拓展创新
拔河输赢的奥秘
拔河,即双方各执绳的一端进行角力的体育活动,属于中国的传统运动项目。如图12.1-28甲所示,双方对绳有拉力,同时受到绳对双方的拉力。根据相互作用力的知识,A方对绳的拉力与绳对A方的拉力相等,B方对绳的拉力与绳对B方的拉力相等,当一根绳静止或缓慢移动时,绳上的拉力处处相等,由此可知双方对绳的拉力均等于绳的张力且方向相反。
拔河时被拉动的一方是失败的,简单来说,拔河输掉比赛的情况有两种。
情况1:两个队伍在拉扯时,运动员与地面之间的摩擦力会影响绳子的运动,如果输的一方人的姿势不变,原封不动地被拉了过来,这种情况主要是输在了最大静摩擦力。最大静摩擦力是指拉动物体,当物体即将滑动而未滑动时受到的摩擦力,即临界状态的最大摩擦力。
情况2:在拔河时,运动员的身体相当于杠杆,如果输的一方被拉得“转动起来”,即身体前倾后向前扑倒,最后脚底不稳输掉比赛,这种情况主要是输在了重力的力矩上。所谓力矩,即力和力臂的乘积。拔河比赛为什么跟力矩有关系呢?如图12.1-28乙所示,把人看作一个杠杆,人后仰时,绳子作用在人身上的力让人以脚底为支点向前旋转,即前倾;阻碍人发生转动的力是人的重力,身体后倾角度越大,重力的力臂越大,从而增大了重力的力矩,同时也减小了绳子拉力的力矩。

请根据上述材料,回答下列问题。
(1) 当拔河比赛双方处于相持阶段时,双方对绳子的拉力的大小(填“相等”或“不相等”)。
(2) 根据杠杆平衡知识,被拉得前倾输掉比赛的一方,其重力G的力矩$ G· l_{1} $与绳子拉力F的力矩$ F· l_{2} $的关系是:重力力矩$ G· l_{1} $(填“大于”“等于”或“小于”)拉力力矩$ F· l_{2} $。

相等
小于

【分析】
1. 对于第(1)问：首先明确相持阶段绳子处于静止状态，阅读题干材料可知，当绳静止或缓慢移动时，绳上的拉力处处相等，且双方对绳的拉力均等于绳的张力，方向相反，因此可判断双方对绳子的拉力大小关系。
2. 对于第(2)问：根据材料中杠杆的相关知识，当人被拉得前倾输掉比赛时，身体会向前转动，说明拉力的力矩使身体发生转动，重力的力矩无法阻碍这种转动，由此可判断重力力矩和拉力力矩的大小关系。
【解析】
(1) 当拔河比赛双方处于相持阶段时，绳子处于静止状态，由题干材料可知，此时绳上的拉力处处相等，双方对绳的拉力均等于绳的张力，因此双方对绳子的拉力大小相等。
(2) 当运动员被拉得前倾输掉比赛时，人的身体以脚底为支点向前转动，说明绳子拉力的力矩大于重力的力矩，即重力力矩$G· l_{1}$小于拉力力矩$F· l_{2}$。
【答案】
(1) 相等
(2) 小于
【知识点】
相互作用力、杠杆平衡条件
【点评】
本题以拔河运动为背景，将物理知识与生活实际结合，需要学生从材料中提取有效信息，运用平衡状态的力的关系和杠杆力矩的知识解决问题，培养学生理论联系实际的能力。
【难度系数】
0.6