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1、11：压强综合题一、试管爬升1.某教师用“试管爬升”实验验证大气压的存在，其做法如下：取两个直径相差很小的平底试管，将细试管底部插入装满水的粗试管内，再将两试管迅速倒置（保持竖直），会看到细试管慢慢“爬进”粗试管里，如图所示，细试管能否在粗试管内竖直向上“爬升”，取决于开始时插入粗试管的深度，如果插入过浅细试管就不能自动上升。若细试管的重为G，外直径为d，水的密度为0，大气压强为p0,请你通过推导计算，回答下列问题：（1）细试管在“爬升”时，受到大气对它竖直向上的压力是多少？（2）细试管开始插入的深度h0满足什么条件时，它刚好可以向上“爬升”。、2.某教师用“试管爬升”的实验装置来验证大气压的
2、存在，其做法如下：取两个直径相差很小的平底试管，将细管底部插入装满水的粗试管内，再将两试管迅速倒置(保持竖直)，会看到细试管慢慢“爬进”粗试管里，如图所示，细试管能否在粗试管内竖直向上“爬升”，取决于开始时细试管插入粗试管的深度，如果插入过浅细试管就不能自动上升.若细试管的重为G=0.1N、底面积S=2cm2，大气压强为一个标准大气压，则细试管开始插入的深度h0至少为多少cm，细管向上“爬升”()A. 5cmB. 10cmC. 15cmD. 20cm二、高压锅问题1.高压锅是生活中一种密闭的加热窗口，锅盖中央有一出气孔，孔上盖有限压阀，当锅内气压达到限定值时，限压阀被锅内气体顶起放出部分气体，
3、实现了对锅内气体压强的控制。如图21所示，某高压锅锅体的内底面积为S，侧壁竖直，出气孔横截面积为S0，限压阀质量为mO.限压阀顶部面积为S1（已知大气压强为p0）（1）写出液体沸点与气压的关系；（2）求使用高压锅时锅内气体的最大压强：（3）为保证使用安全，不可随意增加限压阀质量。如果限压阀的质量增加m，请计算锅体与锅盖咬合处锅体对锅盖的最大作用力增大多少。 2.如图，是高压锅的示意图。带有活塞的气孔1与外界连通(外界大气压P0=1105Pa)。当锅内温度达到100时，锅内气体把活塞顶起，锅被密封。锅内温度继续上升，气压继续升高。当锅内气压达到最大值时，锅内气体将气孔2上的限压阀顶起。若锅内气压
4、每增加3.6103Pa，水的沸点升高1。(1)锅内水的沸点升高到110，锅内气压是多大？(2)若限压阀的质量为70g，气孔2的面积是7mm2，锅内水的最高温度是多少？(g=10N/Kg，结果只保留整数)(3)若锅盖的面积为260cm2，则它所能承受的压力最大是多少才能保证安全3.生活在高原的边防哨所战士常用高压锅煮食物，如图所示为高压锅的示意图，锅盖上有一个空心柱为排气孔，空心柱上戴有一个“帽子”为限压阀，当高压锅内气体的压强超过安全值时，锅内的气体会顶起限压阀跑出一部分，使锅内气体压强减少，保证高压锅安全使用.已知空心柱小孔的横截面积为10-5m2，大气压为1.0105Pa，高压锅工作时锅内
5、气体最大压强为1.9105Pa.(g取10N/kg) (1)高原上使用高压锅煮食物，其主要原因是水的沸点随高原气压的减小而_ ；(2)用密封性完好的高压锅烧水至沸腾时，水的温度_ 100(选填“大于”、“等于”或“小于”)；(3)计算锅内外气体的最大压强差为多少？(4)计算限压阀的最大质量为多少？(5)若高压锅内最高水位为40cm，锅底面积为200cm2，忽略锅的厚度不计，求锅底此时承受水的最大压力为多少？4.高压锅是家庭厨房中常见的炊具，利用它可以将食物加热到100以上。它省时高效，深受消费者欢迎。图(甲)为高压锅的构造，图(乙)为水的沸点与气压的关系图象。(g取10N/Kg，大气压为1标准
