Question

在正常体温下，如果脑部的血流停止，则脑细胞会在几分钟之内缺氧而死．若是将体温降低约20℃，脑细胞的耗氧量也随之降低，如此可容许血流暂停时间延长，以利脑部手术进行．毕竟手术之前，病患的心肺功能开始由心肺机取代，如图（a）所示，心肺机包括三大部分：氧合器作为人工肺，对血液供氧；抽送泵代表心脏，推动血液循环；热交换器则提供热量交换，经由血液循环调节体温，体重约60公斤重的病患，其体温监测记录如图（b）所示．（1）此病患的脑部手术最适宜的时段在______
（A）10时至12时
（B）13时30分至14时
（C）14时至15时
（D）15时至16时．
（2）如图（c）所示，工程师考虑将线圈缠绕在活塞下端，利用与固定磁铁之间的相对运动，带动抽送泵中的活塞，抽送血液．图中左活门只能向外自由开启，反向则封闭管路．下列有关此设计构想的叙述正确的是______
（A）血液由左活门吸入，右活门推出
（B）当甲电极为正，乙电极为负时，活塞向上运动
（C）当甲电极为正，乙电极为负时，抽送泵将血液吸入
（D）当甲电极为负，乙电极为正时，抽送泵内压强降低
（3）人类大动脉的截面积约是5.0×10^-4m²，若心脏推送血液的平均压强约为1.2×10⁴Pa，平均流速约0.20m/s．则心脏推动血液流动的平均功率约为______W．
（4）心肺机一次抽送所作的功称为每搏功或搏功，它可以用推出血液所增加的压强能和动能来表示，前者等于搏出量乘以射血压强，即每搏功（J）=搏出量（m³）×射血压强（Pa）+动能（J）．假设由心肺机提供的动力使之逐渐回复到常态，压力与血液流速的关系如图（d）所示，当血液流速为16cm/s，搏动频率为72次/分时，心肺机每搏功约为______J．（血液的密度约与水相当）

Answer

（1）根据题目提供的信息，当人的体温降低约20℃的时候，可以降低脑细胞的耗氧量，从而延长手术所需要的时间，从而根据体温监测记录的体温，可以知道脑部手术最适宜的时段．
（2）根据抽送泵的特点，当活塞向下运动时，吸入血液，此时左活门关闭，右活门打开，此时血液进入抽送泵．
（3）根据功率的公式P=Fv可以求得平均功率的大小．
（4）根据搏动频率可以求得每次搏动的时间，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计算得到每搏功的大小．
【解析】
（1）根据提供的信息可以知道，在人的体温降低约20℃的时候，能够用于手术的时间最长，从体温监测记录的图象可知，人的体温降低20℃的时候是在14时至15时，所以C正确．
故选C．
（2）A、当活塞向下运动时，吸入血液，此时左活门关闭，右活门打开，所以血液是由右活门吸入，左活门推出，所以A错误；
B、当甲电极为正，乙电极为负时，根据右手螺旋定则可知，此时线圈的上端为N极，下端为磁场的S极，活塞受到磁铁的吸引力，活塞将向下运动，此时是将血液吸入，所以B错误，C正确；
D、当甲电极为负，乙电极为正时，根据右手螺旋定则可知，此时线圈的下端为N极，上端为磁场的S极，活塞受到磁铁的排斥力，活塞将向上运动，体积减小，压强将变大，所以D错误．
故选C．
（3）心脏推动血液的推力的大小为F=PS=1.2×104Pa×5.0×10-4m2=6N，
平均功率为P=Fv=6N×0.20m/s=1.2W，
所以心脏推动血液流动的平均功率约为1.2W．
（4）由于搏动频率为72次/分，所以每搏时间为s，
血液流速v=16cm/s=0.16m/s，
所以每次的搏出量=vt×S，
每次搏出的血液的质量为ρvtS，
压力F=4.5N=pS，
所以射血压强为P=，
由此可得，
每搏功（J）=搏出量（m3）×射血压强（Pa）+动能（J）=vtS×p+×ρvtS×v2=0.3004J≈0.30J．
故答案为：（1）C；（2）C；（3）1.2；（4）0.30．