Question

【題目】在德國馬德堡市的廣場上，1654年曾經做過一個著名的馬德堡半球實驗，如圖1所示，把兩個半徑約20cm的銅制空心半球合在一起，抽去里面的空氣，用兩支馬隊向相反的方向拉兩個半球．

（1）總共用了16匹馬把兩個半球拉開，則平均一對（左右各一匹）馬產生的拉力是多少？（大氣壓的值約為105Pa，計算時把半球看成一個圓盤．）

（2）某實驗室供教學用的半球，在正常氣壓下抽成真空后，只需四個人便可拉開．其原因是 ．

（3）如圖2是同學們用高壓鍋模擬馬德堡半球實驗，如果他們沒有抽氣機，應怎樣將高壓鍋里的空氣盡量排除呢？請說出你的辦法． ．

Answer 1

【答案】見解析

【解析】

試題分析：（1）由題意可知，每組馬的拉力是相同的，這樣我們只需求出一邊半球面的受力情況即可，而作用面積則應該是壓強作用的垂直截面積，根據F=pS求出大氣壓力，進一步一匹馬的拉力，利用力的相互作用求出平均一對馬產生的拉力．

（2）根據F=pS可知，在大氣壓強不變時，受力面積越小、受到的壓力越小，然后分析教學用的半球表面積的大小即可得出拉力變小的原因．

（3）可以根據生活現象：平時使用高壓鍋時，可以看到鍋內水沸騰時，從限壓閥處有大量的水蒸氣排出進行設計實驗方法．

解：（1）大氣壓產生的壓力：

F=pS=105Pa×3.14×（0.2m）2=12560N，

一匹馬產生的拉力：

F拉==1570N，

根據力的相互作用可知，一對馬產生的拉力：

F拉′=F拉=1570N；

答：平均一對（左右各一匹）馬產生的拉力為1570N．

（2）實驗室供教學用的半球表面積要比馬德堡半球實驗中的半球小的多，

根據F=pS可知，大氣壓強相同時，產生的大氣壓力小．

故答案為：半球表面積較小（或半徑小、或體積較小），產生的大氣壓力小．

（3）在高壓鍋中放少量的水，蓋上鍋蓋，加熱至沸騰，讓水蒸氣將空氣趕出高壓鍋，此時將限壓閥罩上，然后向高壓鍋上潑冷水，使鍋中的水蒸氣遇冷液化，鍋中就幾乎沒有空氣了．

故答案為：在高壓鍋里放少量的水加熱至沸騰趕走里面的空氣，然后蓋嚴鍋蓋，讓其冷卻．