Question

10．家庭常用的高壓鍋與普通鍋主要不同之處在于它的密封性好．圖乙是高壓鍋的結(jié)構(gòu)示意圖，它的蓋子上有三個(gè)氣孔，帶有活塞的氣孔l 使鍋內(nèi)與外界連通，此時(shí)鍋內(nèi)氣壓與外界大氣壓相等（外界大氣壓為1.0×10⁵Pa）．當(dāng)鍋內(nèi)溫度升高至100℃時(shí)，鍋內(nèi)氣體會(huì)把氣孔1 的活塞頂起，這時(shí)鍋被密封．鍋內(nèi)溫度繼續(xù)升高，氣體壓強(qiáng)增大，當(dāng)壓強(qiáng)增至最大值時(shí)，氣體就會(huì)沖開(kāi)氣孔 2 上的限壓閥．氣孔 3 正常情況下無(wú)作用，圖乙中未畫出．設(shè)鍋內(nèi)氣壓每增加3.6×10³Pa，水的沸點(diǎn)相應(yīng)增加1℃．

（1）鍋內(nèi)溫度升高到110℃時(shí)，鍋內(nèi)的氣壓是多大？
（2）此高壓鍋限壓閥的質(zhì)量為70g，氣孔2 的面積為7mm²．則鍋內(nèi)的最高溫度可達(dá)到多少？（g 取10N/kg，結(jié)果保留整數(shù)）
（3）假如把這種高壓鍋向西藏地區(qū)銷售，你認(rèn)為需要做哪方面的改進(jìn)，如何改進(jìn)？

Answer 1

分析 （1）已知鍋內(nèi)氣壓每增加3.6×10³Pa，水的沸點(diǎn)相應(yīng)增加1℃，據(jù)此可求出變化的溫度，再根據(jù)鍋內(nèi)氣壓等于大氣壓加上變化的氣壓；
（2）根據(jù)高壓鍋限壓閥的質(zhì)量和氣孔2的面積，以限壓閥為研究對(duì)象，則有mg+p₀S=p'_鍋內(nèi)S，然后可求出的壓強(qiáng)p'_鍋內(nèi)最后根據(jù)最高氣壓求出最高溫度；
（3）西藏地區(qū)外界大氣壓低，可以增大安全閥的質(zhì)量，增大鍋內(nèi)氣壓，達(dá)到同樣的鍋內(nèi)溫度．

解答 解：（1）外界大氣壓p₀=1.0×10⁵Pa，水的沸點(diǎn)為100℃，△t=t₂-t₁=110℃-100℃=10℃，
p_鍋內(nèi)=p₀+△p=1.0×10⁵Pa+10℃×3.6×10³Pa/℃=1.36×10⁵Pa．　
（2）限壓閥質(zhì)量m=70g=0.07kg，
 氣孔2面積S=7mm²=7×10^-6m²，
 設(shè)鍋內(nèi)最高氣壓為p_鍋內(nèi)′，
 以限壓閥為研究對(duì)象，則mg+p₀S=p_鍋內(nèi)′S，
p'_鍋內(nèi)=p₀+$\frac{mg}{S}$=1.0×10⁵Pa+$\frac{0.07kg×10N/kg}{7×1{0}^{-6}{m}^{2}}$=2.0×10⁵Pa，
鍋內(nèi)最高溫度T為：
T=$\frac{P{'}_{鍋內(nèi)}-{P}_{0}}{3.6×1{0}^{3}Pa/℃}$+100℃=$\frac{2.0×1{0}^{5}Pa-1.0×1{0}^{5}Pa}{3.6×1{0}^{3}Pa/℃}$+100℃≈128℃．
（3）西藏地區(qū)外界大氣壓低，可以增加限壓閥的質(zhì)量來(lái)增大鍋內(nèi)氣壓，提高沸點(diǎn)．
答：（1）鍋內(nèi)溫度升高到110℃時(shí)，鍋內(nèi)的氣壓是1.36×10⁵Pa；
（2）此高壓鍋限壓閥的質(zhì)量為70g，氣孔2 的面積為7mm²．則鍋內(nèi)的最高溫度可達(dá)到128℃；
（3）西藏地區(qū)外界大氣壓低，可以增加限壓閥的質(zhì)量來(lái)增大鍋內(nèi)氣壓，提高沸點(diǎn)．

點(diǎn)評(píng) 本題內(nèi)容取材于學(xué)生所熟悉的生活實(shí)際，所以同學(xué)們?cè)谄綍r(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中應(yīng)緊密結(jié)合學(xué)過(guò)的物理知識(shí)，學(xué)會(huì)從物理的視角去觀察生活、生產(chǎn)和社會(huì)中的各類物理問(wèn)題，學(xué)會(huì)關(guān)心社會(huì)，關(guān)心生活，提高自己的科學(xué)素養(yǎng)．