全國物理競賽試題精選匯編10—壓強(編輯修改稿)
2025-05-05 12:48 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 砝碼的限壓閥將排氣孔堵住，當(dāng)加熱高壓鍋(鍋內(nèi)有水、食物)，鍋內(nèi)氣體壓強增加到一定程度時．氣體就會把限壓閥頂起來，蒸氣即可從排氣孔排出鍋外，這樣就不會因為鍋內(nèi)壓強過大而造成爆炸，以確保安全(如圖1 0)。 g，排氣孔的面積為7 mm2 )。求：1．鍋內(nèi)氣體的壓強最大可達多少?．6 103P a，水的沸點就相應(yīng)的增加1℃，則鍋內(nèi)的最高溫度可達多高? (g取1 0 N／k g：外界大氣壓強為1標準大氣壓，計算時取1105Pa)答案：1.( 4分)鍋內(nèi)最大壓強為P=P0+mg/S (公式正確2分) =1105Pa+(10N/kg)/7106m2 = 105 Pa。 (2分)2．鍋增加壓強為 △P=PP0= 10 5 Pa (2分) 水的沸點增高 △t=(lO 5／103Pa)℃ =40 ℃ (1分)所以，鍋內(nèi)溫度最高可達：t=100℃+40℃ =140℃。 (1分)（０３第十三屆復(fù)）一、現(xiàn)在許多平房和多層建筑的屋頂都安裝了太陽能熱水器，用于家庭洗浴。試分析熱水器對供水壓力、水管強度兩方面的要求。答案：設(shè)熱水器距地面的高度為h，熱水器中的水在地面附近產(chǎn)生的壓強為p＝ρgh供水管要能把水送到熱水器上，水壓要大于p。（到此可得15分，答出以下再加4分）例如：樓頂高10m，要求供水壓強大于p＝ρgh＝10 31010＝1105Pa，相當(dāng)于標準大氣壓。底層的水管要能承受105Pa以上的壓強，頂層水管的耐壓要求可以低些，例如直接與熱水器相連的水管可以用塑料管。（07第十七屆) 1．小華感冒咳嗽，媽媽給她買了“雙黃連口服液”。粗心的小華將口服液盒內(nèi)特制吸管弄丟了，只好拿來一根飲料吸管插入瓶中，結(jié)果她費了很大的勁才把藥液“吸”上來。后來，她發(fā)現(xiàn)這兩種吸管的形狀不一樣：飲料吸管外壁光滑，口服液吸管外壁有棱，兩種吸管的截面形狀如圖7所示。請你運用物理知識解釋為什么兩種吸管“吸”藥的效果不同。答案：吸管插入藥液后，由于飲料吸管的外壁光滑，它與藥液的橡膠瓶蓋緊密接觸，空氣不能進入，因此很難“吸”上藥液。而藥液吸管的外壁是有棱角的（或凹凸不平），利于空氣的進入，藥液在大氣壓的作用下被壓入口中。（０８第十八屆復(fù)）三、（共15分）家庭水暖又叫“土暖氣”，是我國北方廣大農(nóng)村及一些城市使用的一種取暖設(shè)備， 圖3是一種家庭水暖的安裝示意圖，其中下水管的D 端比A 端略高，其坡度為1:100。請看圖思考并回答以下問題：1．這種水暖設(shè)備并沒有應(yīng)用水泵，但是當(dāng)點燃鍋爐后，水便可以在管中按箭頭所示方向自行流動。請具體分析管中的水流動的原因是什么。2．為什么要安裝放氣閥？3．使用該套設(shè)備時，對水箱中的水位高低有什么要求？答案：1．在管中A點附近取一截面，截面右側(cè)水管ABC段中的水溫高，密度ρA右??；…（2分） 水經(jīng)暖氣片放熱后，溫度降低，所以水管CDA段中的水溫較低，密度ρA左較大…（2分） 根據(jù)液體壓強公式p=ρgh，A截面左側(cè)CDA段中的水產(chǎn)生的壓強大于右側(cè)ABC段水的壓強，因此水管中的水會按逆時針方向流動。