Question

超高压水切割又称“水刀”，它是将普通水经过多级增压后，通过一个极细的喷嘴喷出一道高速“水箭”，对切割表面产生10⁸～10⁹Pa的压强．工业上常用来切割大理石、钢板等坚硬物体．下表是某高压水切割机技术参数：

型号	压强 （MPa）	喷嘴横截面积（m）2	排量 （L/min）	油泵电机功率 （kw）	换向方式	电源 （V）
2230	300	5×10-8	2.7	22.5	电子	380

表中“排量2.7L/min”表示每分钟从喷嘴中喷出水2.7升．1MPa=10⁶Pa，1L=1×10^-3m³．求：
（1）“水刀”有纯水切割和加磨料切割（磨料为密度大于水的石英砂、金刚砂）两种．高速水流能切割坚硬物体是因为高速水流具有较大的

动能

，加入磨料后切割能力大大提高了是因为

质量越大，动能越大

，
（2）高压水切割机的切割效率为

60%

．

Answer 1

分析：（1）根据动能的影响因素：动能与物体的速度和质量有关；速度一定时流体的质量增加从而动能增大；
（2）求压力需要知道压强和受力面积，根据公式F=pS，代入数值即可求出；求切割效率，需要知道有用功和总功，根据电机的功率和时间可求出总功，根据切割机水的排量和喷嘴的横截面积，求出切割线长度，由压力和切割线长度可求出有用功，根据效率公式，代入数值即可求出效率．

解答：解：（1）速度一定时流体的质量增加从而动能增大；加入磨料后切割能力大大提高了，是因为速度一定时流体的质量增加从而动能增大．
（2）根据公式：F=pS=300×10⁶Pa×5×10^-8m²=15N；
22.5kW=22500W，1min=60s，W_总=P_电t=22500W×60s=1.35×10⁶J；
H=

Q

S

=

2.7×10-3m3

3.5×10-8m2

=5.4×10⁴m，W_有用=FH=15N×5.4×10⁴m=8.1×10⁵J；
η=

W有用

W总

×100%=

8.1×105J

1.35×106J

×100%=60%．
故答案为：（1）动能； 质量越大，动能越大；
（2）60%．

点评：本题考查了动能的影响因素和效率的计算的知识点，要求学生牢记效率的计算公式．