中高中一年级上学期《模型解释细胞的大小影响物质运输的效率》教学课件

第六章细胞的生命历程第1节细胞的增殖“模型解释细胞的大小影响物质运输的效率”实验教学高中生物学必修一本课教学目标：生命观念:科学思维:科学探究:社会责任:通过模拟的方法探究并明确细胞大小与物质运输的关系，探讨细胞不能无限长大的原因，形成结构与功能相适应的生命观念；通过对不同形态细胞大小的模拟分析，构建数学模型，培养科学思维；能够通过模型构建、实验验证等过程，养成实践精神、培养社会责任。认同“模型模拟的方法”也是研究的重要方法,进一步提升科学探究能力；本课教学重难点：细胞大小与物质运输的关系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，可以作为其中的一种解释。探究一：运用正方体模型模拟解释假设现在有三个大小不等的细胞，假设同种物质（如葡萄糖）在同种生物不同大小的细胞中的扩散速率是相同的。(P115)讨论如果假设细胞是正方体形态，请计算这三个“细胞”中物质扩散的体积与整体“细胞”体积的比值2mm2mm2mm4mm4mm4mm8mm8mm8mm表面积=

mm2体积=

mm3表面积=

mm2体积=

mm3表面积=

mm2体积=

mm324896643845121.530.75表面积/体积=表面积/体积=表面积/体积=

扩散效率

=葡萄糖扩散的体积整个细胞的体积探究一：运用正方体模型模拟解释模拟结果分析：正方体边长/mm

a正方体表面积/mm26a2正方体体积/mm3a3相对表面积（表面积

/体积）6a2/a3葡萄糖扩散的深度/mm扩散效率（葡萄糖扩散的体积/整个细胞的体积）20.540.580.5249638481.56430.755120.5a3-(a-2b)3a3逐渐减小逐渐减小逐渐增大0.8750.5780.330结论：细胞体积越大，相对表面积越小，细胞物质运输的效率就越低。探究一：运用正方体模型模拟解释细胞不能无限长大的原因分析：讨论1：细胞的表面积和体积的比值与细胞的大小有什么关系？细胞越小，表面积与体积的比值越大。讨论4：卵细胞体积大，不利于与外界进行物质交换，其体积大的意义是什么？卵细胞体积大，储存较多营养物质，为早期胚胎发育提供养料。核质比(细胞核的控制范围有限)：细胞核中的DNA不会随着细胞体积的扩大而增加。讨论5：细胞不能无限长大的其它原因解释现象1.原生动物细胞中的伸缩泡增大了膜表面积与体积的比。2.草履虫个体较大，细胞中有两个细胞核，保证正常的核质比。大核小核伸缩泡伸缩泡探究一：运用正方体模型模拟解释细胞不能无限长大的原因分析：讨论2：从物质运输的效率看，细胞为什么不能太大？细胞越大，表面积与体积的比值越小，物质运输的效率就越低。讨论3：细胞越小，越有利于细胞与外界的物质交换，细胞体积是不是越小越好？不是，细胞体积最小限度，是由完成细胞功能所必须的基本结构和物质所需要的空间决定的。讨论4：卵细胞体积大，不利于与外界进行物质交换，其体积大的意义是什么？卵细胞体积大，储存较多营养物质，为早期胚胎发育提供养料。核质比(细胞核的控制范围有限)：细胞核中的DNA不会随着细胞体积的扩大而增加。讨论5：细胞不能无限长大的其它原因解释现象1.原生动物细胞中的伸缩泡增大了膜表面积与体积的比。2.草履虫个体较大，细胞中有两个细胞核，保证正常的核质比。大核小核伸缩泡伸缩泡

如果把细胞看做是个球体，半径是R。X表示细胞表面积与体积的比(相对表面积,即S球/V球)。H表示物质扩散进入细胞的深度。物质运输效率可以用单位时间物质扩散进入细胞的体积与细胞总体积之比来表示，即Y=物质进入体积/总体积，根据图示写出表达式并建立X与Y之间的关系。探究二：运用球体模型模拟解释H

R

如果把细胞看做是个球体，半径是R。X表示细胞表面积与体积的比(相对表面积,即S球/V球)。H表示物质扩散进入细胞的深度。物质运输效率可以用单位时间物质扩散进入细胞的体积与细胞总体积之比来表示，即Y=物质进入体积/总体积，根据图示写出表达式并建立X与Y之间的关系。探究二：运用球体模型模拟解释H

R

如果把细胞看做是个球体，半径是R。X表示细胞表面积与体积的比(相对表面积,即S球/V球)。H表示物质扩散进入细胞的深度。物质运输效率可以用单位时间物质扩散进入细胞的体积与细胞总体积之比来表示，即Y=物质进入体积/总体积，根据图示写出表达式并建立X与Y之间的关系。H

R

得出结论：细胞越大，相对表面积越小，物质运输的效率越低。实验目的：

实验原理：探究三：旧教材实验：探究细胞大小与物质运输的关系模拟探究细胞大小，即细胞的表面积与体积之比，与物质运输效率之间的关系。NaOH和酚酞相遇呈紫红色，可以将含酚酞的琼脂块浸泡在氢氧化钠溶液中，在一定时间内观察并计算氢氧化钠在琼脂块内扩散的效率。实验材料用具：探究细胞大小与物质运输的关系1、NaOH具有腐蚀性，操作时需小心谨慎。2、实验结果数据测量不准确，增大误差。3、染色的动态过程不明显。旧教材实验操作注意事项：含酚酞的琼脂块、毫米尺、纸巾、烧杯、质量分数0.1%的NaOH溶液等探究细胞大小与物质运输的关系细胞大小与物质运输的关系切成不同大小的含酚酞的琼脂方块放入NaOH溶液中浸泡实验流程图示：慢慢地，含酚酞的琼脂随着NaOH溶液的扩散变红擦干表面后，切开琼脂块你发现了什么？浸泡相同时间后取出琼脂块建议改进材料进行实验

1.将白凉粉切成边长分别为3cm、2cm、1cm的正方体小块。2.制备红墨水稀释液并放入烧杯，用恒温水浴锅加热到60℃保温处理。3.将切好的3块白凉粉放在已经稀释并保温处理的红墨水中，浸泡15分钟，用塑料勺不时翻动凉粉块。（不要用勺子将凉粉块切开或挖动其表面）4.戴上手套，用塑料勺将凉粉块从红墨水中取出来。放在吸水纸上并用纸巾吸干。用刀片把凉粉块切成两半。观察切面，测量每一块上红墨水扩散的深度。探究四：小结：教材解惑：新教材为什么删除“细胞大小与物质运输的关系”实验？细胞不能无限长大的主要原因：1、受细胞相对表面积关系制约2、受细胞核中遗传物质的控制能力制约3、受细胞骨