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5. 如图所示,将一薄钢条的一端固定,在(a)、(b)、(c)、(d)四幅图中,分别用不同的力去推它,使其发生形变。要求:
(1) 比较(a)、(b)两图可知,力的作用效果与力的大小有关。
(2) 比较(a)、(c)两图可知,力的作用效果与力的方向有关。
(3) 比较(a)、(d)两图可知,力的作用效果与力的作用点有关。
请在图(b)、(c)、(d)中钢条的适当位置分别用$F_{\mathrm{b}}$、$F_{\mathrm{c}}$、$F_{\mathrm{d}}$标出其刚开始受力的示意图,并写出$F_{\mathrm{b}}$、$F_{\mathrm{c}}$、$F_{\mathrm{d}}$与$F_{\mathrm{a}}$的大小关系。
(1) 比较(a)、(b)两图可知,力的作用效果与力的大小有关。
(2) 比较(a)、(c)两图可知,力的作用效果与力的方向有关。
(3) 比较(a)、(d)两图可知,力的作用效果与力的作用点有关。
请在图(b)、(c)、(d)中钢条的适当位置分别用$F_{\mathrm{b}}$、$F_{\mathrm{c}}$、$F_{\mathrm{d}}$标出其刚开始受力的示意图,并写出$F_{\mathrm{b}}$、$F_{\mathrm{c}}$、$F_{\mathrm{d}}$与$F_{\mathrm{a}}$的大小关系。
答案
【解析】
1. 图（b）：探究力的作用效果与力的大小的关系，需控制力的方向、作用点相同，改变力的大小。F_b作用在钢条自由端，方向水平向左，F_b＞F_a，示意图为从钢条自由端向左画带箭头线段，长度长于F_a。
2. 图（c）：探究力的作用效果与力的方向的关系，需控制力的大小、作用点相同，改变力的方向。F_c作用在钢条自由端，方向水平向右，F_c=F_a，示意图为从钢条自由端向右画带箭头线段，长度等于F_a。
3. 图（d）：探究力的作用效果与力的作用点的关系，需控制力的大小、方向相同，改变作用点。F_d作用在钢条靠近固定端位置，方向水平向左，F_d=F_a，示意图为从钢条靠近固定端位置向左画带箭头线段，长度等于F_a。
【答案】
图（b）：F_b作用在钢条自由端，方向水平向左，F_b＞F_a（示意图：从钢条自由端向左画带箭头线段，长度长于F_a）；
图（c）：F_c作用在钢条自由端，方向水平向右，F_c=F_a（示意图：从钢条自由端向右画带箭头线段，长度等于F_a）；
图（d）：F_d作用在钢条靠近固定端位置，方向水平向左，F_d=F_a（示意图：从钢条靠近固定端位置向左画带箭头线段，长度等于F_a）；
大小关系：F_b＞F_a，F_c=F_a，F_d=F_a。
【知识点】
力的三要素、力的作用效果、控制变量法
【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，需明确控制变量的思路，准确把握每个探究实验中不变和改变的量。
【难度系数】
0.6
解析
【分析】
要解决这道题，我们需要结合控制变量法的思路逐步分析：
1. 首先明确实验核心是探究力的三要素（大小、方向、作用点）对力的作用效果的影响，控制变量法的关键是每次只改变一个要素，另外两个要素保持不变。
2. 针对图(b)：与(a)对比探究力的大小的影响，所以要控制力的方向、作用点和(a)一致，仅改变大小，从形变程度看(b)形变更大，说明力更大，因此确定$F_{\mathrm{b}}$的方向向左、作用点在自由端，大小大于$F_{\mathrm{a}}$。
3. 针对图(c)：与(a)对比探究力的方向的影响，要控制力的大小、作用点和(a)一致，仅改变方向，因此$F_{\mathrm{c}}$方向向右、作用点在自由端，大小等于$F_{\mathrm{a}}$。
4. 针对图(d)：与(a)对比探究力的作用点的影响，要控制力的大小、方向和(a)一致，仅改变作用点，因此$F_{\mathrm{d}}$方向向左、作用点在靠近固定端位置，大小等于$F_{\mathrm{a}}$。
最后根据以上分析画出每个力的示意图，并明确大小关系。
【解析】
1. 图（b）的力与示意图：
根据控制变量法，探究力的大小对作用效果的影响，需保持力的方向（水平向左）、作用点（钢条自由端）与图(a)一致，仅改变力的大小。由于图(b)中钢条形变程度大于图(a)，说明$ F_{\mathrm{b}} ＞ F_{\mathrm{a}} $。
