Question

18．医学上对病人进行脑部手术时，需要将体温降到合适的温度．准备手术之前，病人的心肺功能开始由心肺机取代．
（1）心肺机的功能之一是用“电动泵”替代心脏，推动血液循环．如图所示，将线圈ab缠绕并固定在活塞一端，利用与固定磁铁之间的相对运动，带动电动泵中的活塞，抽送血液．图中阀门K₁只能向外自由开启，反向则封闭管路； 阀门K₂只能向内自由开启，反向则封闭管路．
①当线圈中的电流从a流向b时，线圈的左端为N（北）极，活塞处于送血状态（填“抽血”或“送血”）．
②在抽送血液的过程中，电动泵将电能转化为机械能．
（2）心肺机的另一个功能是用“热交换器”进行热量交换，通过血液循环调节体温．经监测，病人体温由17℃上升至正常体温37℃历时1小时．在这段时间内，假设人体所需热量完全由热交换器所提供，试求热交换器消耗的功率．设病人质量为75kg，人体组织的比热容与水相当，为c=4.2×10³ J/（kg?℃）．

Answer 1

分析 （1）①由右手螺旋定则可知电磁铁的磁极，由磁极间的相互作用可知活塞的移动方向，则可知血液的流动方向；
②电动泵消耗电能转化为血液的机械能；
（2）由比热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由右手螺旋定则可知，螺线管左端为N极，此时同名磁极相对并相互排斥，故活塞右移，活塞右侧的气压增大，K₂关闭，K₁打开，活塞处于送血状态；
②在抽血和送血过程中，电机消耗了电能，增加了机械能，因此电动泵将电能转化为机械能；
（2）在时间t=1h=3600s内，热交换器提供的热量：
Q=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×75kg×（37℃-17℃）=6.3×10⁶J，
已知人体所需热量完全由热交换器所提供，则热交换器消耗的功率：
P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Q}{t}$=$\frac{6.3×1{0}^{6}J}{3600s}$=1750W．
答：（1）①N（北）；送血；②电；机械；（2）热交换器功率为1750W．

点评 本题为物理知识在生产生活中的应用题，题目中给出了必要的信息，应注意提取有用信息并结合相关物理知识求解．