Question

高壓鍋是家庭廚房中常見的炊具，利用它可以將食物加熱到100℃以上．它省時高效，深受消費者歡迎．
（1）請問高壓鍋的設計運用了哪些物理知識？
（2）小明在有關媒體上看到了由于出氣孔堵塞，致使高壓鍋爆炸的報道后，給廠家提出了一個增加易熔片（熔點較低的合金材料）的改進建議．現在生產的高壓鍋已普遍增加了含有易熔片的出氣孔（如圖1）．試說明小明建議的物理道理．



（3）小明測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量為80g．通過計算并對照圖象（圖2）說明利用這種高壓鍋燒水時，最高溫度大約是多少？假若要把這種高壓鍋向西藏地區銷售，你認為需要做哪方面的改進，如何改進？

Answer 1

答：（1）根據題干中高壓鍋的信息圖可知高壓鍋的設計中用到很多物理知識，比如：
可以將食物加熱到100℃以上，應用到了沸點與氣壓的關系；
鍋內壓力等于大氣壓力和限壓閥的壓力，應用了二力平衡的知識；
計算鍋內溫度的時候，用到壓強的計算；
增加易熔片是利用熔化的知識等等．
（2）高壓鍋一旦安全閥失效，鍋內氣壓過大，鍋內溫度也隨之升高，當溫度達到易熔片的熔點時，再繼續加熱易熔片就會熔化，鍋內氣體便從放氣孔噴出，使鍋內氣壓減小，從而防止爆炸事故發生．
（3）根據題意得：鍋內壓強等于大氣壓加限壓閥產生的壓強，即P_a=

mg

s

=

80×10-3kg×10N/Kg

3.14×22×10-6m2

=0.63×10⁵Pa
所以有：P=P₀+P_a=1.01×10⁵Pa+0.63×10⁵Pa=1.64×10⁵Pa
由圖象可得鍋內最高溫度大約為115℃．
若要把這種鍋向西藏地區銷售，由于西藏大氣壓較小，要使鍋內最高溫度仍為115℃，鍋內外壓強差變大，應適當提高鍋的承壓能力，并適當增加安全閥的質量．