Question

15．超高壓水切割又稱“水刀”（已知：ρ_水為1.0×10³kg/m³），它是將普通水經(jīng)過多級增壓后，通過一個極細(xì)的噴嘴噴出一道高速“水箭”，對切割表面產(chǎn)生10⁸～10⁹Pa的壓強(qiáng)．工業(yè)上常用來切割大理石、鋼板等堅硬物體．下表是某高壓水切割機(jī)技術(shù)參數(shù)：

型號	壓強(qiáng) （MPa）	噴嘴橫截面積（m2）	排量 （L/min）	油泵電機(jī)功率�。╧w）	換向 方式	電源 （V）
2230	300	5×10-8	2.7	22.5	電子	380

（表中“排量2.7L/min”表示每分鐘從噴嘴中噴出水2.7升，1L=1×10^-3m³）則：
（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．從能量的角度分析，高速水流能切割堅硬物體是因?yàn)楦咚偎�流具有較大的動能，當(dāng)加入磨料后，水刀的切割能力大大提高，是因?yàn)樗俣纫欢〞r流體的質(zhì)量增加從而動能增大；
（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15N；
（3）高壓水切割機(jī)的切割效率為60%．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)動能的影響因素：動能與物體的速度和質(zhì)量有關(guān)；速度一定時流體的質(zhì)量增加從而動能增大；
（2）求壓力需要知道壓強(qiáng)和受力面積，根據(jù)公式，代入數(shù)值即可求出；
（3）求切割效率，需要知道有用功和總功，根據(jù)電機(jī)的功率和時間可求出總功，根據(jù)切割機(jī)水的排量和噴嘴的橫截面積，求出切割線長度，由（1）中的壓力和切割線長度可求出有用功，根據(jù)效率公式，代入數(shù)值即可求出效率．

解答 解：（1）速度一定時流體的質(zhì)量增加從而動能增大；加入磨料后切割能力大大提高了，是因?yàn)樗俣纫欢〞r流體的質(zhì)量增加從而動能增大．
（2）由p=$\frac{F}{S}$可得，高壓水流對切割面的壓力：
F=pS=300×10⁶Pa×5×10^-8m²=15N；
（3）由P=$\frac{W}{t}$可得，總功：
W_總=P_電t=22500W×60s=1.35×10⁶J，
切割線長度：
H=$\frac{Q}{S}$=$\frac{2.7×1{0}^{-3}{m}^{3}}{5×1{0}^{-8}{m}^{2}}$=5.4×10⁴m，
有用功：
W_有=FH=15N×5.4×10⁴m=8.1×10⁵J，
高壓水切割機(jī)的切割效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{8.1×1{0}^{5}J}{1.35×1{0}^{6}J}$×100%=60%．
故答案為：（1）動能；速度一定時流體的質(zhì)量增加從而動能增大；（2）15；（3）60%．

點(diǎn)評 考查了動能的影響因素；壓力的大小以及效率的計算的知識點(diǎn)，要求學(xué)生牢記壓力與效率的計算公式．