Question

3．閱讀以下材料，回答下列問(wèn)題．
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(chēng)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(xiàn)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(xiàn)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(guò)閥門(mén)與血管相通，閥門(mén)S₁只能向外開(kāi)啟，S₂只能向內(nèi)開(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)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)值如表所示．

（1）甲圖中，當(dāng)線(xiàn)圈中的電流從A流向B時(shí)，活塞向左（選填“左”或“右”）運(yùn)動(dòng)，血液從S₂流入（選填“S₁流出”或“S₂流入”）．
（2）圖乙中若僅調(diào)換兩磁極的位置，則流過(guò)儀表電流的方向?qū)⑾喾矗ㄟx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^-4 m³/s，則對(duì)應(yīng)血管的橫截面積為5×10^-4m²．
（3）若某人心臟主動(dòng)脈血管的橫截面積為正常人的0.85倍時(shí)，血管內(nèi)血液勻速流動(dòng)的速度應(yīng)為0.212m/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：D．
A．n             B．$\frac{1}{n}$             C．n²              D．$\frac{1}{{n}^{2}}$

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

Answer 1

分析 （1）由右手螺旋定則可知電磁鐵的磁極，由磁極間的相互作用可知活塞的移動(dòng)方向，則可知血液的流動(dòng)方向；
（2）感應(yīng)電流的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的方向和磁場(chǎng)方向有關(guān)；根據(jù)題中的血流速度和血流量，求出管的橫截面積；
（3）首先根據(jù)血液是勻速流動(dòng)，說(shuō)明受力平衡，即血壓產(chǎn)生的壓力等于阻力，可以列出在正常情況和血管變細(xì)兩種情況下的等式；然后根據(jù)兩種情況下，血管在相同時(shí)間內(nèi)流過(guò)的血液量不變，列出等式，求出血流速度；
（4）根據(jù)血管橫截面積前后變化的定量關(guān)系，結(jié)合前面列出的等式，再由功率公式P=Fv可列式，聯(lián)立成方程組，就可求出答案．

解答 解：
（1）當(dāng)線(xiàn)圈中的電流從A流向B時(shí)，由右手螺旋定則可知，螺線(xiàn)管左端為S極，此時(shí)異名磁極相互吸引，故活塞左移，S₁關(guān)閉，S₂打開(kāi)，血液從S₂流入；
（2）圖乙中若僅調(diào)換兩磁極的位置，則流過(guò)儀表電流的方向?qū)⑾喾矗?br />已知v=0.2m/s，血流量為10^-4 m³/s，所以血管的橫截面積S=$\frac{血流量}{v}$=$\frac{1{0}^{-4}{m}^{3}/s}{0.2m/s}$=5×10^-4m²；
（3）由題意可知，正常的血流速度v=0.18m/s，要使流過(guò)的液體相等，則有：Sv=S′v′，
則變細(xì)后的血液的流速v′=$\frac{S}{S′}$v=$\frac{1}{0.85}$×0.18m/s≈0.212m/s；
（4）要保證血液勻速運(yùn)動(dòng)，則有：f=F=kv，v=$\frac{0.18}{n}$m/s
由功率公式可得：P=Fv=kv²=k$（\frac{0.18}{n}{m/s）}^{2}$=$\frac{0.0324k}{{n}^{2}}$W，使用D正確；
故答案為：（1）左；S₂流入；（2）相反；5×10^-4；（3）0.212；（4）D．

點(diǎn)評(píng) 本題為物理知識(shí)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用題，題目中給出了必要的信息，應(yīng)注意提取有用信息并結(jié)合相關(guān)物理知識(shí)求解，關(guān)鍵是從大量文字材料中抓住核心信息，考查學(xué)生基本的學(xué)習(xí)能力；此題是一道綜合性的難題．