Question

【題目】人工心臟泵

血液是人體輸送氧氣與營(yíng)養(yǎng)的主要載體，心臟就像發(fā)動(dòng)機(jī)，為這一輸送提供了動(dòng)力。醫(yī)生給心臟疾病的患者做手術(shù)時(shí)，往往要用一種稱為“人工心臟泵”的體外裝置來(lái)代替心臟，以推動(dòng)血液循環(huán)。如圖甲是該裝置的示意圖，線圈AB固定在用軟鐵制成的活塞柄上（相當(dāng)于一個(gè)電磁鐵），通電時(shí)線圈與活塞柄組成的系統(tǒng)與固定在左側(cè)的磁體相互作用，從而帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，活塞筒通過閥門與血管相通，閥門S1只能向外開啟，S2只能向內(nèi)開啟。

手術(shù)時(shí)，還需要利用電磁血流計(jì)來(lái)檢測(cè)血流速度和血流量（血流量指單位時(shí)間內(nèi)通過血管橫截面的血液體積），其示意圖如圖乙所示，使用時(shí)，將血管放置于兩磁極之間，兩金屬電極a、b與血管壁接觸，就會(huì)有微弱電流流過儀表顯示出血流速度。

研究表明，血管內(nèi)血流速度會(huì)隨血管橫截面積的變化而變化，且血液勻速通過血管時(shí)，受到的阻力與血液的流速成正比。當(dāng)血管橫截面積為正常值的n倍時(shí)，測(cè)得心臟主動(dòng)脈血管內(nèi)血液勻速流動(dòng)的速度v與n的數(shù)值如下表所示。

n	1.00	0.90	0.80	0.75	0.60
v/ms-1	0.180	0.200	0.225	0.240	0.300

（1）甲圖中，當(dāng)線圈中的電流從A流向B時(shí)，活塞向______（選填“左”或“右”）運(yùn)動(dòng)，血液從_____（選填“S1流出”或“S2流入”）。

（2）圖乙電磁血流計(jì)中若僅調(diào)換兩磁極的位置，則流過儀表電流的方向?qū)?/span>________（選填“不變”或“相反”），若某次測(cè)得血流速度為0.2m/s，血流量為10﹣4m3/s，則對(duì)應(yīng)血管的橫截面積為________ m2。

（3）若某人心臟主動(dòng)脈血管的橫截面積為正常值的0.7倍時(shí)，血管內(nèi)血液勻速流動(dòng)的速度應(yīng)為________ m/s。

（4）當(dāng)心臟主動(dòng)脈血管的橫截面積變化時(shí)，其內(nèi)血液勻速流動(dòng)，推動(dòng)血液流動(dòng)的功率P與下列哪一選項(xiàng)成正比？答_______。

A. n B.n2 C. D.

Answer 1

【答案】左 S2流入 相反 5×10﹣4m2 0.257 D

【解析】

第一空．甲圖中，當(dāng)線圈中的電流從A流向B時(shí)，線圈中電流方向正面向上，背面向下，根據(jù)安培定則可知，線圈右端為N極，左端為S極。根據(jù)磁極間的相互作用規(guī)律可知，此時(shí)活塞向左運(yùn)動(dòng)。

第二空．由圖甲可看出，當(dāng)活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞筒內(nèi)空間擴(kuò)大，壓強(qiáng)減小，血管內(nèi)的血液要流進(jìn)活塞筒。但由于閥門S1只能向外開啟、S2只能向內(nèi)開啟，所以閥門S1關(guān)閉、S2打開，血液從S2流入。

第三空．圖乙中，電極a和b、血管中血液、導(dǎo)線、儀表等構(gòu)成閉合電路，血液流動(dòng)時(shí)在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，所以電路中會(huì)產(chǎn)生微弱電流，從而儀表有示數(shù)，該裝置原理為電磁感應(yīng)。因產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向與磁場(chǎng)方向和導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)，若僅調(diào)換兩磁極的位置，血液流動(dòng)方向不變，改變了磁場(chǎng)方向，則流過儀表電流的方向?qū)⑾喾础?/span>

第四空．若某次測(cè)得血流速度為0.2m/s，血流量為10﹣4m3/s。設(shè)時(shí)間為1s，則血液流過的距離為h=0.2m，血液流過的體積為V=10﹣4m3。將血管看作圓柱體，所以對(duì)應(yīng)血管的橫截面積為：

S===5×10﹣4 m2。

第五空．由表中數(shù)據(jù)可知，每組數(shù)據(jù)的n與v的乘積都為0.18（m/s），則說(shuō)明v與n成反比例關(guān)系。設(shè)v=，則k=0.18（m/s）。當(dāng)血管的橫截面積為正常值的0.7倍時(shí)，即n=0.7時(shí)，血管內(nèi)血液勻速流動(dòng)的速度為：

v===0.257m/s。

第六空．因血液勻速通過血管時(shí)受到的阻力f與血液的流速v成正比，則設(shè)f=k′v。又因血液勻速流動(dòng)時(shí)動(dòng)力F等于阻力f，且v=，則：

P=Fv=fv= k′v=k′=，

因k′、k都為定值，則也為定值，所以由P=可知，功率P與成正比。故D正確。