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例题2 探究影响钢锯条形变大小的因素。
利用课桌，怎样使一根钢锯条向下弯曲？力作用于钢锯条的哪一部位比较省力？如何使钢锯条向下弯曲的程度更大一些？
提出猜想，设计实验方案，并实际操作一下，检验你的猜想是否正确。
点 拨
设计实验方案时，可以考虑固定钢锯条的方法（如平放）以及钢锯条伸出桌面的长度。这样设计，使钢锯条的形变只需考虑外界对其施力的因素。
利用课桌，怎样使一根钢锯条向下弯曲？力作用于钢锯条的哪一部位比较省力？如何使钢锯条向下弯曲的程度更大一些？
提出猜想，设计实验方案，并实际操作一下，检验你的猜想是否正确。
点 拨
设计实验方案时，可以考虑固定钢锯条的方法（如平放）以及钢锯条伸出桌面的长度。这样设计，使钢锯条的形变只需考虑外界对其施力的因素。
答案
解析
【分析】
我们可以从力的作用效果和力的三要素对作用效果的影响、杠杆原理入手思考：
1. 要使钢锯条向下弯曲，利用力可以改变物体形状的性质，对钢锯条施加向下的力即可；
2. 思考省力的施力部位时，可将钢锯条看作杠杆，固定端为支点，根据杠杆平衡条件，动力臂越长越省力，因此猜想作用在离支点（固定端）越远的位置越省力；
3. 要增大形变程度，结合力的三要素，猜想可以通过增大施力大小、在更远位置施力来实现。后续通过控制变量法设计实验，固定钢锯条伸出长度，分别改变施力点、施力大小，观察形变情况验证猜想。
【解析】
一、提出猜想
1. 对钢锯条伸出桌面的部分施加向下的力，可使其向下弯曲；
2. 力作用在钢锯条伸出桌面的末端时更省力；
3. 增大施加的力的大小、在离固定端更远的位置施力，能使钢锯条向下弯曲程度更大。
二、实验方案设计与操作
1. 固定钢锯条：将钢锯条一端平放在课桌边缘，用书本或手固定住桌面上的部分，控制钢锯条伸出桌面的长度（如10cm）。
2. 使钢锯条向下弯曲：用手在钢锯条伸出桌面的部分施加向下的力，观察到钢锯条向下弯曲，验证该方法可行。
3. 探究省力的施力部位：保持钢锯条伸出长度不变，分别在伸出端的中点和末端施加向下的力，使钢锯条弯曲相同程度，感受施力大小。发现作用在末端时，施加的力更小，更省力。
4. 探究增大形变程度的方法：
①保持施力点在末端，逐渐增大向下的力，观察到钢锯条弯曲程度逐渐变大；
②保持施力大小不变，将钢锯条伸出桌面长度增加至15cm，在末端施力，观察到弯曲程度比伸出10cm时更大。
三、实验结论
1. 对钢锯条伸出桌面的部分施加向下的力，可使其向下弯曲；
2. 力作用在钢锯条伸出桌面的末端时更省力（该位置力臂更长，根据杠杆平衡条件，动力臂越长，所需动力越小）；
3. 增大施加的力的大小、让钢锯条伸出桌面的长度更长，能使钢锯条向下弯曲的程度更大。
【答案】
操作与结论：
1. 使钢锯条向下弯曲的方法：将钢锯条一端固定在课桌上，对伸出桌面的部分施加向下的力，即可使其向下弯曲；
2. 省力部位：力作用在钢锯条伸出桌面的末端时更省力；
3. 增大弯曲程度的方法：①增大施加的力的大小；②增加钢锯条伸出桌面的长度。
实验方案：将钢锯条一端平放在课桌边缘并固定，通过控制变量法，分别改变施力点、施力大小，观察并比较钢锯条的形变程度，验证猜想。
【知识点】
