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

见解析

【解析】

试题分析：（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，进一步一匹马的拉力，利用力的相互作用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．

【解析】
（1）大气压产生的压力：

F=pS=105Pa×3.14×（0.2m）2=12560N，

一匹马产生的拉力：

F拉==1570N，

根据力的相互作用可知，一对马产生的拉力：

F拉′=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．