大氣壓強(qiáng)和流體壓強(qiáng)-之高壓鍋問(wèn)題.課件

1、1：小明家的高壓鍋鍋體直徑為24cm，排氣孔內(nèi)徑為4mm。小明不慎丟失了鍋的限壓閥，當(dāng)他到商店購(gòu)買時(shí)售貨員告訴他，生產(chǎn)這個(gè)鍋的廠家提供的限壓閥有兩種，孔徑相同，質(zhì)量分別為100g和60g。1請(qǐng)你根據(jù)說(shuō)明書(shū)給出的數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算說(shuō)明，小明應(yīng)該買哪一種限壓閥。(說(shuō)明書(shū)標(biāo)有：當(dāng)大氣壓為105Pa時(shí)，該鍋?zhàn)罡邷囟葹?20。已知：水的沸點(diǎn)與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示，取g =10N/kg)2請(qǐng)你說(shuō)明如果買另一種限壓閥，使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題。由圖1可知，當(dāng)鍋內(nèi)溫度為120時(shí)，鍋內(nèi)壓強(qiáng)p=1.8105Pa。2分 此時(shí)限壓閥受力：F0+G=F3分 設(shè)安全閥的質(zhì)量為m，則有：p0S+mg=pS 2分 可得：m= =0.

2、1kg=100g2分 所以，應(yīng)該買質(zhì)量為100g的限壓閥。 2分2如果買了另一種質(zhì)量為60g的限壓閥，使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)鍋內(nèi)的最高氣壓值偏小，鍋內(nèi)溫度不能達(dá)到120的后果。3分kg2分2：高壓鍋是家庭廚房中常見(jiàn)的炊具，利用它可以將食物加熱到100以上它省時(shí)高效，深受消費(fèi)者歡迎（1）請(qǐng)問(wèn)高壓鍋的設(shè)計(jì)運(yùn)用了哪些物理知識(shí)？（2）小明在有關(guān)媒體上看到了由于出氣孔堵塞，致使高壓鍋爆炸的報(bào)道后，給廠家提出了一個(gè)增加易熔片（熔點(diǎn)較低的合金材料）的改進(jìn)建議現(xiàn)在生產(chǎn)的高壓鍋已普遍增加了含有易熔片的出氣孔（如圖1）試說(shuō)明小明建議的物理道理（3）小明測(cè)得家中高壓鍋出氣孔的直徑為4mm，壓在出氣孔上的安全閥的質(zhì)量為80g通

3、過(guò)計(jì)算并對(duì)照?qǐng)D象（圖2）說(shuō)明利用這種高壓鍋燒水時(shí)，最高溫度大約是多少？假若要把這種高壓鍋向西藏地區(qū)銷售，你認(rèn)為需要做哪方面的改進(jìn)，如何改進(jìn)？答：（1）根據(jù)題干中高壓鍋的信息圖可知高壓鍋的設(shè)計(jì)中用到很多物理知識(shí)，比如：可以將食物加熱到100以上，應(yīng)用到了沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系；鍋內(nèi)壓力等于大氣壓力和限壓閥的壓力，應(yīng)用了二力平衡的知識(shí)；計(jì)算鍋內(nèi)溫度的時(shí)候，用到壓強(qiáng)的計(jì)算；增加易熔片是利用熔化的知識(shí)等等（2）高壓鍋一旦安全閥失效，鍋內(nèi)氣壓過(guò)大，鍋內(nèi)溫度也隨之升高，當(dāng)溫度達(dá)到易熔片的熔點(diǎn)時(shí)，再繼續(xù)加熱易熔片就會(huì)熔化，鍋內(nèi)氣體便從放氣孔噴出，使鍋內(nèi)氣壓減小，從而防止爆炸事故發(fā)生（3）根據(jù)題意得：鍋內(nèi)壓強(qiáng)等于大

4、氣壓加限壓閥產(chǎn)生的壓強(qiáng)，即Pa= mg/s= 8010-3kg10N/Kg/3.142210-6m2=0.63105Pa所以有：P=P0+Pm=1.01105Pa+0.63105Pa=1.64105Pa由圖象可得鍋內(nèi)最高溫度大約為1153:若要把這種鍋向西藏地區(qū)銷售，由于西藏大氣壓較小，要使鍋內(nèi)最高溫度仍為115，鍋內(nèi)外壓強(qiáng)差變大，應(yīng)適當(dāng)提高鍋的承壓能力，并適當(dāng)增加安全閥的質(zhì)量3:如圖所示是高壓鍋的示意圖，鍋蓋上有一個(gè)豎直空心柱為排氣孔，空心柱上配有一個(gè)限壓閥，當(dāng)高壓鍋內(nèi)的氣體壓強(qiáng)超過(guò)安全值時(shí)，鍋內(nèi)氣體就會(huì)沖開(kāi)限壓閥，放出一部分水蒸氣，使鍋內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小現(xiàn)有一個(gè)直徑為22cm，空心柱小孔的橫截

