Question

19．“低頭族”正成為現代社會的一個流行詞（如圖甲），有報道說，低頭時，能讓頸椎多隨約270N的拉力，為此，小明與課外小組的同學們制作了一個頭顱模型進行模擬實驗，如圖乙，把人的頸椎成支點O，頭顱模型的重量為G，頭顱模型與重力作用下可繞支點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，如圖丙，讓頭顱模型從豎直狀態開始轉動，通過實驗完成相關記錄，根據上面提供的信息，請你提出一個該課外小組探究的問題（或猜想）頸部肌肉的拉力與低頭角度大小有什么的關系？（或頸部肌肉拉動頭顱低頭是省力還是費力？），并根據客觀事實，提出一條關于“預防和延緩頸部肌肉損傷”的合理化建議：適當抬高手機屏幕（或盡量減小低頭的角度；不要長時間低頭看手機；低頭時間久了應適當做仰頭運動緩解頸椎承受的壓力等）．

Answer 1

分析 （1）將頭顱看做杠桿模型，根據該小組完成的實驗利用杠桿平衡條件分析進而提出該課外小組探究的問題（或猜想）；
（2）根據低頭角度越大，頸部肌肉拉力越大的特點分析即可提出合理化建議．

解答 解：（3）在圖乙中，F的力臂為L_OB，作出頭顱的重力G的力臂L_G，如圖所示：

由圖知，在Rt△ACO中，L_G=OAOAsinθ，
根據杠桿的平衡條件F₁L₁=F₂L₂可得，GL_G=FL_OB，
則頸部肌肉的拉力F=$\frac{G{L}_{G}}{{L}_{OB}}$=$\frac{G×OA×sinθ}{{L}_{OB}}$，
可見，人低頭的角度越大，sinθ越大，則頭顱的重力的力臂越大；
在頭顱重力和肌肉拉力的力臂不變的條件下，頭顱的重力的力臂越大，頸部肌肉的拉力就越大．
針對上面得出的結論提出探究的問題（或猜想）是：
頸部肌肉的拉力與低頭角度大小有什么的關系？（或頸部肌肉拉動頭顱低頭是省力還是費力？）
由于人低頭的角度越大，G的力臂越大，在頭顱重力和肌肉拉力的力臂不變的條件下，則頸部肌肉的拉力就越大；
所以要預防和延緩頸部肌肉損傷提出的合理化建議是：
可適當抬高手機屏幕（或盡量減小低頭的角度；不要長時間低頭看手機；低頭時間久了應適當做仰頭運動緩解頸椎承受的壓力等）．
故答案為：頸部肌肉的拉力與低頭角度大小有什么的關系？（或頸部肌肉拉動頭顱低頭是省力還是費力？）；
適當抬高手機屏幕（或盡量減小低頭的角度；不要長時間低頭看手機；低頭時間久了應適當做仰頭運動緩解頸椎承受的壓力等）．

點評 本題通過對人的頭顱模型的分析，考查了杠桿平衡條件的應用，學會建立模型，根據實際情況加以運用；同時分析了保護頸椎的方法，與生活聯系緊密，具有現實性意義．