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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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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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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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           [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。

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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。

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                                                         北京体育大学博士学位论文

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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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

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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

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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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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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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三维坐

标。

     应用Excel、Origin 等软件对原始三维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

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                                                         北京体育大学博士学位论文

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。

            肩
                      肘角
               肩角

                   肘
                           腕
                                            髋
          髋      髋角                                            肩

                                                          转角
                                                               髋
                                            肩
            膝角        膝

                 踝

                          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。

                                      27

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                                                          北京体育大学博士学位论文

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。

                                      28

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     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

          A   B1  C1 D1     A2   B2 C2  D2    A3    B3 C3 D3

  度
  速
  拍
  球

     1    51    101   151   201   251   301   351   401   451

                           动作阶段划分图                             时间

   力
   用
   作                                                                     Fz2
   反
   撑                                                                     Fy2
   支                                                                     Fx2
   面
   地1     501   1001  1501  2001  2501  3001  3501  4001  4501

                           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

                                       29

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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 ）。

                                      30

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     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。

                                      31

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                                                         北京体育大学博士学位论文

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

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           表1－2－1       特征时刻球拍速度表（n=10 ）                          单位： m/s

                    轻打              重打               轻拉              重拉

                 （M ±SD）          （M ±SD）         （M ±SD）          （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 ）
                   0.10±0.14       0.14±0.10      0.05±0.05      0.26±0.28
 （M ±SD）

两速度之比（％）
                   98.04±2.73      98.44 ±1.15    99.54±1.48     98.16±1.89
 （M ±SD）

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

                                       33

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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

                             [42]
之后，时间为0.005s。在刘卉 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。

                                       34

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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             重打             轻拉            重拉

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

               还原
               23%
                                 引拍             还原
                                                 32%                 引拍
                                 35%
                                                                     37%

              随挥
              25%           挥击                      随挥          挥击

                                                    17%
                             17%                                14%
                 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

                                      35

 

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                                                         北京体育大学博士学位论文

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。

   位移(mm) A     B     C  D  a           位置(mm)    A    B   C  D  a
   1000                                  1500

                                         1000
    500

                                         500
      0
        0       50       100               0
   -500                           时间  -500 0          50      100       时间

                                  （ms）                                  （ms）
  -1000                                 -1000
                    轻打                                   重打

   位置(mm)    A    B C  D    a             位置(mm)   A    B  C  D   a

   1500                                   1500

   1000                                   1000

    500                                    500

      0                                      0
        0    50   100  150  200               0    50   100   150  200
   -500                            时间     -500                            时间
                                   （ms）                                   （ms）
  -1000                                  -1000
                    轻拉                                     重拉

                                        左右
                                        前后
                                        上下

                      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。

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                                                         北京体育大学博士学位论文

     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               重打              轻拉               重拉

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

       左右        -0.18 ±0.11     -0.23±0.13 ﹡     0.37 ±0.35 ﹠     0.52 ±0.21
  引
       前后         0.62 ±0.51     0.67±0.12 ﹡       0.91 ±0.10      0.95±0.06
  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
  挥
       前后        -0.28 ±0.28     -0.31±0.26 ﹡     -0.46 ±0.16      -0.43±0.07
  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
  随
       前后        -0.27 ±0.40      -0.45±0.20      -0.34±0.14       -0.43±0.04
  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
  还
       前后        -0.02 ±0.08      -0.04±0.07      -0.10±0.11       -0.19±0.13
  原
       上下        -0.19 ±0.22     -0.38±0.11 ﹡     -0.58 ±0.06      -0.58±0.11

  总  左右          0.86 ±0.17 ﹟    1.28 ±0.24 ﹡      1.76 ±0.34      1.82±0.38

  路  前后           1.58 ±0.44     1.75±0.21 ﹡       1.83 ±0.19      1.90±0.12

  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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