Question

18．如圖1所示，高壓鍋是家庭廚房中常見的炊具，利用它可以將食物加熱到100℃以上，它省時(shí)高效，深受消費(fèi)者歡迎．
（1）為了防止出氣孔堵塞致使高壓鍋發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，放氣孔是它的第二道安全防線．放氣孔封口是易熔片（熔點(diǎn)較低的合金材料），試說明采用易熔片的物理道理．
（2）小明測(cè)得家中高壓鍋出氣孔的直徑為4mm，壓在出氣孔上的安全閥的質(zhì)量為80g，取g=10N/kg，計(jì)算安全閥自重對(duì)出氣孔處氣體所產(chǎn)生的壓強(qiáng)．
（3）當(dāng)高壓鍋內(nèi)氣壓增大到某一值時(shí)，鍋內(nèi)氣體就能自動(dòng)頂開安全閥放氣．在外界為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的環(huán)境下，該高壓鍋內(nèi)的氣體能達(dá)到的最大壓強(qiáng)是多少？對(duì)照?qǐng)D2所示水的沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系圖線，說明利用這種高壓鍋燒煮食物時(shí)，可以達(dá)到的最高溫度大約是多少？

Answer 1

分析 （1）易熔片的熔點(diǎn)低，這樣它就能及時(shí)的熔化，鍋內(nèi)氣體便可以從放氣孔出來，鍋內(nèi)氣壓就會(huì)減小，防止出現(xiàn)爆炸；
（2）先算出安全閥的重力，然后算出氣孔的面積，最后根據(jù)壓強(qiáng)公式p=$\frac{F}{S}$計(jì)算壓強(qiáng)；
（3）鍋內(nèi)氣壓應(yīng)該是一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓與安全閥壓強(qiáng)之和．知道了鍋內(nèi)氣壓，對(duì)照?qǐng)D象，就可以找出鍋內(nèi)的最高溫度．

解答 解：（1）高壓鍋一旦安全閥失效，即出氣孔被堵塞，鍋內(nèi)氣體壓強(qiáng)就會(huì)過大，水的沸點(diǎn)也隨之升高，當(dāng)鍋內(nèi)溫度達(dá)到易熔片的熔點(diǎn)時(shí)，再繼續(xù)加熱易熔片就開始熔化，鍋內(nèi)氣體便從放氣孔噴出，使鍋內(nèi)氣壓減小，從而防止爆炸事故發(fā)生；
（2）安全閥的重力：G=mg=0.08kg×10N/kg=0.8N，
出氣孔的面積：S=πr²=3.14×（0.002m）²=1.256×10^-5m²
安全閥自重對(duì)氣孔處氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{S}$=$\frac{0.8N}{1.256×1{0}^{-5}{m}^{2}}$=6.4×10⁴pa；
（3）由題意可知，鍋內(nèi)最大氣壓等于一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓與安全閥對(duì)氣體壓強(qiáng)之和，
則該高壓鍋內(nèi)的氣體能達(dá)到的最大壓強(qiáng)：p_{內(nèi)最大}=1.0×10⁵Pa+6.4×10⁴pa=1.64×10⁵pa，
對(duì)照?qǐng)D象可知，當(dāng)氣壓為1.64×10⁵pa時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度是115℃，即達(dá)到的最高溫度為115℃．
答：（1）高壓鍋一旦安全閥失效，即出氣孔被堵塞，鍋內(nèi)氣體壓強(qiáng)就會(huì)過大，水的沸點(diǎn)也隨之升高，當(dāng)鍋內(nèi)溫度達(dá)到易熔片的熔點(diǎn)時(shí)，再繼續(xù)加熱易熔片就開始熔化，鍋內(nèi)氣體便從放氣孔噴出，使鍋內(nèi)氣壓減小，從而防止爆炸事故發(fā)生；
（2）安全閥自重對(duì)出氣孔處氣體所產(chǎn)生的壓強(qiáng)為6.4×10⁴pa；
（3）在外界為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的環(huán)境下，該高壓鍋內(nèi)的氣體能達(dá)到的最大壓強(qiáng)是1.64×10⁵pa；利用這種高壓鍋燒煮食物時(shí)，可以達(dá)到的最高溫度大約是115℃．

點(diǎn)評(píng) 本題屬于物理知識(shí)在生活中的實(shí)際應(yīng)用．計(jì)算是本題的一個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)，一定要注意單位的統(tǒng)一．