洞悉高壓水流中的“功和能”

[新聞背景]

2023年11月9日，我國排水量最大、海纜裝載量最大的海纜施工船“啟帆19號”（如圖1）正式下水，“啟帆19號”長108.6m、寬37.2m，它的外形很大．排水量達2.4萬噸，達到了輕型航母的級別，其載纜量達1萬噸，具備檢修作業能力，并且還能進行深遠海海纜敷設，這樣的特別功能，進一步提升了我國相應的海洋技術水平，深入推動了我國海纜敷設的發展.

據設計人員介紹，在進行水下作業時，該船采用我國自主研發的先進設備——拖曳式水噴埋設犁，該設備利用水泵噴出的高壓水流產生的巨大動力和能量．能在海床上犁出一條4.5m深的溝壑．這么深的溝壑可以確保海底電纜免遭船錨或海洋生物破壞．通過一系列的研發與應用．“啟帆19號”給我國海洋海纜敷設注入了新的動力．

[知識提煉]

1.如果一個物體能夠對外做功，我們就說這個物體具有能量．但是具有能量的物體不一定正在做功．

2.物體由于運動而具有的能量叫作動能．也就是說，動能是“由于運動”而產生的．物體動能的大小受質量和速度影響，兩者越大，動能也就越大，因此，我們在判斷物體的動能是否發生變化時．不能只關注其速度是否發生變化．同時要看清其質量是否也發生變化，比如對正在作業的勻速運動的灑水車的動能是否發生變化的判斷．

3.水泵能噴出高壓水流，是先對水進行多級增壓．再讓其通過一個極細的噴嘴噴出，我們把高壓水流形象地描述成高速運動的“水箭”．當高壓水流噴射到物體表面時，能夠對外做功，從而實現切割的功能．高壓水流具有極高的速度，從而具有極大的能量，因此對海底能做更多的功．能犁出更深的溝壑，以便敷設海纜．

4.生活、生產中，與動能有關的例子非常多，比如高速公路上要限速、禁止車窗拋物等是因為速度大的物體動能大，還有臺風的動能會給人類帶來災難：再比如泥石流向下游流動的過程中，由于重力做功，故能沖毀道路、房屋等．該過程中泥石流的重力勢能主要轉化成動能，帶來很大的危害．

5.在探究影響動能大小的因素實驗中，同學們要學會運用控制變量法與轉化法來設計和進行實驗，理解鋼球、斜面和平面的作用，會通過做功的大小來判斷動能的大小，會通過實驗數據分析出速度對動能影響更大：同時．會根據實驗結論解釋“對不同車型設定不同的最高速度”等實際應用.

[原創題目]

1.“啟帆19號”進行海底作業時．通過高壓水流沖開海底的泥沙，在海床上犁出較深的溝壑來敷設海纜．從物理學的角度分析：

①力改變了海底的形狀；②高壓水流沖擊海床時，海床對高壓水流沒有作用力；③高壓水流沖開海底泥沙的過程中．高壓水流對泥沙做了功；④高壓水流高速沖出的過程中，受到較大的慣性．

其中完全正確的一組是（ ）．

A.①③ B.①②

C.①④ D.②④

2.下列關于高速公路交通中運用的物理知識，其中說法正確是（ ）．

A.高速公路限速應該是限制車的摩擦力

B.限速牌標有“100”和“120”等字樣，標“100”字樣是針對質量較小車輛的限速

C.同一路段．同一輛車速度不同，車的慣性不同

D.不同路段．同一車型限速不同．是因為質量一定，速度越大．動能越大

3.平時我們說的“水刀”有很強的切割能力，在工業等方面起到很大作用，這是因為高速水流具有較大的________能．在質量不變的條件下，高速水流的________越大，動能越大，高速水流能夠對外做功的能力就越強．更能快速有效地切割物體．而加入磨料（磨料為密度大于水的石英砂、金剛砂等）后，高速水流的切割能力大大提高．這是因為在流速相同的條件下，增大了高速水流的________，從而使高速水流具有更大的________，高速水流能夠對物體做的功就更多．提高了其切割物體的能力．

參考答案：

1.A 2.D

3.動 速度 質量 動能