Question

4．安全阀常作为超压保护装置．如图是利用杠杆原理设计的锅炉安全阀示意图，阀门的横截面积S为6厘米²，OA：AB=1：2，现B处挂有重为100牛的物体，大气压强为1.01×10⁵帕，则锅炉能承受的最大压强为6.01×10⁵帕．若锅炉承受的最大压强减小，为保证锅炉安全，应将重物向右（选填“左”或“右”）移动．

Answer 1

分析 （1）杠杆是指在力的作用下能够绕着固定点转动的硬棒，据此分析进行解答；
（2）锅炉承受最大压强时杠杆水平方向平衡，根据杠杆的平衡条件求出阀门受到的压力，根据p=$\frac{F}{S}$求出锅炉能承受的最大压强；
（3）锅炉承受的最大压强减小时，为保证锅炉安全，应减小A点受到的力，此时A点的力臂不变、重物的重力不变，根据杠杆的平衡条件判断重物移动的方向．

解答 解：（1）由图可知，B点挂重物G，A点受到蒸汽压力的作用，硬棒OB可以绕O点转动，所以安全阀常作为超压保护装置是利用杠杆原理设计的；
（2）锅炉承受最大压强时杠杆水平方向平衡，由杠杆的平衡条件可得：
G•OB=（p₀S+F）•OA，
则F+p₀S=$\frac{OB}{OA}$G=$\frac{OA+AB}{OA}$×G=$\frac{1+2}{1}$×100N=300N，
锅炉能承受的最大压强：
p=$\frac{F+{p}_{0}S}{S}$=$\frac{F}{S}$+p₀=$\frac{300N}{6×1{0}^{-4}{m}^{2}}$+1.01×10⁵Pa=6.01×10⁵Pa；
（3）若锅炉承受的最大压强减小，应减小A点受到的力，
因此时A点的力臂不变、重物的重力不变，
所以，由G•OB=F•OA可知，为保证锅炉安全，应将重物向右移动．
故答案为：杠杆；6.01×10⁵；右．

点评 本题考查了压强公式、重力的计算及杠杆的平衡条件的应用，综合性较强，要求学生能正确求出杠杆所受压力的大小及方向，再由杠杆的平衡即可解出．