1. 在研究“杠杆的平衡条件”的实验中，有一组同学猜想杠杆的平衡条件可能是“动力+动力臂=阻力+阻力臂”。他们经过实验，获得了下述数据。

于是，他们认为自己的猜想得到了验证。你认为他们的实验过程存在什么问题？

实验不能只凭一组数据得到结论,必须在多次实验的基础上通过分析才能得出结论;单位不同的两个物理量不能直接相加。

【分析】
要解决这个问题，需从实验探究的科学性和物理量的运算规则两方面思考：首先，探究物理规律时，仅靠一组实验数据得出结论不科学，一次实验结果具有偶然性，需多次实验验证；其次，不同单位的物理量不能直接加减，该同学的猜想本身违背物理量运算规则，动力单位是N，动力臂单位是cm，单位不同无法直接相加。
【解析】
1. 实验结论的普遍性要求：在探究物理规律的实验中，不能仅通过一组实验数据得出结论，一次实验的结果具有偶然性，无法代表普遍规律，应多次改变实验条件，获取多组不同数据，分析后才能总结出普遍规律。
2. 物理量的运算规则：不同单位的物理量不能直接进行加减运算，本题中动力$F_1$、$F_2$的单位是N，动力臂$l_1$、阻力臂$l_2$的单位是cm，单位不同，无法直接相加，因此该同学的猜想本身存在错误。
【答案】
实验不能只凭一组数据得到结论,必须在多次实验的基础上通过分析才能得出结论;单位不同的两个物理量不能直接相加。
【知识点】
杠杆平衡条件、物理量单位、实验探究方法
【点评】
本题考查杠杆平衡条件实验的注意事项，重点提醒学生实验探究需遵循科学性原则，既要多次实验避免偶然性，也要注意物理量的运算规则，不同单位的物理量不能直接运算，是实验探究中的易错点。
【难度系数】
0.6

2. 为研究力的作用效果与哪些因素有关,小明同学设计并进行了如下实验:取一长40 cm、宽2 cm的薄竹条,放在桌子边缘并伸出桌边约20 cm,保持竹条位置不变,进行了三次实验,已知压竹条的力$F_2＞F_1$,实验情况如图中的甲、乙、丙所示。由图甲和乙可以得到的结论是;由图甲和丙可以得到的结论是。

力的大小、方向相同时,力的作用点不同,力的作用效果不同
力的作用点、方向相同时,力的大小不同,力的作用效果不同

【分析】
要探究力的作用效果与某一因素的关系，需运用控制变量法，即控制其他影响因素不变，只改变要研究的因素。对比甲、乙两图，力的大小、方向相同，仅作用点不同，竹条形变程度不同；对比甲、丙两图，力的作用点、方向相同，仅力的大小不同，竹条形变程度不同，据此可得出对应结论。
【解析】
1. 分析甲、乙：两图中，力的大小均为$F_1$，方向均竖直向下，只有力的作用点不同，竹条的弯曲程度（形变效果）不同，因此可得出：力的大小、方向相同时，力的作用点不同，力的作用效果不同。
2. 分析甲、丙：两图中，力的作用点相同，方向均竖直向下，力的大小$F_2＞F_1$，竹条的弯曲程度（形变效果）不同，因此可得出：力的作用点、方向相同时，力的大小不同，力的作用效果不同。
【答案】
力的大小、方向相同时，力的作用点不同，力的作用效果不同；力的作用点、方向相同时，力的大小不同，力的作用效果不同
【知识点】
力的三要素；力的作用效果
【点评】
本题通过控制变量法探究力的三要素对力的作用效果的影响，是力学基础实验题，重点考查控制变量法的应用，属于对力学基础知识点的常规考查。
【难度系数】
0.6

3. 小明同学做了一个实验,来验证力的三要素对力的作用效果的影响,具体情况如图所示,$F_1=F_3=F_4＞F_2$,分别用各力拉住同一根锯条,使其发生图中甲、乙、丙、丁四种形变。

(1)能说明力的作用效果跟力的大小有关的图是图和图。
(2)能说明力的作用效果跟力的方向有关的图是图和图。
(3)能说明力的作用效果跟力的作用点有关的图是图和图。
(4)在上述甲图与丙图中,控制和相同,研究与之间的关系,这种研究问题的方法,在物理学上叫作法。

