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1. 运用归纳法建立重力的概念:
通过水往低处流、物体从空中落下、抛向空中的物体最终落回地面等具体事例,归纳得出地球附近的物体都受到重力作用。
2. 运用对比法认识重力的方向:
明确:一条直线与平面成直角则二者垂直,与水平面成直角则直线是竖直的;将小球悬挂后,悬线与水平面成直角,因此重力的方向是竖直向下的。
3. 重力与质量的关系:
物体的重力和质量是两个不同的物理量,二者的关系为$G=mg$(其中$g\approx9.8\ \mathrm{N/kg}$);需注意表述的规范性,应说“物体所受重力的大小与质量成正比”,不能表述为“质量与重力成正比”。
4. 画力的示意图的方法:
① 对物体进行受力分析,确定物体受到的所有力;
② 确定力的作用点(一般选取物体的重心作为力的作用点);
③ 从作用点出发,沿力的方向画一根带箭头的线段,箭头指向表示力的方向;
④ 在箭头旁标注力的符号,若已知力的大小,还需标出力的大小;
⑤ 注意不要“多画力”或“少画力”。



竖直
静止
1.4
小明
【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}}} $。
【知识点】
力的三要素、控制变量法、力的作用效果
【点评】
本题通过控制变量法探究力的三要素对力的作用效果的影响,重点考查对控制变量法的理解与应用,解题时需明确每次探究实验中不变的量和改变的量,准确对应力的三要素的影响。
【难度系数】
0.6
【分析】
1. 对于第(1)问:由于物体所受重力方向竖直向下,测量重力时弹簧测力计需在竖直方向调零,这样才能避免弹簧自身重力对测量结果的影响,保证测量准确。
2. 对于第(2)问:根据二力平衡的知识,当物体处于静止状态时,物体受到的重力与弹簧测力计对它的拉力是一对平衡力,二者大小相等,此时弹簧测力计的示数就等于物体所受重力的大小。
3. 对于第(3)问:先确定弹簧测力计的分度值,图中弹簧测力计的量程为0~5N,0~1N之间有5个小格,所以分度值为0.2N,指针指向1.4N的位置,因此读数为1.4N。
4. 对于第(4)问:在探究实验中,为了得出普遍适用的规律,需要测量不同种类物体的质量和重力,避免实验结论的偶然性,所以小明的观点是正确的。
【解析】
(1) 物体重力的方向是竖直向下的,测量物体重力时,弹簧测力计需要在竖直方向调零,这样才能消除弹簧自身重力对测量的影响,确保测量准确。
(2) 测量物体重力时,将物体挂在弹簧测力计下,让物体处于静止状态,此时物体受到的重力与弹簧测力计的拉力是一对平衡力,根据二力平衡条件,二者大小相等,弹簧测力计的示数等于物体所受重力的大小。
(3) 由图可知,弹簧测力计的分度值为0.2N,指针指向1.4N刻度线处,因此读数为$\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