Question

如圖所示是家庭所用高壓鍋的示意圖，其中限壓閥質(zhì)量m=0.1kg，高壓鍋頂端氣閥小孔的橫截面積
S=10^-5m²．大氣壓強(qiáng)為p₀=1.0×10⁵p_a，g=10N/kg．
（1）當(dāng)限壓閥受到重力、大氣壓力和內(nèi)部氣體壓力平衡時，鍋內(nèi)氣體能達(dá)到最大壓強(qiáng)，求鍋內(nèi)氣體的最大壓強(qiáng)；
（2）高壓鍋在使用過程中，經(jīng)常發(fā)生限壓閥丟失的現(xiàn)象．如果該高壓鍋的限壓閥發(fā)生丟失，要使此高壓鍋還能繼續(xù)安全使用，能否隨便使用其它高壓鍋的限壓閥來代替，需要怎么辦？請談?wù)勀愕目捶ǎㄕ垖懗鲆粭l原因）．

Answer 1

分析：（1）首先對限壓閥進(jìn)行受力分析，受到重力、大氣壓力和內(nèi)部氣體壓力的作用，當(dāng)這三個力達(dá)到平衡時，鍋內(nèi)氣體的壓強(qiáng)最大．根據(jù)力的平衡知識列出相關(guān)的關(guān)系式．代入相關(guān)數(shù)據(jù)便可求出氣體的最大壓強(qiáng)．
（2）限壓閥的作用是當(dāng)鍋內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到一定值時，能夠被鍋內(nèi)氣壓頂起起到安全保險的作用．如果限壓閥的質(zhì)量偏小，則起不到限壓的作用；如果限壓閥的質(zhì)量偏大，則不能及時被頂起，會致使鍋內(nèi)氣壓過大而發(fā)生爆炸事故．

解答：解：（1）設(shè)鍋內(nèi)氣體最大壓強(qiáng)為p，由題意知：
mg+p₀S=pS
則p=p₀+

mg

S

=1.0×10⁵Pa+

0.1kg×10N/kg

10-5m2

=2.0×10⁵Pa；
（2）若限壓閥丟失，不能隨便找一個限壓閥來代替．而應(yīng)該找一個和原來質(zhì)量相同的限壓閥來代替．
原因為：質(zhì)量過大，高壓鍋不安全；質(zhì)量過小，達(dá)不到食物的加熱要求．
答：（1）鍋內(nèi)氣體的最大壓強(qiáng)為2.0×10⁵Pa；
（2）不能；應(yīng)該找一個和原來質(zhì)量相同的限壓閥來代替；原因為：質(zhì)量過大，高壓鍋不安全；質(zhì)量過小，達(dá)不到食物的加熱要求．

點評：此題考查了有關(guān)高壓鍋的求解問題，解決此類問題，關(guān)鍵是以限壓閥為研究對象，分析其所受的力，根據(jù)力的平衡條件進(jìn)行計算．同時考查了有關(guān)壓強(qiáng)的計算和限壓閥限壓的原理．