Question

（2003?武漢）由于生態(tài)環(huán)境的破壞和不良生活習(xí)慣，出現(xiàn)了罕見的“SARS”疫情．面對突如其來的災(zāi)害，舉國上下，萬眾一心，科學(xué)防治，戰(zhàn)勝“非典”．
①SARS病毒可通過空氣傳播．當(dāng)我們吸氣時(shí)，胸部擴(kuò)張，胸內(nèi)肺泡跟著擴(kuò)張，于是肺的容積增大，肺內(nèi)空氣壓強(qiáng)

減小

，

大氣壓

使含SARS病毒的空氣經(jīng)鼻腔、氣管進(jìn)入肺中；呼氣時(shí)，胸部收縮，肺的容積減小，肺內(nèi)含SARS病毒的空氣壓強(qiáng)

增大

，其中一部分經(jīng)氣管、鼻腔排出體外，還有一部分經(jīng)痰液排出，SARS病毒等通過痰液

蒸發(fā)

又回到空氣中．
②SARS患者治療中由于呼吸功能障礙而啟用應(yīng)急系統(tǒng)，Puritan-Bennett 700型急救機(jī)電源銘牌部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表：

交流電源	220V 1.3A  正常工作時(shí)接地泄漏電流＜50μA（整機(jī)）
內(nèi)置電池	24V 7Ah   平均工作電流2.8A（呼吸頻率15次/min）

使用交流電源時(shí)該機(jī)的額定輸入功率多大？若突然停電而使用內(nèi)置電池，它最多可放出多少電荷量？該電池維持患者正常呼吸的工作時(shí)間約多長？
③現(xiàn)需將電能輸送到SARS病人隔離區(qū)．若使用相同的輸電線，輸送相同的電功率，從減少輸電線上的電能損失、確保供電來看，在500kV和110kV高壓輸電方案中，應(yīng)選用哪種輸電方案？所選方案的電能損失為另一方案的百分之幾？
④武漢大學(xué)現(xiàn)代病毒學(xué)研究中心在P3實(shí)驗(yàn)室已拍攝到SARS病毒侵害人體細(xì)胞的全過程．若裸眼可看清直徑0.1mm的微粒，用放大倍數(shù)為20的放大鏡可看到人體細(xì)胞，試估算人體細(xì)胞直徑的大�。�
⑤通過體育鍛煉增強(qiáng)體質(zhì)是“科學(xué)抗非”的有效途徑，肺活量是身體素質(zhì)的重要生理指標(biāo)．如圖所示是一種測定肺活量的實(shí)用方法，圖中A為倒扣在水中的開口薄壁圓筒，測量前排盡其中的空氣．測量時(shí)，被測者吸足空氣，再通過B盡量將空氣呼出，呼出的空氣通過導(dǎo)管進(jìn)入A內(nèi)，使A浮起．測出圓筒質(zhì)量為m，橫截面積為S，筒底浮出水面的高度為H，大氣壓強(qiáng)為p₀，此時(shí)圓筒內(nèi)氣體體積V為多大？壓強(qiáng)p為多大？

Answer 1

分析：①一定質(zhì)量的氣體體積減小時(shí)、壓強(qiáng)增大，體積增大時(shí)、壓強(qiáng)減小；物質(zhì)從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)叫汽化，有蒸發(fā)和沸騰兩種方式；
②知道交流電源的電壓和輸入電流，利用P=UI求輸入功率；內(nèi)置電池為7Ah，即能最多可放出的電荷量，利用電流定義式求電池維持患者正常呼吸的工作時(shí)間；
③采用高壓輸電，輸送相同的電功率，輸送電流減小，利用W=I²Rt比較損失電能多少；
④利用題目中告訴的裸眼能夠看清的最小距離和凸透鏡放大的倍數(shù)，即可估算出人體細(xì)胞直徑的大小；
⑤由于圓筒所受重力與所受浮力大小相等，根據(jù)阿基米德原理求出圓筒排開水的體積，則圓筒內(nèi)氣體的體積等于露出水面的體積加上浸入水中的體積（排開水的體積）；
如圖，知道圓筒排開水的體積，可求圓筒浸入的深度h_水，則當(dāng)圓筒浮于水中穩(wěn)定后，圓筒內(nèi)氣體的壓強(qiáng)等于大氣壓加上h_水水深產(chǎn)生的壓強(qiáng)．

解答：解：①當(dāng)我們吸氣時(shí)，胸部擴(kuò)張，胸內(nèi)肺泡跟著擴(kuò)張，于是肺的容積增大，肺內(nèi)空氣壓強(qiáng)減小，大氣壓使含SARS病毒的空氣進(jìn)入肺中；
呼氣時(shí)，胸部收縮，肺的容積減小，肺內(nèi)含SARS病毒的空氣壓強(qiáng)增大，其中一部分經(jīng)氣管、鼻腔排出體外，還有一部分經(jīng)痰液排出，通過痰液的蒸發(fā)又回到空氣中．這樣，SARS病毒通過空氣傳播．
②額定輸入功率：
P=UI=220V×1.3A=286W，
放出的電荷量：
Q=7Ah=7A×3600s=25200C，
∵I=

Q

t

，
∴正常工作時(shí)間
t=

Q

I

=

25200C

2.8A

=9000s=2.5h；
③選用500kV方案．
設(shè)輸電線的電阻為R，輸送相同的電功率，
用500kV方案輸電：輸電電流I=

P

500kV

，消耗電能W=（I）²Rt=（

P

500kV

）²Rt；
用110kV方案輸電，輸電電流I′=

P

110kV

，消耗電能W′=（I′）²Rt=（

P

110kV

）²Rt；

W

W′

=（

P

500kV

）²Rt：（

P

110kV

）²Rt=4.84%；
④由題意知，人的裸眼能夠看清直徑為0.1mm的微粒，當(dāng)人體細(xì)胞的放大20倍時(shí)，人體能夠看清楚，即人體細(xì)胞放大20倍后長度為0.1mm，由此可知人體細(xì)胞的直徑為：d=

0.1mm

20

=0.005mm=5×10^-6m；
⑤設(shè)水的密度為ρ_水，由于圓筒所受重力與所受浮力大小相等，則：
mg=ρgV_排，
V_排=

m

ρ水

，
h_水=

v排

S

=

m ρ水

S

=

m

ρ水S

，
圓筒內(nèi)氣體的體積：
V=HS+

m

ρ水

，
圓筒浮于水中穩(wěn)定后，圓筒內(nèi)氣體的壓強(qiáng)：
p=p₀+ρ_水gh_水=p₀+ρ_水g

m

ρ水s

=p₀+

mg

S

．
故答案為：①減小，大氣壓，增大，蒸發(fā)；
②該機(jī)的額定輸入功率為286W，它最多可放出7Ah的電荷量，該電池維持患者正常呼吸的工作時(shí)間約2.5h；
③現(xiàn)應(yīng)選用500kV方案，該方案的電能損失為另一方案的4.84%；
④人體細(xì)胞直徑的大小為5×10^-6m；
⑤此時(shí)圓筒內(nèi)氣體體積V為HS+

m

ρ水

，壓強(qiáng)p為p₀+

mg

S

．

點(diǎn)評：本題考查了呼吸氣原理、蒸發(fā)知識、高壓輸電的原理、物體的漂浮條件、阿基米德原理、液體壓強(qiáng)的計(jì)算等，知識點(diǎn)多、綜合性強(qiáng)，屬于難題，要求靈活選用所學(xué)知識分析計(jì)算．