实验04 研究细胞大小与物质扩散的关系（讲义）生物北师大版2024七年级上册

实验04 研究细胞大小与物质扩散的关系 实验目标透析：课标解读+重点先知，精识目标 教材知识链接：教材解析+知识渗透，融会贯通 实验过程精讲：实验全析全解，全面掌握 实验要点速记：要点解析+典例精讲，重点提升 实验提升专练：真题感知+模拟提升，双向突破 2022新课标 课标解读 收集有关细胞研究进展方面的资料并进行交流和分享 1.收集实验数据，分析数据 2.认识细胞体积大小与物质扩散的关系 重点先知： 1.收集实验数据，分析数据 2.认识细胞体积大小与物质扩散的关系 新旧教材对比 新教材删掉了旧教材的“研究细胞体积与表面积的关系”这个活动，该活动在新教材的“研究细胞大小与物质扩散的关系”活动步骤1体现，而这个活动在旧教材为建议活动。这样安排去繁就简，直接从细胞大小与物质扩散的关系进行探究，避免重复计算细胞体积。 一、目的要求： 1.收集实验数据，分析数据 2.认识细胞体积大小与物质扩散的关系 二、材料器具： 6cm×3cm×3cm×酚酞琼脂块，250ml的烧杯，塑料勺，塑料餐具，直尺，纸巾，150ml质量分数为0.1％的氢氧化钠溶液，等等。 注：酚酞是一种白色物质，微溶于水，易溶液酒精。酚酞—酒精溶液常用酸碱指示剂，遇酸为无色，遇碱为红色。 三、方法步骤： 1.准备酚酞琼脂块，用刀将酚酞琼脂块切成三块边长分别为常用1cm、2cm、3cm的立方体，分别计算不同大小立方体的表面积与体积的比例。 说明：不同边长的立方体代表不同体积的细胞。 边长/cm 表面积/cm2 体积/cm3 表面积/体积 1 6 1 6 2 24 8 3 3 54 27 2 通过计算可知，随着细胞体积增加，表面积与体积的比例下降。 2.把切好的酚酞琼脂块放入烧杯中，加入质量分数为0.1％的氢氧化钠溶液将琼脂块淹没，并用塑料勺翻动琼脂块10min。 注：用塑料勺翻动琼脂块10min，目的是让氢氧化钠溶液从琼脂块各个面充分进入内部。 注意：氢氧化钠溶液对人的皮肤和衣服有腐蚀性。操作时，应戴好防护手套和护目镜，避免溶液接触皮肤和眼睛，更不能入口。若泼洒出来，立即报告老师，并用水冲洗。 3.10min后，用塑料勺将琼脂块从氢氧化钠溶液中取出来，放在纸巾上，用纸巾吸干表面的溶液。 4.待琼脂块表面无液体后，用刀将每一个琼脂块切成两半。观察琼脂块切面的颜色变化，变色部分代表氢氧化钠扩散的深度。用直尺测量并记录每一琼脂块中上氢氧化钠扩散的深度，将测量结果记录在下表中。 棱长/cm 琼脂块体积/cm3 着色厚度/mm 未着色厚度/mm 1 6 2 24 3 54 四、讨论 1.相同时间内，不同大小琼脂块的着色厚度有什么规律？ 2.细胞大小与细胞的物质扩散有什么关系？ 小结：氢氧化钠溶液在不同大小的琼脂块中的扩散速度是相同的，但氢氧化钠溶液到达琼脂块中心所需时间不同，体积小的用时较短。较小的细胞具有较大的表面积，有助于细胞进行物质交换。因此，细胞可以生长，但不能无限长大。 一、细胞生长到一定体积要进行分裂的原因 随着细胞体积增加，表面积与体积的比例下降。较小的细胞具有较大的表面积，有助于细胞进行物质交换。因此，细胞可以生长，但不能无限长大。 【典例01】1．细胞大小和物质运输关系：科学家通过模拟实验探究细胞大小与物质运输的关系，结果如图所示。网格部分表示NaOH扩散的区域，空白部分表示琼脂块未被NaOH扩散的区域。下列叙述正确的是（    ） A．浸泡时用勺子翻动琼脂，若挖动其表面对实验结果亦无影响 B．NaOH在边长1cm的琼脂块内扩散的速率最大 C．本实验可说明，细胞体积越小，其相对表面积越小，物质运输的效率就越高 D．NaOH扩散进琼脂块的体积与琼脂块总体积之比可以反映细胞的物质运输效率 二、实验改进 1.氢氧化钠溶液有腐蚀性，可以用淀粉代替酚酞，碘液替代氢氧化钠溶液。 2.塑料勺容易弄破琼脂块，可以用塑料小网替代。 