Question

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

型號	壓強（Pa）	噴嘴橫截面積（m2）	排量（m3/s）	油泵電機功率 （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．高速水流能切割堅硬物體是因為高速水流具有較大的動能（填一種能量名稱），加入磨料后切割能力大大提高了，這是因為質(zhì)量越大，具有的動能也越大．
（2）若不考慮水從噴嘴噴出后橫截面積的變化，高壓水流對切割面的壓力為多大？
（3）高壓水切割機的切割效率是多少？（結(jié)果保留到1%）

Answer 1

分析 （1）物體由于運動而具有的能叫做動能，動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，動能就越大；
（2）由表格信息可知，高壓水切割機工作時水流對切割面的壓強，水從噴嘴噴出后不考慮橫截面積變化時，切割面的面積，根據(jù)壓強公式求出壓力；
（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）高速水流能切割堅硬物體是因為高速水流具有較大的動能；
因動能的大小與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)，在速度一定時，質(zhì)量越大，動能就越大，
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）動能；質(zhì)量越大，具有的動能也越大；
（2）若不考慮水從噴嘴噴出后橫截面積的變化，高壓水流對切割面的壓力為20N；
（3）高壓水切割機的切割效率是73%．

點評 本題考查了動能的影響因素、壓力的大小、效率以及功的計算的知識點，要求學生牢記有關(guān)計算公式，同時會靈活應用．