5、面積為102，限壓閥的質(zhì)量為100g的高壓鍋，用它來(lái)煮飯，若當(dāng)時(shí)的大氣壓為1.0105Pa問(wèn)：（1）此高壓鍋內(nèi)氣體的最大壓強(qiáng)是多少？（2）經(jīng)商品質(zhì)量檢測(cè)部門檢測(cè)，此高壓鍋氣體的最大壓強(qiáng)不能超過(guò)1.8105Pa，要使此高壓鍋能繼續(xù)安全使用，原來(lái)的限壓閥還能使用嗎？若不能，應(yīng)再配一個(gè)質(zhì)量為多大的限壓閥（1）根據(jù)限壓閥質(zhì)量求出其重力，此時(shí)重力即為壓力，利用限壓閥出氣口橫截面積求出此時(shí)壓強(qiáng)，再加上大氣壓的值即為鍋內(nèi)氣體能達(dá)到的最大壓強(qiáng)（2）由經(jīng)檢驗(yàn)鍋內(nèi)氣體的最大壓強(qiáng)不能超過(guò)1.8105Pa，可知原來(lái)的限壓閥不能繼續(xù)使用；根據(jù)鍋內(nèi)氣體的最大壓強(qiáng)和大氣壓可計(jì)算出作用在限壓閥上的壓強(qiáng)，然后根據(jù)限壓閥出氣口橫

6、截面積可求出限壓閥的壓力，此時(shí)壓力即為其重力，然后即可求出限壓閥的質(zhì)量解答：解：（1）F=G=mg=0.1kg10N/kg=1N，s=10mm2，=0.00001m2，P0=1105Pa，P1= F/s= 1N/0.00001m2=1105PaP內(nèi)=P0+P1=1105Pa+1105Pa=2105Pa；（2）P限=P最大-P0=1.8105Pa-1105Pa=0.8105Pa，F(xiàn)限=P限s=0.8105Pa0.00001m2=0.8N，G=F限=0.8N， m= G/g= 0.8N/10N/kg=0.08kg=80g答：（1）鍋內(nèi)氣體能達(dá)到的最大壓強(qiáng)是2105Pa；（2）不能，應(yīng)該在配一個(gè)質(zhì)量

7、為80g的限壓閥5、小杰家的壓力鍋蓋上標(biāo)有“鋁制品廠24公分壓力鍋”的字樣。他測(cè)得限壓閥的質(zhì)量是100克，排氣孔的直徑為3毫米，這個(gè)壓力鍋正常工作時(shí)內(nèi)部水蒸氣的最大壓強(qiáng)相當(dāng)于大氣壓的多少倍？鍋蓋至少要能承受多大壓力才能保證安全？（大氣壓強(qiáng)為1.01105帕） 4、測(cè)得一個(gè)24厘米高壓鍋的限壓閥的質(zhì)量為0.1千克，排氣孔的內(nèi)徑為3毫米。如果用它煮水消毒，根據(jù)下面水的沸點(diǎn)與壓強(qiáng)關(guān)系的表格，這個(gè)高壓鍋內(nèi)的最高溫度大約是多少？6：如圖2.5.12所示，壓力鍋鍋蓋面積4502 ，限壓出氣孔的橫截面積為0.052,當(dāng)鍋內(nèi)蒸汽達(dá)到2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，蒸汽對(duì)鍋蓋的壓力是多大？當(dāng)鍋內(nèi)蒸汽達(dá)到2.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，

