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一、渗透作用的实验

细胞的物质输入和输出 · 高一
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散现象,本质是溶剂分子顺相对含量梯度跨膜运输。

从哪来 基于“一、细胞膜(质膜)”的结构特性(具有选择透过性,可模拟半透膜功能)以及“一、蛋白质——生命活动的主要承担者”中膜蛋白作为通道或载体协助物质跨膜运输的功能基础。

为什么 渗透作用发生的根本动力是水分子的化学势差(通俗理解为水分子相对含量差)。 1. 半透膜的存在:只允许水分子通过,不允许溶质分子通过,导致膜两侧溶质浓度不同。 2. 分子运动论:水分子在不停做无规则热运动。在纯水中,水分子向两侧运动的概率相等;在溶液中,由于溶质占据了部分空间,单位体积内水分子数量减少。 3. 净流动方向:水分子从水分子相对含量高(溶液浓度低)的一侧,向水分子相对含量低(溶液浓度高)的一侧扩散,直到两侧水势平衡或受到压力势抵消。

讲法
类比法:拥挤的走廊 适合形象思维强、对抽象概念理解困难的学生。 想象一条走廊被一道栅栏(半透膜)分成左右两半。左边只有空气(纯水),右边挤满了人(溶质)。虽然空气和人都在动,但空气分子更容易穿过栅栏缝隙跑到右边去“稀释”人群,而人太大过不去。结果就是空气从左边大量涌向右边,导致右边气压升高。这就是渗透:水分子从“空旷”的地方流向“拥挤”的地方。
讲法
数学概率法:浓度即概率 适合逻辑严密、擅长理科推导的学生。 渗透不是水被“吸”过去的,而是概率游戏。假设膜左侧100个分子中有99个是水,右侧100个分子中有50个是水。 单位时间内,左侧水分子穿过膜向右的概率是99%,右侧水分子穿过膜向左的概率是50%。 净流量 = 99% - 50% = 49%(向右)。 只要两侧水分子比例不同,净流量就不为零。这就是为什么水总是流向浓度高的一侧。
讲法
实验现象反推法:漏斗液面变化 适合动手能力强、喜欢观察实验现象的学生。 直接看教材经典实验:长颈漏斗内装蔗糖溶液,烧杯内装清水,中间用半透膜隔开。 现象:漏斗内液面上升。 提问:为什么液面会上升? 推导:因为水分子进入漏斗的速度 > 出来的速度。 追问:为什么进去的多? 结论:因为漏斗内蔗糖多,水分子少(相对含量低),烧杯内水分子多(相对含量高)。水从多流向少。
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练一道
基础题
将装有0.3g/mL蔗糖溶液的长颈漏斗倒置在清水中,半透膜只允许水分子通过。请描述漏斗内液面的变化趋势,并解释原因。
变式
若将上述实验中的蔗糖溶液换成0.3g/mL的葡萄糖溶液,且半透膜允许葡萄糖分子通过,请描述漏斗内液面的变化。
试试手自己判
检测题
将洋葱表皮细胞置于0.3g/mL的蔗糖溶液中,观察到质壁分离现象。若随后将该细胞置于清水中,观察到质壁分离复原。请从渗透作用的角度,解释这两个过程中水分子跨膜运输的方向变化。
看答案和判分标准
答案:1. 质壁分离过程:外界蔗糖溶液浓度 > 细胞液浓度。水分子相对含量高在细胞液侧,净流向为从细胞液流向外界溶液,细胞失水,原生质层收缩,发生质壁分离。 2. 质壁分离复原过程:外界清水浓度 < 细胞液浓度。水分子相对含量高在外界清水侧,净流向为从外界清水流向细胞液,细胞吸水,原生质层膨胀,发生质壁分离复原。
判对标准:
- 必须指出两个过程中水分子净流动的方向(失水/吸水)。
- 必须正确判断两侧水分子相对含量(或溶液浓度)的高低关系。
- 必须联系到原生质层作为半透膜的功能。
- 仅回答“水从低浓度到高浓度”而未指明具体方向或浓度比较的,不得分。
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