Question

如图所示是高压锅的示意图，锅盖上有一个竖直空心柱为排气孔，空心柱上配有一个限压阀，当高压锅内的气体压强超过安全值时，锅内气体就会冲开限压阀，放出一部分水蒸气，使锅内气体压强减小．现有一个直径为22cm，空心柱小孔的横截面积为10㎜²，限压阀的质量为100g的高压锅，用它来煮饭，若当时的大气压为1.0×10⁵Pa．问：
（1）此高压锅内气体的最大压强是多少？
（2）经商品质量检测部门检测，此高压锅气体的最大压强不能超过1.8×10⁵Pa，要使此高压锅能继续安全使用，原来的限压阀还能使用吗？若不能，应再配一个质量为多大的限压阀．
（g取10N/kg）

Answer 1

【答案】分析：（1）根据限压阀质量求出其重力，此时重力即为压力，利用限压阀出气口横截面积求出此时压强，再加上大气压的值即为锅内气体能达到的最大压强．
（2）由经检验锅内气体的最大压强不能超过1.8×10⁵Pa，可知原来的限压阀不能继续使用；
根据锅内气体的最大压强和大气压可计算出作用在限压阀上的压强，然后根据限压阀出气口横截面积可求出限压阀的压力，此时压力即为其重力，然后即可求出限压阀的质量．
解答：解：（1）F=G=mg=0.1kg×10N/kg=1N，s=10mm²，=0.00001m²，P=1×10⁵Pa，
P₁===1×10⁵Pa．
P_内=P+P₁=1×10⁵Pa+1×10⁵Pa=2×10⁵Pa；
（2）P_限=P_最大-P=1.8×10⁵Pa-1×10⁵Pa=0.8×10⁵Pa，
F_限=P_限s=0.8×10⁵Pa×0.00001m²=0.8N，
G=F_限=0.8N，
m===0.08kg=80g．
答：（1）锅内气体能达到的最大压强是2×10⁵Pa；
（2）不能，应该再配一个质量为80g的限压阀．
点评：此题涉及到大气压的综合应用，重力的计算，压强大小及其计算的等知识点，这是一道数学与物理的综合性题目，要求学生要具备一定的学科综合能力，计算时还要注意统一使用国际单位制单位．