高中生物人教版 (2019)选择性必修1第2节 内环境的稳态教学设计

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一、内环境的稳态与调节机制1.内环境稳态(1)含义:正常机体通过调节作用,使各个器官、系统协调活动,共同维持内环境的相对稳定状态。(2)实质:内环境的组成成分和理化性质的动态平衡。(3)原因:外界环境的变化和体内细胞代谢活动的进行,使内环境的各种化学成分和理化性质不断变化。(4)内环境稳态的实例:人体体温的日变化正常情况下,不同人的体温,会因年龄、性别等的不同而存在着微小差异;同一个人的体温在一日内也有变化,但一般不超过1 ℃;健康人的体温始终接近37 ℃。
2.对稳态调节机制的认识
二、内环境稳态的重要意义(1)意义:内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件。(2)实例①体温、pH相对稳定——保证酶活性、细胞代谢的正常进行。②渗透压相对稳定——维持细胞的正常形态和功能。③内环境成分a.血糖含量和含氧量相对稳定——保证机体能量的供应。b.代谢废物的及时排出——防止机体中毒。[思考] 内环境稳态遭到破坏后,一定会发生代谢紊乱吗?答案:一定,因为内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件。
预习反馈1.判断(1)内环境保持相对稳定有利于机体适应外界环境的变化。( √ )(2)内环境稳态有利于新陈代谢过程中酶促反应的正常进行。( √ )(3)血浆中的 参与维持血浆pH的稳定。( √ )(4)血浆的成分稳定时,机体达到稳态。( × )
2.人体内环境相对稳定是健康的保障。由人体内环境成分发生明显变化而引起的病症是(　　)①小腿抽搐　②镰状细胞贫血　③尿毒症　④组织水肿A.①②③B.①③④C.①②④D.②③④解析:镰状细胞贫血是由基因突变而导致的细胞形态的变化,细胞及细胞结构均不属于内环境的成分;小腿抽筋是由于血浆中Ca+浓度降低所致;尿毒症是由于肾脏病变,导致内环境中尿素等超标;组织水肿是组织液大量增加所致。答案:B
3.人体稳态的调节能力是有一定限度的,下列现象属于内环境稳态失调的是(　　)A.寒冷时出现寒战B.从平原到高原,有的人出现肺水肿症状C.体内有轻微病原体感染时,白细胞数量增多D.干渴时,尿量明显减少解析:内环境稳态是指内环境的各种成分和理化性质保持相对稳定的状态。A、C、D三项中的现象均为人体正常生理现象,出现肺水肿是病理表现,说明内环境中渗透压平衡被破坏,组织液水分增多,内环境稳态被破坏,故B项正确。答案:B
三、实验:模拟生物体维持pH的稳定1.实验目的:通过比较自来水、缓冲液和肝匀浆在加入酸或碱后pH的变化,推测生物体是如何维持pH稳定的。2.实验原理本实验采用对比实验的方法,通过向自来水、缓冲液、肝匀浆中加入酸或碱溶液引起的pH不同变化,定性说明人体内液体环境与 缓冲液相似而不同于自来水,从而说明生物体具有维持pH相对稳定的机制。
3.实验流程ml/L的盐酸或NaOH溶液测定并记录一次pH,直至滴入30滴→以pH为纵轴、酸或碱的滴数为横轴将记录数据作图→比较并得出结论。
4.实验结果(1)对自来水的处理自来水组曲线①②分别表示用物质的量浓度都为0.1 ml/L的NaOH溶液和盐酸对自来水的处理。结果:滴加盐酸后,自来水的pH逐渐减小,滴加NaOH溶液后,自来水的pH逐渐增大。
(2)对缓冲液的处理缓冲液组结果:在一定范围内无论滴加盐酸或NaOH溶液,缓冲液的pH均保持相对稳定。
(3)对肝匀浆的处理生物材料组结果:在一定范围内无论滴加盐酸或NaOH溶液,生物材料的pH均保持相对稳定。
