Question

小明乘坐地铁时发现：乘客中有很多“低头族”，他们长时间低着头看手机。他记起物理课上老师讲过：长时间低头会引起颈部肌肉损伤。当头颅为竖直状态时，颈部肌肉的拉力为零；当头颅低下时，颈部肌肉会产生一定的拉力。为了探究“颈部肌肉的拉力与低头角度大小的关系”，小明跟课外小组的同学们制作了一个头颅模型来模拟实验。如图甲所示，把人的颈椎简化成支点O，头颅模型的质量为1kg，头颅模型在重力作用下可绕支点O转动，A点为头颅模型的重心，B点为肌肉拉力的作用点。将细线的一端固定在B点，用测力计拉着细线模拟测量肌肉的拉力，头颅模型在转动过程中，细线拉力的方向始终垂直于OB，如图乙所示，让头颅模型从竖直状态开始转动，通过实验同学们记录了低头角度θ与细线拉力F的数据，如下表：

θ/ °	0	15	30	45	60
F/N	0	7．3	14．0	20．2	25．0

（1）若头颅质量为6kg，当低头角度为60°时，根据实验表中数据及相关物理知识推测：颈部肌肉承受的拉力为        N。

（2）请通过实验数据记录分析：人低头的角度越大，颈部肌肉的拉力        ，其主要原因是：        。

（3）根据实验，请你关于“预防和延缓颈部肌肉损伤”提出一个合理化的建议：        。

Answer

（1）150 ；（2）越大；低头角度越大，重力G的力臂L越长，重力G和肌肉拉力F的力臂OB不变，根据杠杆平衡条件G×L=F×LOB，因此肌肉的拉力F越大；（3）不要长时间低头

【解析】

试题分析：（1）由表格中数据可知：θ=60°时，m=1kg，F=25N；若m=6kg，由杠杆平衡条件可知拉力F1=6×25N=150N；（2）通过实验数据可知人低头的角度越大，颈部肌肉的拉力越大。主要原因可根据杠杆平衡条件知识解释：图乙中，F和G的力臂如图：，根据杠杆平衡条件可得：F×LOB=G×L，当低头角度越大，重力力臂L越长，拉力F和F的力臂LOB不变，所以低头角度越大时，拉力F越大；（3）根据第（2）问的分析可知，为了“预防和延缓颈部肌肉损伤”，头部低头角度不能太大，低头的时间不能太长，不能让让肌肉长时间处于较大拉力状态。所以“预防和延缓颈部肌肉损伤”的措施有：尽量减小低头角度，不要长时间低头，低头时间久了要抬头休息（合理即可）。

考点：杠杆平衡条件及其应用