Question

（2003?武漢）由于生態環境的破壞和不良生活習慣，出現了罕見的“SARS”疫情．面對突如其來的災害，舉國上下，萬眾一心，科學防治，戰勝“非典”．
①SARS病毒可通過空氣傳播．當我們吸氣時，胸部擴張，胸內肺泡跟著擴張，于是肺的容積增大，肺內空氣壓強

減小

，

大氣壓

使含SARS病毒的空氣經鼻腔、氣管進入肺中；呼氣時，胸部收縮，肺的容積減小，肺內含SARS病毒的空氣壓強

增大

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

蒸發

又回到空氣中．
②SARS患者治療中由于呼吸功能障礙而啟用應急系統，Puritan-Bennett 700型急救機電源銘牌部分數據如下表：

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

使用交流電源時該機的額定輸入功率多大？若突然停電而使用內置電池，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間約多長？
③現需將電能輸送到SARS病人隔離區．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武漢大學現代病毒學研究中心在P3實驗室已拍攝到SARS病毒侵害人體細胞的全過程．若裸眼可看清直徑0.1mm的微粒，用放大倍數為20的放大鏡可看到人體細胞，試估算人體細胞直徑的大小．
⑤通過體育鍛煉增強體質是“科學抗非”的有效途徑，肺活量是身體素質的重要生理指標．如圖所示是一種測定肺活量的實用方法，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，被測者吸足空氣，再通過B盡量將空氣呼出，呼出的空氣通過導管進入A內，使A浮起．測出圓筒質量為m，橫截面積為S，筒底浮出水面的高度為H，大氣壓強為p₀，此時圓筒內氣體體積V為多大？壓強p為多大？

Answer 1

分析：①一定質量的氣體體積減小時、壓強增大，體積增大時、壓強減小；物質從液態變為氣態叫汽化，有蒸發和沸騰兩種方式；
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，即可估算出人體細胞直徑的大小；
⑤由于圓筒所受重力與所受浮力大小相等，根據阿基米德原理求出圓筒排開水的體積，則圓筒內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，則當圓筒浮于水中穩定后，圓筒內氣體的壓強等于大氣壓加上h_水水深產生的壓強．

解答：解：①當我們吸氣時，胸部擴張，胸內肺泡跟著擴張，于是肺的容積增大，肺內空氣壓強減小，大氣壓使含SARS病毒的空氣進入肺中；
呼氣時，胸部收縮，肺的容積減小，肺內含SARS病毒的空氣壓強增大，其中一部分經氣管、鼻腔排出體外，還有一部分經痰液排出，通過痰液的蒸發又回到空氣中．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

，
∴正常工作時間
t=

Q

I

=

25200C

2.8A

=9000s=2.5h；
③選用500kV方案．
設輸電線的電阻為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，當人體細胞的放大20倍時，人體能夠看清楚，即人體細胞放大20倍后長度為0.1mm，由此可知人體細胞的直徑為：d=

0.1mm

20

=0.005mm=5×10^-6m；
⑤設水的密度為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

，
圓筒內氣體的體積：
V=HS+

m

ρ水

，
圓筒浮于水中穩定后，圓筒內氣體的壓強：
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；
②該機的額定輸入功率為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間約2.5h；
③現應選用500kV方案，該方案的電能損失為另一方案的4.84%；
④人體細胞直徑的大小為5×10^-6m；
⑤此時圓筒內氣體體積V為HS+

m

ρ水

，壓強p為p₀+

mg

S

．

點評：本題考查了呼吸氣原理、蒸發知識、高壓輸電的原理、物體的漂浮條件、阿基米德原理、液體壓強的計算等，知識點多、綜合性強，屬于難題，要求靈活選用所學知識分析計算．