Question

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】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．
解答：解：（1）大氣壓產生的壓力：
F=pS=10⁵Pa×3.14×（0.2m）²=12560N，
一對馬產生的拉力：
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．
點評：本題以馬德堡半球實驗為背景考查了大氣壓力的計算和壓強公式的應用，其易錯之處在于容易將球的表面積或球的表面積的一半作為大氣壓的作用面積，而事實上我們應該取大氣壓強作用的垂直截面積的大小；同時告訴我們平時要細致的觀察生活現象，并能把觀察到的現象與學過的知識結合起來．