Question

5．有一种气压保温瓶其结构如图所示．用手压下按压器，气室上方小孔被堵住，在瓶内气体压强作用下，水经出水管流出．松手后按压器被弹簧弹起，露出小孔．按压器面积为8cm²，瓶内水面低于出水管口8cm，出水管最高处高出瓶内水面10cm，（按压时弹簧的平均弹力为1牛，大气压p ₀=1.01×10⁵Pa，g=10N/kg，按压器所受重力忽略不计）
（1）气室上方小孔的作用是让壶身与大气接通，利用大气压工作．
（2）要将水压出管口，瓶内水面上方的压强至少要多大？
（3）在按压器上至少要加多大的压力？

Answer 1

分析 （1）保温瓶的内胆与出水管，构成连通器，当瓶的内外气压的平衡，水不流动，当瓶内气压大于瓶外气压和管口与瓶内水面之间的水的压强时，水就会在压强的作用下流出：
（2）根据p=ρgh计算液体产生的压强，然后根据水面上方的压强等于液体压强和大气压之和进行计算；
（3）根据p=公式变形可求得瓶内外气体对按压器的压力差△F．

解答 解：（1）气压保温瓶属于连通器，气室上方小孔的作用是让壶身与大气接通，利用大气压工作；
（2）管口与瓶内水之间的压强差：
p_水=ρ_水gh=1×10³kg/m³×10N/kg×0.1m=1×10³Pa；
水面上的压强：
p=p₀+p_水=1.01×10⁵Pa+1×10³Pa=1.02×10⁵Pa；
（3）克服压强差所需的压力：
F_水=p_水S=1×10³Pa×8×10^-4m²=0.8N；
考虑克服弹簧弹力后所需的压力：
F=F_水+F_弹=0.8N+1N=1.8N．
答：（1）让壶身与大气接通，利用大气压工作；
（2）要将水压出管口，瓶内水面上方的压强至少要1.02×10⁵Pa；
（3）在按压器上至少要加多大的压力为1.8N．

点评 此题是大气压强与液体压强的综合应用题，应用平衡法可得到题中的气压和手的压力；计算时要合理运用题目的已知条件．