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(yè)能力，并且還能進行深遠海海纜敷設(shè)，這樣的特別功能，進一步提升了我國相應(yīng)的海洋技術(shù)水平，深入推動了我國海纜敷設(shè)的發(fā)展.

據(jù)設(shè)計人員介紹，在進行水下作業(yè)時，該船采用我國自主研發(fā)的先進設(shè)備——拖曳式水噴埋設(shè)犁，該設(shè)備利用水泵噴出的高壓水流產(chǎn)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(fā)與應(yīng)用．“啟帆19號”給我國海洋海纜敷設(shè)注入了新的動力．

[知識提煉]

1.如果一個物體能夠?qū)ν庾龉?，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(chǎn)生的．物體動能的大小受質(zhì)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(fā)生變化時．不能只關(guān)注其速度是否發(fā)生變化．同時要看清其質(zhì)量是否也發(fā)生變化，比如對正在作業(yè)的勻速運動的灑水車的動能是否發(fā)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(dāng)高壓水流噴射到物體表面時，能夠?qū)ν庾龉?，從而實現(xiàn)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(shè)海纜．

4.生活、生產(chǎn)中，與動能有關(guān)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(fēng)的動能會給人類帶來災(zāi)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(zhuǎn)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(xué)們要學(xué)會運用控制變量法與轉(zhuǎn)化法來設(shè)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(shù)據(jù)分析出速度對動能影響更大：同時．會根據(jù)實驗結(jié)論解釋“對不同車型設(shè)定不同的最高速度”等實際應(yīng)用.

[原創(chuàng)題目]

1.“啟帆19號”進行海底作業(yè)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(shè)海纜．從物理學(xué)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(guān)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(yīng)該是限制車的摩擦力

B.限速牌標(biāo)有“100”和“120”等字樣，標(biāo)“100”字樣是針對質(zhì)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(zhì)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(yè)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(zhì)量不變的條件下，高速水流的________越大，動能越大，高速水流能夠?qū)ν庾龉Φ哪芰驮綇姡芸焖儆行У厍懈钗矬w．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?qū)ξ矬w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(zhì)量 動能