Question

在正常體溫下，如果腦部的血流停止，則腦細(xì)胞會(huì)在幾分鐘之內(nèi)缺氧而死．若是將體溫降低約20℃，腦細(xì)胞的耗氧量也隨之降低，如此可容許血流暫停時(shí)間延長，以利腦部手術(shù)進(jìn)行．畢竟手術(shù)之前，病患的心肺功能開始由心肺機(jī)取代，如圖（a）所示，心肺機(jī)包括三大部分：氧合器作為人工肺，對(duì)血液供氧；抽送泵代表心臟，推動(dòng)血液循環(huán)；熱交換器則提供熱量交換，經(jīng)由血液循環(huán)調(diào)節(jié)體溫，體重約60公斤重的病患，其體溫監(jiān)測記錄如圖（b）所示．（1）此病患的腦部手術(shù)最適宜的時(shí)段在

 

（A）10時(shí)至12時(shí)
（B）13時(shí)30分至14時(shí)
（C）14時(shí)至15時(shí)
（D）15時(shí)至16時(shí)．
（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(duì)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)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(guān)此設(shè)計(jì)構(gòu)想的敘述正確的是

 

（A）血液由左活門吸入，右活門推出
（B）當(dāng)甲電極為正，乙電極為負(fù)時(shí)，活塞向上運(yùn)動(dòng)
（C）當(dāng)甲電極為正，乙電極為負(fù)時(shí)，抽送泵將血液吸入
（D）當(dāng)甲電極為負(fù)，乙電極為正時(shí)，抽送泵內(nèi)壓強(qiáng)降低
（3）人類大動(dòng)脈的截面積約是5.0×10^-4m²，若心臟推送血液的平均壓強(qiáng)約為1.2×10⁴Pa，平均流速約0.20m/s．則心臟推動(dòng)血液流動(dòng)的平均功率約為

 

W．
（4）心肺機(jī)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(qiáng)能和動(dòng)能來表示，前者等于搏出量乘以射血壓強(qiáng)，即每搏功（J）=搏出量（m³）×射血壓強(qiáng)（Pa）+動(dòng)能（J）．假設(shè)由心肺機(jī)提供的動(dòng)力使之逐漸回復(fù)到常態(tài)，壓力與血液流速的關(guān)系如圖（d）所示，當(dāng)血液流速為16cm/s，搏動(dòng)頻率為72次/分時(shí)，心肺機(jī)每搏功約為

 

J．（血液的密度約與水相當(dāng)）

Answer 1

分析：（1）根據(jù)題目提供的信息，當(dāng)人的體溫降低約20℃的時(shí)候，可以降低腦細(xì)胞的耗氧量，從而延長手術(shù)所需要的時(shí)間，從而根據(jù)體溫監(jiān)測記錄的體溫，可以知道腦部手術(shù)最適宜的時(shí)段．
（2）根據(jù)抽送泵的特點(diǎn)，當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸入血液，此時(shí)左活門關(guān)閉，右活門打開，此時(shí)血液進(jìn)入抽送泵．
（3）根據(jù)功率的公式P=Fv可以求得平均功率的大�。�
（4）根據(jù)搏動(dòng)頻率可以求得每次搏動(dòng)的時(shí)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(jì)算得到每搏功的大�。�

解答：解：（1）根據(jù)提供的信息可以知道，在人的體溫降低約20℃的時(shí)候，能夠用于手術(shù)的時(shí)間最長，從體溫監(jiān)測記錄的圖象可知，人的體溫降低20℃的時(shí)候是在14時(shí)至15時(shí)，所以C正確．
故選C．
（2）A、當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸入血液，此時(shí)左活門關(guān)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(cuò)誤；
B、當(dāng)甲電極為正，乙電極為負(fù)時(shí)，根據(jù)右手螺旋定則可知，此時(shí)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(yùn)動(dòng)，此時(shí)是將血液吸入，所以B錯(cuò)誤，C正確；
D、當(dāng)甲電極為負(fù)，乙電極為正時(shí)，根據(jù)右手螺旋定則可知，此時(shí)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(yùn)動(dòng)，體積減小，壓強(qiáng)將變大，所以D錯(cuò)誤．
故選C．
（3）心臟推動(dòng)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(dòng)血液流動(dòng)的平均功率約為1.2W．
（4）由于搏動(dòng)頻率為72次/分，所以每搏時(shí)間為

60

72

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(zhì)量為ρvtS，
壓力F=4.5N=pS，
所以射血壓強(qiáng)為P=

4.5

s

，
由此可得，
每搏功（J）=搏出量（m³）×射血壓強(qiáng)（Pa）+動(dòng)能（J）=vtS×p+

1

2

×ρvtS×v²=0.3004J≈0.30J．
故答案為：（1）C；（2）C；（3）1.2；（4）0.30．

點(diǎn)評(píng)：本題比較新穎，和實(shí)際的應(yīng)用向結(jié)合，考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)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．