] 孙文君. 乒乓球运动员应加强快速、准确、灵活的步法训练[J]. 体育科学研究,1997,(2)
[68] 王丹虹. 浅谈乒乓球少儿运动员的步法训练[J]. 福建体育科技,1997,(1)
[69] 田横. 步法特征与训练[J]. 乒乓世界,1995,(2)
[70] 詹晓希. 关于如何树立乒乓球步法意识的研究[J]. 常德师范学院学报(社会科学
版),1995,(6)
[71] 刘卉.我国优秀青年女子网球选手大力分球技术的生物力学分析[D].北京体育院大学硕
士论文，1999
[72] 闫松华.百米跑速度结构分析及有关技术训练手段研究[D].北京体育院大学博士论文，
2004
[73] 张博.乒乓球步法的技巧[M]. 北京: 人民体育出版社. 2002
北京体育大学博士学位论文
84
[74] 张博.乒乓球技术原理新探[M]. 北京: 人民体育出版社.2004
[75] 刘卉.**摄影解析中人体关节角度的计算方法[M].北京体育大学学报, 2004：27（6），
767-76
[76] 李良标, 吕秋平等.运动生物力学[M].北京：北京体育学院出版社，1991
[77] 全国体育学院教材委员会审定. 运动生物力学[M].北京：人民体育出版社，1990
[78] Vladimir M. Zatsiorsky Kinematics of Human Motion [M]. Human Kinetics printed，1993
[79] Paul Allard etc. Edited, Three-Dimensional Analysis of Human Movement [M]. Human
Kinetics printed，1999
[80] 王向东，刘学贞等.运动生物力学方法学研究现状及发展趋势[J].中国体育科技.2003 (2)：
15~18
[81] 忻鼎亮.运动生物力学的力学理论研究方法[J]. 体育科学.1994（4）：37~40
[82] 忻鼎亮.我国运动生物力学研究现状——第10 届运动生物力学学术交流大会论文述评
[J].上海体育科研.2003（1）：30～32
[83] 中国运动生物力学学会编. 运动生物力学论文选[M]. 北京：人民体育出版社，1990
[84] 金季春，李诚志等. 冠军的技术[M]. 北京：人民体育出版社，1990
[85] 郑秀瑗等. 运动生物力学进展[M]. 北京：国防工业出版社，1998
[86] 朱照宣. 周起钊等. 理论力学[M]. 北京：北京大学出版社，1982
[87] 侯曼. 人体运动的物理模型（综述）[J]. 北京体育大学学报，1998（3）：39~43
[88] 张术学等. 羽毛球扣杀动作的分析[J]. 南京体育学院学报，1995（2）25
[89] 洪嘉振主编. 多体系统动力学——理论、计算方法和应用[M].上海：上海交通大学出版
社，1992
[90] 刘延柱，忻鼎亮. 单杠振浪的力学特征[J].体育科学，1987.2
[91] 洪嘉振. 运动生物力学计算机仿真研究[J].体育科学，1989.3
[92] Michael E. Feltner and Grant Taylor. Three-Dimension Kinetics Of The Shoulder Elbow
And Wrist During A Penalty Throw In Water Polo. Journal of Applied Biomechanics
[J].1997,13，347~372
[93] Bruce C. Elloitt, Etc. Contributions Of Upper Limb Segment Rotations During The Power
Serve In Tennis [J]. International Journal of Sports Biomechanics. 1995，11，433~442
[94] Bruce Elliott, Etc. Timing Of The Lower Limb Drive And Throwing Limb Movement In
Baseball Pitching [J]. International Journal of Sports Biomechanics. 1988，4，59~67
[95] Derenne C, Buxton B, Ho W. Effects of under-and overweighted implement training on
pitching velocity[J].Journal of Strength and Conditioning Research, 1994, 8(4):247~250
[96] Glenn S, Dillman C, escamila R et al, Kinetics of baseball pitching with implications about
mechanisms[J]. American Journal of Sports Medicine, 1995, 23(2): 233~239
北京体育大学博士学位论文
85
[97] Branch T, Paritin C, Chamberland P et al. Spontaneous fractures of the hummers during
pitching [J]. American Journal of Sports Medicine, 1992, 20(4):468~470
[98] 周里，金学斌. 对上肢鞭打动作生物力学原理的研究. 体育科学，1996（3）：41~52
[99] 刘宇. 人体多关节运动肌肉控制功能的生物力学分析. 台湾：中国文化大学出版部.
