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【题目】人工心脏泵
血液是人体输送氧气与营养的主要载体,心脏就像发动机,为这一输送提供了动力。医生给心脏疾病的患者做手术时,往往要用一种称为“人工心脏泵”的体外装置来代替心脏,以推动血液循环。如图甲是该装置的示意图,线圈AB固定在用软铁制成的活塞柄上(相当于一个电磁铁),通电时线圈与活塞柄组成的系统与固定在左侧的磁体相互作用,从而带动活塞运动,活塞筒通过阀门与血管相通,阀门S1只能向外开启,S2只能向内开启。
手术时,还需要利用电磁血流计来检测血流速度和血流量(血流量指单位时间内通过血管横截面的血液体积),其示意图如图乙所示,使用时,将血管放置于两磁极之间,两金属电极a、b与血管壁接触,就会有微弱电流流过仪表显示出血流速度。
研究表明,血管内血流速度会随血管横截面积的变化而变化,且血液匀速通过血管时,受到的阻力与血液的流速成正比。当血管横截面积为正常值的n倍时,测得心脏主动脉血管内血液匀速流动的速度v与n的数值如下表所示。
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)甲图中,当线圈中的电流从A流向B时,活塞向______(选填“左”或“右”)运动,血液从_____(选填“S1流出”或“S2流入”)。
(2)图乙电磁血流计中若仅调换两磁极的位置,则流过仪表电流的方向将________(选填“不变”或“相反”),若某次测得血流速度为0.2m/s,血流量为10﹣4m3/s,则对应血管的横截面积为________ m2。
(3)若某人心脏主动脉血管的横截面积为正常值的0.7倍时,血管内血液匀速流动的速度应为________ m/s。
(4)当心脏主动脉血管的横截面积变化时,其内血液匀速流动,推动血液流动的功率P与下列哪一选项成正比?答_______。
A. n B.n2 C. D.
【答案】左 S2流入 相反 5×10﹣4m2 0.257 D
【解析】
第一空.甲图中,当线圈中的电流从A流向B时,线圈中电流方向正面向上,背面向下,根据安培定则可知,线圈右端为N极,左端为S极。根据磁极间的相互作用规律可知,此时活塞向左运动。
第二空.由图甲可看出,当活塞向左运动时,活塞筒内空间扩大,压强减小,血管内的血液要流进活塞筒。但由于阀门S1只能向外开启、S2只能向内开启,所以阀门S1关闭、S2打开,血液从S2流入。
第三空.图乙中,电极a和b、血管中血液、导线、仪表等构成闭合电路,血液流动时在磁场中做切割磁感线运动,所以电路中会产生微弱电流,从而仪表有示数,该装置原理为电磁感应。因产生的感应电流方向与磁场方向和导体切割磁感线运动方向有关,若仅调换两磁极的位置,血液流动方向不变,改变了磁场方向,则流过仪表电流的方向将相反。
第四空.若某次测得血流速度为0.2m/s,血流量为10﹣4m3/s。设时间为1s,则血液流过的距离为h=0.2m,血液流过的体积为V=10﹣4m3。将血管看作圆柱体,所以对应血管的横截面积为:
S===5×10﹣4 m2。
第五空.由表中数据可知,每组数据的n与v的乘积都为0.18(m/s),则说明v与n成反比例关系。设v=,则k=0.18(m/s)。当血管的横截面积为正常值的0.7倍时,即n=0.7时,血管内血液匀速流动的速度为:
v===0.257m/s。
第六空.因血液匀速通过血管时受到的阻力f与血液的流速v成正比,则设f=k′v。又因血液匀速流动时动力F等于阻力f,且v=,则:
P=Fv=fv= k′v=k′=,
因k′、k都为定值,则也为定值,所以由P=可知,功率P与成正比。故D正确。