【典例02】【实验】细胞大小与物质运输的关系 (1)实验原理 ①含酚酞的琼脂块＋NaOH →变为 色。 ②琼脂块的大小模拟 。 ③NaOH扩散体积与琼脂块总体积的比值，可模拟细胞大小与物质 之间的关系。 (2)实验结论 ①相同时间内，NaOH在每一块琼脂块内扩散的深度基本相同，说明NaOH在每一块琼脂块内扩散的速率是 的。 ②NaOH扩散体积与整个琼脂块体积之比随琼脂块的增大而 ，说明NaOH的运输效率随琼脂块的增大而 。 名校模拟提升练 1．细胞不能无限长大的原因之一是细胞大小影响物质运输效率。下列有关叙述错误的是（    ） A．细胞越大，细胞的表面积与体积的比值就越小 B．细胞中物质扩散的体积与细胞体积的比值可代表物质运输效率 C．细胞越小，物质在细胞中的扩散速率越大，运输效率就越高 D．细胞完成各项生理活动需要一定的空间，细胞的体积不宜过小 2．下列有关细胞体积的叙述中，正确的是（    ） A．大的细胞一定比小的细胞结构复杂 B．生物体的体积越大其细胞体积也越大 C．细胞体积越小其表面积与体积比越大 D．细胞体积小不利于完成各项生命活动 3．下列关于“细胞大小与物质运输的关系”实验的叙述，不正确的是（    ） A．该模拟实验中，NaOH扩散的深度不同可以表示细胞的物质运输效率不同 B．实验结果表明每一块琼脂小块上NaOH扩散的速率相同 C．细胞的表面积与体积之比越大，物质运输效率越高 D．实验所用的琼脂小块上含有酚酞，NaOH和酚酞相遇，呈紫红色 4．下列有关细胞不能无限长大的原因的叙述中，不正确的是（    ） A．与细胞表面积和体积的关系有关 B．相对表面积越大，物质运输效率越大 C．细胞体积过大不利于细胞的物质运输 D．细胞内细胞器种类的限制 5．下列关于“细胞大小与物质运输的关系”实验的叙述，错误的是（    ） A．用不同大小的含酚酞的琼脂块来模拟不同大小的细胞 B．NaOH 在体积不同的琼脂块内扩散的速率不同 C．琼脂块的表面积与体积之比随着琼脂块的增大而减小 D．通过计算紫红色区域的体积与整个琼脂块的体积之比，能反映NaOH进入琼脂块的效率 6．下列关于“细胞大小与物质运输的关系”实验的叙述，正确的是（    ） A．琼脂块的表面、大小分别模拟了细胞膜的表面、细胞的大小 B．NaOH在琼脂块内扩散的速率与其体积有关 C．琼脂块的相对表面积随着其体积的增大而增大 D．实验证明细胞的大小与物质运输的效率无关 7．大多数细胞都很小，边长不到10­-5m，其意义是 ( ) A．有利于物质交换 B．代谢旺盛 C．生活力强 D．分裂更快 8．下列有关细胞体积的叙述，错误的是（　　） A．生物体体积越大，其细胞体积也越大 B．与原核细胞相比，真核细胞体积一般较大 C．细胞体积越小，其表面积与体积比值越大D．表面积与体积比值大，有利于完成各项生命活动 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 实验04 研究细胞大小与物质扩散的关系 实验目标透析：课标解读+重点先知，精识目标 教材知识链接：教材解析+知识渗透，融会贯通 实验过程精讲：实验全析全解，全面掌握 实验要点速记：要点解析+典例精讲，重点提升 实验提升专练：真题感知+模拟提升，双向突破 2022新课标 课标解读 收集有关细胞研究进展方面的资料并进行交流和分享 1.收集实验数据，分析数据 2.认识细胞体积大小与物质扩散的关系 重点先知： 1.收集实验数据，分析数据 2.认识细胞体积大小与物质扩散的关系 新旧教材对比 新教材删掉了旧教材的“研究细胞体积与表面积的关系”这个活动，该活动在新教材的“研究细胞大小与物质扩散的关系”活动步骤1体现，而这个活动在旧教材为建议活动。这样安排去繁就简，直接从细胞大小与物质扩散的关系进行探究，避免重复计算细胞体积。 一、目的要求： 1.收集实验数据，分析数据 2.认识细胞体积大小与物质扩散的关系 二、材料器具： 6cm×3cm×3cm×酚酞琼脂块，250ml的烧杯，塑料勺，塑料餐具，直尺，纸巾，150ml质量分数为0.1％的氢氧化钠溶液，等等。 