实验延伸
制作“人造心脏泵”模型
活动目标
深入理解心脏作为“泵”的工作原理以及影响泵血效率的因素。
活动过程
利用常见材料设计并制作一个简易的心脏泵模型。
提示：
1. 常见材料可以是塑料瓶或气球、软管、单向阀或模仿瓣膜的小夹子等。
2. 模型能模拟心脏的腔室（心房、心室）、瓣膜（防止血液倒流）和主要血管（动脉、静脉）。
探究内容
1. 如何让“泵”实现单向血流？（重点观察瓣膜的作用）
2. “心肌收缩力”如何影响“泵”出的“血量”？（如捏瓶子的力度或挤压气球的力度等与水流速度或喷射距离的关系）
3. “血管阻力”如何影响“泵”的工作？（如完全捏紧或部分堵塞出水管，模拟高血压）

1. 在模拟心房与心室的连接位置、心室与动脉的连接位置分别安装朝向血流下游方向单向开启的瓣膜结构，依靠瓣膜的单向开放特性，阻止血液反向流动，即可让“泵”实现单向血流，模拟真实心脏瓣膜防止血液倒流的功能。
2. 在其他条件不变的情况下，“心肌收缩力”（挤压心室结构的力度）越大，“泵”出的“血量”越多，水流速度越快、喷射距离越远；收缩力越小，泵出的血量越少，水流速度越慢。
3. 血管阻力升高时，心脏泵血需要克服的压力增大，相同收缩力下泵出的血量会减少，心脏的工作负担会明显加重；当血管阻力过大时，甚至会导致血液无法正常泵出，对应人体长期高血压会加重心脏负荷，损伤心脏功能。

1. 结合心脏瓣膜的功能原理分析：心脏内的房室瓣只能朝向心室开放、动脉瓣只能朝向动脉开放，从结构上保证血液只能按静脉→心房→心室→动脉的方向单向流动，不会倒流。在人造心脏泵模型中，在模拟心房和心室的结构之间加装仅向心室侧开启的单向阀（或调整小夹子的开合方向，仅允许水从心房流向心室），再在模拟心室和动脉的出水管连接处加装仅向动脉侧开启的单向阀，挤压心室结构时，心室侧压力升高，房室瓣受压关闭、动脉瓣被冲开，水只能流向动脉；松开挤压后心室侧压力下降，动脉瓣受压关闭、房室瓣被冲开，水从心房流入心室，即可实现单向血流。
2. 结合心脏泵血的原理分析：心肌收缩是心室向外泵血的动力来源，心肌收缩力越强，心室产生的向内挤压的作用力越大，心室内形成的压强越高。在模型中，挤压模拟心室的塑料瓶/气球的力度越大，内部水压越高，泵出的水流速度越快、喷射距离越远，单位时间内泵出的总水量（模拟血量）也越多；挤压力度越小，内部压强越低，泵出的水流速度越慢，泵出的血量也越少。
3. 结合高血压对心脏的影响分析：血管阻力升高时，心脏向外泵血需要克服的外周压力会增大。在模型中部分堵塞出水管模拟高血压状态时，相同的挤压力度下，出水管的出水速度会明显变慢，泵出的总水量减少；如果完全捏紧出水管，水将完全无法从出水管流出。长期高血管阻力的状态下，心脏需要提升收缩力才能维持正常泵血量，会大幅加重心脏的工作负担，长期可引发心脏功能劳损。