Question

【題目】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)，如下表：

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(shí)推測：頸部肌肉承受的拉力為N.
（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 ， 其主要原因是：.
（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：.

Answer 1

【答案】
（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×LOB,因此肌肉的拉力F越大
（3）不要長時(shí)間低頭
【解析】（1）由表格中數(shù)據(jù)可知：θ=60°時(shí)，m=1kg，F(xiàn)=25N；若m=6kg，由杠桿平衡條件可知拉力F1=6×25N=150N；
（2）通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知人低頭的角度越大，頸部肌肉的拉力越大.主要原因可根據(jù)杠桿平衡條件知識(shí)解釋：圖乙中，F(xiàn)和G的力臂如圖： ，根據(jù)杠桿平衡條件可得：F×LOB=G×L，當(dāng)?shù)皖^角度越大，重力力臂L越長，拉力F和F的力臂LOB不變，所以低頭角度越大時(shí)，拉力F越大；
（3）根據(jù)第（2）問的分析可知，為了“預(yù)防和延緩頸部肌肉損傷”，頭部低頭角度不能太大，低頭的時(shí)間不能太長，不能讓讓肌肉長時(shí)間處于較大拉力狀態(tài).所以“預(yù)防和延緩頸部肌肉損傷”的措施有：盡量減小低頭角度，不要長時(shí)間低頭，低頭時(shí)間久了要抬頭休息（合理即可）.
所以答案是：（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×LOB，因此肌肉的拉力F越大；（3）不要長時(shí)間低頭.

【考點(diǎn)精析】關(guān)于本題考查的杠桿的平衡條件，需要了解杠桿平衡：杠桿在動(dòng)力和阻力的作用下靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，稱為杠桿平衡．杠桿平衡是力和力臂乘積的平衡，而不是力的平衡．杠桿平衡的條件：動(dòng)力 ×動(dòng)力臂 = 阻力 ×阻力臂即：F1 L1 = F2 L2可變形為 ：F1 / F2 = L1 / L2才能得出正確答案．