Question

13．阅读短文，回答文后问题．
人工电磁心脏泵和电磁血液流量计
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，活塞向左（左/右）运动，血液从S₂流入（S₁流出/S₂流入）．
（2）人工电磁心脏泵的工作原理与电动机（电动机/发电机）相近，电磁血液流量计可以测量血液的流量，说明血液是导体（导体/绝缘体）．
（3）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5×10^-4m²．
（4）在图丙中画出v与m的关系图象．
（5）当心脏主动脉血管的横截面积变化时，推动血液流动的功率P与下列哪一选项成正比？答：D．
A、n    B、$\frac{1}{n}$   C、n²   D、$\frac{1}{{n}^{2}}$．

Answer 1

分析 （1）由右手螺旋定则可知电磁铁的磁极，由磁极间的相互作用可知活塞的移动方向，则可知血液的流动方向；
（2）血液流动就会有微弱电流流过仪表显示出血流速度，能量：机械能转化为电能，故原理与发电机原理相似；容易导电的物体叫导体，不容易导电的物体叫绝缘体，
（3）感应电流的方向与导体运动的方向和磁场方向有关；根据题中的血流速度和血流量，求出管的横截面积；
（4）根据心脏主动脉血管内血液匀速流动的速度v与n的数值，描点连线即可；
（5）根据血管横截面积前后变化的定量关系，结合前面列出的等式，再由功率公式P=Fv可列式，联立成方程组，就可求出答案．

解答 解：
（1）当线圈中的电流从A流向B时，由右手螺旋定则可知，螺线管左端为S极，此时异名磁极相互吸引，故活塞左移，S₁关闭，S₂打开，血液从S₂流入；
（2）血液流动就会有微弱电流流过仪表显示出血流速度，能量：机械能转化为电能，故原理与发电机原理相似；电磁血液流量计可以测量血液的流量，说明血液容易导电，是导体；
（3）图乙中若仅调换两磁极的位置，则流过仪表电流的方向将相反；
已知v=0.2m/s，血流量为10^-4 m³/s，所以血管的横截面积S=$\frac{血流量}{v}$=$\frac{1{0}^{-4}{m}^{3}/s}{0.2m/s}$=5×10^-4m²；
（4）根据表格中的数据，描点连线，如图所示：

（5）要保证血液匀速运动，则有：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；
故推动血液流动的功率P与$\frac{1}{{n}^{2}}$成正比，即选项D正确．
故答案为：（1）左；S₂流入；
（2）电动机；导体；
（3）5×10^-4；
（4）如上图；
（5）D．

点评 本题为物理知识在生产生活中的应用题，题目中给出了必要的信息，应注意提取有用信息并结合相关物理知识求解，关键是从大量文字材料中抓住核心信息，考查学生基本的学习能力；此题是一道综合性的难题．