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 （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

提示：①表中“排量2.7L/min”表示每分钟从喷嘴中喷出水2.7升．
②1MPa=10⁶Pa，1L=1×10^-3m³．
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）高压水切割机的切割效率是多少？

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，代入数值即可求出；
（3）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（1）中的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；
（3）根据公式：22.5kW=22500W，1min=60s，W_总=P_电t=22500W×60s=1.35×10⁶J
H=

Q

S

=

2.7×10-3m3

5×10-8m2

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

W有

W总

×100%=

8.1×105J

1.35×106J

×100%=60%
答：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，这是因为增加了冲量；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15N；高压水切割机的切割效率是60%．

点评：考查了动能的影响因素；压力的大小以及效率的计算的知识点，要求学生牢记压力与效率的计算公式．