Question

（2013?崇安區(qū)二模）超高壓水切割又稱“水刀”（如圖的設(shè)備），它是將普通水經(jīng)過多級增壓后，通過一個極細的噴嘴噴出一道高速”水箭”，對切割表面產(chǎn)生10⁸～10⁹Pa的壓強．工業(yè)上常用來切割大理石、鋼板等堅硬物體．下表是某高壓水切割機技術(shù)參數(shù)：

型號	壓強 （Pa）	噴嘴橫截面積（m2）	排量 （L/min）	油泵電機功率 （kw）	換向 方式	電源 （V）
2230	3.04×108	5×10-8	2.7	22.8	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．②1L=1×10^-3m³．
（1）正常工作時，流過油泵電機的電流是

60

A，工作一小時耗電

22.8

KW?h
（2）“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．高速水流能切割堅硬物體是因為高速水流具有較大的

電能

（填一種能量名稱），加入磨料后切割能力大大提高了，這是因為

速度一定時流體的質(zhì)量增加，動能增大

．
（3）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？
（4）高壓水切割機的切割效率是多少？

Answer 1

分析：（1）已知電機功率和電源電壓，利用公式I=

P

U

得到電機工作電流；已知電機功率和通電時間，利用公式W=Pt得到電機工作時消耗的電能；
（2）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，動能增大；
（3）求壓力需要知道壓強和受力面積，根據(jù)公式F=pS，代入數(shù)值即可求出；
（4）求切割效率，需要知道有用功和總功，根據(jù)電機的功率和時間可求出總功，根據(jù)切割機水的排量和噴嘴的橫截面積，求出切割線長度，由（3）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）∵P=UI，
∴電機工作時的電流為I=

P

U

=

22.8×103W

380V

=60A，
∵P=

W

t

，
∴電機消耗的電能為W=Pt=22.8kW×1h=22.8kW?h；
（2）高速水流能切割堅硬物體是因為高速水流具有較大的動能；
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．
（3）∵p=

F

S

，
∴F=pS=3.04×10⁸Pa×5×10^-8m²=15.2N；
（4）電機1min消耗的電能為W_總=P_電t=22800W×60s=1.368×10⁶J，
切割線的長度為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總

×100%=

8.208×105J

1.368×106J

×100%=60%．
答：
（1）60；22.8；
（2）動能；速度一定時流體的質(zhì)量增加，動能增大；
（3）高壓水流對切割面的壓力為15.2N；
（4）高壓水切割機的切割效率是60%．

點評：此題考查了電功率變形公式的應(yīng)用、動能的影響因素、壓力的大小以及效率的計算等知識點，要求學生牢記電功率、壓力與效率的計算公式．