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高压锅相关的中考物理压轴题

 

高压锅是日常生活常用物品,中考物理试卷中出现了许多以它为背景命制的压强综合计算题。

试题注重对学生综合能力的考查,并且注意创设新的试题情景,转换题目考查角度,力求不断的创新。

现举两例,赏析如下:

 

例1.家庭常用的高压锅(图1甲)与普通锅主要不同之处在于它的密闭性好。

图1乙是高压锅的结构示意图,它的盖子上有三个气孔,带有活塞的气孔1使锅内与外界连通,此时锅内气压与外界大气压强相等(外界大气压为1.0×105Pa),当锅内温度升高至100℃时,锅内气体会把气孔1的活塞顶起,这时锅被密封。

锅内温度继续升高,气体压强增大,当压强增至最大值时,气体就会冲开气孔2上的限压阀。

气孔3正常情况下无作用,图1乙中未画出。

设锅内气压每增加3.6×103Pa,水的沸点相应增加1℃。

锅内水的初始温度为20℃。

限压阀被冲开前,锅内水在升温阶段单位时间内升高的温度相同。

 

 

(1)锅内温度升高到110℃时,锅内的气压是多大?

 

(2)此高压锅限压阀的质量为70g,气孔2的面积为7mm2,则锅内的最高温度可达到多少?

(g取10N/kg,结果保留整数)

 

(3)若“压强每增加3.6×103Pa,水的沸点相应增加1℃”这一条件以及限压阀的质量和气孔2的面积均未知,请用一只手表及题中的其他条件,估测出锅内的最高温度。

(说明:

写出锅内最高温度的表达式,并指出表达式中各测量量的含义。

 

赏析:

本题考查学生运用所学物理知识解决实际问题的能力和提取信息、处理信息的能力,综合性非常强。

首先,学生应明确压力锅内气压与外界大气压和压力阀产生压强的关系,这在高压锅考题中是一个必考的内容。

其次,定量计算温度随压强变化关系,对数学能力要求较高。

第三学生设计实验方案估测锅内温度,这是一个难点,学生应仔细读题,理顺关系才能顺利求解。

 

(1)外界大气压为1.0×105Pa,水的沸点是100℃.又因为锅内气压每增加3.6×103Pa,水的沸点相应增加1℃,所以锅内温度为110℃时,气压为。

 

(2)锅内最高气压为,所以锅内的最高温度为。

 

(3)锅内水的初始温度为20℃。

限压阀被冲开前,锅内水在升温阶段单位时间内升高的温度相同。

从开始加热至气孔1中活塞被顶起水温升高到100,水温升高了,记下所用的时间为t1,则单位时间内水温升高。

记下从活塞被顶起至限压阀被顶起的时间t2,则水温在100的基础上又升高了。

所以表达式为:

 

例2.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,限压阀被锅内顶起放出部分气体,实现了对锅内气体压强的控制。

如图2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m0,限压锅顶部面积为St(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,不可随意增加限压锅质量。

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?

 

赏析:

此题涉及到大气压的综合应用,重力的计算,压强大小及其计算的等知识点,是一道数学与物理的综合性题目。

要求学生要具备一定的学科综合能力,要学会用字母表达式去表达物理量。

 

(1)液体的沸点与大气压的关系:

液体的沸点随着表面气压的增大而升高,随气压减小而降低。

 

(2)已知大气压强,内底面积为,出气孔横截面积为,限压阀质量为,限压锅顶部面积为,则大气压力,限压阀重力。

 

当限压阀刚要被顶起时,受力平衡,此时压力。

 

根据公式可知锅内气体最大压强为。

 

(3)锅内气体对锅盖最大压力的增加量为

 

,锅体对锅盖的最大作用力增加量为,因为远大于,所以。

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