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“低头族”长时间低头看手机,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.为了研究颈部肌肉的拉力与低头角度大小的
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“低头族”长时间低头看手机,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.为了研究颈部肌肉的拉力与低头角度大小的关系,我们可以建立一个头颅模型来模拟实验,如图甲所示.把人的颈椎简化成一个支点O,用1kg的头颅模型在重力作用下绕着这个支点O转动,A点为头颅模型的重心,B点为肌肉拉力作用点.将细线的一端固定在B点,用弹簧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,通过实验记录出低头角度θ及细线拉力F的数据.如表:
(1)设头颅质量为7kg,当低头角度为60°时,颈部肌肉实际承受的拉力是___N.
(2)请解释:为什么低头角度越大,颈部肌肉的拉力会越大?答___.
(3)请你就预防和延缓颈椎损伤提出一个合理化的建议:___.

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.为了研究颈部肌肉的拉力与低头角度大小的关系,我们可以建立一个头颅模型来模拟实验,如图甲所示.把人的颈椎简化成一个支点O,用1kg的头颅模型在重力作用下绕着这个支点O转动,A点为头颅模型的重心,B点为肌肉拉力作用点.将细线的一端固定在B点,用弹簧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,通过实验记录出低头角度θ及细线拉力F的数据.如表:
| 低头角度θ/° | 0 | 15 | 30 | 45 | 60 |
| 细线拉力F/N | 0 | 7.3 | 14.0 | 20.2 | 25.0 |
(2)请解释:为什么低头角度越大,颈部肌肉的拉力会越大?答___.
(3)请你就预防和延缓颈椎损伤提出一个合理化的建议:___.

▼优质解答
答案和解析
(1)由表格中数据知,当低头角度为60°时,若m=1kg,细线的拉力为25N;
若m=7kg,由于角度不变,所以动力臂和阻力臂不变,则拉力F=7×25N=175N;
(2)图乙中,F的力臂为OB,做出乙图G的力臂,如图所示:

由图知,根据杠杆的平衡条件:G•LG=F•LF
则F=
=
,人低头的角度越大,sinθ越大,则G的力臂越大,肌肉的拉力就越大(3);
(3)要预防和延缓颈椎损伤,可尽量减小低头的角度,不要长时间低头做事,低头时间久了要抬头休息等等.
故答案为:(1)175;(2)人低头的角度越大,G的力臂越大;肌肉的拉力的力臂不变,根据杠杆的平衡条件可知肌肉的拉力就越大;(3)尽量减小低头的角度(或不要长时间低头做事,低头时间久了要抬头休息等等).
若m=7kg,由于角度不变,所以动力臂和阻力臂不变,则拉力F=7×25N=175N;
(2)图乙中,F的力臂为OB,做出乙图G的力臂,如图所示:

由图知,根据杠杆的平衡条件:G•LG=F•LF
则F=
| G•LG |
| LF |
| G×OA×sinθ |
| OB |
(3)要预防和延缓颈椎损伤,可尽量减小低头的角度,不要长时间低头做事,低头时间久了要抬头休息等等.
故答案为:(1)175;(2)人低头的角度越大,G的力臂越大;肌肉的拉力的力臂不变,根据杠杆的平衡条件可知肌肉的拉力就越大;(3)尽量减小低头的角度(或不要长时间低头做事,低头时间久了要抬头休息等等).
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