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23. 阅读材料，回答问题。
中性浮力水槽
为了在地面模拟航天员在太空中所处的失重环境，我国建设了特殊的“潜水池”——中性浮力水槽。当物体受到的浮力大于自身重力时，这个浮力称为“正浮力”；当物体受到的浮力小于自身重力时，这个浮力称为“负浮力”。训练时，航天员通过增减配重的方法使自身的重力与浮力相等，以获得与太空中相似的失重感，此时的浮力称为“中性浮力”。
如图甲所示，为了充分模拟出舱任务，航天员需穿着厚重的水下训练服，在机械臂和若干潜水员的协助下进行水下活动。潜水员携带的气瓶配有如图乙所示的气压表。潜水前，有3 000 L的常压空气被压缩至容积为10 L的瓶中；潜水时，通过气压表示数可以知道瓶内常压空气量（两者的关系如表所示）。
(1)航天员在水槽中处于“中性浮力”状态时，
(2)气压表一开始的示数为“300 bar”，这个气压值
(3)小明自身质量为70 kg，身着130 kg的训练服浸没在水槽中进行模拟失重训练，训练服与配重的总体积为0.22 m³，则其整体所受浮力的大小为
中性浮力水槽
为了在地面模拟航天员在太空中所处的失重环境，我国建设了特殊的“潜水池”——中性浮力水槽。当物体受到的浮力大于自身重力时，这个浮力称为“正浮力”；当物体受到的浮力小于自身重力时，这个浮力称为“负浮力”。训练时，航天员通过增减配重的方法使自身的重力与浮力相等，以获得与太空中相似的失重感，此时的浮力称为“中性浮力”。
如图甲所示，为了充分模拟出舱任务，航天员需穿着厚重的水下训练服，在机械臂和若干潜水员的协助下进行水下活动。潜水员携带的气瓶配有如图乙所示的气压表。潜水前，有3 000 L的常压空气被压缩至容积为10 L的瓶中；潜水时，通过气压表示数可以知道瓶内常压空气量（两者的关系如表所示）。
(1)航天员在水槽中处于“中性浮力”状态时，
受
（选填“受”或“不受”）重力。(2)气压表一开始的示数为“300 bar”，这个气压值
大于
（选填“大于”“等于”或“小于”）标准大气压。(3)小明自身质量为70 kg，身着130 kg的训练服浸没在水槽中进行模拟失重训练，训练服与配重的总体积为0.22 m³，则其整体所受浮力的大小为
2200
N，其配重的质量为20
kg。($\rho_{水}=1×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$，$g$取10 N/kg)答案
23. (1)受 (2)大于 (3)2200 20
【点拨】本题考查重力、标准大气压的了解、浮力的计算以及力的平衡,涉及多个力学概念和公式的综合应用。
【解析】(1)由于地球的吸引而使物体受到重力的作用,航天员在水槽中处于“中性浮力”状态时,受到重力作用;
(2)根据3 000 L的常压空气被压缩至容积为10 L的瓶中时气压表示数为300 bar,压缩前是标准大气压,压缩后体积减小,压强变大,大于标准大气压;
(3)训练服与配重的总体积为$0.22\ \mathrm{m}^3$,所以$V_排=0.22\ \mathrm{m}^3$,由阿基米德原理可得,浮力$F_浮=\rho_水 g V_排=1× 10^3\ \mathrm{kg/m}^3 × 10\ \mathrm{N/kg} × 0.22\ \mathrm{m}^3=2200\ \mathrm{N}$;小明的质量$m_明=70\ \mathrm{kg}$,训练服质量$m_服=130\ \mathrm{kg}$,设配重质量为$m_配$,模拟失重训练,需总重力等于浮力,即$G_总=(m_明 + m_服 + m_配)g=F_浮$,即$(70\ \mathrm{kg}+130\ \mathrm{kg}+m_配)× 10\ \mathrm{N/kg}=2200\ \mathrm{N}$,解得$m_配=20\ \mathrm{kg}$。
【点拨】本题考查重力、标准大气压的了解、浮力的计算以及力的平衡,涉及多个力学概念和公式的综合应用。
【解析】(1)由于地球的吸引而使物体受到重力的作用,航天员在水槽中处于“中性浮力”状态时,受到重力作用;
(2)根据3 000 L的常压空气被压缩至容积为10 L的瓶中时气压表示数为300 bar,压缩前是标准大气压,压缩后体积减小,压强变大,大于标准大气压;
