Question

13．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形成一道高速“水箭”，对切割表面产生10⁸～10⁹Pa的压强，我国制造的“枭龙”战机上的钛合金零件就是由“水刀”切割加工的，这种加工方式具有切割速度快、不发热等许多优点，下表是某高压水切割机部分技术参数：

型号	压强/MPa	喷嘴横截面积/m3	排量/L•min-1	输入功率/kW	电源/V
2230	300	5×10-8	2.7	22.5	380

注：表中“排量2.7L•min^-1”表示每分钟从喷嘴中喷出水2.7L
（1）“水刀”能切割坚硬物体是因为高速水流具有较大的动能；
（2）若不考虑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少？
（3）该型号高压水切割机每秒钟消耗多少电能？对水流做多少功？

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即可求出压力；
（3）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对水流做的功．

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）已知P=22.5kW=22500W，t=1s，
由P=$\frac{W}{t}$得：W_总=P_电t=22500W×1s=22500J；
切割线长度H=$\frac{Q}{S}$=$\frac{2.7×{10}^{-3}{m}^{3}}{5×{10}^{-8}{m}^{2}}$=5.4×10⁴m，
则1min内所做的功为W_有=FH=15N×5.4×10⁴m=8.1×10⁵J，
所以，1s内水流所做的功为W′=$\frac{1}{60}$W_有=$\frac{1}{60}$×8.1×10⁵J=1.35×10⁴J．
答：（1）动能；
（2）高压水流对切割面的压力为15N；
（3）该型号高压水切割机每秒钟消耗电能22500J；对水流做1.35×10⁴J的功．

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