1999
[100] 兰祖云，张人骥，张鸿姿，生物力学中人体关节运动规律的一种实验方法[J].力学学
报，1981（4）：407~410
[101] 卢德明主编，运动生物力学测量方法[M].北京：北京体育大学出版社，2001
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
作者： 肖丹丹
学位授予单位： 北京体育大学
相似文献(2条)
1.期刊论文肖丹丹.钟宇静.苏丕仁.XIAO Dan-dan.ZHONG Yu-jing.Su Pi-ren 乒乓球正手快攻和弧圈球技术中球拍的运动学特征 -体育
学刊2008,15(4)
对10名乒乓球运动员正手快攻、弧圈球技术(每种技术分中等力量和最大力量两种发力方式)进行测试与分析后发现,重打和重拉的引拍结束时刻的球拍速度分别大于轻打和轻拉
.在击球时刻,轻打的速度小于重打,轻拉的速度小于重拉,重打的速度小于重拉;正手弧圈球技术的总时间长于正手快攻技术;拉的幅度大于打的幅度.
2.期刊论文王伟平 乒乓球正手快攻技术自学辅导教学的实验研究 -体育学刊2001,8(3)
通过对乒乓球运动技术的达标技评、理论知识、运动表象的清晰性、完整性等进行了研究得出结论:乒乓球正手快攻技术自学辅导教学能使学生在理论成绩、运动表象的完整性
和清晰性上优于传统教学的效果;自学辅导教学能够更好促进运动基本技术的形成和掌握;教学方法符合大学生的心理特点,能够调动学生的积极性,同时也充分发挥了教师的主导作用
;自学辅导教学对学生自学能力、教学能力等多种能力的培养、提高可起到积极作用.
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Thesis_D035797.aspx
下载时间：2010年1月6日

74
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
为8.04 m2；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
北京体育大学博士学位论文
75
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
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
左脚
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
1 101 201 301 401 501 601 701
次数
速度
（m/s）
右脚
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
1 101 201 301 401 501 601 701
次数
速度
（m/s）
北京体育大学博士学位论文
76
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
北京体育大学博士学位论文
77
的研究结果与发现不但补充与丰富了乒乓球步法的原理，而且对乒乓球步法的
教学与训练及运动员的体能训练都有重要的指导与参考作用。
在进行步法训练时，要选择与这种高频率、小步幅的步法特征相适应的训
练方法和手段。在进行乒乓球体能训练时，训练的内容上也可以考虑与乒乓球
步法特征相一致的训练内容，要选择以提高运动员爆发力、快速反应能力，能
够提高相适应的神经中枢和肌肉快速力量的训练内容。
3.3 步法特征的后继研究
由于时间和实验仪器的限制，只对一名一级运动员比赛中的步法进行了研
究，今后可以对不同级别、年龄的乒乓球运动员的步法特征进行研究。通过对
我国国家队优秀运动员的步法特征进行研究，建立乒乓球基本步法模型；在此
基础上，分析不同级别、年龄的乒乓球运动员在运动员在训练、比赛过程中的
步法移动方面的特点与不足，帮助教练员进行制定针对性的训练方案，提高运
动员的乒乓球竞技水平，为2008 年奥运科研攻关做贡献。
