Question

10．家庭常用的高压锅与普通锅主要不同之处在于它的密封性好．图乙是高压锅的结构示意图，它的盖子上有三个气孔，带有活塞的气孔l 使锅内与外界连通，此时锅内气压与外界大气压相等（外界大气压为1.0×10⁵Pa）．当锅内温度升高至100℃时，锅内气体会把气孔1 的活塞顶起，这时锅被密封．锅内温度继续升高，气体压强增大，当压强增至最大值时，气体就会冲开气孔 2 上的限压阀．气孔 3 正常情况下无作用，图乙中未画出．设锅内气压每增加3.6×10³Pa，水的沸点相应增加1℃．

（1）锅内温度升高到110℃时，锅内的气压是多大？
（2）此高压锅限压阀的质量为70g，气孔2 的面积为7mm²．则锅内的最高温度可达到多少？（g 取10N/kg，结果保留整数）
（3）假如把这种高压锅向西藏地区销售，你认为需要做哪方面的改进，如何改进？

Answer 1

分析 （1）已知锅内气压每增加3.6×10³Pa，水的沸点相应增加1℃，据此可求出变化的温度，再根据锅内气压等于大气压加上变化的气压；
（2）根据高压锅限压阀的质量和气孔2的面积，以限压阀为研究对象，则有mg+p₀S=p'_锅内S，然后可求出的压强p'_锅内最后根据最高气压求出最高温度；
（3）西藏地区外界大气压低，可以增大安全阀的质量，增大锅内气压，达到同样的锅内温度．

解答 解：（1）外界大气压p₀=1.0×10⁵Pa，水的沸点为100℃，△t=t₂-t₁=110℃-100℃=10℃，
p_锅内=p₀+△p=1.0×10⁵Pa+10℃×3.6×10³Pa/℃=1.36×10⁵Pa．　
（2）限压阀质量m=70g=0.07kg，
 气孔2面积S=7mm²=7×10^-6m²，
 设锅内最高气压为p_锅内′，
 以限压阀为研究对象，则mg+p₀S=p_锅内′S，
p'_锅内=p₀+$\frac{mg}{S}$=1.0×10⁵Pa+$\frac{0.07kg×10N/kg}{7×1{0}^{-6}{m}^{2}}$=2.0×10⁵Pa，
锅内最高温度T为：
T=$\frac{P{'}_{锅内}-{P}_{0}}{3.6×1{0}^{3}Pa/℃}$+100℃=$\frac{2.0×1{0}^{5}Pa-1.0×1{0}^{5}Pa}{3.6×1{0}^{3}Pa/℃}$+100℃≈128℃．
（3）西藏地区外界大气压低，可以增加限压阀的质量来增大锅内气压，提高沸点．
答：（1）锅内温度升高到110℃时，锅内的气压是1.36×10⁵Pa；
（2）此高压锅限压阀的质量为70g，气孔2 的面积为7mm²．则锅内的最高温度可达到128℃；
（3）西藏地区外界大气压低，可以增加限压阀的质量来增大锅内气压，提高沸点．

点评 本题内容取材于学生所熟悉的生活实际，所以同学们在平时的学习过程中应紧密结合学过的物理知识，学会从物理的视角去观察生活、生产和社会中的各类物理问题，学会关心社会，关心生活，提高自己的科学素养．