注：酚酞是一种白色物质，微溶于水，易溶液酒精。酚酞—酒精溶液常用酸碱指示剂，遇酸为无色，遇碱为红色。 三、方法步骤： 1.准备酚酞琼脂块，用刀将酚酞琼脂块切成三块边长分别为常用1cm、2cm、3cm的立方体，分别计算不同大小立方体的表面积与体积的比例。 说明：不同边长的立方体代表不同体积的细胞。 边长/cm 表面积/cm2 体积/cm3 表面积/体积 1 6 1 6 2 24 8 3 3 54 27 2 通过计算可知，随着细胞体积增加，表面积与体积的比例下降。 2.把切好的酚酞琼脂块放入烧杯中，加入质量分数为0.1％的氢氧化钠溶液将琼脂块淹没，并用塑料勺翻动琼脂块10min。 注：用塑料勺翻动琼脂块10min，目的是让氢氧化钠溶液从琼脂块各个面充分进入内部。 注意：氢氧化钠溶液对人的皮肤和衣服有腐蚀性。操作时，应戴好防护手套和护目镜，避免溶液接触皮肤和眼睛，更不能入口。若泼洒出来，立即报告老师，并用水冲洗。 3.10min后，用塑料勺将琼脂块从氢氧化钠溶液中取出来，放在纸巾上，用纸巾吸干表面的溶液。 4.待琼脂块表面无液体后，用刀将每一个琼脂块切成两半。观察琼脂块切面的颜色变化，变色部分代表氢氧化钠扩散的深度。用直尺测量并记录每一琼脂块中上氢氧化钠扩散的深度，将测量结果记录在下表中。 棱长/cm 琼脂块体积/cm3 着色厚度/mm 未着色厚度/mm 1 6 2 24 3 54 四、讨论 1.相同时间内，不同大小琼脂块的着色厚度有什么规律？ 2.细胞大小与细胞的物质扩散有什么关系？ 小结：氢氧化钠溶液在不同大小的琼脂块中的扩散速度是相同的，但氢氧化钠溶液到达琼脂块中心所需时间不同，体积小的用时较短。较小的细胞具有较大的表面积，有助于细胞进行物质交换。因此，细胞可以生长，但不能无限长大。 一、细胞生长到一定体积要进行分裂的原因 随着细胞体积增加，表面积与体积的比例下降。较小的细胞具有较大的表面积，有助于细胞进行物质交换。因此，细胞可以生长，但不能无限长大。 【典例01】1．细胞大小和物质运输关系：科学家通过模拟实验探究细胞大小与物质运输的关系，结果如图所示。网格部分表示氢氧化钠溶液扩散的区域，空白部分表示琼脂块未被氢氧化钠溶液扩散的区域。下列叙述正确的是（    ） A．浸泡时用勺子翻动琼脂，若挖动其表面对实验结果亦无影响 B．NaOH在边长1cm的琼脂块内扩散的速率最大 C．本实验可说明，细胞体积越小，其相对表面积越小，物质运输的效率就越高 D．氢氧化钠溶液扩散进琼脂块的体积与琼脂块总体积之比可以反映细胞的物质运输效率 【答案】D 【分析】探究细胞大小与物质运输的关系时，可采用琼脂块、氢氧化钠溶液、酚酞作实验材料，观察氢氧化钠溶液在琼脂中的扩散速度。探究细胞表面积与体积之比，与物质运输速率之间的关系：体积越大，相对表面积越小，物质运输的效率越低； 【详解】A、用勺子翻动琼脂时会导致琼脂块表面破损，这会影响氢氧化钠溶液扩散的体积，从而影响实验结果，A错误；B、氢氧化钠溶液在不同的琼脂块中扩散的速率是相同的，B错误；C、本实验可说明，细胞体积越小，其相对表面积越大，物质运输的效率就越高，C错误；D、氢氧化钠溶液扩散进琼脂块的体积与琼脂块总体积之比可以反映细胞的物质运输效率，D正确。故选D。 二、实验改进 1.氢氧化钠溶液有腐蚀性，可以用淀粉代替酚酞，碘液替代氢氧化钠溶液。 2.塑料勺容易弄破琼脂块，可以用塑料小网替代。 【典例02】【实验】细胞大小与物质运输的关系 (1)实验原理 ①含酚酞的琼脂块＋氢氧化钠溶液 →变为 色。 ②琼脂块的大小模拟 。 ③NaOH扩散体积与琼脂块总体积的比值，可模拟细胞大小与物质 之间的关系。 (2)实验结论 ①相同时间内，氢氧化钠溶液在每一块琼脂块内扩散的深度基本相同，说明氢氧化钠溶液在每一块琼脂块内扩散的速率是 的。 ②NaOH扩散体积与整个琼脂块体积之比随琼脂块的增大而 ，说明氢氧化钠溶液的运输效率随琼脂块的增大而 。 