Question

15．閱讀材料，回答問題．

血液是人體輸送氧氣與營(yíng)養(yǎng)的主要載體，心臟就像發(fā)動(dòng)機(jī)，為這一輸送提供了動(dòng)力．醫(yī)生給心臟疾病的患者做手術(shù)時(shí)，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(dòng)血液循環(huán)．如圖甲是該裝置的示意圖，閥門S₁只能向外開啟，S₂只能向內(nèi)開啟．
手術(shù)時(shí)，還需要利用電磁血流計(jì)來檢測(cè)血流速度和血流量（血流量指單位時(shí)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(shí)，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(huì)有微弱電流流過儀表顯示出血流速度．

n	1.00	0.90	0.80	0.75	0.60
v/ms-1	0.180	0.200	0.225	0.240	0.300

某實(shí)驗(yàn)小組用電磁血流計(jì)研究血管中血流速度與n的關(guān)系．n為病人心臟血管橫截面積與正常人心臟血管橫截面積的比值，測(cè)得病人心臟主動(dòng)脈血管內(nèi)血液勻速流動(dòng)的速度v與n的數(shù)值如上表．
研究表明，血管內(nèi)血流速度會(huì)隨血管橫截面積的變化而變化，且血液勻速通過血管時(shí)，受到的阻力f與血液的流速v成正比，即f=kv，k為常數(shù)，血管橫截面積越小，血液流速越快，受到的阻力越大，心臟的負(fù)擔(dān)就越重．
（1）甲圖中，當(dāng)線圈中的電流從B流向A時(shí)，活塞向右（選填“左”或“右”）運(yùn)動(dòng)，血液從S₁流出（選填“S₁流出”或“S₂流入”）．
（2）電磁血流計(jì)的原理與發(fā)電機(jī)（選填“電動(dòng)機(jī)”或“發(fā)電機(jī)”）的原理相似．利用電磁流量計(jì)不可以（可以/不可以）測(cè)量某食用油管道中油的流量．
（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ㄟx填“不變”或“相反”），若某次測(cè)得血流速度為0.2m/s，血流量為10^-4 m³/s，則對(duì)應(yīng)血管的橫截面積為5×10^-4 m²．若某人心臟主動(dòng)脈血管的橫截面積為正常人的0.85倍時(shí)，血管內(nèi)血液勻速流動(dòng)的速度應(yīng)為0.212m/s．
（4）心臟主動(dòng)脈血管的橫截面積變化時(shí)，心臟推動(dòng)血液流動(dòng)的功率P隨n的變化而變化．若當(dāng)n=1時(shí)，心臟推動(dòng)血液流動(dòng)的功率P=P₀，則當(dāng)n=0.5時(shí)，心臟推動(dòng)血液流動(dòng)的功率P=4P₀．
（5）交警常根據(jù)司機(jī)呼出的氣體檢測(cè)血液中的酒精含量，檢測(cè)原理如圖丙所示，電流表示數(shù)反映酒精濃度大小，R₀為定值電阻，D為陶瓷氣敏傳感器，其電阻的倒數(shù)$\frac{1}{R}$與氣體中酒精蒸氣濃度c的關(guān)系如圖丁所示．則當(dāng)氣體中酒精蒸氣的濃度增大時(shí)，氣敏傳感器兩端電壓將減�。ㄟx填“增大”或“減小”）；若電池用久后電壓減小，將會(huì)使測(cè)得的酒精濃度偏�。ㄟx填“偏大”、“偏小”或“不變”）．

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(dòng)方向，則可知血液的流動(dòng)方向；
（2）血液流動(dòng)就會(huì)有微弱電流流過儀表顯示出血流速度，能量：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，故原理與發(fā)電機(jī)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(yùn)動(dòng)的方向和磁場(chǎng)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；
根據(jù)血液是勻速流動(dòng)，說明受力平衡，即血壓產(chǎn)生的壓力等于阻力，可以列出在正常情況和血管變細(xì)兩種情況下的等式；然后根據(jù)兩種情況下，血管在相同時(shí)間內(nèi)流過的血液量不變，列出等式，求出血流速度；
（4）先根據(jù)表中數(shù)據(jù)得出n與v的關(guān)系，然后根據(jù)f=kv和P=Fv判斷功率與速度的關(guān)系，從而得出功率與n的關(guān)系；
（5）由圖知傳感器的電導(dǎo)（即電阻的倒數(shù)）與氣體中酒精蒸汽濃度C成正比，則電阻與C成反比，根據(jù)C變化時(shí)，確定電阻的變化，再由歐姆定律分析電壓、電流的變化．

解答 解：
（1）由圖甲知，當(dāng)線圈中的電流從B流向A時(shí)，由右手螺旋定則可知，螺線管左端為N極，此時(shí)異名磁極相互吸引，故活塞右移，S₂關(guān)閉，S₁打開，血液從S₁流出；
（2）血液流動(dòng)就會(huì)有微弱電流流過儀表顯示出血流速度，能量：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，故原理與發(fā)電機(jī)原理相似；
電磁血液流量計(jì)可以測(cè)量血液的流量，說明血液是導(dǎo)體，但食用油是絕緣體，所以不能利用電磁流量計(jì)測(cè)量某食用油管道中油的流量；
（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；
由題意可知，正常的血流速度v=0.18m/s，要使流過的液體相等，則有：Sv=S′v′，
則變細(xì)后的血液的流速v′=$\frac{S}{S′}$v=$\frac{1}{0.85}$×0.18m/s≈0.212m/s；
（4）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，n與v的乘積不變，因此n與v成反比；
由f=kv和P=Fv可知，心臟推動(dòng)血液流動(dòng)的功率P=kv²，故P與速度的平方成正比，而n與v成反比，因此P與n的平方成反比；
故n=1時(shí)，心臟推動(dòng)血液流動(dòng)的功率P=P₀，則當(dāng)n=0.5時(shí)，心臟推動(dòng)血液流動(dòng)的功率P=$\frac{1}{{n}^{2}}$P₀=（$\frac{1}{0.5}$）²×P₀=4P₀；
（5）由圖傳感器的電阻與氣體中酒精蒸汽的濃度成反比，濃度C越大，電阻越小，電流越大，R₀兩端電壓越大，因?yàn)殡娫措妷翰蛔�，所以氣敏傳感器兩端電壓將變小；電池用的時(shí)間長(zhǎng)了，電壓降低，內(nèi)阻變大，電路中電流變小，則會(huì)導(dǎo)致測(cè)得的酒精濃度偏小．
故答案為：（1）右；S₁流出；（2）發(fā)電機(jī)；不可以；（3）相反；5×10^-4； 0.212；（4）4P₀；（5）減��；偏�。�

點(diǎn)評(píng) 本題為物理知識(shí)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(shí)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．