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【解决问题】
（1）若不小心吸入的笔帽的通气孔的面积恰好为$6.8\ \mathrm{mm}^2$，为确保生命安全，人体与外界通气量要达到$1.36× 10^{-4}\ \mathrm{m}^3/\mathrm{s}$，则人体用力吸气时通过该笔帽通气孔的气体流速可达多少？
（2）若不小心将没有通气孔的笔帽吸入气管，此时由于呼吸道堵塞导致肺内气压比外界大气压小$1.3× 10^4\ \mathrm{Pa}$，笔帽的横截面积约为$0.85\ \mathrm{cm}^2$，则医生至少需要多大的力才能将笔帽取出？（计算结果精确到0.1 N）
（3）医学上抢救气管异物堵塞的标准方法是：急救者从背后环抱患者，用力向患者的上腹部施压，从而排出异物，因此被称为“生命的拥抱”。请你说说其中的道理。
（4）据了解，笔帽通气孔的设计初衷并不是为了“救命”，你觉得它还有什么用途？
（1）若不小心吸入的笔帽的通气孔的面积恰好为$6.8\ \mathrm{mm}^2$，为确保生命安全，人体与外界通气量要达到$1.36× 10^{-4}\ \mathrm{m}^3/\mathrm{s}$，则人体用力吸气时通过该笔帽通气孔的气体流速可达多少？
（2）若不小心将没有通气孔的笔帽吸入气管，此时由于呼吸道堵塞导致肺内气压比外界大气压小$1.3× 10^4\ \mathrm{Pa}$，笔帽的横截面积约为$0.85\ \mathrm{cm}^2$，则医生至少需要多大的力才能将笔帽取出？（计算结果精确到0.1 N）
（3）医学上抢救气管异物堵塞的标准方法是：急救者从背后环抱患者，用力向患者的上腹部施压，从而排出异物，因此被称为“生命的拥抱”。请你说说其中的道理。
（4）据了解，笔帽通气孔的设计初衷并不是为了“救命”，你觉得它还有什么用途？
答案
(1) 20 m/s (2) 1.1 N (3) 当急救者从背后环抱患者，用力向患者上腹部施压时，腹部的体积变小，内部气体的量不变，压强变大，从而把异物压出体外。(4) 可以使笔帽内外的气压保持一致，人们在使用笔的时候就可以轻松拔出来，不会因为笔帽内部气压低而难以拔出笔。
解析
【分析】
本题围绕气管异物的物理原理展开，涉及气体流量与流速的关系、压力与压强差的计算、气体压强与体积的关系等知识点。解题时需先统一单位，再根据对应物理公式计算；原理类问题需结合气体压强规律分析。
【解析】
（1）根据气体流量公式 $ Q = vS $（$ Q $为通气量，$ v $为气体流速，$ S $为通气孔面积），先统一单位：
通气孔面积 $ S = 6.8\ \mathrm{mm}^2 = 6.8 × 10^{-6}\ \mathrm{m}^2 $，通气量 $ Q = 1.36 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^3/\mathrm{s} $，
则气体流速 $ v = \frac{Q}{S} = \frac{1.36 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^3/\mathrm{s}}{6.8 × 10^{-6}\ \mathrm{m}^2} = 20\ \mathrm{m/s} $。
（2）压力公式为 $ F = \Delta p · S $，先统一单位：
笔帽横截面积 $ S = 0.85\ \mathrm{cm}^2 = 0.85 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2 $，压强差 $ \Delta p = 1.3 × 10^4\ \mathrm{Pa} $，
则所需力 $ F = 1.3 × 10^4\ \mathrm{Pa} × 0.85 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2 = 1.105\ \mathrm{N} \approx 1.1\ \mathrm{N} $。
（3）当急救者从背后环抱患者并用力施压上腹部时，腹部体积减小，内部气体质量不变，根据“一定质量的气体，温度不变时，体积越小压强越大”的规律，腹内气体压强变大，压迫肺部使肺内气压增大，从而将堵塞气管的异物压出体外。
（4）笔帽通气孔的用途：使笔帽内外气压保持一致，人们使用笔时可轻松拔出笔，不会因笔帽内部气压低难以拔出；还可避免笔帽内形成负压导致笔芯墨水流出。
【答案】
(1) $ 20\ \mathrm{m/s} $；(2) $ 1.1\ \mathrm{N} $；(3) 当急救者从背后环抱患者，用力向患者上腹部施压时，腹部的体积变小，内部气体的量不变，压强变大，从而把异物压出体外；(4) 可以使笔帽内外的气压保持一致，人们在使用笔的时候就可以轻松拔出来，不会因为笔帽内部气压低而难以拔出笔。
【知识点】
气体流速与流量、压强差计算、气体压强与体积的关系
【点评】
本题将物理知识与生活急救、日常用品设计结合，考查学生对压强、气体相关规律的应用能力，贴近生活实际，难度适中，需掌握单位换算和物理规律的实际应用。
【难度系数】
0.5
本题围绕气管异物的物理原理展开，涉及气体流量与流速的关系、压力与压强差的计算、气体压强与体积的关系等知识点。解题时需先统一单位，再根据对应物理公式计算；原理类问题需结合气体压强规律分析。
【解析】
（1）根据气体流量公式 $ Q = vS $（$ Q $为通气量，$ v $为气体流速，$ S $为通气孔面积），先统一单位：
通气孔面积 $ S = 6.8\ \mathrm{mm}^2 = 6.8 × 10^{-6}\ \mathrm{m}^2 $，通气量 $ Q = 1.36 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^3/\mathrm{s} $，
则气体流速 $ v = \frac{Q}{S} = \frac{1.36 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^3/\mathrm{s}}{6.8 × 10^{-6}\ \mathrm{m}^2} = 20\ \mathrm{m/s} $。
（2）压力公式为 $ F = \Delta p · S $，先统一单位：
笔帽横截面积 $ S = 0.85\ \mathrm{cm}^2 = 0.85 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2 $，压强差 $ \Delta p = 1.3 × 10^4\ \mathrm{Pa} $，
则所需力 $ F = 1.3 × 10^4\ \mathrm{Pa} × 0.85 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2 = 1.105\ \mathrm{N} \approx 1.1\ \mathrm{N} $。
（3）当急救者从背后环抱患者并用力施压上腹部时，腹部体积减小，内部气体质量不变，根据“一定质量的气体，温度不变时，体积越小压强越大”的规律，腹内气体压强变大，压迫肺部使肺内气压增大，从而将堵塞气管的异物压出体外。
（4）笔帽通气孔的用途：使笔帽内外气压保持一致，人们使用笔时可轻松拔出笔，不会因笔帽内部气压低难以拔出；还可避免笔帽内形成负压导致笔芯墨水流出。
【答案】
(1) $ 20\ \mathrm{m/s} $；(2) $ 1.1\ \mathrm{N} $；(3) 当急救者从背后环抱患者，用力向患者上腹部施压时，腹部的体积变小，内部气体的量不变，压强变大，从而把异物压出体外；(4) 可以使笔帽内外的气压保持一致，人们在使用笔的时候就可以轻松拔出来，不会因为笔帽内部气压低而难以拔出笔。
【知识点】
气体流速与流量、压强差计算、气体压强与体积的关系
【点评】
本题将物理知识与生活急救、日常用品设计结合，考查学生对压强、气体相关规律的应用能力，贴近生活实际，难度适中，需掌握单位换算和物理规律的实际应用。
【难度系数】
0.5