北京体育大学博士学位论文

78
结 论
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；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。
北京体育大学博士学位论文
79
致谢
论文付梓之际，我思绪万千，感慨颇多，涌上心头更多的是感激之情。论文
中每一个段落、每一幅图表、每一个数据，无不凝结导师和朋友们的深情厚爱！
首先衷心感谢导师苏丕仁教授。在三年的学习生活中，导师在各方面都给予
了无微不至的关怀。导师清雅的处事哲学，令我钦佩；导师渊博的学识，使我受
益无穷；导师严谨的为学作风，使我领悟到做学问的真谛。导师在论文的选题、
研究思路的形成和全文的撰写等方面都给了我细致入微的指导。选题时导师的肯
定与支持，使我充满信心；导师对我研究思路的点拨，使我茅塞顿开；导师修改
文稿时的认真态度及提出的诸多有价值的建议，让我感激不已。在以后的岁月里，
我始终牢记导师的教诲和期望，继续努力学习和工作。在此，谨向我的导师表达
我最真挚的谢意！同时衷心感谢师母对我的关心与照顾！
特别感谢运动生物力学博士生导师金季春教授。在攻读博士三年的学习与生
活中，我有幸得到了金老师待我如同自己学生般的指导与关怀。金老师“学术大
家的风范”是我终身学习的榜样。在此要对金老师表示最衷心的感谢！
在本论文的选题、撰写与修改过程中得到了北京体育大学田麦久教授、刘丰
德教授、刘玉林教授，国家体育总局科研所吴焕群教授，国家体育总局乒羽中心
张晓蓬研究员，成都体育学院周继和教授的不吝赐教，在此向他们表示崇高的敬
意！
衷心感谢中科院合肥智能机械研究所孙怡宁教授在实验仪器方面的鼎力相
助。感谢该所王卫华、周旭、杨先军等工程师的大力帮助，是他们在北京体育大
学长达2 个月夜以继日的赶制与调试，才使论文中乒乓球步法垫测试系统的研制
和实验两部分内容得以如期完成。
特别感谢北京体育大学小球教研室的蔡学玲副教授、唐建军副教授、张若波
副教授、张瑛秋副教授、李金亮副教授、赵霞老师等三年来对我的热情帮助与指
导。尤为感谢唐建军老师在整个研究过程中给予的诸多指导与启迪。
在本论文实验测试、数据处理过程中，得到了北京体育大学运动生物力学教
研室的曲峰、刘卉、刘学贞、周兴龙老师大力相助。尤其是刘卉老师对我诸多有
益指导与无私帮助，在此一并表示诚挚的谢意！
感谢本论文中的 22 位实验对象，他们是我乒乓球专业本科班的师弟、师妹
们，是他们的积极配合，才使本实验得以顺利进行。同时感谢乒乓球专业和生物
力学专业多位硕士生和博士生在实验测试与数据处理过程中给与我的大力帮助。
感谢我的同窗好友们。他们在生活上给了我很多关心帮助，在学术上给与我
诸多的启发。与同窗好友们友好融洽的相处将成为我一生中最为珍贵而美好的回
北京体育大学博士学位论文
80
忆。
感谢北京体育大学研究生院的各位领导与老师对我的关心！
此外，感谢文中所有被引用文献的作者，他们的研究成果是本论文研究的理
论基础。
最后，我要特别感谢全家人对我多年来的关爱、支持和无私奉献。父母、哥
姐、姐夫、嫂子、外甥、侄子，他们是我的至爱，是我多年来上下求索的动力。
我将永远珍惜这人间最真诚的亲情。
师生情谊似海，同窗友谊长存。我将满怀感激之情、带着殷切的期望，继续
向前登攀！
北京体育大学博士学位论文
81
参考文献
[1] 陈小华，李玉刚. 关于上旋球落台后的反弹速度增量的探讨[J].浙江体育科学. 1995.5
[2] 张妙玲，王军平. 弧圈球碰台过程的力学分析[J].北京体育大学学报，2002（2），197-198
[3] 过东升，李建设等. 乒乓球与球桌碰撞的力学模型[J].浙江体育科学，1996（3），43-45
[4] 庞杰. 运用计算机仿真技术对乒乓球碰撞的研究[J].天津体育学院学报，2003（3），47-49
[5] 张惠钦. 乒乓球的旋转[M]. 北京: 人民体育出版社. 1986
[6] 张惠钦. 论乒乓球的快攻[M].北京: 人民体育出版社. 1987.
