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（m2）	排量（m3/s）	油泵电机功率（kw）	切割效率	换向方式	电源（V）
2230	300	5×10-8	4.5×10-5	22.5	60%	电子	380

提示：①表中“排量4.5×10^-5m³/s”表示每秒从喷嘴中喷出水4.5×10^-5m³．
②排量Q=Sv，S为喷嘴横截面积，v是水流的速度，Q为排量．　③1MPa=10⁶Pa．
请回答：
（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______（填一种能量名称），加入磨料后切割能力大大提高了，这是因为______．
（2）若不考虑水从喷嘴喷出后横截面积的变化，高压水流对切割面的压力为多大？
（3）喷嘴喷出水流速度是多少？
（4）高压水切割机的切割功率是多少？
（5）10S内油泵电机所做的功能将500N的一位中学生举多高？

Answer 1

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．
故答案为：动能；速度一定，质量越大动能越大．
（2）高压水流对切割面的压力为：F=pS=300×10⁶Pa×5×10^-8m²=15N；
答：高压水流对切割面的压力为15N．
（3）∵Q=Sv，
∴喷嘴喷出水流速度是v===900m/s；
答：喷嘴喷出水流速度是900m/s．
（4）高压水切割机的切割功率是P′=P×η=22.5kW×60%=13.5kW；
答：高压水切割机的切割功率是13.5kW．
（5）10S内油泵电机所做的功W=Pt=22.5×10³W×10S=2.25×10⁵J；
学生被举起的高度h===450m；
答：学生被举起450m．
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p=，代入数值即可求出；
（3）已知排量Q、喷嘴横截面积S，利用公式Q=Sv可求出水流的速度．
（4）已知油泵电机功率P和切割效率η，则可利用公式P′=ηP求出切割的功率．
（5）利用功的计算公式W=Pt求出10S内油泵电机所做的功，再利用W=Gh即可求得学生被举起的高度．
点评：本题考查了动能的影响因素、压力的大小、效率以及功的计算的知识点，要求学生牢记有关计算公式，同时会灵活应用．