Question

16．小明乘坐地鐵時(shí)發(fā)現(xiàn)：乘客中有很多“低頭族”，他們長時(shí)間低著頭看手機(jī)．他記起物理課上老師講過：長時(shí)間低頭會(huì)引起頸部肌肉損傷．當(dāng)頭顱為豎直狀態(tài)時(shí)，頸部肌肉的拉力為零；當(dāng)頭顱低下時(shí)，頸部肌肉會(huì)產(chǎn)生一定的拉力．
為了探究“頸部肌肉的拉力與低頭角度大小的關(guān)系”，小明跟課外小組的同學(xué)們制作了一個(gè)頭顱模型來模擬實(shí)驗(yàn)．如圖甲所示，把人的頸椎簡化成支點(diǎn)O，頭顱模型的質(zhì)量為1kg，頭顱模型在重力作用下可繞支點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)，A點(diǎn)為頭顱模型的重心，B點(diǎn)為肌肉拉力的作用點(diǎn)．將細(xì)線的一端固定在B點(diǎn)，用測力計(jì)拉著細(xì)線模擬測量肌肉的拉力，頭顱模型在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，細(xì)線拉力的方向始終垂直于OB，如圖乙所示，讓頭顱模型從豎直狀態(tài)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，通過實(shí)驗(yàn)同學(xué)們記錄了低頭角度θ與細(xì)線拉力F的數(shù)據(jù)，如表：

θ/°	0	15	30	45	60
F/N	0	7.3	14.0	20.2	25.0

（1）若頭顱質(zhì)量為6kg，當(dāng)?shù)皖^角度為60°時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)表中數(shù)據(jù)及相關(guān)物理知識推測：頸部肌肉承受的拉力為150N．
（2）請通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄分析：人低頭的角度越大，頸部肌肉的拉力越大，其主要原是：低頭角度越大，重力G的力臂L越長，重力G和肌肉拉力F的力臂OB不變，根據(jù)杠桿平衡條件G•L=F•OB，因此肌肉的拉力F越大．
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)，請你關(guān)于“預(yù)防和延緩頸部肌肉損傷”提出一個(gè)合理化的建議：不要長時(shí)間低頭．

Answer 1

分析 （1）將頭顱看做杠桿模型，同是低頭角度為60°，動(dòng)力臂和阻力臂的大小不變，根據(jù)表格中數(shù)據(jù)得出頸部肌肉所受拉力的大��；
（2）根據(jù)圖示得出重力力臂與低頭角度的關(guān)系，然后根據(jù)杠桿的平衡條件得出頸部肌肉拉力與低頭角度的關(guān)系；
（3）根據(jù)低頭角度越大，頸部肌肉拉力越大的特點(diǎn)分析．

解答 解：（1）由表格中數(shù)據(jù)知，當(dāng)?shù)皖^角度為60°時(shí)，若m=1kg，細(xì)線的拉力為25N；
若m=6kg，由于角度不變，所以動(dòng)力臂和阻力臂不變，則拉力F=6×25N=150N；
（2）圖乙中，F(xiàn)的力臂為OB，做出乙圖G的力臂，如圖所示：

由圖知，低頭角度越大，重力G的力臂L越長，重力G和肌肉拉力F的力臂OB不變，根據(jù)杠桿平衡條件G•L=F•OB，因此肌肉的拉力F越大；
（3）要預(yù)防和延緩頸椎損傷，可盡量減小低頭的角度，不要長時(shí)間低頭做事，低頭時(shí)間久了要抬頭休息等等．
故答案為：（1）150；（2）越大；低頭角度越大，重力G的力臂L越長，重力G和肌肉拉力F的力臂OB不變，根據(jù)杠桿平衡條件G•L=F•OB，因此肌肉的拉力F越大；
（3）不要長時(shí)間低頭．

點(diǎn)評 本題通過對人的頭顱模型的分析，考查了杠桿平衡條件的應(yīng)用，同時(shí)分析了保護(hù)頸椎的方法，與生活聯(lián)系，具有現(xiàn)實(shí)性意義．