Question

在正常體溫下，如果腦部的血流停止，則腦細胞會在幾分鐘之內缺氧而死．若是將體溫降低約20℃，腦細胞的耗氧量也隨之降低，如此可容許血流暫停時間延長，以利腦部手術進行．畢竟手術之前，病患的心肺功能開始由心肺機取代，如圖（a）所示，心肺機包括三大部分：氧合器作為人工肺，對血液供氧；抽送泵代表心臟，推動血液循環；熱交換器則提供熱量交換，經由血液循環調節體溫，體重約60公斤重的病患，其體溫監測記錄如圖（b）所示．（1）此病患的腦部手術最適宜的時段在______
（A）10時至12時
（B）13時30分至14時
（C）14時至15時
（D）15時至16時．
（2）如圖（c）所示，工程師考慮將線圈纏繞在活塞下端，利用與固定磁鐵之間的相對運動，帶動抽送泵中的活塞，抽送血液．圖中左活門只能向外自由開啟，反向則封閉管路．下列有關此設計構想的敘述正確的是______
（A）血液由左活門吸入，右活門推出
（B）當甲電極為正，乙電極為負時，活塞向上運動
（C）當甲電極為正，乙電極為負時，抽送泵將血液吸入
（D）當甲電極為負，乙電極為正時，抽送泵內壓強降低
（3）人類大動脈的截面積約是5.0×10^-4m²，若心臟推送血液的平均壓強約為1.2×10⁴Pa，平均流速約0.20m/s．則心臟推動血液流動的平均功率約為______W．
（4）心肺機一次抽送所作的功稱為每搏功或搏功，它可以用推出血液所增加的壓強能和動能來表示，前者等于搏出量乘以射血壓強，即每搏功（J）=搏出量（m³）×射血壓強（Pa）+動能（J）．假設由心肺機提供的動力使之逐漸回復到常態，壓力與血液流速的關系如圖（d）所示，當血液流速為16cm/s，搏動頻率為72次/分時，心肺機每搏功約為______J．（血液的密度約與水相當）

Answer 1

【答案】分析：（1）根據題目提供的信息，當人的體溫降低約20℃的時候，可以降低腦細胞的耗氧量，從而延長手術所需要的時間，從而根據體溫監測記錄的體溫，可以知道腦部手術最適宜的時段．
（2）根據抽送泵的特點，當活塞向下運動時，吸入血液，此時左活門關閉，右活門打開，此時血液進入抽送泵．
（3）根據功率的公式P=Fv可以求得平均功率的大小．
（4）根據搏動頻率可以求得每次搏動的時間，在由血液的流速可以求得每次的博出量，最后由每搏功的公式可以計算得到每搏功的大小．
解答：解：（1）根據提供的信息可以知道，在人的體溫降低約20℃的時候，能夠用于手術的時間最長，從體溫監測記錄的圖象可知，人的體溫降低20℃的時候是在14時至15時，所以C正確．
故選C．
（2）A、當活塞向下運動時，吸入血液，此時左活門關閉，右活門打開，所以血液是由右活門吸入，左活門推出，所以A錯誤；
B、當甲電極為正，乙電極為負時，根據右手螺旋定則可知，此時線圈的上端為N極，下端為磁場的S極，活塞受到磁鐵的吸引力，活塞將向下運動，此時是將血液吸入，所以B錯誤，C正確；
D、當甲電極為負，乙電極為正時，根據右手螺旋定則可知，此時線圈的下端為N極，上端為磁場的S極，活塞受到磁鐵的排斥力，活塞將向上運動，體積減小，壓強將變大，所以D錯誤．
故選C．
（3）心臟推動血液的推力的大小為F=PS=1.2×10⁴Pa×5.0×10^-4m²=6N，
平均功率為P=Fv=6N×0.20m/s=1.2W，
所以心臟推動血液流動的平均功率約為1.2W．
（4）由于搏動頻率為72次/分，所以每搏時間為s，
血液流速v=16cm/s=0.16m/s，
所以每次的搏出量=vt×S，
每次搏出的血液的質量為ρvtS，
壓力F=4.5N=pS，
所以射血壓強為P=，
由此可得，
每搏功（J）=搏出量（m³）×射血壓強（Pa）+動能（J）=vtS×p+×ρvtS×v²=0.3004J≈0.30J．
故答案為：（1）C；（2）C；（3）1.2；（4）0.30．
點評：本題比較新穎，和實際的應用向結合，考查學生對知識的應用能力，在解題的過程中要注意分析清楚題目中所給的信息，利用有用的信息來列示解題．