5.结论滴加盐酸后,自来水的pH逐渐减小;滴加NaOH溶液后,自来水的pH逐渐增大。无论滴加盐酸还是NaOH溶液,缓冲液和肝匀浆的pH均保持相对稳定。说明在一定范围内,生物材料的性质类似于缓冲液而不同于自来水,肝匀浆内含有缓冲物质,能够维持pH的相对稳定。
预习反馈1.判断(1)加入酸或碱时,要一滴一滴地加入,并严格控制滴数。( √ )(2)HCl和NaOH均有腐蚀性,要避免其与皮肤和眼睛接触。( √ )(3)冲洗烧杯一定要充分,否则将影响实验结果。( √ )(4)随便选取一种生物材料进行实验即可。( × )(5)加入酸、碱后要立即测定pH。( × )(6)绘制pH变化曲线时可用不同颜色的笔或实虚线标明。( √ )(7)绘制坐标曲线时要注明横轴、纵轴所代表的意义及相应单位。( √ )
2.取甲、乙两支试管,向甲内加入血浆,乙内加入等量蒸馏水,用pH试纸检测。然后,向甲、乙内各滴入等量的几滴盐酸或NaOH溶液。摇匀后,再用pH试纸检测。下列关于此实验的过程和结果的判断分析,不正确的是 (　　)A.“等量”是对照实验中对无关变量的要求,在这种条件下,实验结果才可靠B.“摇匀”使酸性或碱性物质充分与试管中的血浆或水混合,确保pH试纸检测结果的准确性C.结果是甲试管中血浆pH变化不明显,乙试管中蒸馏水的pH变化明显D.可见血浆中有缓冲物质,pH恒定不变解析:血浆中有缓冲物质,加入少量的酸或碱后,可以使pH保持相对稳定,但不是恒定不变,而且缓冲物质的缓冲能力是有一定限度的。答案:D
四、稳态概念的发展在生命系统的各个层次上都普遍存在着稳态,稳态已成为生命科学的一大基本概念。分子水平→基因表达的稳态、激素分泌的稳态、酶活性的稳态等↓细胞水平→细胞分裂和分化的稳态等↓器官水平→心脏活动(血压、心率)的稳态、消化腺分泌消化液的稳态等↓群体水平→种群数量变化的稳态、生态系统的结构和功能的稳态
内环境稳态的调节机制及意义情境导引结合下列两则资料,讨论解决下列问题。资料1:下图是某正常人与其父母的体温日变化曲线。
资料2:下表是某人血液生化六项的检查化验单。
1.通过资料1你能得出哪些结论?答案:(1)正常人的体温并不是一个固定值,而是一个温度范围,一般不超过1 ℃;而且,同一个人的体温随昼夜变化也不同。(2)不同年龄的人的体温有微小的差异,一般青年人高于老年人;不同性别的人的体温也有微小的差异,一般女性高于男性。2.为什么资料2中每一项成分的正常参考值都是一个范围?答案:内环境中的各种化学成分不是固定不变的,而是在一定范围内波动,且不同个体存在一定的差异。
3.结合人体的各种系统理解内环境稳态的调节机制。答案:与内环境稳态直接相关的系统是呼吸系统、消化系统、泌尿系统和循环系统;起调节作用的系统是神经系统、内分泌系统和免疫系统;各个器官、系统协调一致地正常运行是维持内环境稳态的基础。因此,维持稳态的主要调节机制是神经—体液—免疫调节网络。4.举例说明内环境稳态的意义。答案:(1)细胞代谢需要依靠氧化分解葡萄糖来提供能量,只有血糖浓度和血液中的含氧量保持在正常范围内,才能为这一反应提供充足的反应物。(2)细胞代谢的进行离不开酶,酶的活性又受温度、pH等因素的影响。只有温度、pH等都在适宜的范围内,酶才能正常地发挥催化作用。因此内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件。
归纳提升1.内环境的动态变化(1)内环境的温度、渗透压、酸碱度等理化性质及其各种成分都不是恒定不变的,而是处于一种动态平衡之中。(2)影响内环境稳态的因素①外因:外界环境的变化。②内因:体内细胞不断进行的代谢活动。(3)稳态的实质①是内环境成分和理化性质的稳态。②是一种动态平衡。
2.内环境稳态的调节机制(1)人体各个器官、系统协调一致地正常运行是维持内环境稳态的基础。①直接参与物质交换的器官与系统d.循环系统:血液是所有生命活动的“中转站”,它的成分能充分反映机体的健康状况。
