Question

醫學上對病人進行腦部手術時，需要將體溫降到合適的溫度．準備手術之前，病人的心肺功能開始由心肺機取代．
（1）心肺機的功能之一是用“電動泵”替代心臟，推動血液循環．如圖所示，將線圈ab纏繞并固定在活塞一端，利用與固定磁鐵之間的相對運動，帶動電動泵中的活塞，抽送血液．圖中閥門K₁只能向外自由開啟，反向則封閉管路；閥門K₂只能向內自由開啟，反向則封閉管路．
①當電動泵工作時，血液從閥門

 

抽進，從閥門

 

送出．
②當線圈中的電流從a流向b時，線圈的左端為

 

極，活塞處于

 

狀態（填“抽血”或“送血”）．
③在抽送血液的過程中，電動泵將

 

能轉化為 機械能．
（2）心肺機的另一個功能是用“熱交換器”進行熱量交換，通過血液循環調節體溫．經監測，病人體溫由17℃上升至正常體溫37℃歷時1小時．在這段時間內，假設人體所需熱量完全由熱交換器所提供，試求熱交換器消耗的功率．設病人質量為75kg，人體組織的比熱容與水相當，為c=4.2×10³J/（kg?℃）．

Answer 1

分析：（1）①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；
③電動泵消耗電能轉化為血液的機械能；
（2）由比熱公式可求得人需要的能量，由功率公式可求得功率．

解答：解：（1）
①因閥門K₁只能向外自由開啟，反向則封閉管路；閥門K₂只能向內自由開啟，反向則封閉管路．故血只能由K₂流入從K₁送出
②由右手螺旋定則可知，螺線管左端為N極，此時同名磁極相對，故活塞右移，K₂關閉，K₁打開，處于送血狀態；
③在抽血和送血過程中，電機消耗了電能，增加了機械能；
（2）在時間t=1h=3600s內，熱交換器提供的熱量為
Q=cm（t₂-t₁）=4.2×10³J/（kg?℃）×75kg×（37℃-17℃）=6.3×10⁶J
熱交換器消耗的功率P=

Q

t

=

6.3×106J

3600s

=1750W；
答：（1）①K₂，_K1；②N（北），送血；③電，機械；（2）熱交換器功率為1750W．

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．