【答案】(1)紫红 细胞大小 运输效率(2)相同 减小 降低 【解析】略 名校模拟提升练 1．细胞不能无限长大的原因之一是细胞大小影响物质运输效率。下列有关叙述错误的是（    ） A．细胞越大，细胞的表面积与体积的比值就越小 B．细胞中物质扩散的体积与细胞体积的比值可代表物质运输效率 C．细胞越小，物质在细胞中的扩散速率越大，运输效率就越高 D．细胞完成各项生理活动需要一定的空间，细胞的体积不宜过小 【答案】C 【分析】细胞不能无限长大的原因：细胞体积越大，其表面积与体积的比值越小，物质运输的效率就越低；另外，细胞核中DNA是有限的，其能够控制的细胞质的范围有限，所以细胞大小还受细胞核控制范围的影响。 【详解】A、细胞越大，细胞的表面积与体积的比值就越小，A正确；B、细胞中物质扩散的体积与细胞体积的比值可代表物质运输效率，B正确；C、物质在细胞中的扩散速率是一定的，假定某种物质通过细胞膜后，向内扩散一定深度（例如0.5mm），则细胞越小，细胞中物质扩散的体积与整个细胞体积的比值越大，物质运输的效率越高，C错误；D、细胞不是越小越好，因为细胞中有众多必需物质和细胞器，细胞太小，就没有足够的空间，细胞就不能进行相应的生命活动，发挥出相应的生理功能，所以，细胞完成各项生理活动需要一定的空间，细胞的体积不宜过小，D正确。故选C。 2．下列有关细胞体积的叙述中，正确的是（    ） A．大的细胞一定比小的细胞结构复杂 B．生物体的体积越大其细胞体积也越大 C．细胞体积越小其表面积与体积比越大 D．细胞体积小不利于完成各项生命活动 【答案】C 【分析】细胞不能无限长大的原因有很多，细胞的大小影响物质运输的效率。 【详解】A、生物的细胞的基本结构是细胞膜、细胞质和细胞核，大的细胞不一定比小的细胞复杂，A错误；B、不同生物体体积差别很大，但是细胞的体积相差不大，B错误；C、通过模拟实验可以看出，细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞的物质运输的效率就越低，所以细胞体积越小，其表面积与体积的比例越大，C正确；D、细胞体积小，相对表面积越大，有利于完成各项生命活动，D错误。故选C。 3．下列关于“细胞大小与物质运输的关系”实验的叙述，不正确的是（    ） A．该模拟实验中，扩散的深度不同可以表示细胞的物质运输效率不同 B．实验结果表明每一块琼脂小块上氢氧化钠溶液扩散的速率相同 C．细胞的表面积与体积之比越大，物质运输效率越高 D．实验所用的琼脂小块上含有酚酞，氢氧化钠溶液和酚酞相遇，呈紫红色 【答案】A 【分析】探究细胞表面积与体积之比，与物质运输速率之间的关系：体积越大，相对表面积越小，物质运输的效率越低；实验中测量不同大小的琼脂块上氢氧化钠溶液扩散的深度相同；实验所用的琼脂小块上含有酚酞，氢氧化钠溶液和酚酞相遇，呈紫红色。 【详解】A、该模拟实验中，氢氧化钠溶液扩散的深度相同，但是扩散的体积不同，可以表示细胞的物质运输效率不同，A错误；B、实验中测量不同大小的琼脂块上氢氧化钠溶液扩散的深度相同，表明每一块琼脂小块上氢氧化钠溶液扩散的速率相同，B正确；C、细胞的表面积与体积之比越大，细胞体积越小，物质运输效率越高，C正确；D、实验所用的琼脂小块上含有酚酞，氢氧化钠溶液和酚酞相遇，呈紫红色，根据紫红色的深度判断氢氧化钠溶液的扩散深度，D正确。故选A。 4．下列有关细胞不能无限长大的原因的叙述中，不正确的是（    ） A．与细胞表面积和体积的关系有关 B．相对表面积越大，物质运输效率越大 C．细胞体积过大不利于细胞的物质运输 D．细胞内细胞器种类的限制 【答案】D 【分析】细胞不能无限长大的原因：（1）细胞中细胞核所控制的范围有限，所以一般细胞生长到一定体积就会分裂；（2）细胞的表面积与体积的比值叫做相对面积，细胞越小该比值越大，细胞与外界的物质交换速率越快，有利于细胞的生长。 