6、大气压即105Pa) (1)说出高压锅为什么能将食物加热到100以上？(2)若高压锅出气孔的截面积约12mm2，压在出气孔上的安全阀的质量为84g.通过计算并对照图象说明利用这种高压锅烧水时，最高温度大约是多少？(3)假若要把这种高压锅向西藏地区销售，用这种高压锅烧水时，要达到同样的最高温度，你认为需要如何改进？5.如图甲所示，高压锅是生活中一种密闭的加热容器。锅盖中央有一出气孔，孔上盖有限压阀，当锅内气压达到限定值时，限压阀被锅内气体顶起放出部分气体，实现了对锅内气体压强的控制。如图乙是水的沸点随锅内气压变化的图像，利用它可以将食物加热到100以上。 (1)高压锅的运用了锅内气压升高，水的沸
7、点_的道理。(2)由于出气孔堵塞，可能致使高压锅爆炸，现在生产的高压锅已普遍增加了放气孔(甲图)。放气孔应选用下列哪种材料？( )A.导体 B.绝缘体 C.半导体D.熔点低的合金(3)某高压锅内气压最大为1.3105Pa，若用此高压锅可将2kg，初温为20水加热至_沸腾，水吸收的热量是_J。(4)小明测得家中高压锅出气孔的面积为15mm2，压在出气孔上的安全阀的质量90g。通过计算并对照图像(乙图)说明利用这种高压锅烧水时，最高温度大约是_。(外界大气压p0=1.0105Pa)答案：一、试管爬升1.【答案】(1)细试管在“爬升”时，受到大气对它竖直向上的压力是p0d24；(2)细试管开始插入的
8、深度h0不小于4Gd20g时，它刚好可以向上“爬升”。【解析】解：(1)大气压作用的面积：S=r2=(d2)2=d24，根据p=FS可得，细试管在“爬升”时受到大气对它竖直向上的压力：F0=p0S=p0d24=p0d24；(2)细试管受力情况如图所示：细管刚好能“爬升”时，细试管受力平衡，则F0=G+F，图中细试管上底面受到的压强：p水=p0-0gh0，图中细试管上底面受到的压力：F=p水S=(p0-0gh0)S，所以，p0S=G+(p0-0gh0)S，解得：h0=G0gS=G0gd24=4Gd20g。(1)先根据圆的面积公式求出大气压作用的面积，根据压强公式求出细试管在“爬升”时受到大气对它
9、竖直向上的压力；(2)先对细试管受力分析，细管刚好能“爬升”时细试管受力平衡，根据力的平衡条件得出等式，细试管上方受到的压强等于大气压减去水产生的压强，根据压强公式表示出受到的力，把细试管的面积公式代入等式即可得出答案。本题考查了固体压强公式、液体压强公式和圆的面积公式的应用，关键是会对刚好可以向上“爬升”的细试管进行受力分析并利用力的平衡得出等式，难点是细试管上方受到的压力，注意此时要考虑大气压。2.【答案】A【解析】细试管受力情况如图所示： 细管刚好能“爬升”时，细试管受力平衡，则F0=G+F，细试管受到水的压强：p水=p0-0gh0，细试管受到水的压力：F=p水S=(p0-0gh0)S，
10、所以p0S=G+(p0-0gh0)S，解得：h0=G0gS=0.1N1.0103kg/m310N/kg210-4m2=0.05m=5cm.故A正确。二、高压锅问题1.【答案】(1)液体表面气压越大，液体的沸点越高。(2)当限压阀刚要被顶起时，受力平衡F=p0S0+m0g 锅内气体最大压强p= p=p0+ (3)锅内气体对锅盖最大压力的增加量F=p(S-S0)=(S-S0)=mg-mg 锅体对锅盖的最大作用力增加量为F=F=mg-mg 因为S远大于S0，所以F=mg2.【答案】(1)外界大气压p0=1.0105Pa，水的沸点为100，t=t2-t1=110-100=10，p锅内=p0+p=1.0