8、鍋內(nèi)蒸汽剛好頂開(kāi)限壓閥自動(dòng)放氣，求限壓閥的質(zhì)量是多大？（g=10N/，大氣壓=1.01105Pa）7：盛夏時(shí)分，“小問(wèn)號(hào)”王欣同學(xué)在打開(kāi)冰箱取飲料時(shí)，突然腦海里浮出一個(gè)問(wèn)題：為什么每次開(kāi)冰箱門都比較費(fèi)力?通過(guò)仔細(xì)觀察他發(fā)現(xiàn)打開(kāi)冰箱門時(shí)，冰箱里的冷空氣出來(lái)，外面的熱空氣進(jìn)去當(dāng)冰箱門重新關(guān)上后，就將這部分熱空氣也關(guān)在了里面，箱內(nèi)熱空氣冷卻收縮壓強(qiáng)減小王欣判斷這應(yīng)該是開(kāi)冰箱門費(fèi)力的一個(gè)原因。若冰箱門長(zhǎng)為0.6m寬為0.5m冰箱外的氣壓為1l05 Pa，設(shè)冰箱內(nèi)部與外部的氣壓相差 求：(1)冰箱內(nèi)氣體壓強(qiáng)多少? (2)冰箱內(nèi)、外氣體對(duì)門的壓力各是多少?(3)冰箱門受到的內(nèi)外壓力差相當(dāng)于質(zhì)量為多少的物體

9、受到的重力大小?(g=10Nkg)8：已知高壓鍋的限壓閥的質(zhì)量為100.8 g，排氣孔的面積為7mm2求：1鍋內(nèi)氣體的壓強(qiáng)最大可達(dá)多少?2設(shè)鍋內(nèi)壓強(qiáng)每增加3.6103Pa，水的沸點(diǎn)就相應(yīng)的增加1，則鍋內(nèi)的最高溫度可達(dá)多高?(g取10N/kg；外界大氣壓強(qiáng)為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，計(jì)算時(shí)取1105Pa)一個(gè)高壓鍋的限壓閥質(zhì)量為0.08kg，排氣孔直徑為3mm如果用這只高壓鍋來(lái)煮水對(duì)器械消毒，根據(jù)下面表格中列出的水的沸點(diǎn)與壓強(qiáng)的關(guān)系，這個(gè)高壓鍋內(nèi)水的最高溫度大約是多少？（當(dāng)時(shí)的大氣壓為1.01105Pa）家庭常用的高壓鍋（圖甲）與普通鍋主要不同之處在于它的密封性好，圖乙是高壓鍋的結(jié)構(gòu)示意圖，它的蓋子上有三個(gè)

10、氣孔，帶有活塞的氣孔1使鍋內(nèi)與外界連通，此時(shí)鍋內(nèi)氣壓與外界大氣壓相等（外界大氣壓為1.0105Pa）當(dāng)鍋內(nèi)溫度升高至100時(shí)，鍋內(nèi)氣體會(huì)把氣孔1的活塞頂起，這時(shí)鍋被密封鍋內(nèi)溫度繼續(xù)升高，氣體壓強(qiáng)增大，當(dāng)壓強(qiáng)增至最大值時(shí)，氣體就會(huì)沖開(kāi)氣孔2上的限壓閥氣孔3正常情況下無(wú)作用，圖乙未畫(huà)出設(shè)鍋內(nèi)氣壓每增加3.6105Pa，水的沸點(diǎn)相應(yīng)增加1鍋內(nèi)水的初始溫度為20限壓閥被沖開(kāi)前，鍋內(nèi)水在升溫階段單位時(shí)間內(nèi)升高的溫度相同（1）鍋內(nèi)溫度升高到110時(shí)，鍋內(nèi)的氣壓是多大？（2）此高壓鍋限壓閥的質(zhì)量為70g，氣孔2的面積為7mm2，則鍋內(nèi)的最高溫度可達(dá)到多少？（g取10N/kg，結(jié)果保留整數(shù)）（3）若“壓強(qiáng)每增

11、加3.6105Pa，水的沸點(diǎn)相應(yīng)增加1”這一條件以及限壓閥的質(zhì)量和氣孔2的面積均未知，請(qǐng)用一只手表及題中的其他條件，估測(cè)出鍋內(nèi)的最高溫度（說(shuō)明：寫(xiě)出鍋內(nèi)最高溫度的表達(dá)式，并指出表達(dá)式中各測(cè)量量的含義） 解 析 （1）已知鍋內(nèi)氣壓每增加3.6105Pa，水的沸點(diǎn)相應(yīng)增加1則可求出變化的溫度，再根據(jù)鍋內(nèi)氣壓等于大氣壓加上變化的氣壓即可（2）根據(jù)高壓鍋限壓閥的質(zhì)量和氣孔2的面積，以限壓閥為研究對(duì)象，P鍋內(nèi)，則mg+P0S=P鍋內(nèi)S，然后可求出P鍋內(nèi)的壓強(qiáng)解 答 解：（1）外界大氣壓P0=1.0105Pa，水的沸點(diǎn)為100，t=t2-t1=110-100=10，P鍋內(nèi)=P0+P=1.0105Pa+10