示意图：在钢条的自由端，画一条水平向左的带箭头线段，线段长度长于$ F_{\mathrm{a}} $的线段，标注$ F_{\mathrm{b}} $。
2. 图（c）的力与示意图：
探究力的方向对作用效果的影响，需保持力的大小、作用点与图(a)一致，仅改变力的方向。因此$ F_{\mathrm{c}} = F_{\mathrm{a}} $，方向为水平向右，作用点为钢条自由端。
示意图：在钢条的自由端，画一条水平向右的带箭头线段，线段长度与$ F_{\mathrm{a}} $的线段相等，标注$ F_{\mathrm{c}} $。
3. 图（d）的力与示意图：
探究力的作用点对作用效果的影响，需保持力的大小、方向与图(a)一致，仅改变作用点。因此$ F_{\mathrm{d}} = F_{\mathrm{a}} $，方向为水平向左，作用点为钢条靠近固定端的位置。
示意图：在钢条靠近固定端的位置，画一条水平向左的带箭头线段，线段长度与$ F_{\mathrm{a}} $的线段相等，标注$ F_{\mathrm{d}} $。
【答案】
图（b）：$ F_{\mathrm{b}} $作用在钢条自由端，方向水平向左，$ F_{\mathrm{b}} ＞ F_{\mathrm{a}} $（示意图：在钢条自由端画水平向左的带箭头线段，长度长于$ F_{\mathrm{a}} $的线段）；
图（c）：$ F_{\mathrm{c}} $作用在钢条自由端，方向水平向右，$ F_{\mathrm{c}} = F_{\mathrm{a}} $（示意图：在钢条自由端画水平向右的带箭头线段，长度与$ F_{\mathrm{a}} $的线段相等）；
图（d）：$ F_{\mathrm{d}} $作用在钢条靠近固定端位置，方向水平向左，$ F_{\mathrm{d}} = F_{\mathrm{a}} $（示意图：在钢条靠近固定端位置画水平向左的带箭头线段，长度与$ F_{\mathrm{a}} $的线段相等）；
大小关系：$ \boldsymbol{F_{\mathrm{b}} ＞ F_{\mathrm{a}}} $，$ \boldsymbol{F_{\mathrm{c}} = F_{\mathrm{a}}} $，$ \boldsymbol{F_{\mathrm{d}} = F_{\mathrm{a}}} $。
【知识点】
力的三要素、控制变量法、力的作用效果
【点评】
本题通过控制变量法探究力的三要素对力的作用效果的影响，重点考查对控制变量法的理解与应用，解题时需明确每次探究实验中不变的量和改变的量，准确对应力的三要素的影响。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，我们需要结合控制变量法的思路逐步分析：
1. 首先明确实验核心是探究力的三要素（大小、方向、作用点）对力的作用效果的影响，控制变量法的关键是每次只改变一个要素，另外两个要素保持不变。
2. 针对图(b)：与(a)对比探究力的大小的影响，所以要控制力的方向、作用点和(a)一致，仅改变大小，从形变程度看(b)形变更大，说明力更大，因此确定$F_{\mathrm{b}}$的方向向左、作用点在自由端，大小大于$F_{\mathrm{a}}$。
3. 针对图(c)：与(a)对比探究力的方向的影响，要控制力的大小、作用点和(a)一致，仅改变方向，因此$F_{\mathrm{c}}$方向向右、作用点在自由端，大小等于$F_{\mathrm{a}}$。
4. 针对图(d)：与(a)对比探究力的作用点的影响，要控制力的大小、方向和(a)一致，仅改变作用点，因此$F_{\mathrm{d}}$方向向左、作用点在靠近固定端位置，大小等于$F_{\mathrm{a}}$。
最后根据以上分析画出每个力的示意图，并明确大小关系。
【解析】
1. 图（b）的力与示意图：
根据控制变量法，探究力的大小对作用效果的影响，需保持力的方向（水平向左）、作用点（钢条自由端）与图(a)一致，仅改变力的大小。由于图(b)中钢条形变程度大于图(a)，说明$ F_{\mathrm{b}} ＞ F_{\mathrm{a}} $。
示意图：在钢条的自由端，画一条水平向左的带箭头线段，线段长度长于$ F_{\mathrm{a}} $的线段，标注$ F_{\mathrm{b}} $。
2. 图（c）的力与示意图：
探究力的方向对作用效果的影响，需保持力的大小、作用点与图(a)一致，仅改变力的方向。因此$ F_{\mathrm{c}} = F_{\mathrm{a}} $，方向为水平向右，作用点为钢条自由端。
