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多功能喷洒车
二十大报告指出：推动绿色发展,促进人与自然和谐共生. 多功能喷洒车作为城市环保小卫士充当着重要角色.
某款喷洒车的主要结构如图甲,配置的四冲程柴油机既要牵引喷洒车前行,还要带动雾炮机电气箱里的发电机发电,然后发电机给风机、转向机、水泵和液压泵供电,水泵和液压泵可独立工作；机械结构上,喷雾炮筒的转轴设计在炮筒的重心；工作时水泵通过水管将水箱中的水直接压到喷嘴处,然后被风机产生的强风喷射出去；转向机可带动喷雾炮筒左右水平旋转、液压泵撑杆可支撑并带动喷嘴上下转动,达到有效控制喷洒射程和面积的作用.


喷洒车的部分参数如表所示,其中最大能效的定义为当以最大射程和流量工作时,最大射程和单位时间喷水体积的乘积与发电机输出功率的比值.
(1)喷洒车在水平路面匀速前进喷水的过程中,其动能____(选填“变大”“不变”或“变小”)；若一直以最大流量喷水,注满一箱水最多可喷洒____min.
(2)下列关于雾炮机的说法正确的是____.
A. 液压泵和水泵串联在电路中
B. 风机、转向机和发电机都是将电能转化为机械能
C. 喷水时,喷雾炮筒相当于省力杠杆
D. 该雾炮机也可利用家中的插座直接供电工作
(3)如图乙是水箱内自动测定水量的电路示意图,R是滑动变阻器,水量表是由____(选填“电压表”或“电流表”)改装而成；若要求喷水过程中水量表示数变小,则图中电源负极应连接R的____(选填“A”或“B”)端.
(4)喷洒车以36 km/h的速度匀速行驶执行喷洒任务,柴油机以3 000 r/min的转速运行,提供5 000 N牵引力的同时还实现发电机输出功率为27 kW,使得雾炮机以最大射程和最大流量工作,已知柴油的热值为$3.2×10^7 J/L,$求该过程中：
① 柴油机每秒完成____个做功冲程.
② 该雾炮机的最大射程为____m,喷洒车工作10 min消耗柴油____L.

(1) 变小 100 (2) C (3) 电流表 B (4) ① 25 ② 81 3.75 解析：(1) 喷洒车在水平路面匀速前进喷水的过程中，喷洒车内的水不断减少，水的质量不断减小，速度不变，动能变小；若一直以最大流量喷水，注满一箱水的体积为 10 m³ = 10×10³ L，最多可喷洒的时间 t = $\frac{10×10^{3}L}{100L/min}$ = 100 min. (2) 水泵和液压泵可独立工作，所以液压泵和水泵并联在电路中，故 A 错误；发电机给风机、转向机、水泵和液压泵供电，发电机是将机械能转化为电能，风机、转向机、水泵和液压泵是将电能转化为机械能，故 B 错误；机械结构上，喷雾炮筒的转轴设计在炮筒的重心，喷水时，喷雾炮筒相当于省力杠杆，故 C 正确；家庭电路的供电电压为 220 V，雾炮机的工作电压为发电机的输出电压 380 V，所以雾炮机不能利用家中的插座直接供电工作，故 D 错误. (3) 由图乙可知，水量表串联在电路中，所以该水量表是由电流表改装而成；喷水过程中水量减小，滑动变阻器 R 的滑片向上滑动，要求水量表(电流表)示数变小，由欧姆定律可知电路中的电阻变大，所以图中电源负极应连接 R 的 B 端. (4) ① 四冲程柴油机的飞轮转速为 3 000 r/min = 50 r/s，即飞轮每秒转 50 圈，由于柴油机每一个工作循环飞轮转两圈，完成四个冲程，做一次功，所以该柴油机在每秒钟内完成 100 个冲程，完成 25 个做功冲程，对外做功 25 次. ② 最大能效的定义为：当以最大射程和流量工作时，最大射程和单位时间喷水体积的乘积与发电机输出功率的比值，已知喷水最大流量为 100 L/min = $\frac{5}{3}$ L/s，发电机输出功率 P_{电} = 27 kW = 27×10³ W，最大能效为 5 L·m/kJ = 5×10^{-3} L·m/J，即 5×10^{-3} L·m/J = $\frac{s×\frac{5}{3}L/s}{27×10^{3}W}$，解得最大射程 s = 81 m；发电机输出功率 P_{电} = 27×10³ W，工作时间 t = 10 min = 600 s，则发电机输出的电能 W_{电} = P_{电}t = 27×10³ W×600 s = 1.62×10⁷ J，由 η = $\frac{W_{电}}{W_{机械1}}$ × 100% 得，发电机消耗的机械能 W_{机械1} = $\frac{W_{电}}{η}$ = $\frac{1.62×10^{7}J}{90\%}$ = 1.8×10⁷ J，喷洒车运动速度 v = 36 km/h = 10 m/s，运动时间 t = 600 s，喷洒车运动的路程 s_{车} = vt = 10 m/s×600 s = 6×10³ m，牵引力 F = 5 000 N，则喷洒车牵引力做的功 W = Fs_{车} = 5 000 N×6×10³ m = 3×10⁷ J，柴油机输出的机械能 W_{有用} = W_{机械1} + W = 1.8×10⁷ J + 3×10⁷ J = 4.8×10⁷ J，由 η = $\frac{W_{有用}}{Q}$ × 100% 可得，柴油燃烧放出的热量 Q = $\frac{W_{有用}}{η'}$ = $\frac{4.8×10^{7}J}{40\%}$ = 1.2×10⁸ J，由 Q = qV 可知，消耗柴油的体积 V = $\frac{Q}{q}$ = $\frac{1.2×10^{8}J}{3.2×10^{7}J/L}$ = 3.75 L.