11、105Pa+103.6103Pa/=1.36105Pa；(2)限压阀质量m=70g=0.07kg气孔2面积S=7mm2=710-6m2，以限压阀为研究对象，则有：mg+P0S=P锅内S，p锅内=p0+p锅内=p0+mgS=1.0105Pa+0.07kg10N/kg710-6m2=2.0105Pa；锅内最高温度：T=p锅内-p03.6103Pa/+100=2.0105Pa-1.0105Pa3.6103Pa/+100=128；(3)锅盖面积为：S2=260cm2=2.610-2m2，由p=FS可得，锅盖所承受的最小压力为：F=pS2-p0S2=2.0105Pa2.610-2m2-1.0105Pa2
12、.610-2m2=2600N。答：(1)锅内温度升高到110时，锅内的气压是1.36105Pa；(2)锅内的最高温度可达到128(3)若锅盖的面积为260cm2，则它所能承受的压力最大是2600N才能保证安全。3.【答案】(1)降低；(2)大于；(3)锅内外气体的最大压强差为0.9105Pa；(4)限压阀的最大质量为0.09kg；(5)锅底此时承受水的最大压力为80N【解析】(1)因为高山地区海拔高，空气稀薄，所以大气压低于一个标准大气压，很难煮熟食物，要使用高压锅煮食物，其主要原因是水的沸点随高原气压的减小而降低；(2)高压锅内气压大于一个标准大气压，故锅内水的沸点高于100，所以水的温度大
13、于100；(3)锅内外气体的最大压强差：p=p内-p外=1.9105Pa-1.0105Pa=0.9105Pa；(4)由p=FS可得，限压阀的重力：G=F=pS=0.9105Pa10-5m2=0.9N，由G=mg可得，限压阀的最大质量：m=Gg=0.9N10N/kg=0.09kg；(5)水深h=40cm=0.4m，则水对锅底的压强p=gh=1000kg/m310N/kg0.4m=4000Pa；由p=FS得水对容器底部的压力：F1=pS=4000Pa20010-4m2=80N；(1)大气压与海拔高度的关系：海拔越高，气压越低；(2)气压与沸点的关系：气压越高、沸点越高；(3)知道高压锅工作时锅内气
14、体压强和大气压，两者的差值即为锅内外气体的最大压强差；(4)根据F=pS求出限压阀受到的压力即为限压阀的重力，根据G=mg求出限压阀的质量；(5)已知水的深度，根据公式p=gh可求锅底此时承受水的最大压强，最后利用公式F=pS可求锅底此时承受水的最大压力本题主要考查学生对大气压和高度的关系、沸点与气压关系以及有关压强的计算，要注意锅内气压等于大气压与限压阀产生的压强之和4【答案】(1)高压锅是密封的，锅内水汽化形成的水蒸气不能跑出去，使锅内水面上的气压增大，水的沸点升高；(2)利用这种高压锅烧水时，最高温度大约是116；(3)增加限压阀的质量。【解析】(1)高压锅是密封的，锅内水汽化形成的水蒸气不能跑出去，使锅内水面上的气压增大(大于1标准大气压)，水的沸点升高(高于100)；(2)安全阀对出气孔产生的压力：F=G=mg=8410-3kg10N/kg=0.84Ns=12mm2=1210-6m2，安全阀对出气孔产生的压强：，锅内气压：p=1105Pa+0.7105Pa=1.7105Pa，从沸点-气压图象上得出高压锅内温度：t=116；(3)可以增加限压阀的质量来增大锅内气压，提高沸点。5.【答案】(1)升高(2)D(3)1107.56105(4)115【解析】(1)高压锅的运用了锅内气压升高，水的沸点升高的道理；(2)高压锅一旦安全阀失效，锅内气压过大，锅内温度也随之升高，