示意图：在钢条的自由端，画一条水平向右的带箭头线段，线段长度与$ F_{\mathrm{a}} $的线段相等，标注$ F_{\mathrm{c}} $。
3. 图（d）的力与示意图：
探究力的作用点对作用效果的影响，需保持力的大小、方向与图(a)一致，仅改变作用点。因此$ F_{\mathrm{d}} = F_{\mathrm{a}} $，方向为水平向左，作用点为钢条靠近固定端的位置。
示意图：在钢条靠近固定端的位置，画一条水平向左的带箭头线段，线段长度与$ F_{\mathrm{a}} $的线段相等，标注$ F_{\mathrm{d}} $。
【答案】
图（b）：$ F_{\mathrm{b}} $作用在钢条自由端，方向水平向左，$ F_{\mathrm{b}} ＞ F_{\mathrm{a}} $（示意图：在钢条自由端画水平向左的带箭头线段，长度长于$ F_{\mathrm{a}} $的线段）；
图（c）：$ F_{\mathrm{c}} $作用在钢条自由端，方向水平向右，$ F_{\mathrm{c}} = F_{\mathrm{a}} $（示意图：在钢条自由端画水平向右的带箭头线段，长度与$ F_{\mathrm{a}} $的线段相等）；
图（d）：$ F_{\mathrm{d}} $作用在钢条靠近固定端位置，方向水平向左，$ F_{\mathrm{d}} = F_{\mathrm{a}} $（示意图：在钢条靠近固定端位置画水平向左的带箭头线段，长度与$ F_{\mathrm{a}} $的线段相等）；
大小关系：$ \boldsymbol{F_{\mathrm{b}} ＞ F_{\mathrm{a}}} $，$ \boldsymbol{F_{\mathrm{c}} = F_{\mathrm{a}}} $，$ \boldsymbol{F_{\mathrm{d}} = F_{\mathrm{a}}} $。
【知识点】
力的三要素、控制变量法、力的作用效果
【点评】
本题通过控制变量法探究力的三要素对力的作用效果的影响，重点考查对控制变量法的理解与应用，解题时需明确每次探究实验中不变的量和改变的量，准确对应力的三要素的影响。
【难度系数】
0.6
6. 在“探究重力与质量的关系”实验中:
(1) 测量物体重力前,除观察弹簧测力计的量程和分度值外,还应将弹簧测力计在方向调零。
(2) 测量物体的重力时,应将物体挂在弹簧测力计下,并让它处于状态,这时弹簧测力计的示数就等于物体所受重力的大小。
(3) 小明测量出了不同质量钩码所受重力的多组数据,其中一次弹簧测力计的指针位置如图所示,其读数为$\mathrm{N}$。
(4) 小明提出,还可以测量钩码以外的其他物体的质量和重力,将这些数据与钩码的数据放到一起来寻找规律。而小华却不赞同小明的这一观点,她认为必须全部用钩码的重力与质量的数据来寻找规律。的观点是正确的。
(1) 测量物体重力前,除观察弹簧测力计的量程和分度值外,还应将弹簧测力计在方向调零。
(2) 测量物体的重力时,应将物体挂在弹簧测力计下,并让它处于状态,这时弹簧测力计的示数就等于物体所受重力的大小。
(3) 小明测量出了不同质量钩码所受重力的多组数据,其中一次弹簧测力计的指针位置如图所示,其读数为$\mathrm{N}$。
(4) 小明提出,还可以测量钩码以外的其他物体的质量和重力,将这些数据与钩码的数据放到一起来寻找规律。而小华却不赞同小明的这一观点,她认为必须全部用钩码的重力与质量的数据来寻找规律。的观点是正确的。
答案
竖直
静止
1.4
小明
【解析】
(1) 物体重力方向竖直向下，测量重力时弹簧测力计需在竖直方向调零，才能保证测量准确。
(2) 当物体处于静止状态时，物体受到的重力与弹簧测力计的拉力是一对平衡力，大小相等，此时弹簧测力计示数等于物体重力大小。
(3) 由图可知，弹簧测力计分度值为0.2N，指针指向1.4N刻度线处，读数为1.4N。
(4) 为得出普遍规律，实验中应测量不同种类物体的质量和重力，这样结论更具普遍性，因此小明的观点正确。
【答案】
(1) 竖直
(2) 静止
(3) 1.4
(4) 小明
【知识点】
弹簧测力计的使用、二力平衡的应用、实验规律的普遍性
【点评】
本题考查“探究重力与质量的关系”实验的操作要点与实验思想，涉及弹簧测力计的正确使用、二力平衡的应用，同时强调实验中寻找普遍规律的重要性，对实验细节和思维的严谨性有一定要求。
【难度系数】
0.8
静止
1.4
小明
【解析】
(1) 物体重力方向竖直向下，测量重力时弹簧测力计需在竖直方向调零，才能保证测量准确。
(2) 当物体处于静止状态时，物体受到的重力与弹簧测力计的拉力是一对平衡力，大小相等，此时弹簧测力计示数等于物体重力大小。
