Question

19．“低头族”正成为现代社会的一个流行词（如图甲），有报道说，低头时，能让颈椎多随约270N的拉力，为此，小明与课外小组的同学们制作了一个头颅模型进行模拟实验，如图乙，把人的颈椎成支点O，头颅模型的重量为G，头颅模型与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，如图丙，让头颅模型从竖直状态开始转动，通过实验完成相关记录，根据上面提供的信息，请你提出一个该课外小组探究的问题（或猜想）颈部肌肉的拉力与低头角度大小有什么的关系？（或颈部肌肉拉动头颅低头是省力还是费力？），并根据客观事实，提出一条关于“预防和延缓颈部肌肉损伤”的合理化建议：适当抬高手机屏幕（或尽量减小低头的角度；不要长时间低头看手机；低头时间久了应适当做仰头运动缓解颈椎承受的压力等）．

Answer 1

分析 （1）将头颅看做杠杆模型，根据该小组完成的实验利用杠杆平衡条件分析进而提出该课外小组探究的问题（或猜想）；
（2）根据低头角度越大，颈部肌肉拉力越大的特点分析即可提出合理化建议．

解答 解：（3）在图乙中，F的力臂为L_OB，作出头颅的重力G的力臂L_G，如图所示：

由图知，在Rt△ACO中，L_G=OAOAsinθ，
根据杠杆的平衡条件F₁L₁=F₂L₂可得，GL_G=FL_OB，
则颈部肌肉的拉力F=$\frac{G{L}_{G}}{{L}_{OB}}$=$\frac{G×OA×sinθ}{{L}_{OB}}$，
可见，人低头的角度越大，sinθ越大，则头颅的重力的力臂越大；
在头颅重力和肌肉拉力的力臂不变的条件下，头颅的重力的力臂越大，颈部肌肉的拉力就越大．
针对上面得出的结论提出探究的问题（或猜想）是：
颈部肌肉的拉力与低头角度大小有什么的关系？（或颈部肌肉拉动头颅低头是省力还是费力？）
由于人低头的角度越大，G的力臂越大，在头颅重力和肌肉拉力的力臂不变的条件下，则颈部肌肉的拉力就越大；
所以要预防和延缓颈部肌肉损伤提出的合理化建议是：
可适当抬高手机屏幕（或尽量减小低头的角度；不要长时间低头看手机；低头时间久了应适当做仰头运动缓解颈椎承受的压力等）．
故答案为：颈部肌肉的拉力与低头角度大小有什么的关系？（或颈部肌肉拉动头颅低头是省力还是费力？）；
适当抬高手机屏幕（或尽量减小低头的角度；不要长时间低头看手机；低头时间久了应适当做仰头运动缓解颈椎承受的压力等）．

点评 本题通过对人的头颅模型的分析，考查了杠杆平衡条件的应用，学会建立模型，根据实际情况加以运用；同时分析了保护颈椎的方法，与生活联系紧密，具有现实性意义．