Question

高壓鍋是生活中一種密閉的加熱容器．鍋蓋中央有一出氣孔，孔上蓋有限壓閥，當鍋內氣壓達到限定值時，限壓閥被鍋內頂起放出部分氣體，實現(xiàn)了對鍋內氣體壓強的控制．如圖所示，某高壓鍋鍋體的內底面積為S，側壁豎直，出氣孔橫截面積為S，限壓閥質量為m，限壓鍋頂部面積為S（已知大氣壓強p）
（1）寫出液體沸點與氣壓的關系；
（2）求使用高壓鍋時鍋內氣體的最大壓強；
（3）為保證使用安全，不可隨意增加限壓鍋質量．如果限壓閥的質量增加m，請計算鍋體與鍋蓋咬合處鍋體對鍋蓋的最大作用力增大多少．

Answer 1

【答案】分析：（1）液體沸點隨氣壓的升高而升高，隨氣壓的降低而降低．
（2）根據(jù)限壓閥質量求出其重力，此時重力即為壓力，利用限壓閥出氣口橫截面積求出此時壓強，再加上大氣壓的值即為鍋內氣體能達到的最大壓強．鍋內最大氣壓等于外界大氣壓與限壓閥產(chǎn)生的壓強之和．
（3）限壓閥質量增加，其內部壓強相應增大，內外壓強平衡時，再結合作用面積的大小，可求出壓力的增加量．
解答：解：（1）液體的沸點與大氣壓的關系：液體的沸點隨著表面氣壓的增大而升高，隨氣壓減小而降低．
（2）已知大氣壓強p，出氣孔橫截面積為S，限壓閥質量為m，
則限壓閥重力G=mg，
當限壓閥剛要被頂起時，受力平衡，鍋內氣體最大壓強
p=p+，
（3）由公式F=pS可知，壓力的變化量就等于壓強的變化量與受力面積的乘積，
壓強的變化量△p=，
實際鍋蓋的受力面積為：S-S，
代入以下公式得：鍋內氣體對鍋蓋最大壓力的增加量
△F=△p（S-S）=（S-S）=mg-mg
鍋體對鍋蓋的最大作用力增加量為△F′=△F=mg-mg
因為S遠大于S，所以△F′=mg
故答案為：（1）液體表面氣壓越大，液體的沸點越高；
（2）使用高壓鍋時鍋內氣體的最大壓強p=p+；
（3）鍋體對鍋蓋最大壓力的增加量△F′=mg．
點評：此題涉及到大氣壓的綜合應用，重力的計算，壓強大小及其計算的等知識點，這是一道數(shù)學與物理的綜合性題目，要求學生要具備一定的學科綜合能力，要學會用字母表達式去表達物理量．