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(gè)極細(xì)的噴嘴噴出一道高速”水箭”，對切割表面產(chǎn)生10⁸～10⁹Pa的壓強(qiáng)．工業(yè)上常用來切割大理石、鋼板等堅(jiān)硬物體．下表是某高壓水切割機(jī)技術(shù)參數(shù)：

型號	壓強(qiáng) （MPa）	噴嘴橫截面積（m2）	排量 （L/min）	油泵電機(jī)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(jiān)硬物體是因?yàn)楦咚偎�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?yàn)?!--BA-->

 

．
（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(jī)的切割效率是多少？

Answer 1

分析：（1）根據(jù)動(dòng)能的影響因素：動(dòng)能與物體的速度和質(zhì)量有關(guān)；速度一定時(shí)流體的質(zhì)量增加從而動(dòng)能增大；
（2）求壓力需要知道壓強(qiáng)和受力面積，根據(jù)公式，代入數(shù)值即可求出；
（3）求切割效率，需要知道有用功和總功，根據(jù)電機(jī)的功率和時(shí)間可求出總功，根據(jù)切割機(jī)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(jù)效率公式，代入數(shù)值即可求出效率．

解答：解：（1）速度一定時(shí)流體的質(zhì)量增加從而動(dòng)能增大；加入磨料后切割能力大大提高了，是因?yàn)?速度一定時(shí)流體的質(zhì)量增加從而動(dòng)能增大．
（2）根據(jù)公式：F=pS=300×10⁶Pa×5×10^-8m²=15N；
（3）根據(jù)公式：22.5kW=22500W，1min=60s，W_總=P_電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總

×100%=

8.1×105J

1.35×106J

×100%=60%
答：高速水流能切割堅(jiān)硬物體是因?yàn)楦咚偎�流具有較大的動(dòng)能，加入磨料后切割能力大大提高了，這是因?yàn)樵黾恿藳_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(jī)的切割效率是60%．

點(diǎn)評：考查了動(dòng)能的影響因素；壓力的大小以及效率的計(jì)算的知識點(diǎn)，要求學(xué)生牢記壓力與效率的計(jì)算公式．