[7] 穆志勇. 乒乓球运动的力学分析[J].临沧教育学院学报，2003（2），43-47
[8] 董树英. 加大击球力量生物力学原理的初步探讨[J].西安体育学院学报. 1985.3，39-42
[9] 国家体育总局《乒乓长盛考》研究课题组. 乒乓长盛的训练学探索[M].北京：北京体育
出版社：2002
[10] 苏丕仁. 现代乒乓球运动教学与训练[M].北京：人民体育出版社，2003
[11] 严波涛，周酉元. 用弦开关——频率计测定乒乓球碰撞过程的力学特性[J].体育科技信
息，1993（4），37-43，7
[12] 苏丕仁. 乒乓球教学与训练[J].北京: 人民体育出版社. 1995
[13] 邱钟惠等. 现代乒乓球[J]. 北京: 人民体育出版社. 1995
[14] 体育学院. 系教材编审委员会《乒乓球》编写组. 乒乓球[M]. 北京：人民体育出版
社.1989
[15] 韩同康. 乒乓球的动态特性—旋转与速度相对原理[J]. 体育科学. 1994.6
[16] 徐庆和. 关于乒乓球螺旋球的新概念及新技术——兼论乒乓球运动的数学和力学基础
[J].体育科学，2003（5），115-119
[17] 党立英等. 对新型乒乓球性能的计算与研究[J]. 山东体育学院学报. 1998.1
[18] 王家正. 译西德乒协的科研工作[J].乒乓世界， 1982.4
[19] 董树英. 乒乓球高低抛发球挥拍加速度的测定生物力学分析[J]. 西安体育学院学报.
1988.1
[20] 孙卫星等. 乒乓球运动员上肢等速力量的评定[J]. 北京体育学院学报. 1992.2
[21] 郭铮. 弧圈技术与小弧圈技术的运动生物力学分析[J].河南大学学报，1991（3），24
[22] 于勇，林秀岩. 控制旋转的螺旋原理——论弧圈球与快攻[J].东北重型机械学院学报，
1997（1）91-94
[23] 吴焕群. 论直拍反胶快攻打法的可行性[J]. 乒乓世界. 1989.3
[24] 藤守刚. 乒乓球直拍反手正面拉弧圈球技术的可行性探讨[J]. 武汉体院学报. 1991.2
[25] 尹霄. 直拍反面进攻单个技术的动作要领与运用[J].乒乓世界. 1992.3
北京体育大学博士学位论文

71
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
北京体育大学博士学位论文
72
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±
北京体育大学博士学位论文
73
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
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
右脚
35.52%
31.19%
24.03%
9.25%
左脚
47.15%
25.40%
21.17%
6.28%
5cm以内
5～10cm
10～20cm
20cm以上
北京体育大学博士学位论文

50
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。
北京体育大学博士学位论文
51
2.3.1.1.3 随挥阶段和还原阶段
在随挥阶段，下肢继续蹬伸，髋关节和膝关节角度继续增加，到随挥结束
时刻达到各自的最大值，然后迅速在左腿的蹬转下，身体还原到起始位置，各
个关节角度开始减小，为下一次击球做准备。
2.3.2.2 下肢各关节的速度变化
图 1－2－11 下肢关节的速度
从图 1－2－11 中可以看出，在一个动作周期中，下肢各关节速度的变化曲
线与上肢的曲线变化相一致，均出现两个波峰和两个波谷。第一个波峰是引拍
加速的过程，在第二个波峰附近击球，第一次波谷时刻是引拍结束附近时刻第
二次波谷是随挥结束左右时刻。
正手快攻时下肢速度变化的规律性更加明显一些，当正手弧圈球技术时曲
线略显杂乱。两侧踝关节的速度变化在两种技术中变化都较小。
在轻打时，下肢各关节的最大速度的值由大到小依次右髋、右膝、左髋、
左膝、左踝、右踝，并且在引拍阶段出现的峰值和挥拍击球阶段的峰值基本相
右髋
右膝
右踝
左髋
左膝
左踝
轻打
0
100
200
300
400
500
0 50 100
时间
（ms）
速度(mm/s)
A B C D a
重打
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 50 100