【详解】ABC、细胞物质的运输效率与细胞的表面积和体积比有关，细胞体积越大，细胞的表面积和体积比越小，物质运输的效率越低，A、B、C正确；D、细胞核是代谢的控制中心，细胞不能无限长大与细胞核所能控制的范围有关，与各种细胞器种类和数目无关，D错误。故选D。 5．下列关于“细胞大小与物质运输的关系”实验的叙述，错误的是（    ） A．用不同大小的含酚酞的琼脂块来模拟不同大小的细胞 B．氢氧化钠溶液 在体积不同的琼脂块内扩散的速率不同 C．琼脂块的表面积与体积之比随着琼脂块的增大而减小 D．通过计算紫红色区域的体积与整个琼脂块的体积之比，能反映NaOH进入琼脂块的效率 【答案】B 【分析】探究“细胞大小与物质运输的关系”的实验的目的是通过探究细胞表面积与体积之比，与物质运输速率之间的关系，探讨细胞不能无限长大的原因；实验中测量不同大小的琼脂块上NaOH扩散的深度相同；通过模拟实验可看出，细胞体积越小，其相对表面积越大，细胞的物质运输效率就越高；实验用的琼脂小块上含有酚酞，氢氧化钠溶液和酚酞相遇，呈紫红色。 【详解】A、用不同大小的含酚酞的琼脂块来模拟不同大小的细胞，A正确；B、氢氧化钠溶液在体积不同的琼脂块内扩散的速率相同，B错误；C、琼脂块的表面积与体积之比，即表面积，随着琼脂块的增大而减小，C正确；D、通过计算紫红色区域的体积与整个琼脂块的体积之比，能反映氢氧化钠溶液进入琼脂块的效率，D正确。故选B。 6．下列关于“细胞大小与物质运输的关系”实验的叙述，正确的是（    ） A．琼脂块的表面、大小分别模拟了细胞膜的表面、细胞的大小 B．氢氧化钠溶液在琼脂块内扩散的速率与其体积有关 C．琼脂块的相对表面积随着其体积的增大而增大 D．实验证明细胞的大小与物质运输的效率无关 【答案】A 【分析】探究细胞表面积与体积之比与物质运输速率之间的关系。体积越大，相对表面积越小，物质运输的效率越低；实验中测量不同大小的琼脂块上NAOH扩散的深度相同；实验所用的琼脂小块上含有酚酞，氢氧化钠溶液和酚酞相遇呈紫红色。 【详解】A、实验中琼脂块的表面、大小分别模拟了细胞膜的表面、细胞的大小，A正确；B、氢氧化钠溶液在琼脂块内扩散的速率是相同的，与其体积无关，B错误；C、琼脂块的相对表面积随着其体积的增大而减小，C错误；D、实验证明细胞的大小与物质运输的效率有关，且体积越大，相对表面积越小，物质运输效率越低，D错误。故选A。 7．大多数细胞都很小，边长不到10­-5m，其意义是 ( ) A．有利于物质交换 B．代谢旺盛 C．生活力强 D．分裂更快 【答案】A 【分析】细胞越大，需要与外界环境交流的物质越多；但是细胞体积越大，其表面积相对越小，细胞与周围环境之间物质交流的面积相对小了，所以物质运输的效率越低。细胞大小与物质运输速率的关系是成正比。 【详解】较小细胞的表面积则相对较大，更易于保证细胞与外界进行物质交换，从而保证细胞正常的生命活动，A正确，BCD错误。故选A。 8．下列有关细胞体积的叙述，错误的是（　　） A．生物体体积越大，其细胞体积也越大 B．与原核细胞相比，真核细胞体积一般较大 C．细胞体积越小，其表面积与体积比值越大D．表面积与体积比值大，有利于完成各项生命活动 【答案】A 【分析】细胞不能无限长大的原因：①受细胞表面积与体积之比限制（细胞体积越小，其相对表面积越大，物质运输效率越低）；②受细胞核控制范围限制。 【详解】A、细胞体积与生物体体积没有必然的联系，因此并非生物体体积越大，其细胞体积也越大，A错误；B、与原核细胞（一般1～10um）相比，真核细胞（1～100um）体积一般较大，B正确；C、细胞的表面积与体积的比值叫做相对表面积，细胞体积越小，其表面积与体积比值越大，C正确；D、细胞体积越小，其表面积与体积比值越大，即相对表面积越大，越有利于物质运输，完成各项生命活动，D正确。故选A。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$