Question

【題目】“低頭族”長時間低頭看手機，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，頸部肌肉會產生一定的拉力．為了研究頸部肌肉的拉力與低頭角度大小的關系，我們可以建立一個頭顱模型來模擬實驗．如圖甲所示，把人的頸椎簡化成一個支點O，用1kg的頭顱模型在重力作用下繞著這個支點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，用彈簧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，通過實驗記錄出低頭角度θ及細線拉力F的數(shù)據，如表：

低頭角度θ/°	0	15	30	45	60
細線拉力F/N	0	7.3	14.0	20.2	25.0

（1）設頭顱質量為8kg，當?shù)皖^角度為60°時，頸部肌肉實際承受的拉力是 N．

（2）在圖乙中畫出細線拉力的示意圖．

（3）請解釋：為什么低頭角度越大，頸部肌肉的拉力會越大？答 ．

（4）請你就預防和延緩頸椎損傷提出一個合理化的建議： ．

Answer 1

【答案】（1）200；（2）見圖；（3）人低頭的角度越大，G的力臂越大；（4）盡量減小低頭的角度（或不要長時間低頭做事，低頭時間久了要抬頭休息等等）．

【解析】

試題分析：（1）將頭顱看做杠桿模型，同是低頭角度為60°，動力臂和阻力臂的大小不變，根據表格中數(shù)據得出頸部肌肉所受拉力的大�。�

（2）根據題意，細線的拉力應垂直于OB向下；

（3）根據杠桿的平衡條件結合三角函數(shù)關系得出頸部肌肉拉力與低頭角度的關系；

（4）根據低頭角度越大，頸部肌肉拉力越大的特點分析．

解：

（1）由表格中數(shù)據知，當?shù)皖^角度為60°時，若m=1kg，細線的拉力為25N；

若m=8kg，由于角度不變，所以動力臂和阻力臂不變，則拉力F=8×25N=200N；

（2）由題意知，細線拉力的方向應垂直于OB向下，如圖所示：

（3）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，根據杠桿的平衡條件：GLG=FLF

則F==，人低頭的角度越大，sinθ越大，則G的力臂越大，肌肉的拉力就越大；

（4）要預防和延緩頸椎損傷，可盡量減小低頭的角度，不要長時間低頭做事，低頭時間久了要抬頭休息等等．

故答案為：

（1）200；（2）見上圖；（3）人低頭的角度越大，G的力臂越大；（4）盡量減小低頭的角度（或不要長時間低頭做事，低頭時間久了要抬頭休息等等）．