时间
（ms）
速度(mm/s) A B C D a
轻拉
0
200
400
600
800
1000
0 50 100 150 200
时间
（ms）
速度(mm/s)A B C D a
重拉
0
200
400
600
800
1000
1200
0 50 100 150 200
时间
（ms）
速度(mm/s)A B C D a
北京体育大学博士学位论文
52
同。
在重打时，下肢各关节的最大速度的值由大到小与轻打时的不同是左膝关
节的速度超过了右膝关节的速度。引拍阶段出现的峰值和挥拍击球阶段的峰值
也基本相同。
在正手轻拉弧圈球中，左膝的速度明显增大，超过了其他关节的速度，处
于第一位。
在正手轻拉弧圈球时，右踝的速度也有较大的变化，下肢各关节的最大速
度的值由大到小依次为右髋、左膝、左髋、右膝、右踝和左踝。
从下肢的情况来看，挥拍臂对侧支撑腿的各关节参加动作的时间均早于同
侧支撑腿，并且相应的数值也略微大一些，这表明对侧支撑腿在整个动作中的
地位和所起的作用要比同侧支撑腿的作用明显。
2.4 击球技术动作的力学特征
对运动员在完成动作技术时地面对人体的地面支撑反作用力（即运动员蹬
地力）特征的研究，有助于认识运动员下肢发力的特点，是动作技术分析和诊
断的一项重要内容，至今尚未见有对乒乓球运动员蹬地力的报道。本文用两块
KISTLER **测力台按垂直、前后和左右方向记录了运动员分别完成两种技术
4 个动作时的地面支撑反作用力（简称支反力）。本文分析的是从第一次还原时
刻到下一次还原时刻的一个周期中（包括四个阶段五个特征时刻）运动员蹬地
力的变化，对三个方向蹬地力曲线变化的特点及各自出现峰值与谷值力的大小
进行了分析。当运动员均衡地站在测力台上，准备测试前，先对系统进行清零。
本章节中的图是从上一个周期的随挥结束到下一个周期的引拍结束为止，地面
对人体的支撑反作用力，比实际一个周期多了上个周期的还原阶段和下个周期
的引拍阶段，以便清晰地看出地面支撑反作用力的变化特征。
2.4.1 垂直方向的支撑反作用力
完成乒乓球击球技术过程中，在垂直方向上的分力最大。垂直支反力的大
小和变化取决于三个因素：（1）身体的重力，（2）身体重心的上下移动，使在
垂直方向上的加速度和地面支撑反作用力也随之不断改变，（3）完成动作的时
序。在整个动作过程中，双脚始终分别站在一块测力台上，在完成动作的不同
阶段，身体重心在不断地从右脚转移到左脚，又从左脚转移到右脚，从而身体
重心也在不断地上下移动，从而形成了垂直方向上支反力的力—时间特征曲线。
曲线中曲线图的Y 轴为地面垂直反作用力力， X 轴为时间，单位为微秒。
如图 1－2－12 所示，左右脚在垂直方向上的力，两个技术四组动作显示出
北京体育大学博士学位论文

53
了基本相同的变化规律，只是峰值的大小有所不同。在还原时刻，人体重心处
于两脚之间，身体的移动速度也很慢，两块测力台上显示的应该基本为0。正
手轻打时，左右脚的力出现了小的波动。
图 1－2－12 垂直方向上双脚的支反力
注：Fz 左是指左脚所受到的支反力，Fz 右指右脚所受到的支反力。
先分析右脚力的变化。右脚是动作的主要发力环节。后引拍时，身体重心
逐渐向右脚移，右脚的支反力开始大于零，曲线向上走，右脚支反力逐渐增大
到引拍结束B 点附近达到最大值，然后右脚向右后方蹬地，右脚的支反力开始
减小，身体重心开始向左脚转移，经过身体平行站位时刻，右脚支反力开始变
为低于体重线。这时球拍继续向前在C 点，挥拍击球，后随着随挥动作，身体
重心继续往左脚移动，右脚的力变为最小，超过D 点之后，身体又向右转体，
重心又开始向右脚转移，右脚的支反力开始增大，到A 点再次还原时，右脚的
支反力重新接近于为零，形成一个动作周期。
左脚作为动作技术过程中的支撑腿，在垂直方向上的支反力的变化方向与
右脚相反。从图1－2－12 中可以看到，左右脚与水平轴围成的面积，分别位于
水平轴的上方和下方，两者面积基本相同，正负相抵消。两脚对时间的冲量之
重打
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
0 500 1000 1500 2000
时间
（微秒）
力(N) A B C D a
重拉
-300
-200
-100
0
100
200
300
0 500 1000 1500 2000
时间
（微秒）
力(N) A B C D a