12、3.6105Pa/=3.7106Pa（2）限壓閥質(zhì)量m=70g=0.07kg 氣孔2面積S=7mm2=710-6m2， 設(shè)鍋內(nèi)最高氣壓為P鍋內(nèi)， 以限壓閥為研究對(duì)象，則mg+P0S=P鍋內(nèi)S， P鍋內(nèi)=P0+mg S =1.0105Pa+0.07kg10N/kg 710-6m2 =2.0105Pa鍋內(nèi)最高溫度T=P鍋內(nèi)-P0 3.6103Pa/ +100=2.0105Pa-1.0105Pa 3.6103Pa/ +100=128（3）鍋內(nèi)最高溫度T=100-20 t 1 t 2 +100=t 2 t 1 80+100， t 1 ：從開(kāi)始加熱至氣孔1中活塞被頂起的時(shí)間 t 2 ：從活塞被頂起至限壓

13、閥被頂起的時(shí)間答：（1）鍋內(nèi)溫度升高到110時(shí)，鍋內(nèi)的氣壓是3.7106Pa（2）此高壓鍋限壓閥的質(zhì)量為70g，氣孔2的面積為7mm2，則鍋內(nèi)的最高溫度可達(dá)到128（3）表達(dá)式為t 2 t 1 80+100家庭常用的高壓鍋（圖甲）與普通鍋主要不同之處在于它的密封性好，圖乙是高壓鍋的結(jié)構(gòu)示意圖，它的蓋子上有三個(gè)氣孔，帶有活塞的氣孔1使鍋內(nèi)與外界連通，此時(shí)鍋內(nèi)氣壓與外界大氣壓相等（外界大氣壓為1.0105Pa）當(dāng)鍋內(nèi)溫度升高至100時(shí)，鍋內(nèi)氣體會(huì)把氣孔1的活塞頂起，這時(shí)鍋被密封鍋內(nèi)溫度繼續(xù)升高，氣體壓強(qiáng)增大，當(dāng)壓強(qiáng)增至最大值時(shí)，氣體就會(huì)沖開(kāi)氣孔2上的限壓閥氣孔3正常情況下無(wú)作用，圖乙未畫(huà)出設(shè)鍋內(nèi)氣

14、壓每增加3.6105Pa，水的沸點(diǎn)相應(yīng)增加1鍋內(nèi)水的初始溫度為20限壓閥被沖開(kāi)前，鍋內(nèi)水在升溫階段單位時(shí)間內(nèi)升高的溫度相同（1）鍋內(nèi)溫度升高到110時(shí)，鍋內(nèi)的氣壓是多大？（2）此高壓鍋限壓閥的質(zhì)量為70g，氣孔2的面積為7mm2，則鍋內(nèi)的最高溫度可達(dá)到多少？（g取10N/kg，結(jié)果保留整數(shù)）（3）若“壓強(qiáng)每增加3.6105Pa，水的沸點(diǎn)相應(yīng)增加1”這一條件以及限壓閥的質(zhì)量和氣孔2的面積均未知，請(qǐng)用一只手表及題中的其他條件，估測(cè)出鍋內(nèi)的最高溫度（說(shuō)明：寫(xiě)出鍋內(nèi)最高溫度的表達(dá)式，并指出表達(dá)式中各測(cè)量量的含義） 解 析 （1）已知鍋內(nèi)氣壓每增加3.6105Pa，水的沸點(diǎn)相應(yīng)增加1則可求出變化的溫度，再根據(jù)鍋內(nèi)氣壓等于大氣壓加上變化的氣壓即可（2）根據(jù)高壓鍋限壓閥的質(zhì)量和氣孔2的面積，以限壓閥為研究對(duì)象，P鍋內(nèi)，則mg+P0S=P鍋內(nèi)S，然后可求出P鍋內(nèi)的壓強(qiáng)解 答 解：（1）外界大氣壓P0=1.0105Pa，水的沸點(diǎn)為100，t=t2-t1=110-100=10，P鍋內(nèi)=P0+