②参与调节稳态的系统神经系统、内分泌系统和免疫系统,能及时感知内环境的变化,并做出反应加以调整,维持内环境稳定。(2)神经—体液—免疫调节网络是机体维持稳态的主要调节机制。
知识拓展内环境稳态失调与相关疾病
典例剖析下列有关内环境和稳态的叙述,正确的是(　　)A.若②为脑细胞,则a处的氧气浓度高于b处;若②为肌肉细胞,则a处的葡萄糖浓度高于b处B.内环境的稳态就是指①③④中温度、渗透压及pH的相对稳定C.①中的蛋白质含量高于④,其最终汇入血浆参与血液循环,若淋巴管阻塞会引起组织水肿D.在人体中,稳态的维持只需要神经系统和内分泌系统的调节
解析:若②为脑细胞,脑细胞会消耗氧气,故a处的氧气浓度高于b处,若②为肌肉细胞,血液流经肌肉会合成肌糖原,故a处的葡萄糖浓度高于b处,A项正确;内环境的稳态不仅包括内环境理化性质的稳定,也包括内环境成分和含量的稳定,B项错误;①淋巴液中的蛋白质含量低于④血浆,C项错误;人体稳态的维持需要神经系统、内分泌系统和免疫系统的调节,D项错误。答案:A
活学活练1.内环境稳态的维持要依靠机体的调节,但外界环境也会影响稳态,下列事实哪一项不是外界环境因素变化引起的?(　　)A.夏天长期待在空调房间容易引起“空调病”B.有人到青藏高原后会头疼乏力、血压升高C.人屏息一段时间后,呼吸运动会明显加强D.长期处于高温环境可能会引起“中暑”
解析:由于空调房间温度较低,使汗腺毛孔收缩,影响排汗等生理过程,同时与外界有较大温差,会引起内环境发生较大变化。青藏高原上空气稀薄,O2浓度较低,使大脑等组织细胞缺氧,提供的能量减少,而出现头昏乏力等症状。人屏住呼吸时,不与外界环境发生气体交换,从而使CO2大量积聚在血浆中,刺激呼吸中枢,进而使呼吸加快,但它不是外界环境变化引起的。由于外界温度过高,使人体代谢紊乱,从而引起“中暑”。答案:C
2.下列关于内环境稳态的相关叙述,正确的是(　　)A.神经—激素—免疫调节网络是机体维持稳态的主要调节机制B.血浆渗透压与蛋白质含量有关,与无机离子含量无关C.冬季有暖气的房间的温度过高影响体内酶的活性,导致稳态失衡,易患“暖气病”D.内环境的理化性质保持相对稳定仅是内环境稳态的一部分答案:D
3.内环境稳态是维持机体正常生命活动的必要条件,下列叙述错误的是(　　)A.内环境保持相对稳定有利于机体适应外界环境的变化B.内环境稳态有利于新陈代谢过程中酶促反应的正常进行C.维持内环境中Na+、K+浓度的相对稳定是机体进行正常生命活动所必需的D.内环境保持相对稳定状态,机体就能保持健康状态
解析:机体通过调节,保持内环境的相对稳定,以适应外界环境的变化,A项正确;新陈代谢过程中酶促反应的正常进行依赖于内环境的稳态,B项正确;维持内环境中Na+、K+浓度的相对稳定是内环境理化性质保持相对稳定的一个方面,内环境稳态是维持机体正常生命活动的必要条件,C项正确;内环境稳态是维持机体正常生命活动的必要条件,但机体出现健康问题并不都是内环境失调引起的,D项错误。答案:D
实验:模拟生物体维持pH的稳定情境导引分析实验“模拟生物体维持pH的稳定”,找出实验注意事项,分析实验现象及原因。1.该实验有误差吗?误差产生的原因是什么?答案:有误差。产生原因:(1)烧杯清洗不干净;(2)加入酸或碱后不摇动或摇动不均匀、不彻底;(3)加入酸或碱后不待其稳定就立即测pH等。
2.实验过程中,出现了很多次的“充分冲洗烧杯”,请你分析这样做的目的。答案:第一次“充分冲洗烧杯”是为了避免酸性物质(HCl)与碱性物质(NaOH)发生中和反应,使实验现象不明显,减少误差。第二次“充分冲洗烧杯”是为了避免残留的NaOH影响实验结果。第三次“充分冲洗烧杯”是为了防止不同的材料混合,影响实验效果。3.实验过程中腐蚀性物质使用注意事项及解决措施。答案:HCl和NaOH都有腐蚀性,应避免它与皮肤和眼睛接触,更不要入口。若有洒落或溅出,要立即用水冲洗,并告诉老师。