轻打
-100
-50
0
50
100
150
0 500 1000
时间
（微秒）
力(N) A B C D a
轻拉
-300
-200
-100
0
100
200
300
0 500 1000 1500 2000
时间
（微秒）
力(N) A B C D a
Fz 左
Fz 右
北京体育大学博士学位论文
54
和应为零，因为人体两只脚始终站在测力台上，身体并未腾空。
对比 2 个技术4 种动作在出现峰值的大小，可以看出不同技术中支反力的
特点，位于曲线下方的谷值的数值和峰值在大小上基本上相同，只是方向相反。
表 1－2－14 不同技术在垂直方向上支反力出现峰值对比（n=10） 单位：牛
轻打
（M±SD）
重打
（M±SD）
轻拉
（M±SD）
重拉
（M±SD）
右脚峰值 51.10±10.45﹟ 272.44±21.15 201.57±12.78 226.67±19.55
左脚峰值 101.21±22.31﹟ 303.35±33.30* 103.39±18.30﹠ 207.97±27.20
经检验，重打的峰值均大于轻打的峰值，重打时左右脚最大支反力为303
牛和272 牛，分别大于了轻打时左右脚的最大地面支撑反作用力。说明重打时
在引拍结束和随挥结束时刻，重心向对侧脚移动的更充分。
轻拉和重拉的区别在于，重拉的左脚最大支反力分别大于轻拉。在引拍结
束时，两者的峰值没有差别。说明重拉和轻拉在引拍过程中，重心从左脚移动
到右脚的幅度是差不多的，随挥结束，借着高速挥拍时的惯性，身体重心从右
脚向左脚移动得更多。
当比较和弧圈球技术的区别时，可以看到正手快攻在随挥时蹬地力大于拉
弧圈球。提示我们重心在打球中的重要作用。
2.4.2 水平方向的支撑反作用力
在水平面上的支反力较小（见图 1－2－13），同一技术不同力量击球显示
出相同的曲线变化趋势。两种技术左右脚支反力的变化基本相似。双脚的发力
方向基本一样，以保证身体向左右的扭转。在向右的支反力上，右脚大于左脚；
在向左的支反力上，左脚大于右脚。
在还原时刻，由于身体还原，左右脚在水平方向上的力在 0 附近，随后在
引拍阶段，身体向右后扭转，对于右脚来说，随着重心向右脚的转移，地面给
予右脚一个递增的向右的支反力；对于左脚来说，向左的支反力逐渐减小变为
向右的支反力，两者在引拍结束附近，向右的支反力达到最大。
在挥拍击球阶段，身体重心逐渐由右脚向身体中心转移，右方向两只脚制
动，分别到身体平衡位置，向右的力逐渐经过0 变为向左的力，为了配合身体
向左转体击球。同时，双脚在与地面接触时也有脚跟抬起的扭转。
北京体育大学博士学位论文
55
图 1－2－13 水平方向上双脚的支反力
注：Fx 左是指左脚所受到的水平方向上的支反力，Fx 右指右脚所受到水平方向上的支
反力，方向向右为正。
在随势挥拍阶段，身体重心继续向右，双脚的支反力达到向左的最大值后，
进入还原阶段，随着身体向右的扭转，双脚向左的支反力逐渐减小到0，身体
再次回到还原状态。
表 1－2－15 不同技术在左右方向上支反力出现峰值（n=10） 单位：牛
轻打
（M±SD）
重打
（M±SD）
轻拉
（M±SD）
重拉
（M±SD）
右脚峰值 35.22±10.45﹟ 40.45±2.45 42.77±6.11﹠ 63.78±7.56
左脚峰值 7.23±1.09 9.39±2.37 36.76±3.32﹠ 41.54±5.70
右脚谷值 －15.12±3.54﹠ －41.77±3.56
左脚谷值 －38.35±4.19﹠ －63.59±7.23
轻拉
-60
-40
-20
0
20
40
60
0 500 1000 1500 2000
时间
（微秒）
力(N) A B C D a
重拉
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
0 500 1000 1500 2000
时间
（微秒）
力(N) A B C D a
Fx 左
Fx 右
重打
-60
-40
-20
0
20
40
60
0 500 1000
时间
（微秒）
力(N) A B C D a
轻打
-60
-40
-20
0
20
40
60
0 500 1000
时间
（微秒）
力(N) A B C D a
北京体育大学博士学位论文
56
从图1－2－13 和表1－2－15 中可以看到，两种力量的正手快攻，在左右
上最大支反力差异不显著；而两种力量的弧圈球技术，在两处峰值处的力值，
