Question

13．閱讀短文，回答文后問題．
人工電磁心臟泵和電磁血液流量計
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固定在用軟鐵制成的活塞柄上（相當(dāng)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(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，活塞向左（左/右）運動，血液從S₂流入（S₁流出/S₂流入）．
（2）人工電磁心臟泵的工作原理與電動機（電動機/發(fā)電機）相近，電磁血液流量計可以測量血液的流量，說明血液是導(dǎo)體（導(dǎo)體/絕緣體）．
（3）若某次測得血流速度為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．
（4）在圖丙中畫出v與m的關(guān)系圖象．
（5）當(dāng)心臟主動脈血管的橫截面積變化時，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、$\frac{1}{{n}^{2}}$．

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）血液流動就會有微弱電流流過儀表顯示出血流速度，能量：機械能轉(zhuǎn)化為電能，故原理與發(fā)電機原理相似；容易導(dǎo)電的物體叫導(dǎo)體，不容易導(dǎo)電的物體叫絕緣體，
（3）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；
（4）根據(jù)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，描點連線即可；
（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，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(guān)閉，S₂打開，血液從S₂流入；
（2）血液流動就會有微弱電流流過儀表顯示出血流速度，能量：機械能轉(zhuǎn)化為電能，故原理與發(fā)電機原理相似；電磁血液流量計可以測量血液的流量，說明血液容易導(dǎo)電，是導(dǎo)體；
（3）圖乙中若僅調(diào)換兩磁極的位置，則流過儀表電流的方向?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；
（4）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，描點連線，如圖所示：

（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）左；S₂流入；
（2）電動機；導(dǎo)體；
（3）5×10^-4；
（4）如上圖；
（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．