Question

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參數(shù)：

型號	壓強（MPa）	噴嘴橫截面積（m2）	排量（m3/s）	油泵電機功率（kw）	切割效率	換向方式	電源（V）
2230	300	5×10-8	4.5×10-5	22.5	60%	電子	380

提示：①表中“排量4.5×10^-5m³/s”表示每秒從噴嘴中噴出水4.5×10^-5m³．
②排量Q=Sv，S為噴嘴橫截面積，v是水流的速度，Q為排量．  ③1MPa=10⁶Pa．
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）噴嘴噴出水流速度是多少？
（4）高壓水切割機的切割功率是多少？
（5）10S內(nèi)油泵電機所做的功能將500N的一位中學生舉多高？

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；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和受力面積，根據(jù)公式p=

F

S

，代入數(shù)值即可求出；
（3）已知排量Q、噴嘴橫截面積S，利用公式Q=Sv可求出水流的速度．
（4）已知油泵電機功率P和切割效率η，則可利用公式P′=ηP求出切割的功率．
（5）利用功的計算公式W=Pt求出10S內(nèi)油泵電機所做的功，再利用W=Gh即可求得學生被舉起的高度．

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，是因為 速度一定時流體的質(zhì)量增加從而動能增大．
故答案為：動能；速度一定，質(zhì)量越大動能越大．
（2）高壓水流對切割面的壓力為：F=pS=300×10⁶Pa×5×10^-8m²=15N；
答：高壓水流對切割面的壓力為15N．
（3）∵Q=Sv，
∴噴嘴噴出水流速度是v=

Q

S

=

4.5×10-5m3/s

5×10-8m2

=900m/s；
答：噴嘴噴出水流速度是900m/s．
（4）高壓水切割機的切割功率是P′=P×η=22.5kW×60%=13.5kW；
答：高壓水切割機的切割功率是13.5kW．
（5）10S內(nèi)油泵電機所做的功W=Pt=22.5×10³W×10S=2.25×10⁵J；
學生被舉起的高度h=

W

G

=

2.25×105J

500N

=450m；
答：學生被舉起450m．

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，要求學生牢記有關計算公式，同時會靈活應用．