(3)训练服与配重的总体积为$0.22\ \mathrm{m}^3$,所以$V_排=0.22\ \mathrm{m}^3$,由阿基米德原理可得,浮力$F_浮=\rho_水 g V_排=1× 10^3\ \mathrm{kg/m}^3 × 10\ \mathrm{N/kg} × 0.22\ \mathrm{m}^3=2200\ \mathrm{N}$;小明的质量$m_明=70\ \mathrm{kg}$,训练服质量$m_服=130\ \mathrm{kg}$,设配重质量为$m_配$,模拟失重训练,需总重力等于浮力,即$G_总=(m_明 + m_服 + m_配)g=F_浮$,即$(70\ \mathrm{kg}+130\ \mathrm{kg}+m_配)× 10\ \mathrm{N/kg}=2200\ \mathrm{N}$,解得$m_配=20\ \mathrm{kg}$。
解析
【分析】
本题围绕中性浮力水槽的场景，考查重力、大气压、浮力及力的平衡相关知识。解题思路：(1)根据重力的定义判断航天员是否受重力；(2)利用气体压缩时压强与体积的关系，结合标准大气压的常识判断气压大小；(3)运用阿基米德原理计算浮力，再根据中性浮力时总重力等于浮力的条件，计算配重质量。
【解析】
(1) 重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，地球附近的所有物体都受重力作用，因此航天员处于“中性浮力”状态时仍受重力。
(2) 常压下3000L的空气被压缩至10L，体积变为原来的$\frac{1}{300}$，温度不变时，气体压强与体积成反比，因此压缩后压强为常压的300倍，而标准大气压约为1bar，故300bar大于标准大气压。
(3) 训练服与配重的总体积为$0.22\ \mathrm{m}^3$，浸没时排开水的体积$V_排=0.22\ \mathrm{m}^3$，根据阿基米德原理，浮力$F_浮=\rho_水 g V_排=1×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}×0.22\ \mathrm{m}^3=2200\ \mathrm{N}$；中性浮力时总重力等于浮力，即$(m_明 + m_服 + m_配)g=F_浮$，代入数据得$(70\ \mathrm{kg}+130\ \mathrm{kg}+m_配)×10\ \mathrm{N/kg}=2200\ \mathrm{N}$，解得$m_配=20\ \mathrm{kg}$。
【答案】
(1)受 (2)大于 (3)2200；20
【知识点】
重力概念、标准大气压、浮力计算、力的平衡
【点评】
本题结合航天训练的实际场景，将基础物理概念与公式应用结合，需要学生理解中性浮力的物理含义，熟练运用阿基米德原理和力的平衡条件，属于力学基础综合题。
【难度系数】
0.5
本题围绕中性浮力水槽的场景，考查重力、大气压、浮力及力的平衡相关知识。解题思路：(1)根据重力的定义判断航天员是否受重力；(2)利用气体压缩时压强与体积的关系，结合标准大气压的常识判断气压大小；(3)运用阿基米德原理计算浮力，再根据中性浮力时总重力等于浮力的条件，计算配重质量。
【解析】
(1) 重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，地球附近的所有物体都受重力作用，因此航天员处于“中性浮力”状态时仍受重力。
(2) 常压下3000L的空气被压缩至10L，体积变为原来的$\frac{1}{300}$，温度不变时，气体压强与体积成反比，因此压缩后压强为常压的300倍，而标准大气压约为1bar，故300bar大于标准大气压。
(3) 训练服与配重的总体积为$0.22\ \mathrm{m}^3$，浸没时排开水的体积$V_排=0.22\ \mathrm{m}^3$，根据阿基米德原理，浮力$F_浮=\rho_水 g V_排=1×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}×0.22\ \mathrm{m}^3=2200\ \mathrm{N}$；中性浮力时总重力等于浮力，即$(m_明 + m_服 + m_配)g=F_浮$，代入数据得$(70\ \mathrm{kg}+130\ \mathrm{kg}+m_配)×10\ \mathrm{N/kg}=2200\ \mathrm{N}$，解得$m_配=20\ \mathrm{kg}$。
【答案】
(1)受 (2)大于 (3)2200；20
【知识点】
重力概念、标准大气压、浮力计算、力的平衡
【点评】
本题结合航天训练的实际场景，将基础物理概念与公式应用结合，需要学生理解中性浮力的物理含义，熟练运用阿基米德原理和力的平衡条件，属于力学基础综合题。
【难度系数】
0.5
三、解答题(本题共8小题,共47分。解答时第25、26、27题应有公式和解题过程)
24. (6分)(1)如图甲所示,把一个质量分布均匀的小球用绳子悬挂起来,将小球拉到一定高度稳定后松手。画出小球在摆动过程中经过P点时所受力的示意图。(忽略空气阻力)
