Question

3．閱讀以下材料，回答下列問題．
血液是人體輸送氧氣與營養(yǎng)的主要載體，心臟就像發(fā)動機，為這一輸送提供了動力．
醫(yī)生給心臟疾病的患者做手術時，往往要用一種稱為“人工心臟泵”的體外裝置來代替心臟，以推動血液循環(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（相當于一個電磁鐵），通電時線圈與活塞柄組成的系統(tǒng)與固定在左側的磁體相互作用，從而帶動活塞運動．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．
手術時，還需要利用電磁血流計來檢測血流速度和血流量（血流量指單位時間內(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，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)血流速度會隨血管橫截面積的變化而變化，且血液勻速通過血管時，
受到的阻力與血液的流速成正比．當血管橫截面積為正常值的n倍時，測得心臟主動脈血管內(nèi)血液勻速流動的速度v與n的數(shù)值如表所示．

（1）甲圖中，當線圈中的電流從A流向B時，活塞向左（選填“左”或“右”）運動，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，則流過儀表電流的方向將相反（選填“不變”或“相反”），若某次測得血流速度為0.2m/s，血流量為10^-4 m³/s，則對應血管的橫截面積為5×10^-4m²．
（3）若某人心臟主動脈血管的橫截面積為正常人的0.85倍時，血管內(nèi)血液勻速流動的速度應為0.212m/s．
（4）當心臟主動脈血管的橫截面積變化時，其內(nèi)血液勻速流動，推動血液流動的功率P與下列哪一選項成正比？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方向，則可知血液的流動方向；
（2）感應電流的方向與導體運動的方向和磁場方向有關；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，說明受力平衡，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兩種情況下的等式；然后根據(jù)兩種情況下，血管在相同時間內(nèi)流過的血液量不變，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系，結合前面列出的等式，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）當線圈中的電流從A流向B時，由右手螺旋定則可知，螺線管左端為S極，此時異名磁極相互吸引，故活塞左移，S₁關閉，S₂打開，血液從S₂流入；
（2）圖乙中若僅調(diào)換兩磁極的位置，則流過儀表電流的方向將相反；
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，要使流過的液體相等，則有：Sv=S′v′，
則變細后的血液的流速v′=$\frac{S}{S′}$v=$\frac{1}{0.85}$×0.18m/s≈0.212m/s；
（4）要保證血液勻速運動，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．

點評 本題為物理知識在生產(chǎn)生活中的應用題，題目中給出了必要的信息，應注意提取有用信息并結合相關物理知識求解，關鍵是從大量文字材料中抓住核心信息，考查學生基本的學習能力；此題是一道綜合性的難題．