…（2分） 同時安裝水管時又有一定的坡度，即D端高、A端低，為水的逆時針流動創(chuàng)造了有利的條件…（2分） （說明：只說明“上暖氣”中水的流動是對流，而沒有詳細解釋的給2分） 2．當(dāng)水管中有空氣時，氣泡會沿管道向上移動，并匯集在最高處，包括管道中向上凸起的部分、暖氣片的頂部等處?！?分） 如果匯集的氣體過多，會形成氣柱，分斷了水管中的水，阻礙水的流動，從而影響用熱水供暖的效果?！?分） 3．水箱中的水位一定要高于整個循環(huán)水路的最高點，才能在整個循環(huán)水路中灌滿水…（1分） 否則循環(huán)水路中就會有空氣，水就不能正常流動，從而影響用熱水供暖的效果。圖5圖6（０８第十八屆復(fù)）五、（18分）醫(yī)院里的護士使用如圖5所示的裝置給患者輸液。小雨發(fā)現(xiàn)照這樣做法，護士為患者多次更換藥瓶比較麻煩，于是就設(shè)計了圖6所示的三瓶串接的方案。請分析回答：1. 圖5中藥液為何會勻速滴下？2. 圖6中哪個藥瓶中的藥液先流完？為什么？3. 根據(jù)病房的現(xiàn)有條件，如果要估測出輸液過程中的一滴藥液的質(zhì)量，需要收集哪些數(shù)據(jù)，請寫出表達式，并簡要說明估測中作了哪些近似處理。答案：1．如答圖1為例說明輸液過程：開始時瓶中氣體的壓強大約是1個大氣壓，藥瓶吊在高處，從瓶中液面到插在病人血管中的針頭處有相當(dāng)大的高度差，這段液柱產(chǎn)生的壓強使針頭處藥液的壓強較大，大于血管中的壓強，藥液自動流入血管?！?分） 藥液流出使瓶中的（一定質(zhì)量的）氣體體積變大，壓強降低，瓶中氣體壓強小于大氣壓，大氣壓強將空氣從進氣管壓入瓶中，使瓶中空氣的壓強基本上保持在一個大氣壓（，可見壓強相當(dāng)穩(wěn)定），使藥液均勻地流下?！?分） 2．甲瓶的藥液先流完?！?分） 因為甲、乙、丙三瓶采用串聯(lián)的方式，其工作情況是這樣的： 藥液從丙瓶中流下，丙瓶中空氣體積增大、壓強下降，乙瓶中空氣將乙瓶中藥液壓入丙瓶補充，使丙瓶液面保持不變?！?分） 藥液從乙瓶中流至丙瓶后，乙瓶中空氣體積增大、壓強下降，甲瓶中空氣將甲瓶中藥液壓入乙瓶補充，使乙瓶液面保持不變?！?分）藥液從甲瓶中流至乙瓶后，甲瓶中空氣體積增大、壓強下降，大氣壓將外界空氣壓入甲瓶，甲瓶中液面下降?！?分） 液體如此流動，直到甲瓶的藥液全部流完，這時甲瓶中空氣與外界直接連通，連接甲、乙兩瓶的管子相當(dāng)于甲瓶當(dāng)初的進氣管?！?分） 以后的過程是藥液從丙瓶流入血管，乙管中藥液流入丙瓶補充，空氣流入乙瓶，直至乙瓶中藥液流完，乙瓶與大氣直接連通。然后才是空氣直接進入丙瓶，直到丙瓶中藥液逐漸流完。…（1分） （說明：大致按分析的幾步計分即可） 3．收集數(shù)據(jù)和計算步驟如下： ①從藥瓶上的刻度讀出瓶中藥液的體積V1…（1分） ②當(dāng)某一滴藥液剛好落下時數(shù)“0”開始記時，當(dāng)數(shù)到第“n”個液滴滴下時停止記時，記下所用時間t0 …（1分） ③算出一個液滴下落的時間間隔為：T=n …（1分） ④記下完成一瓶
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