Question

高压锅是利用锅内气体压强大于1个标准大气压（约1×10⁵Pa），从而提高锅内液体沸点进行工作的．如图所示的高压锅，其锅内设计的最大气压为2个标准大气压，此时水的沸点为120℃．如果限压阀的横截面积为6mm²，则（g取10N/kg）
（1）画出减压配重物体在锅内气压为2个标准大气压时的受力图．
（2）锅内气体对减压配重物体向上的最大压力是多少牛？
（3）限压阀上面的减压配重物体的质量不能超过多少克？

Answer 1

分析：（1）减压配重物体在锅内气压为2个标准大气压时，受到竖直向上锅内气体的压力，受到竖直向下的大气压力和自身的重力；
（2）锅内气体达到2个标准大气压时，对减压配重物体向上的压力最大，根据压强公式求出其大小；
（3）蒸汽刚好达到2个标准大气压时，限压阀处于平衡状态，根据力的平衡得出等式即可求出减压配重物体的质量．

解答：解：（1）减压配重物体在锅内气压为2个标准大气压时的受力图如下所示：

（2）由p=

F

S

可得，锅内气体对减压配重物体向上的最大压力：
F_蒸汽=p_蒸汽S=2×1×10⁵Pa×6×10^-6m²=1.2N；
（3）蒸汽刚好达到2个标准大气压时，限压阀处于平衡状态，
则F_蒸汽=F_大气+G，即p_蒸汽S=p_大气S+mg，
配重物体的质量：
m=

p蒸汽S+p大气S

g

=

2×1×105Pa×6×10-6m2-1×105Pa×6×10-6m2

10N/kg

=0.06kg=60g．
答：（1）减压配重物体在锅内气压为2个标准大气压时的受力图如上图所示；
（2）锅内气体对减压配重物体向上的最大压力1.2N；
（3）限压阀上面的减压配重物体的质量不能超过60g．

点评：本题考查了气体压力的计算和平衡状态的应用，关键是会分析减压配重物体手打的力，计算过程要注意单位的换算．