Question

【題目】人工心臟泵

血液是人體輸送氧氣與營養的主要載體，心臟就像發動機，為這一輸送提供了動力。醫生給心臟疾病的患者做手術時，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。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（相當于一個電磁鐵），通電時線圈與活塞柄組成的系統與固定在左側的磁體相互作用，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只能向內開啟。

手術時，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。當血管橫截面積為正常值的n倍時，測得心臟主動脈血管內血液勻速流動的速度v與n的數值如下表所示。

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，當線圈中的電流從A流向B時，活塞向______（選填“左”或“右”）運動，血液從_____（選填“S1流出”或“S2流入”）。

（2）圖乙電磁血流計中若僅調換兩磁極的位置，則流過儀表電流的方向將________（選填“不變”或“相反”），若某次測得血流速度為0.2m/s，血流量為10﹣4m3/s，則對應血管的橫截面積為________ m2。

（3）若某人心臟主動脈血管的橫截面積為正常值的0.7倍時，血管內血液勻速流動的速度應為________ m/s。

（4）當心臟主動脈血管的橫截面積變化時，其內血液勻速流動，推動血液流動的功率P與下列哪一選項成正比？答_______。

A. n B.n2 C. D.

Answer 1

【答案】左 S2流入 相反 5×10﹣4m2 0.257 D

【解析】

第一空．甲圖中，當線圈中的電流從A流向B時，線圈中電流方向正面向上，背面向下，根據安培定則可知，線圈右端為N極，左端為S極。根據磁極間的相互作用規律可知，此時活塞向左運動。

第二空．由圖甲可看出，當活塞向左運動時，活塞筒內空間擴大，壓強減小，血管內的血液要流進活塞筒。但由于閥門S1只能向外開啟、S2只能向內開啟，所以閥門S1關閉、S2打開，血液從S2流入。

第三空．圖乙中，電極a和b、血管中血液、導線、儀表等構成閉合電路，血液流動時在磁場中做切割磁感線運動，所以電路中會產生微弱電流，從而儀表有示數，該裝置原理為電磁感應。因產生的感應電流方向與磁場方向和導體切割磁感線運動方向有關，若僅調換兩磁極的位置，血液流動方向不變，改變了磁場方向，則流過儀表電流的方向將相反。

第四空．若某次測得血流速度為0.2m/s，血流量為10﹣4m3/s。設時間為1s，則血液流過的距離為h=0.2m，血液流過的體積為V=10﹣4m3。將血管看作圓柱體，所以對應血管的橫截面積為：

S===5×10﹣4 m2。

第五空．由表中數據可知，每組數據的n與v的乘積都為0.18（m/s），則說明v與n成反比例關系。設v=，則k=0.18（m/s）。當血管的橫截面積為正常值的0.7倍時，即n=0.7時，血管內血液勻速流動的速度為：

v===0.257m/s。

第六空．因血液勻速通過血管時受到的阻力f與血液的流速v成正比，則設f=k′v。又因血液勻速流動時動力F等于阻力f，且v=，則：

P=Fv=fv= k′v=k′=，

因k′、k都為定值，則也為定值，所以由P=可知，功率P與成正比。故D正確。