Question

13．閱讀材料，回答問題．
人工心臟泵
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(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固定在用某種金屬材料制成的活塞柄上，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)來檢測血流速度和血流量（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．

血管橫截面積與正常值的倍數(shù)n	1.00	0.90	0.80	0.75	0.60
主動(dòng)脈內(nèi)血液勻速流動(dòng)的速度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）線圈AB所固定的活塞柄適宜用下列哪種金屬材料制作C
A．銅     B．銀     C．鐵     D．鋁合金
（3）血管中有血液流過時(shí)，電磁血流計(jì)能檢測到微弱的電流，從能量轉(zhuǎn)化的角度分析，這是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過程．
（4）若某次測得血液勻速流動(dòng)的速度為0.2m/s，血流量為10^-4m³/s，則對應(yīng)血管的橫截面積為5×10^-4m²．
（5）當(dāng)心臟主動(dòng)脈血管的橫截面積變化時(shí)，其血液仍勻速流動(dòng)，則推動(dòng)血液流動(dòng)的功率P與下列哪一選項(xiàng)成正比？D
A．n　　 　　B．$\frac{1}{n}$　　 　　C．n²　　　　D．$\frac{1}{{n}^{2}}$．

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）根據(jù)題意，明確通電時(shí)線圈與活塞柄組成的系統(tǒng)相當(dāng)于電磁鐵，據(jù)此可判斷活塞柄適合的材料；
（3）血液流動(dòng)就會(huì)有微弱電流流過儀表顯示出血流速度，故原理與發(fā)電機(jī)原理相似，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；
（4）感應(yīng)電流的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的方向和磁場方向有關(guān)；根據(jù)題中的血流速度和血流量，求出管的橫截面積；
（5）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)線圈中的電流從A流向B時(shí)，由右手螺旋定則可知，螺線管左端為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，血液從S₂流入；
（2）根據(jù)題意可知，通電時(shí)線圈與活塞柄組成的系統(tǒng)相當(dāng)于電磁鐵，因此活塞柄適合的材料鐵，這樣可使電磁鐵的磁性增強(qiáng)；
（3）血液流動(dòng)就會(huì)有微弱電流流過儀表顯示出血流速度，因此其原理相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；
（4）已知v=0.2m/s，血流量為10^-4 m³/s，所以血管的橫截面積S=$\frac{血流量}{v}$=$\frac{1{0}^{-4}{m}^{3}}{0.2m/s}$=5×10^-4m²；
（5）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；故推動(dòng)血液流動(dòng)的功率P與$\frac{1}{{n}^{2}}$成正比，即選項(xiàng)D正確．
故答案為：（1）左； S₂流入；
（2）C；
（3）機(jī)械；電；
（4）5×10^-4；
（5）D．

點(diǎn)評 本題為物理知識在生產(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．