题目内容

8.从地面上搬起重物我们的常见做法是弯腰(如图甲)或人下蹲弯曲膝盖(如图乙)把它搬起来,哪种方法好呢?下面就建立模型说明这个问题.把脊柱简化为杠杆如图丙所示,脊柱可绕骶骨(轴)O转动,腰背部复杂肌肉的等效拉力F1作用在A点,其实际作用方向与脊柱夹角为12°且保持不变,搬箱子拉力F2作用在肩关节B点,在B点挂一重物代替箱子.用测力计沿F1方向拉,使模型静止,可测出腰背部复杂肌肉拉力的大小.接着,改变脊柱与水平面的夹角即可改变杠杆与水平面的夹角α,多次实验得出结论.

(1)在丙图中画出F2力臂L2.
(2)当α角增大时,L2变小(变大/不变/变小),F1变小(变大/不变/变小).
(3)如果考虑到人上半身的重力,那么腰背部肌肉的实际拉力将比丙图中F1要大(大/小).
(4)对比甲乙两种姿势所对应丙图中的两种状态,由以下分析可得,乙(甲/乙)图中的姿势比较正确.

分析 (1)力臂L2是指从支点到力F2的作用线的距离;
(2)当α角增大时,由图分析得出力臂L2变化,根据杠杆平衡条件即可判断中F1的变化;
(3)如果考虑到人上半身的重力,根据重力对杠杆的作用,利用杠杆平衡条件即可判断实际拉力的变化;
(4)比较两种状态下力臂L1变化,利用杠杆平衡条件即可判断拉力的不同;根据拉力的大小变化可判断姿势的产生的后果.

解答 解:(1)延长F2作用线,由支点作其作用线的垂线,L2是其力臂.如图:

(2)由图可知:当α角增大时,力臂L2变小;由于拉力F1的方向与脊柱夹角始终为12°,且OA这段距离不变,则O点到F1作用线的距离不变,即动力臂不变,阻力为箱子的重力不变,根据杠杆平衡条件可知,F1变小;
(3)如果考虑到人上半身的重力,由于上半身的重力会阻碍杠杆的转动,根据杠杆平衡条件可知:实际拉力将变大;
(4)比较甲、乙两种姿势可知:甲的支点太高,在搬起物体时,阻力臂减小得慢,则腰背部复杂肌肉的等效拉力F1要比较长时间的使用较大的力,所以甲姿势不正确,乙姿势比较正确.
故答案为:(1)如上图;(2)变小;变小;(3)大;(4)乙.

点评 本题考查杠杆平衡条件的应用,关键是力臂的变化判断.所以本题应首先根据画出力臂.

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