Question

如圖所示是家庭所用高壓鍋的示意圖，其中限壓閥質量m=0.1kg，高壓鍋頂端氣閥小孔的橫截面積
S=10^-5m²．大氣壓強為p₀=1.0×10⁵p_a，g=10N/kg．
（1）當限壓閥受到重力、大氣壓力和內部氣體壓力平衡時，鍋內氣體能達到最大壓強，求鍋內氣體的最大壓強；
（2）高壓鍋在使用過程中，經常發生限壓閥丟失的現象．如果該高壓鍋的限壓閥發生丟失，要使此高壓鍋還能繼續安全使用，能否隨便使用其它高壓鍋的限壓閥來代替，需要怎么辦？請談談你的看法（請寫出一條原因）．

Answer 1

分析：（1）首先對限壓閥進行受力分析，受到重力、大氣壓力和內部氣體壓力的作用，當這三個力達到平衡時，鍋內氣體的壓強最大．根據力的平衡知識列出相關的關系式．代入相關數據便可求出氣體的最大壓強．
（2）限壓閥的作用是當鍋內壓強達到一定值時，能夠被鍋內氣壓頂起起到安全保險的作用．如果限壓閥的質量偏小，則起不到限壓的作用；如果限壓閥的質量偏大，則不能及時被頂起，會致使鍋內氣壓過大而發生爆炸事故．

解答：解：（1）設鍋內氣體最大壓強為p，由題意知：
mg+p₀S=pS
則p=p₀+

mg

S

=1.0×10⁵Pa+

0.1kg×10N/kg

10-5m2

=2.0×10⁵Pa；
（2）若限壓閥丟失，不能隨便找一個限壓閥來代替．而應該找一個和原來質量相同的限壓閥來代替．
原因為：質量過大，高壓鍋不安全；質量過小，達不到食物的加熱要求．
答：（1）鍋內氣體的最大壓強為2.0×10⁵Pa；
（2）不能；應該找一個和原來質量相同的限壓閥來代替；原因為：質量過大，高壓鍋不安全；質量過小，達不到食物的加熱要求．

點評：此題考查了有關高壓鍋的求解問題，解決此類問題，關鍵是以限壓閥為研究對象，分析其所受的力，根據力的平衡條件進行計算．同時考查了有關壓強的計算和限壓閥限壓的原理．