力的作用效果、力的三要素影响力的作用效果、杠杆平衡条件
【点评】
本题为探究性实验题，核心考查控制变量法的应用，通过对钢锯条形变的探究，加深对力的作用效果及影响因素的理解，同时结合杠杆原理分析省力原因，能有效培养实验设计与动手操作能力。
【难度系数】
0.5
我们可以从力的作用效果和力的三要素对作用效果的影响、杠杆原理入手思考：
1. 要使钢锯条向下弯曲，利用力可以改变物体形状的性质，对钢锯条施加向下的力即可；
2. 思考省力的施力部位时，可将钢锯条看作杠杆，固定端为支点，根据杠杆平衡条件，动力臂越长越省力，因此猜想作用在离支点（固定端）越远的位置越省力；
3. 要增大形变程度，结合力的三要素，猜想可以通过增大施力大小、在更远位置施力来实现。后续通过控制变量法设计实验，固定钢锯条伸出长度，分别改变施力点、施力大小，观察形变情况验证猜想。
【解析】
一、提出猜想
1. 对钢锯条伸出桌面的部分施加向下的力，可使其向下弯曲；
2. 力作用在钢锯条伸出桌面的末端时更省力；
3. 增大施加的力的大小、在离固定端更远的位置施力，能使钢锯条向下弯曲程度更大。
二、实验方案设计与操作
1. 固定钢锯条：将钢锯条一端平放在课桌边缘，用书本或手固定住桌面上的部分，控制钢锯条伸出桌面的长度（如10cm）。
2. 使钢锯条向下弯曲：用手在钢锯条伸出桌面的部分施加向下的力，观察到钢锯条向下弯曲，验证该方法可行。
3. 探究省力的施力部位：保持钢锯条伸出长度不变，分别在伸出端的中点和末端施加向下的力，使钢锯条弯曲相同程度，感受施力大小。发现作用在末端时，施加的力更小，更省力。
4. 探究增大形变程度的方法：
①保持施力点在末端，逐渐增大向下的力，观察到钢锯条弯曲程度逐渐变大；
②保持施力大小不变，将钢锯条伸出桌面长度增加至15cm，在末端施力，观察到弯曲程度比伸出10cm时更大。
三、实验结论
1. 对钢锯条伸出桌面的部分施加向下的力，可使其向下弯曲；
2. 力作用在钢锯条伸出桌面的末端时更省力（该位置力臂更长，根据杠杆平衡条件，动力臂越长，所需动力越小）；
3. 增大施加的力的大小、让钢锯条伸出桌面的长度更长，能使钢锯条向下弯曲的程度更大。
【答案】
操作与结论：
1. 使钢锯条向下弯曲的方法：将钢锯条一端固定在课桌上，对伸出桌面的部分施加向下的力，即可使其向下弯曲；
2. 省力部位：力作用在钢锯条伸出桌面的末端时更省力；
3. 增大弯曲程度的方法：①增大施加的力的大小；②增加钢锯条伸出桌面的长度。
实验方案：将钢锯条一端平放在课桌边缘并固定，通过控制变量法，分别改变施力点、施力大小，观察并比较钢锯条的形变程度，验证猜想。
【知识点】
力的作用效果、力的三要素影响力的作用效果、杠杆平衡条件
【点评】
本题为探究性实验题，核心考查控制变量法的应用，通过对钢锯条形变的探究，加深对力的作用效果及影响因素的理解，同时结合杠杆原理分析省力原因，能有效培养实验设计与动手操作能力。
【难度系数】
0.5
例题3 探究坚硬的物体受力后是否会发生形变。
如图7-4-4所示，一个截面为椭圆形的玻璃瓶，瓶内灌满染成红色的水，瓶盖上钻有小孔，从孔中插入一根细长的玻璃管，玻璃管与瓶盖的缝隙已密封，旋紧瓶盖。当用手挤压玻璃瓶时，如何判断玻璃瓶是否发生形变？用力挤压瓶的不同部位（如长轴方向和短轴方向），观察玻璃管中水面位置的变化。