(3) 由图可知，弹簧测力计分度值为0.2N，指针指向1.4N刻度线处，读数为1.4N。
(4) 为得出普遍规律，实验中应测量不同种类物体的质量和重力，这样结论更具普遍性，因此小明的观点正确。
【答案】
(1) 竖直
(2) 静止
(3) 1.4
(4) 小明
【知识点】
弹簧测力计的使用、二力平衡的应用、实验规律的普遍性
【点评】
本题考查“探究重力与质量的关系”实验的操作要点与实验思想，涉及弹簧测力计的正确使用、二力平衡的应用，同时强调实验中寻找普遍规律的重要性，对实验细节和思维的严谨性有一定要求。
【难度系数】
0.8
解析
【分析】
1. 对于第(1)问：由于物体所受重力方向竖直向下，测量重力时弹簧测力计需在竖直方向调零，这样才能避免弹簧自身重力对测量结果的影响，保证测量准确。
2. 对于第(2)问：根据二力平衡的知识，当物体处于静止状态时，物体受到的重力与弹簧测力计对它的拉力是一对平衡力，二者大小相等，此时弹簧测力计的示数就等于物体所受重力的大小。
3. 对于第(3)问：先确定弹簧测力计的分度值，图中弹簧测力计的量程为0~5N，0~1N之间有5个小格，所以分度值为0.2N，指针指向1.4N的位置，因此读数为1.4N。
4. 对于第(4)问：在探究实验中，为了得出普遍适用的规律，需要测量不同种类物体的质量和重力，避免实验结论的偶然性，所以小明的观点是正确的。
【解析】
(1) 物体重力的方向是竖直向下的，测量物体重力时，弹簧测力计需要在竖直方向调零，这样才能消除弹簧自身重力对测量的影响，确保测量准确。
(2) 测量物体重力时，将物体挂在弹簧测力计下，让物体处于静止状态，此时物体受到的重力与弹簧测力计的拉力是一对平衡力，根据二力平衡条件，二者大小相等，弹簧测力计的示数等于物体所受重力的大小。
(3) 由图可知，弹簧测力计的分度值为0.2N，指针指向1.4N刻度线处，因此读数为$\boldsymbol{1.4}\ \mathrm{N}$。
(4) 为了得出普遍适用的重力与质量的关系，实验中需要测量不同种类物体的质量和重力，避免结论的偶然性，所以小明的观点是正确的。
【答案】
(1) 竖直
(2) 静止
(3) $\boldsymbol{1.4}$
(4) 小明
【知识点】
弹簧测力计的使用、二力平衡的应用、实验规律的普遍性
【点评】
本题围绕“探究重力与质量的关系”实验展开，考查了弹簧测力计的正确使用规范、二力平衡条件的应用以及实验中寻找普遍规律的科学思想，对实验操作细节和思维严谨性有一定要求，帮助学生深化对重力与质量关系实验的理解。
【难度系数】
0.8
1. 对于第(1)问：由于物体所受重力方向竖直向下，测量重力时弹簧测力计需在竖直方向调零，这样才能避免弹簧自身重力对测量结果的影响，保证测量准确。
2. 对于第(2)问：根据二力平衡的知识，当物体处于静止状态时，物体受到的重力与弹簧测力计对它的拉力是一对平衡力，二者大小相等，此时弹簧测力计的示数就等于物体所受重力的大小。
3. 对于第(3)问：先确定弹簧测力计的分度值，图中弹簧测力计的量程为0~5N，0~1N之间有5个小格，所以分度值为0.2N，指针指向1.4N的位置，因此读数为1.4N。
4. 对于第(4)问：在探究实验中，为了得出普遍适用的规律，需要测量不同种类物体的质量和重力，避免实验结论的偶然性，所以小明的观点是正确的。
【解析】
(1) 物体重力的方向是竖直向下的，测量物体重力时，弹簧测力计需要在竖直方向调零，这样才能消除弹簧自身重力对测量的影响，确保测量准确。
(2) 测量物体重力时，将物体挂在弹簧测力计下，让物体处于静止状态，此时物体受到的重力与弹簧测力计的拉力是一对平衡力，根据二力平衡条件，二者大小相等，弹簧测力计的示数等于物体所受重力的大小。
(3) 由图可知，弹簧测力计的分度值为0.2N，指针指向1.4N刻度线处，因此读数为$\boldsymbol{1.4}\ \mathrm{N}$。
(4) 为了得出普遍适用的重力与质量的关系，实验中需要测量不同种类物体的质量和重力，避免结论的偶然性，所以小明的观点是正确的。
【答案】
(1) 竖直
(2) 静止
(3) $\boldsymbol{1.4}$
(4) 小明
【知识点】
弹簧测力计的使用、二力平衡的应用、实验规律的普遍性
【点评】
本题围绕“探究重力与质量的关系”实验展开，考查了弹簧测力计的正确使用规范、二力平衡条件的应用以及实验中寻找普遍规律的科学思想，对实验操作细节和思维严谨性有一定要求，帮助学生深化对重力与质量关系实验的理解。
【难度系数】
0.8
