Question

13．超高壓水切割又稱“水刀”，它是將普通水經(jīng)過多級增壓后，通過一個極細(xì)的噴嘴噴出形成一道高速“水箭”，對切割表面產(chǎn)生10⁸～10⁹Pa的壓強(qiáng)，我國制造的“梟龍”戰(zhàn)機(jī)上的鈦合金零件就是由“水刀”切割加工的，這種加工方式具有切割速度快、不發(fā)熱等許多優(yōu)點，下表是某高壓水切割機(jī)部分技術(shù)參數(shù)：

型號	壓強(qiáng)/MPa	噴嘴橫截面積/m3	排量/L•min-1	輸入功率/kW	電源/V
2230	300	5×10-8	2.7	22.5	380

注：表中“排量2.7L•min^-1”表示每分鐘從噴嘴中噴出水2.7L
（1）“水刀”能切割堅硬物體是因為高速水流具有較大的動能；
（2）若不考慮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少？
（3）該型號高壓水切割機(jī)每秒鐘消耗多少電能？對水流做多少功？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)動能的影響因素：動能與物體的速度和質(zhì)量有關(guān)；速度一定時流體的質(zhì)量增加從而動能增大；
（2）求壓力需要知道壓強(qiáng)和受力面積，根據(jù)公式F=pS即可求出壓力；
（3）根據(jù)電機(jī)的功率和時間可求出總功，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對水流做的功．

解答 解：（1）速度一定時流體的質(zhì)量增加從而動能增大；加入磨料后切割能力大大提高了，是因為 速度一定時流體的質(zhì)量增加從而動能增大．
（2）根據(jù)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_總=P_電t=22500W×1s=22500J；
切割線長度H=$\frac{Q}{S}$=$\frac{2.7×{10}^{-3}{m}^{3}}{5×{10}^{-8}{m}^{2}}$=5.4×10⁴m，
則1min內(nèi)所做的功為W_有=FH=15N×5.4×10⁴m=8.1×10⁵J，
所以，1s內(nèi)水流所做的功為W′=$\frac{1}{60}$W_有=$\frac{1}{60}$×8.1×10⁵J=1.35×10⁴J．
答：（1）動能；
（2）高壓水流對切割面的壓力為15N；
（3）該型號高壓水切割機(jī)每秒鐘消耗電能22500J；對水流做1.35×10⁴J的功．

點評 考查了動能的影響因素；壓力的大小以及功、功率的計算的知識點，要求學(xué)生牢記壓力與功率的計算公式．