Question

6．超高壓水切割又稱“水刀”，它是將普通水經(jīng)過多級(jí)增壓后，通過一個(gè)極細(xì)的噴嘴噴出一道高速“水箭”，對(duì)切割表面產(chǎn)生10⁸～10⁹Pa的壓強(qiáng)．工業(yè)上常用來切割大理石、鋼板等堅(jiān)硬物體．下表是某高壓水切割機(jī)技術(shù)參數(shù)：

型號(hào)	壓強(qiáng)（Pa）	噴嘴橫截面積（m2）	排量（m3/s）	油泵電機(jī)功率 （kw）	換向方式	電源（V）
2230	4×108	5×10-8	4×10-5	22	電子	380

（1）“水刀”有純水切割和加磨料切割（磨料為密度大于水的石英砂、金剛砂）兩種．高速水流能切割堅(jiān)硬物體是因?yàn)楦咚偎�流具有較大的動(dòng)能（填一種能量名稱），加入磨料后切割能力大大提高了，這是因?yàn)橘|(zhì)量越大，具有的動(dòng)能也越大．
（2）若不考慮水從噴嘴噴出后橫截面積的變化，高壓水流對(duì)切割面的壓力為多大？
（3）高壓水切割機(jī)的切割效率是多少？（結(jié)果保留到1%）

Answer 1

分析 （1）物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫做動(dòng)能，動(dòng)能的大小與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)，質(zhì)量越大、速度越大，動(dòng)能就越大；
（2）由表格信息可知，高壓水切割機(jī)工作時(shí)水流對(duì)切割面的壓強(qiáng)，水從噴嘴噴出后不考慮橫截面積變化時(shí)，切割面的面積，根據(jù)壓強(qiáng)公式求出壓力；
（3）由排量的物理含義可知以噴射水的速度，根據(jù)P=$\frac{W}{t}$=$\frac{FL}{t}$=Fv可求水刀的有效功率，再根據(jù)η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{{P}_{有}t}{{P}_{總}t}$=$\frac{{P}_{有}}{{P}_{總}}$求出切割效率．

解答 解：（1）高速水流能切割堅(jiān)硬物體是因?yàn)楦咚偎�流具有較大的動(dòng)能；
因動(dòng)能的大小與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)，在速度一定時(shí)，質(zhì)量越大，動(dòng)能就越大，
所以，加入磨料后切割能力大大提高了；
（2）由p=$\frac{F}{S}$可得，高壓水流對(duì)切割面的壓力：
F=pS=4×10⁸Pa×5×10^-8m²=20N；
（3）由排量的物理含義可知：
Q=$\frac{V}{t}$=$\frac{SL}{t}$=Sv，
所以噴出水流的速度：
v=$\frac{Q}{S}$=$\frac{4×1{0}^{-5}{m}^{3}/s}{5×1{0}^{-8}{m}^{2}}$=800m/s，
水刀的有用功率：
P_有=$\frac{{W}_{有}}{t}$=$\frac{FL}{t}$=Fv=20N×800m/s=1.6×10⁴W=16kW，
高壓水切割機(jī)的切割效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{{P}_{有}t}{{P}_{總}t}$=$\frac{{P}_{有}}{{P}_{總}}$=$\frac{16kW}{22kW}$×100%≈73%．
答：（1）動(dòng)能；質(zhì)量越大，具有的動(dòng)能也越大；
（2）若不考慮水從噴嘴噴出后橫截面積的變化，高壓水流對(duì)切割面的壓力為20N；
（3）高壓水切割機(jī)的切割效率是73%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了動(dòng)能的影響因素、壓力的大小、效率以及功的計(jì)算的知識(shí)點(diǎn)，要求學(xué)生牢記有關(guān)計(jì)算公式，同時(shí)會(huì)靈活應(yīng)用．