Question

13．27、如圖所示高壓鍋的示意圖，鍋蓋上有一個(gè)空心柱為排氣孔，空心柱上戴著一個(gè)帽子為限壓閥，當(dāng)高壓鍋內(nèi)氣體的壓強(qiáng)超過安全值時(shí)，鍋內(nèi)氣體就會(huì)沖開限壓閥，氣體跑出一部分，使鍋內(nèi)氣體減�。�現(xiàn)有一個(gè)直徑為24厘米，空心柱小孔的橫截面積為10毫米²，限壓閥的質(zhì)量為100克的高壓鍋，要用它來煮飯，若當(dāng)時(shí)的大氣壓為1.0×10⁵Pa．
（1）用高壓鍋煮飯，可以增大鍋內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，使水的沸點(diǎn)升高（“升高”或“降低”），從面使飯菜熟得更快；
（2）高壓鍋是一種實(shí)用的廚具，登山隊(duì)很喜歡使用它，因?yàn)樵诟咴�上，氣壓低于（填“高于”或“低于”一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，水在未達(dá)到100℃時(shí)開始沸騰．
（3）此高壓鍋內(nèi)氣體達(dá)到的最大壓強(qiáng)為多少？（寫出計(jì)算過程）
（4）下表為不同氣壓下水的沸點(diǎn)：

P/105Pa	0.98	1.01	1.13	1.29	1.48	1.69	1.80	2.00
t/°C	99	100	103	107	111	115	117	120

根據(jù)（3）的計(jì)算，鍋內(nèi)水的最高溫度能達(dá)到120℃．
（5）經(jīng)商品質(zhì)量檢驗(yàn)部門檢測(cè)，此高壓鍋內(nèi)氣體的最大壓強(qiáng)不能超過1.8×10⁵Pa，如果要使此高壓鍋能繼續(xù)安全使用，原來的限壓閥不能使用，應(yīng)再配一個(gè)質(zhì)量比原來的限壓閥�。ㄟx填“大”或“小”）的新限壓閥．

Answer 1

分析 （1）液體的沸點(diǎn)與氣壓有關(guān)，氣壓越大沸點(diǎn)越高；
（2）大氣壓與海拔高度的關(guān)系：海拔越高，氣壓越低；沸點(diǎn)與氣壓有關(guān)，氣壓越低，沸點(diǎn)越低．
（3）根據(jù)限壓閥質(zhì)量求出其重力，對(duì)出氣孔的壓力就等于其重力，利用限壓閥出氣孔橫截面積求出此時(shí)壓強(qiáng)，再加上大氣壓的值即為鍋內(nèi)氣體能達(dá)到的最大壓強(qiáng)．
（4）求出鍋內(nèi)氣體能達(dá)到的最大壓強(qiáng)，然后對(duì)照表格得出鍋內(nèi)水的最高溫度；
（5）比較高壓鍋內(nèi)氣體的最大壓強(qiáng)與高壓鍋所能承受的最大壓強(qiáng)，得出結(jié)論．

解答 解：
（1）液體的沸點(diǎn)與氣壓有關(guān)，氣壓越大，水的沸點(diǎn)越高，高壓鍋煮飯就是利用了這一原理．
（2）大氣壓與海拔高度有關(guān)，海拔越高，氣壓越低，沸點(diǎn)越低；在高原上，氣壓低于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，所以，水的沸點(diǎn)低于100℃，水在未達(dá)到100℃時(shí)開始沸騰．
（3）原來的限壓閥對(duì)出氣孔的壓力：F=G=mg=0.1kg×10N/kg=1N，
空心柱小孔的橫截面積S=10mm²=1×10^-5m²，當(dāng)時(shí)的大氣壓p₀=1×10⁵Pa，
原來的限壓閥對(duì)出氣孔的壓強(qiáng)：p₁=$\frac{F}{S}$=$\frac{1N}{1×1{0}^{-5}{m}^{2}}$=1×10⁵Pa．
高壓鍋內(nèi)氣體能達(dá)到的最大壓強(qiáng)：p_內(nèi)=p₀+p₁=1×10⁵Pa+1×10⁵Pa=2×10⁵Pa；
（4）高壓鍋內(nèi)氣體達(dá)到的最大壓強(qiáng)為2×10⁵Pa時(shí)，對(duì)照表格數(shù)據(jù)可知，鍋內(nèi)水的最高溫度能達(dá)到120℃．
（5）因?yàn)?.8×10⁵ Pa＜p_內(nèi)=2×10⁵ Pa，所以原來的限壓閥不能繼續(xù)使用；
要使此高壓鍋能繼續(xù)安全使用，應(yīng)減小高壓鍋內(nèi)氣體的最大壓強(qiáng)，由p_內(nèi)=p₀+p₁可知，應(yīng)減小限壓閥對(duì)出氣孔的壓強(qiáng)；由p=$\frac{F}{S}$可知，S不變，只有減小F，即只有減小限壓閥的質(zhì)量，即應(yīng)再配一個(gè)質(zhì)量比原來的限壓閥小的新限壓閥，才可以減小限壓閥對(duì)出氣孔的壓強(qiáng)．
故答案為：
（1）升高；（2）低于；（3）高壓鍋內(nèi)氣體達(dá)到的最大壓強(qiáng)為2×10⁵Pa；（4）120；（5）小．

點(diǎn)評(píng) 此題涉及到大氣壓的綜合應(yīng)用，重力的計(jì)算，壓強(qiáng)大小及其計(jì)算的等知識(shí)點(diǎn)，這是一道數(shù)學(xué)與物理的綜合性題目，要求學(xué)生要具備一定的學(xué)科綜合能力，計(jì)算時(shí)還要注意統(tǒng)一使用國(guó)際單位制單位．