Question

超高壓水切割又稱“水刀”，它是將普通水經過多級增壓后，通過一個極細的噴嘴噴出一道高速”水箭”，對切割表面產生10⁸～10⁹Pa的壓強．工業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參數：

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

提示：①表中“排量2.7L/min”表示每分鐘從噴嘴中噴出水2.7升．
②1MPa=10⁶Pa，1L=1×10^-3m³．
請回答：
（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______（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______．
（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？

Answer 1

【答案】分析：（1）根據動能的影響因素：動能與物體的速度和質量有關；速度一定時流體的質量增加從而動能增大；
（2）求壓力需要知道壓強和受力面積，根據公式，代入數值即可求出；
（3）求切割效率，需要知道有用功和總功，根據電機的功率和時間可求出總功，根據切割機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，根據效率公式，代入數值即可求出效率．
解答：解：（1）速度一定時流體的質量增加從而動能增大；加入磨料后切割能力大大提高了，是因為 速度一定時流體的質量增加從而動能增大．
（2）根據公式：F=pS=300×10⁶Pa×5×10^-8m²=15N；
（3）根據公式：22.5kW=22500W，1min=60s，W_總=P_電t=22500W×60s=1.35×10⁶J
H===5.4×10⁴m，W_有=FS=15N×5.4×10⁴m=8.1×10⁵J
η=×100%=×100%=60%
答：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，加入磨料后切割能力大大提高了，這是因為增加了沖量；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；高壓水切割機的切割效率是60%．
點評：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，要求學生牢記壓力與效率的計算公式．