Question

11．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(shù)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固定在用某種金屬材料制成的活塞柄上，通電時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(shù)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(dāng)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．

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
主動脈內(nèi)血液勻速流動的速度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B流向A時，活塞向右（選填“左”或“右”）運動，血液從S₁流出（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B
A．銅        B．鐵        C．銀        D．鋁合金
（3）血管中有血液流過時，電磁血流計能檢測到微弱的電流，從能量轉(zhuǎn)化的角度分析，這是機械能轉(zhuǎn)化為電能的過程．
（4）若某次測得血液勻速流動的速度為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)心臟主動脈血管的橫截面積變化時，其血液仍勻速流動，則推動血液流動的功率P與下列哪一選項成正比？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方向，則可知血液的流動方向；
（2）根據(jù)題意，明確通電時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）血液流動就會有微弱電流流過儀表顯示出血流速度，故原理與發(fā)電機原理相似，將機械能轉(zhuǎn)化為電能；
（4）感應(yīng)電流的方向與導(dǎo)體運動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B流向A時，由右手螺旋定則可知，螺線管左端為N極，此時同磁極相互排斥，故活塞右移，S₁打開，S₂閉合，血液從S₁流出；
（2）根據(jù)題意可知，通電時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；
（3）血液流動就會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，將機械能轉(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；
故推動血液流動的功率P與$\frac{1}{{n}^{2}}$成正比，即選項D正確．
故答案為：（1）右；S₁流出；（2）B；（3）機械；電；（4）5×10^-4；（5）D．

點評 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．