(2)一辆汽车运送货物,水平车厢中的货物与车一起沿平直的公路做匀速直线运动,请在图乙中画出该货物的受力示意图。
(3)如图丙所示,物体A静止在斜面上,请画出物体A的受力示意图。
24. (6分)(1)如图甲所示,把一个质量分布均匀的小球用绳子悬挂起来,将小球拉到一定高度稳定后松手。画出小球在摆动过程中经过P点时所受力的示意图。(忽略空气阻力)
(2)一辆汽车运送货物,水平车厢中的货物与车一起沿平直的公路做匀速直线运动,请在图乙中画出该货物的受力示意图。
(3)如图丙所示,物体A静止在斜面上,请画出物体A的受力示意图。
答案
24. (1)
【点拨】本题考查力的示意图的绘制,涉及重力和拉力的分析,需要明确力的三要素以及物体在摆动过程中的受力情况。
【解析】由题意可知,忽略空气阻力时,用绳子悬挂起来的小球在摆动过程中经过P点时,小球受到竖直向下的重力G、绳子对小球沿绳方向向上的拉力F,如图甲所示。
(2)
【点拨】本题考查力的示意图的绘制,涉及二力平衡条件,需要分析水平车厢中匀速运动货物的受力情况。
【解析】货物随汽车做匀速直线运动,处于平衡状态,在竖直方向受重力和车厢的支持力,水平方向不受力。过货物的重心O,画一条竖直向下的带箭头的线段,标注为G;再画一条竖直向上的带箭头的线段,标注为F,两条线段的长度相等,如图乙所示。
(3)
【点拨】本题考查力的示意图绘制,涉及静止在斜面上物体的受力分析,包括重力、支持力、摩擦力。
【解析】对物体A进行受力分析,物体A静止在斜面上,受到竖直向下的重力G、垂直斜面向上的支持力$F_支$、沿斜面向上的摩擦力f,如图丙所示。
解析
【分析】
本题需根据不同物体的运动状态，分别分析其受力情况，再按力的示意图的绘制规则完成作图：
1. 图甲：小球在P点，忽略空气阻力，受竖直向下的重力和沿绳子向上的拉力，作用点均在小球重心；
2. 图乙：货物随汽车匀速直线运动，处于平衡状态，竖直方向受重力和车厢的支持力，水平方向无外力，作用点在货物重心；
3. 图丙：物体A静止在斜面上，受竖直向下的重力、垂直斜面向上的支持力、沿斜面向上的静摩擦力，作用点均在A点。
【解析】
(1) 小球经过P点时，忽略空气阻力，受力为：①重力G，方向竖直向下，作用点在小球重心；②绳子的拉力F，方向沿绳子向上，作用点在小球重心。从重心分别画出带箭头的线段，标注对应符号，如图甲（id=1）。
(2) 货物随汽车匀速直线运动，处于平衡状态，受力为：①重力G，方向竖直向下，作用点在重心O；②车厢的支持力F，方向竖直向上，作用点在重心O，且两力大小相等（线段长度相同），水平方向无受力，如图乙（id=2）。
(3) 物体A静止在斜面上，受力为：①重力G，方向竖直向下，作用点在A点；②斜面的支持力$F_支$，方向垂直斜面向上，作用点在A点；③静摩擦力f，方向沿斜面向上，作用点在A点，分别画出带箭头的线段并标注对应符号，如图丙（id=3）。
【答案】
(1)
(2)
(3)
【知识点】
力的示意图、重力、摩擦力
【点评】
本题是力学基础题，考查受力分析与力的示意图绘制，需掌握不同运动状态下物体的受力特点，是力学入门的核心内容，难度较低。
【难度系数】
0.7
本题需根据不同物体的运动状态，分别分析其受力情况，再按力的示意图的绘制规则完成作图：
1. 图甲：小球在P点，忽略空气阻力，受竖直向下的重力和沿绳子向上的拉力，作用点均在小球重心；
2. 图乙：货物随汽车匀速直线运动，处于平衡状态，竖直方向受重力和车厢的支持力，水平方向无外力，作用点在货物重心；
3. 图丙：物体A静止在斜面上，受竖直向下的重力、垂直斜面向上的支持力、沿斜面向上的静摩擦力，作用点均在A点。
【解析】
(1) 小球经过P点时，忽略空气阻力，受力为：①重力G，方向竖直向下，作用点在小球重心；②绳子的拉力F，方向沿绳子向上，作用点在小球重心。从重心分别画出带箭头的线段，标注对应符号，如图甲（id=1）。
(2) 货物随汽车匀速直线运动，处于平衡状态，受力为：①重力G，方向竖直向下，作用点在重心O；②车厢的支持力F，方向竖直向上，作用点在重心O，且两力大小相等（线段长度相同），水平方向无受力，如图乙（id=2）。
(3) 物体A静止在斜面上，受力为：①重力G，方向竖直向下，作用点在A点；②斜面的支持力$F_支$，方向垂直斜面向上，作用点在A点；③静摩擦力f，方向沿斜面向上，作用点在A点，分别画出带箭头的线段并标注对应符号，如图丙（id=3）。
【答案】
(1)
(2)
(3)
【知识点】
力的示意图、重力、摩擦力
【点评】
本题是力学基础题，考查受力分析与力的示意图绘制，需掌握不同运动状态下物体的受力特点，是力学入门的核心内容，难度较低。
【难度系数】
0.7
