Question

如圖所示，圖甲是電力高壓鍋的示意圖，圖乙是它的工作原理圖，R₁為加熱電阻，額定功率為800W；R₂為保溫電阻，R₂=2R₁；S₁為壓力開關(guān)，當高壓鍋內(nèi)氣體壓強達到限壓值1.5×10⁵Pa時，S₁會自動斷開；S₂為限時開關(guān)．要求：

（1）高壓鍋是根據(jù)什么原理很快煮熟飯菜的？
（2）高壓鍋正常工作時，R₁的阻值為多大？
（3）若用此高壓鍋煮骨頭湯，正常工作時，S₂限時60min，S₁、S₂同時閉合30min后，鍋內(nèi)氣壓達到限壓值時，S₁自動斷開，S₂閉合至限時結(jié)束，此過程共消耗多少電能？
（4）為確保高壓鍋內(nèi)氣壓不超過限壓值，高壓鍋蓋上還另有一如圖丙所示的限壓閥，它是由一直立圓柱形金屬體和濾網(wǎng)型外套組成，當鍋內(nèi)氣壓達到限壓值，且S₁又不能自動斷開時，鍋內(nèi)高壓氣體就會將圓柱形金屬體頂起，并對外排氣減壓，從而起到限壓作用，若金屬體底面積為0.2cm²，則金屬體的質(zhì)量是多大？（外界大氣壓p₀=1.0×10⁵Pa，g=10N/kg）．

Answer 1

解：（1）高壓鍋的密封性強，使用時增大氣壓，提高水的沸點，食物在高溫下，短時間內(nèi)容易熟；
（2）根據(jù)P=可得：正常工作時R₁阻值：
R₁===60.5Ω；
（3）R₂正常工作時的功率：
P₂===P₁=400W，
此過程中共消耗的電能：
W=W₁+W₂=P₁t₁+P₂t₂=0.8kW×0.5h+0.4kW×1h=0.8kW?h=2.88×10⁶J；
（4）氣體的壓強為p=1.5×10⁵Pa；
由力的平衡的條件可知：pS=p₀S+mg，
即：1.5×10⁵Pa×0.2×10^-6m²=1.0×10⁵Pa×0.2×10^-6m²+m×10N/kg，
解得：m=0.001kg=1g．
答：（1）高壓鍋在使用時利用限壓閥增大鍋內(nèi)氣體壓強，氣壓增大，水的沸點就會升高；
（2）高壓鍋正常工作時，R₁的阻值為60.5Ω；
（3）此過程共消耗2.88×10⁶J的電能；
（4）金屬體的質(zhì)量是1g．
分析：（1）液體的沸點跟氣壓有關(guān)，氣壓增大沸點升高，氣壓減小沸點降低；
（2）高壓鍋正常工作時，功率和額定功率相等，根據(jù)P=求出正常工作時R₁阻值；
（3）先根據(jù)R₂=2R₁，求出R₂正常工作時的功率P₂，再根據(jù)電壓力鍋煮骨頭湯，過程中共消耗電能為W=W₁+W₂=P₁t₁+P₂t₂，即可求出此過程中共消耗多少電能；
（4）由力的平衡的條件可知，當高溫高壓蒸氣高壓鍋內(nèi)氣體產(chǎn)生的壓力與大氣產(chǎn)生的壓力和金屬體的重力相等時，起到限壓的作用，據(jù)此求出金屬體的質(zhì)量．
點評：本題涉及到的知識點較多，有一定的拔高難度，通過此類題目的練習(xí)，進一步學(xué)生提高分析問題和解決問題的綜合能力，又增強了學(xué)生收集信息與處理信息的能力．