无论是左脚还是右脚，差异都非常显著。在引拍结束附近出现的峰值，弧圈球
技术大于快攻。这提示我们在完成弧圈球技术时要注重在左右方向上的蹬地。
2.4.3 前后方向上的支撑反作用力
图 1－2－14 前后方向上双脚的支反力
注：Fy 左是指左脚所受到的前后方向上的支反力，Fy 右指右脚所受到前后方向上的
支反力。方向向后为正。
在前后方向上，地面支撑反作用力也较小。从图中可以看到，两种力量的
正手快攻曲线变化类似，两种力量的正手弧圈球技术的支反力变化曲线相似。
在4 种技术动作中，在前后方向上的支反力，左右脚呈现相反方向的变化形式。
一直脚向前蹬地的同时，另外一只就向相反方向用力，以保持击球时身体的稳
定。如图1－2－14 所示显示出前后方向上地面支撑反作用的力值大小和方向变
化情况。
重拉
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
0 500 1000 1500 2000
时间
（微秒）
力(N) A B C D a
轻打
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
0 500 1000
时间
（微秒）
力(N) A B C D a
轻拉
-40
-20
0
20
40
60
0 500 1000 1500 2000 时间
（微秒）
力(N) A B C D a
Fy 左
Fy 右
重打
-60
-40
-20
0
20
40
60
0 500 1000
时间
（微秒）
力(N) A B C D a
北京体育大学博士学位论文
57
表 1－2－16 不同技术在左右方向上支反力出现峰值（n=10） 单位：牛
轻打
（M±SD）
重打
（M±SD）
轻拉
（M±SD）
重拉
（M±SD）
右脚谷值 －22.23±10.15﹟ －52.89±2.23 －38.13±5.87﹠ －63.54±7.90
左脚峰值 9.05±1.30﹟ 36.88±2.98 63.11±7.46﹠ 41.89±5.58
右脚峰值 53.88±5.89 52.44±7.89 32.38±3.49﹠ －8.27±3.27
左脚谷值－39.60±6.71﹟ －51.43±6.82 －61.09±4.76﹠ －59.89±7.05
当比较峰值和谷值时刻发现，在同一技术，不同力量击球时，有显著差异。
说明要发力打球时，要注重向前向上的蹬地力。当比较两种技术时，左右脚最
大用力有差别，但差异不显著。
2.4.4 力学特征小结
本节从垂直、水平、前后三个方向对完成两种动作四个技术时左右脚地面
支撑反作用力的生物力学特征进行了描述，并对同种技术两种用力方式之间及
两种技术之间左右脚支反力的最大力值进行了对比分析，得出：
（1）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。
（2）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。
（3）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。
北京体育大学博士学位论文
58
第二部分乒乓球步法垫测试系统的研制
1 乒乓球步法垫测试系统组成
步法垫测试系统是与中科院合肥智能机械研究所共同研制开发的。该系统
由三个部分组成：柔性薄膜开关阵列垫、信号采集仪、分析软件（图2－1－1）。
柔性薄膜开关阵列垫用于感应运动员的脚部与地面的接触情况；
信号采集仪用来采集柔性薄膜开关阵列垫上的感应信号，经过适当处理，
传送给计算机后台软件。
分析软件要实现数据采集、分析、调试和统计的功能。
图 2－1－1 系统结构示意图
2 乒乓球步法垫测试系统硬件原理
柔性薄膜开关阵列垫采用微触开关工艺加工制作，只需轻微的压力就可以
使其导通，可以准确探测运动员在其上的步法移动（图2－2－1）。
图 2－2－1 柔性薄膜开关阵列垫
信号采集系统基于单片微处理器设计，配合高速切换开关，实现对柔性薄
膜开关阵列的高速扫描和信号采集。微处理器选用Silicon Laboratories 公司的
C8051F040 型单片机，它基于8051 改进型设计，工作频率可达25MSPS，资源
丰富，IO 口最多64 个，64K FLASH/4K RAM。
柔性薄膜开关
阵列垫
信 号 采
集仪
PC
分析软件
数据库
北京体育大学博士学位论文