4.该实验中,缓冲液的pH变化为什么与自来水的不同?尝试对肝匀浆维持pH稳定的机制进行解释。答案:缓冲液中加入少量酸或碱后,pH变化不明显,原因是磷酸缓冲液中含有Na2HPO4和KH2PO4,其中KH2PO4溶液呈酸性,当加入少量NaOH时, 可以中和OH-;Na2HPO4呈碱性,当加入少量HCl时, 可中和H+。自来水则不含缓冲物质,因而加入酸、碱后pH变化明显。肝匀浆中含有缓冲对NaH2PO4/Na2HPO4、H2CO3/NaHCO3等,它们能够对酸碱度的变化起缓冲作用,此外,机体还可通过对生理活动进行调节来维持pH稳定。
归纳提升1.实验结论在一定范围内,肝匀浆的性质类似于缓冲液,不同于自来水,说明肝匀浆内含缓冲物质,因而能维持pH的相对稳定。2.注意事项(1)加入酸或碱时,要一滴一滴地加入,并严格控制滴数。(2)盐酸和NaOH溶液均有腐蚀性,应避免其与皮肤和眼睛接触。(3)冲洗烧杯一定要充分,否则将影响实验结果。(4)至少选两种生物材料进行实验。
3.机体维持pH相对稳定的原理机体维持pH相对稳定的主要原因是体液中含有缓冲物质,如NaH2PO4/Na2HPO4、H2CO3/NaHCO3等,它们能够对pH的变化起缓冲作用。此外,机体还可以通过对生理活动进行调节来维持pH稳定。(以H2CO3/NaHCO3缓冲对为例)(1)当酸性物质增加时
(2)当碱性物质(如Na2CO3)增加时由此可以看出,血浆pH的相对稳定是在神经调节和体液调节的共同作用下,通过循环、呼吸、泌尿等系统协调完成的,不是简单的“酸碱中和”反应。
典例剖析为了研究血浆能否维持pH稳定,某同学将血浆等量分装到2支洁净的试管甲、乙中,分别测定pH并记录;再向甲管中滴1滴质量分数为5%的HCl,乙管中滴1滴质量分数为1%的NaOH溶液,振荡1 min,再分别测定pH并记录。(1)试评价并完善此方案。  。 (2)有同学猜想血浆通过缓冲作用来维持pH的相对稳定,他需要的实验证据是   。 
解析:设计实验步骤时要遵循对照和单一变量的基本原则。本实验的目的是探究血浆能否维持pH稳定,探究思路是先测定血浆的pH,再分别滴加HCl和NaOH溶液,一段时间后测定pH的变化,若pH变化不大,则血浆能维持pH稳定,若pH变化较大,则血浆不能维持pH稳定。研究是否能维持pH稳定还应增设以蒸馏水为实验对象的对照组;若研究是否通过缓冲作用来维持pH的稳定,需增设一个以缓冲液为实验对象的对照组。答案:(1)缺少对照。应再增设一个以蒸馏水为实验对象的对照组,处理方法同甲、乙两组(2)增设一个以缓冲液为实验对象的对照组,处理方法同甲、乙两组,结果是加入HCl、NaOH溶液前后的pH也基本不变
活学活练1.下列关于人体内环境中pH调节的叙述,不正确的是(　　)A.人体血液pH通常在6~7之间B.血液中乳酸过多时,就与NaHCO3发生反应,生成乳酸钠和H2CO3C.血液中Na2CO3过多时,就与H2CO3结合形成NaHCO3D.血液中CO2过多会刺激神经中枢,促进呼吸活动将CO2排出答案:A
2.为了探究“人体内环境中pH的相对稳定是否是由于血浆中存在着缓冲物质”,请你设计一个探究实验,并回答下列问题。(1)实验材料及用具:家兔的血浆适量、蒸馏水、预先配制的缓冲液、量筒、试管若干支。模拟人体血浆内导致pH变化的主要物质是　　　　　　。此外,还必须以　　 　作为实验用具。 (2)实验步骤:①设置A、B两个实验组,每组取3支试管,并分别标记为1、2、3;②先向A组中的1、2、3试管分别加入　　　　　,再依次滴入等量的　　　　　　,测量pH并记录填表; ③B组:   。 (3)结果预测:A组:  。 B组:  。 (4)从以上两组实验结果的分析,可以得出的结论是    。