Question

（2010?包頭）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(dāng)高壓鍋內(nèi)氣體壓強(qiáng)達(dá)到限壓值1.5×10⁵Pa時(shí)，S₁會(huì)自動(dòng)斷開；S₂為限時(shí)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(shí)，R₁的阻值為多大？
（3）若用此高壓鍋煮骨頭湯，正常工作時(shí)，S₂限時(shí)60min，S₁、S₂同時(shí)閉合30min后，鍋內(nèi)氣壓達(dá)到限壓值時(shí)，S₁自動(dòng)斷開，S₂閉合至限時(shí)結(jié)束，此過(guò)程共消耗多少電能？
（4）為確保高壓鍋內(nèi)氣壓不超過(guò)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(dāng)鍋內(nèi)氣壓達(dá)到限壓值，且S₁又不能自動(dòng)斷開時(shí)，鍋內(nèi)高壓氣體就會(huì)將圓柱形金屬體頂起，并對(duì)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

分析：（1）液體的沸點(diǎn)跟氣壓有關(guān)，氣壓增大沸點(diǎn)升高，氣壓減小沸點(diǎn)降低；
（2）高壓鍋正常工作時(shí)，功率和額定功率相等，根據(jù)P=

U2

R

求出正常工作時(shí)R₁阻值；
（3）先根據(jù)R₂=2R₁，求出R₂正常工作時(shí)的功率P₂，再根據(jù)電壓力鍋煮骨頭湯，過(guò)程中共消耗電能為W=W₁+W₂=P₁t₁+P₂t₂，即可求出此過(guò)程中共消耗多少電能；
（4）由力的平衡的條件可知，當(dāng)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(shí)，起到限壓的作用，據(jù)此求出金屬體的質(zhì)量．

解答：解：（1）高壓鍋的密封性強(qiáng)，使用時(shí)增大氣壓，提高水的沸點(diǎn)，食物在高溫下，短時(shí)間內(nèi)容易熟；
（2）根據(jù)P=

U2

R

可得：正常工作時(shí)R₁阻值：
R₁=

U2

P1

=

(220V)2

800W

=60.5Ω；
（3）R₂正常工作時(shí)的功率：
P₂=

U2

R2

=

U2

2R1

=

1

2

P₁=400W，
 此過(guò)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(qiáng)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^-4m²=1.0×10⁵Pa×0.2×10^-4m²+m×10N/kg，
解得：m=0.1kg．
答：（1）高壓鍋在使用時(shí)利用限壓閥增大鍋內(nèi)氣體壓強(qiáng)，氣壓增大，水的沸點(diǎn)就會(huì)升高；
（2）高壓鍋正常工作時(shí)，R₁的阻值為60.5Ω；
（3）此過(guò)程共消耗2.88×10⁶J的電能；
（4）金屬體的質(zhì)量是0.1kg．

點(diǎn)評(píng)：本題涉及到的知識(shí)點(diǎn)較多，有一定的拔高難度，通過(guò)此類題目的練習(xí)，進(jìn)一步學(xué)生提高分析問題和解決問題的綜合能力，又增強(qiáng)了學(xué)生收集信息與處理信息的能力．