Question

【題目】小明乘坐地鐵時發(fā)現(xiàn)：乘客中有很多“低頭族”，他們長時間低著頭看手機.他記起物理課上老師講過：長時間低頭會引起頸部肌肉損傷.當頭顱為豎直狀態(tài)時，頸部肌肉的拉力為零；當頭顱低下時，頸部肌肉會產(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系”，小明跟課外小組的同學們制作了一個頭顱模型來模擬實驗.如圖甲所示，把人的頸椎簡化成支點O，頭顱模型的質量為1kg，頭顱模型在重力作用下可繞支點O轉動，A點為頭顱模型的重心，B點為肌肉拉力的作用點.將細線的一端固定在B點，用測力計拉著細線模擬測量肌肉的拉力，頭顱模型在轉動過程中，細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)開始轉動，通過實驗同學們記錄了低頭角度θ與細線拉力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）若頭顱質量為6kg，當?shù)皖^角度為60°時，根據(jù)實驗表中數(shù)據(jù)及相關物理知識推測：頸部肌肉承受的拉力為N.
（2）請通過實驗數(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)實驗，請你關于“預防和延緩頸部肌肉損傷”提出一個合理化的建議：.

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）不要長時間低頭
【解析】（1）由表格中數(shù)據(jù)可知：θ=60°時，m=1kg，F(xiàn)=25N；若m=6kg，由杠桿平衡條件可知拉力F1=6×25N=150N；
（2）通過實驗數(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?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，拉力F越大；
（3）根據(jù)第（2）問的分析可知，為了“預防和延緩頸部肌肉損傷”，頭部低頭角度不能太大，低頭的時間不能太長，不能讓讓肌肉長時間處于較大拉力狀態(tài).所以“預防和延緩頸部肌肉損傷”的措施有：盡量減小低頭角度，不要長時間低頭，低頭時間久了要抬頭休息（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）不要長時間低頭.

【考點精析】關于本題考查的杠桿的平衡條件，需要了解杠桿平衡：杠桿在動力和阻力的作用下靜止或勻速轉動時，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：動力 ×動力臂 = 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．