Question

在德国马德堡市的广场上，1654年曾经做过一个著名的马德堡半球实验，如图1所示，把两个半径约20cm的铜制空心半球合在一起，抽去里面的空气，用两支马队向相反的方向拉两个半球．

（1）总共用了16匹马把两个半球拉开，则平均一对（左右各一匹）马产生的拉力是多少？（大气压的值约为10⁵Pa，计算时把半球看成一个圆盘．）
（2）某实验室供教学用的半球，在正常气压下抽成真空后，只需四个人便可拉开．其原因是______．
（3）如图2是同学们用高压锅模拟马德堡半球实验，如果他们没有抽气机，应怎样将高压锅里的空气尽量排除呢？请说出你的办法．______．

Answer 1

【答案】分析：（1）由题意可知，每组马的拉力是相同的，这样我们只需求出一边半球面的受力情况即可，而作用面积则应该是压强作用的垂直截面积，根据F=pS求出大气压力，进一步求出平均一对马产生的拉力．
（2）根据F=pS可知，在大气压强不变时，受力面积越小、受到的压力越小，然后分析教学用的半球表面积的大小即可得出拉力变小的原因．
（3）可以根据生活现象：平时使用高压锅时，可以看到锅内水沸腾时，从限压阀处有大量的水蒸气排出进行设计实验方法．
解答：解：（1）大气压产生的压力：
F=pS=10⁵Pa×3.14×（0.2m）²=12560N，
一对马产生的拉力：
F_拉==1570N；
答：平均一对（左右各一匹）马产生的拉力为1570N．
（2）实验室供教学用的半球表面积要比马德堡半球实验中的半球小的多，
根据F=pS可知，大气压强相同时，产生的大气压力小．
故答案为：半球表面积较小（或半径小、或体积较小），产生的大气压力小．
（3）在高压锅中放少量的水，盖上锅盖，加热至沸腾，让水蒸气将空气赶出高压锅，此时将限压阀罩上，然后向高压锅上泼冷水，使锅中的水蒸气遇冷液化，锅中就几乎没有空气了．
故答案为：在高压锅里放少量的水加热至沸腾赶走里面的空气，然后盖严锅盖，让其冷却．
点评：本题以马德堡半球实验为背景考查了大气压力的计算和压强公式的应用，其易错之处在于容易将球的表面积或球的表面积的一半作为大气压的作用面积，而事实上我们应该取大气压强作用的垂直截面积的大小；同时告诉我们平时要细致的观察生活现象，并能把观察到的现象与学过的知识结合起来．