点 拨
坚硬物体受力后会发生微小形变，人眼很难直接观察到这些物体的形变。上述装置采用了转化和放大的方法，探究时借助玻璃管中水面位置的变化，来显示玻璃瓶受力时发生的微小形变。
如图7-4-4所示，一个截面为椭圆形的玻璃瓶，瓶内灌满染成红色的水，瓶盖上钻有小孔，从孔中插入一根细长的玻璃管，玻璃管与瓶盖的缝隙已密封，旋紧瓶盖。当用手挤压玻璃瓶时，如何判断玻璃瓶是否发生形变？用力挤压瓶的不同部位（如长轴方向和短轴方向），观察玻璃管中水面位置的变化。
点 拨
坚硬物体受力后会发生微小形变，人眼很难直接观察到这些物体的形变。上述装置采用了转化和放大的方法，探究时借助玻璃管中水面位置的变化，来显示玻璃瓶受力时发生的微小形变。
答案
解析
【分析】
由于玻璃瓶的形变十分微小，无法直接用肉眼观察，因此需采用转换法，将微小形变转化为易观察的现象。瓶内水的体积固定，当玻璃瓶受力形变时，其内部容积会改变，进而使玻璃管中的水面位置发生变化，我们可以通过观察水面的变化来判断玻璃瓶是否形变；同时挤压不同部位时，玻璃瓶的形变方向不同，容积变化不同，水面的变化情况也不同，需分别分析。
【解析】
1. 先观察并记录玻璃管内水面的初始位置。
2. 用手挤压玻璃瓶，观察玻璃管中水面的位置变化：
若玻璃管内水面出现上升或下降，说明玻璃瓶受力后发生了形变；
沿椭圆形截面的长轴方向挤压时，玻璃瓶截面趋近圆形，内部容积变大，瓶内水体积不变，故玻璃管中水面下降；
沿椭圆形截面的短轴方向挤压时，玻璃瓶截面更扁，内部容积变小，瓶内水体积不变，故玻璃管中水面上升。
【答案】
通过观察玻璃管内水面的位置变化判断：挤压玻璃瓶时，若玻璃管内水面上升或下降，说明玻璃瓶发生了形变；沿长轴方向挤压，水面下降；沿短轴方向挤压，水面上升。
【知识点】
转换法、力的作用效果、固体微小形变
【点评】
本题运用转换法将不易观察的微小形变转化为明显的液面变化，直观验证了坚硬物体受力也会形变，培养了利用物理方法探究问题的能力。
【难度系数】
0.5
由于玻璃瓶的形变十分微小，无法直接用肉眼观察，因此需采用转换法，将微小形变转化为易观察的现象。瓶内水的体积固定，当玻璃瓶受力形变时，其内部容积会改变，进而使玻璃管中的水面位置发生变化，我们可以通过观察水面的变化来判断玻璃瓶是否形变；同时挤压不同部位时，玻璃瓶的形变方向不同，容积变化不同，水面的变化情况也不同，需分别分析。
【解析】
1. 先观察并记录玻璃管内水面的初始位置。
2. 用手挤压玻璃瓶，观察玻璃管中水面的位置变化：
若玻璃管内水面出现上升或下降，说明玻璃瓶受力后发生了形变；
沿椭圆形截面的长轴方向挤压时，玻璃瓶截面趋近圆形，内部容积变大，瓶内水体积不变，故玻璃管中水面下降；
沿椭圆形截面的短轴方向挤压时，玻璃瓶截面更扁，内部容积变小，瓶内水体积不变，故玻璃管中水面上升。
【答案】
通过观察玻璃管内水面的位置变化判断：挤压玻璃瓶时，若玻璃管内水面上升或下降，说明玻璃瓶发生了形变；沿长轴方向挤压，水面下降；沿短轴方向挤压，水面上升。
【知识点】
转换法、力的作用效果、固体微小形变
【点评】
本题运用转换法将不易观察的微小形变转化为明显的液面变化，直观验证了坚硬物体受力也会形变，培养了利用物理方法探究问题的能力。
【难度系数】
0.5
