Question

（2013?崇安区二模）超高压水切割又称“水刀”（如图的设备），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 （Pa）	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	3.04×108	5×10-8	2.7	22.8	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．②1L=1×10^-3m³．
（1）正常工作时，流过油泵电机的电流是

60

A，工作一小时耗电

22.8

KW?h
（2）“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

电能

（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

速度一定时流体的质量增加，动能增大

．
（3）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？
（4）高压水切割机的切割效率是多少？

Answer 1

分析：（1）已知电机功率和电源电压，利用公式I=

P

U

得到电机工作电流；已知电机功率和通电时间，利用公式W=Pt得到电机工作时消耗的电能；
（2）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，动能增大；
（3）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；
（4）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（3）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）∵P=UI，
∴电机工作时的电流为I=

P

U

=

22.8×103W

380V

=60A，
∵P=

W

t

，
∴电机消耗的电能为W=Pt=22.8kW×1h=22.8kW?h；
（2）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；
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．
（3）∵p=

F

S

，
∴F=pS=3.04×10⁸Pa×5×10^-8m²=15.2N；
（4）电机1min消耗的电能为W_总=P_电t=22800W×60s=1.368×10⁶J，
切割线的长度为H=

Q

S

=

2.7×10-3m3

5×10-8m2

=5.4×10⁴m，
W_有用=FS=15.2N×5.4×10⁴m=8.208×10⁵J
η=

W有用

W总

×100%=

8.208×105J

1.368×106J

×100%=60%．
答：
（1）60；22.8；
（2）动能；速度一定时流体的质量增加，动能增大；
（3）高压水流对切割面的压力为15.2N；
（4）高压水切割机的切割效率是60%．

点评：此题考查了电功率变形公式的应用、动能的影响因素、压力的大小以及效率的计算等知识点，要求学生牢记电功率、压力与效率的计算公式．