Question

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）請(qǐng)問高壓鍋的設(shè)計(jì)運(yùn)用了哪些物理知識(shí)？
（2）小明在有關(guān)媒體上看到了由于出氣孔堵塞，致使高壓鍋爆炸的報(bào)道后，給廠家提出了一個(gè)增加易熔片（熔點(diǎn)較低的合金材料）的改進(jìn)建議．現(xiàn)在生產(chǎn)的高壓鍋已普遍增加了含有易熔片的出氣孔（如圖1）．試說明小明建議的物理道理．

（3）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．通過計(jì)算并對(duì)照?qǐng)D象（圖2）說明利用這種高壓鍋燒水時(shí)，最高溫度大約是多少？假若要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

【答案】分析：要解答本題需掌握：①高壓鍋的原理是增加鍋內(nèi)氣壓，提高沸點(diǎn)的原理制造的；②相互平衡的兩個(gè)力大小相等、方向相反，且在一條直線上；③固體壓強(qiáng)的計(jì)算公式P=的應(yīng)用．
解答：答：（1）根據(jù)題干中高壓鍋的信息圖可知高壓鍋的設(shè)計(jì)中用到很多物理知識(shí)，比如：
可以將食物加熱到100℃以上，應(yīng)用到了沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系；
鍋內(nèi)壓力等于大氣壓力和限壓閥的壓力，應(yīng)用了二力平衡的知識(shí)；
計(jì)算鍋內(nèi)溫度的時(shí)候，用到壓強(qiáng)的計(jì)算；
增加易熔片是利用熔化的知識(shí)等等．
（2）高壓鍋一旦安全閥失效，鍋內(nèi)氣壓過大，鍋內(nèi)溫度也隨之升高，當(dāng)溫度達(dá)到易熔片的熔點(diǎn)時(shí)，再繼續(xù)加熱易熔片就會(huì)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．
（3）根據(jù)題意得：鍋內(nèi)壓強(qiáng)等于大氣壓加限壓閥產(chǎn)生的壓強(qiáng)，即P_a===0.63×10⁵Pa
所以有：P=P+P_a=1.01×10⁵Pa+0.63×10⁵Pa=1.64×10⁵Pa
由圖象可得鍋內(nèi)最高溫度大約為115℃．
若要把這種鍋向西藏地區(qū)銷售，由于西藏大氣壓較小，要使鍋內(nèi)最高溫度仍為115℃，鍋內(nèi)外壓強(qiáng)差變大，應(yīng)適當(dāng)提高鍋的承壓能力，并適當(dāng)增加安全閥的質(zhì)量．
點(diǎn)評(píng)：本題主要考查學(xué)生對(duì)：沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系，以及壓強(qiáng)的計(jì)算公式的了解和掌握，是一道難題．