Question

14．閱讀材料，回答問題．

       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，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（圓柱形）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．
      某實驗小組用電磁血流計研究血管中血流速度與n的關系．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，測得病人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．

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

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f與血液的流速v成正比，即f=kv，k為常數，血管橫截面積越小，血液流速越快，受到的阻力越大，心臟的負擔就越重．
（1）甲圖中，當線圈中的電流從A流向B時，活塞向左（選填“左”或“右”）運動，在抽血（選填“抽血”或“送血”）．
（2）某次測量時，電流流過儀表顯示電流為2mA，電阻R的阻值為100Ω，ab間電壓為0.2V，電磁血流計的原理與發電機（選填“電磁鐵”、“電動機”、“發電機”）的原理相似，利用電磁流量計不可以（可以/不可以）測量某食用油管道中油的流量．
（3）由材料信息并類比速度的定義過程可知，血流量=vS（寫出表達式），若某次測得血流速度為0.1m/s，血流量為5×10^-5 m³/s，則對應血管的橫截面積為5×10^-4m²．
（4）心臟主動脈血管的橫截面積變化時，心臟推動血液流動的功率P隨n的變化而變化．若當n=1時，心臟推動血液流動的功率P=P₀，則當n=0.25時，心臟推動血液流動的功率P=16P₀．
（5）交警常根據司機呼出的氣體檢測血液中的酒精含量，檢測原理如圖丙所示，電流表示數反映酒精濃度大小，R₀為定值電阻，D為陶瓷氣敏傳感器，其電阻的倒數$\frac{1}{R}$與氣體中酒精蒸氣濃度c的關系如圖丁所示，則當氣體中酒精蒸氣的濃度減小時，氣敏傳感器兩端電壓將增大（選填“增大”或“減小”）；若電池用久后電壓減小，將會使測得的酒精濃度偏小（選填“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方向，則可知血液的流動方向；由題意可知K₁只能向外開，K₂只能向里開，故可知血的流動方向只能是K₂進，K₁出；
（2）根據歐姆定律即可求出電壓，血液流動就會有微弱電流流過儀表顯示出血流速度，能量：機械能轉化為電能，故原理與發電機原理相似；
血液是導體，食用油是絕緣體；
（3）根據題中的血流速度和血流量，求出管的橫截面積；
（4）先根據表中數據得出n與v的關系，然后根據f=kv和P=Fv判斷功率與速度的關系，從而得出功率與n的關系；
（5）由電路圖可知，定值電阻與傳感器的電阻串聯，電流表測量電路中的電流；根據題意可知酒精氣體傳感器的電阻與酒精氣體濃度成反比即酒精氣體的濃度越大傳感器的電阻越小，由歐姆定律可知電路中的電流的變化、定值電阻兩端電壓的變化，再由串聯電路的電壓特點可知傳感器兩端的電壓；
若電池用久后電壓減小，根據歐姆定律可知電路電流的變化，根據酒精氣體傳感器R的電阻的倒數與酒精氣體的濃度成正比可知R的電阻的變化．

解答 解：（1）當線圈中的電流從A流向B時，由右手螺旋定則可知，螺線管左端為S極，此時名磁極相對，故活塞左移，K₂打開，K₁關閉，故處于抽血狀態．
（2）根據I=$\frac{U}{R}$可得：
電壓U=IR=2×10^-3A×100Ω=0.2V；
血液流動就會有微弱電流流過儀表顯示出血流速度，其原理是電磁感應，故原理與發電機原理相似．
由于電磁流量計是將血液當作導體來進行測量的，而食用油是絕緣體，因此利用電磁流量計不可以測量某食用油管道中油的流量；
（3）根據材料可知：血流量=vS，
所以血管的橫截面積S=$\frac{血流量}{v}$=$\frac{5×1{0}^{-5}{m}^{3}/s}{0.1m/s}$=5×10^-4m²；
（4）由f=kv和P=Fv可知，心臟推動血液流動的功率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，心臟推動血液流動的功率P=P₀，則當n=0.25時，心臟推動血液流動的功率P=$\frac{1}{{n}^{2}}$P₀=$\frac{1}{0.2{5}^{2}}$=4²P₀=16P₀．
（5）由圖丙可知，定值電阻與傳感器的電阻串聯，電流表測量電路中的電流，由圖丁可知：酒精氣體傳感器R的電阻的倒數與酒精氣體的濃度成正比，即酒精氣體傳感器的電阻與酒精氣體濃度成反比，所以當氣體中酒精蒸氣的濃度減小時，酒精氣體傳感器的電阻變大，根據I=$\frac{U}{R}$可知電路電流變小，則定值電阻兩端的電壓越小；由于串聯電路中總電壓等于各分電壓之和，所以傳感器兩端的電壓增大；
若電池用久后電壓減小，根據I=$\frac{U}{R}$可知電路電流變小，酒精氣體傳感器R的電阻偏大，則會使測得的酒精濃度偏小．
故答案為：（1）左；抽血；
（2）發電機；不能；0.2；
（3）V/t； 5×10^-4m²；
（4）16P₀；
（5）增大；偏小．

點評 本題為物理知識在生產生活中的應用題，題目中給出了必要的信息，應注意提取有用信息并結合相關物理知識求解，關鍵是從大量文字材料中抓住核心信息，考查學生基本的學習能力；此題是一道綜合性的難題．