(1)甲 乙
(2)甲 丙
(3)甲 丁
(4)力的大小 力的作用点 力的作用效果 力的方向 控制变量

【分析】
要探究力的作用效果与某一要素的关系，需运用控制变量法：保持另外两个要素相同，仅改变待研究的要素，通过锯条的形变判断力的作用效果变化。
(1) 探究力的作用效果与大小的关系时，需控制方向、作用点相同，改变力的大小；
(2) 探究力的作用效果与方向的关系时，需控制大小、作用点相同，改变力的方向；
(3) 探究力的作用效果与作用点的关系时，需控制大小、方向相同，改变力的作用点；
(4) 对比甲、丙两图，明确控制的变量和研究的变量，确定所用方法。
【解析】
(1) 甲、乙两图中，力的方向均向左、作用点均在锯条下端，仅力的大小不同（F₁＞F₂），锯条形变程度不同，说明力的作用效果与力的大小有关，故填甲、乙；
(2) 甲、丙两图中，力的大小均为F₁=F₃、作用点均在锯条下端，仅力的方向不同（F₁向左、F₃向右），锯条形变方向不同，说明力的作用效果与力的方向有关，故填甲、丙；
(3) 甲、丁两图中，力的大小均为F₁=F₄、方向均向左，仅力的作用点不同（甲在下端、丁在中间），锯条形变不同，说明力的作用效果与力的作用点有关，故填甲、丁；
(4) 甲图与丙图中，控制了力的大小和力的作用点相同，研究力的作用效果与力的方向的关系，这种方法是控制变量法。
【答案】
(1) 甲；乙
(2) 甲；丙
(3) 甲；丁
(4) 力的大小；力的作用点；力的作用效果；力的方向；控制变量
【知识点】
力的三要素；控制变量法
【点评】
本题通过锯条形变直观展示力的三要素对作用效果的影响，核心考查控制变量法的应用，是力学基础题型，需掌握控制变量法的探究逻辑。
【难度系数】
0.8

4. 如图所示,在研究二力平衡条件的实验中,取一块硬纸板,在相对的顶点附近各开一个小孔并用细线系住,细线的另一端跨过桌边的两个定滑轮。

(1)硬纸板没有与桌面接触,这样做的好处是。
(2)当两侧滑轮上所挂钩码质量时,硬纸板静止。
(3)保持两侧所挂钩码质量相等,把硬纸板扭转一个角度,使拉力$ F_1 $和$ F_2 $不在同一直线上,放手后硬纸板。当硬纸板重新恢复到原来的静止状态时,拉力$ F_1 $和$ F_2 $作用在同一直线上。
(4)由上述实验可知,作用在同一物体上的两个力,如果,方向,并且在上,这两个力就彼此平衡。

(1)避免由于桌面的摩擦对实验产生影响
(2)相等
(3)旋转
(4)大小相等 相反 同一条直线

【分析】这道题围绕二力平衡条件的探究实验展开，解题时需结合实验设计目的、二力平衡的条件分析各问题：硬纸板不接触桌面是为消除摩擦力干扰；二力平衡要求两个力大小相等，故钩码质量需相等；拉力不在同一直线时物体无法平衡，会发生转动；最终总结二力平衡的核心条件。
【解析】
(1) 硬纸板不与桌面接触，可避免硬纸板受到桌面的滑动摩擦力，消除摩擦力对实验结果的干扰，让实验能准确探究二力平衡的条件。
(2) 当两侧滑轮上所挂钩码质量相等时，根据公式$G=mg$，两侧细线对硬纸板的拉力大小相等，硬纸板在这两个力作用下保持静止。
(3) 保持两侧钩码质量相等，将硬纸板扭转一个角度后，拉力$F_1$和$F_2$不在同一直线上，此时两个力无法使硬纸板平衡，放手后硬纸板会旋转，直到两个力重新回到同一直线，恢复静止状态。
(4) 结合实验现象可知，作用在同一物体上的两个力，若大小相等、方向相反，并且作用在同一条直线上，这两个力就彼此平衡。
【答案】
(1) 避免由于桌面的摩擦对实验产生影响
(2) 相等
(3) 旋转
(4) 大小相等；相反；同一条直线
【知识点】
探究二力平衡实验；二力平衡条件
【点评】
本题是二力平衡探究实验的基础题，考查实验设计原理和二力平衡的核心条件，侧重对实验过程与结论的理解，属于学生应掌握的基础知识点。
【难度系数】
0.7