1、1第 2 课时 肺泡与血液的气体交换重难点 肺泡与血液的气体交换(重、难点)重、难点分析：肺泡与血液中的气体的交换过程，涉及物理学的扩散原理和生物学的细胞呼吸等知识，学生不易理解。突破方案：1举例妈妈做饭时的饭菜香，学生就容易理解，气体的扩散原理。2通过阅读分析实验数据，学生就知道吸入氧气，呼出二氧化碳，说明人体内也进行了呼吸作用。3展示肺泡模型，让学生对于肺泡与血液进行气体交换的结构有所了解。4通过画肺泡结构，进一步认识肺泡与血液进行气体交换的原因。1组织里的气体交换(动画设计)2肺内交换(动画设计)3发生在肺内的气体交换(视频)4肺泡5肺泡与血液之间的气体交换示意图6肺泡里的气体交换复习导
2、入 教师：上节课我们学习了人体吸入气体的过程及原理，那么气体到达肺部以后发生什么变化？又是如何到达全身各处的呢？今天我们就来研究这方面的内容。(板书：肺泡与血液的气体交换)问题导入 分析呼出去气体成分与在大气中的含量，氧气的含量减少，二氧化碳的含量增加。这种变化是怎么发生的呢？分析导入 分析呼出去气体成分与在大气中的含量，氧气的含量减少，二氧化碳的含量增加。这种变化是怎么发生 的呢？气体成分 氮气 氧气 二氧化碳 水 其他 气体在大气中的含量(%) 78 21 0.03 0.07 0.9在呼出气体中的含量(%) 78 16 4 1.1 0.91吸入气、呼出气和肺泡气吸入气、呼出气和肺泡气人体吸
3、入的空气中，气体的种类很多，但主要的是氧（O 2）、二氧化碳（CO 2）、氮（N 2）三种，具有生理作用的只有 O2 和 CO2。N 2所占的容积百分比虽然很大，但是由于它对人体既无用也无害，在讨论气体交换时可以暂不考虑。现将吸入气、呼出气和肺泡气中各种气体的容积百分比列表如下：2气体成分 吸入气 呼出气 肺泡气O2 20.96 16.4 14.3CO2 0.04 4.1 5.6N2 79.00 79.5 80.1合计 100.00 100.00 100.00从表中可以看出，由肺内呼出的气体，其种类与吸入的气体相同，但各种其他的容积百分比已经改变，主要是 O2减少而 CO2增加。存在与肺泡内的
4、气体，其各种其他的容积百分比与呼出的气体不同，O 2的百分比更少，而 CO2更多。在吸入气体中，O 2约占 21%，而肺泡中的氧仅占 14.3%，两者比较，表明已有 6.7%的 O2扩散入血液中，被组织细胞所利用。而在吸入的新鲜空气中，CO 2的容积仅占气体总容积的万分之四，几乎可以忽略不计，但在肺泡气中却占 5.6%，这表明这些 CO2完全是由组织细胞所产生的。N 2在呼吸过程中原无增减，但表中三种情况下的 N2百分比不同，这是由于受其他两种气体的百分比的影响，只是相对地起了变化，其绝对值并无变动。至于呼出气与肺泡气的不同，是由于每次呼出气中，开始的一部分是上次吸入的新鲜空气存留在呼吸道中的
5、，因此这种不同，实际上是呼吸道内存留的气体和肺泡气混合的结果。二、气体交换气体在肺泡处的交换 是通过肺泡和毛细血管壁进行的。气体在组织内的交换也通过毛细血管壁进行。气体是怎样进行交换的呢？气体分子不论在气体状态或溶解在体液中，都在不断地运动，具有扩散性。一种气体总是由多的地方向少的地方扩散，即总是由浓度高的地方向浓度低的地方扩散，直到平衡为止。气体的浓度与压力有关，浓度高压力越大，浓度低压 力越小。因此也可以说，气体是由压力高的地方向压力低的地方扩散的。气体在肺泡和在组织内的交换，都是通过这种扩散作用实现的。三、气体在血液中的运输氧和二氧化碳在血液中是以物理溶解 和化学结合两种形式运输的。在正
6、常氧分压条件下，以物理溶解形式运输的氧量是很少的。绝大部分的氧，先溶解于血浆，再扩散到红细胞内，与血红蛋白结合生成氧合血红蛋白后才进行运输的。氧的化学结合，就是指氧和血红蛋白结合。以物理溶解形式运输的二氧化碳也是很少的，大部分二氧化碳是靠化学结合进行运输的。二氧化碳化学结合的形式包括碳酸氢盐和氨基甲酸血红蛋白（由二氧化碳与血红蛋白结合而成）两种，其中以碳 酸氢盐的形式为主。以碳酸氢盐的形式运输比较复杂，它包括许多化学反应，先简述如下。当二氧化碳进入血液，扩散到红细胞里后，在红细胞中的碳酸酐酶的作用下，和水生成碳酸。碳酸解离成碳酸氢根离子和氢离子，当红细胞内的碳酸氢根离子浓度超过血浆中的碳酸氢根
7、离子浓度时，碳酸氢根离子通过红细胞的膜进入血浆，与血浆中的钠离子结合成碳酸氢钠（属于碳酸氢盐）。二氧化碳在血液中主要是以这样的化学结合形成，即碳酸氢盐的形式进行运输的。四、二氧化碳使澄清的石灰水变浑浊3人体呼出的气体中含有比较多的二氧化碳（CO 2）。人们向澄清的石灰水Ca（OH）2内吹气的时候，就会发生化学反应，使石灰水变浑浊，这是由于生成白色的碳酸钙沉淀的缘故。碳酸钙不溶于水，所以沉淀下来。五、肺的通气量肺内气体的容量随着呼吸深度而不同。正常人平静呼吸时每次吸入或呼出的气体量约为 500 mL，称潮气量。如在平静吸气之后再继续用力吸气，直至不能再吸为止，这时所增添的吸入气量称为补吸气量，约
8、为 1500 mL。如在平静呼气之后再继续用力呼气直至不能再呼为止，这时所增添的呼出气量，称为补呼气量，约为 1500 mL。潮气量、补吸气量和补呼气量三者之和，即尽力吸气之后，再尽力呼气所能呼出的气体量，称为肺活 量，约为3500 mL。肺活量并不是肺能容纳的气体最大量，因为即使是尽最大力气呼出气体，肺内仍然存留一些气体不能呼出，这部分气体称为余气量，约为 1500 mL。肺活量和余气量之和称为肺的总容量，即在最大吸气完了时肺内气体的总容量。不只是连体的肺，其肺泡内总含有一定量的气体，即使是离体的完全坍陷的肺，肺泡中仍存留少量气体，永远不能排尽。这是因为，人出生经过第一次呼吸之后，肺中永远存
9、留着气体，每次呼吸运动，只能把肺中气体更新一部分。 每分肺吸入或呼出的气体总量称为肺的每分通气量。肺每分通气量等于潮气量与呼吸频率的乘积。成年人平静时的潮气量为 500 mL，每分呼吸 1618 次，那么成年人在平静时的每分通气量为 89 mL。在从事剧烈运动和体力劳动的时候，潮气量和呼吸频率都会大大增加。每分最大通气量男子可达 100110 mL，女子可达 80 mL。最大通气量反映单位时间内肺与外界的最大通气功能。每次呼吸时吸入的气体并不能全部进入肺泡，其中有一部分气体停留在鼻腔、咽、喉、器官、支气管等处，不能与血液之间进行气体交换，这部分气体的容积一般约为 150。因此，平静呼吸时每次吸
10、入到肺泡的气体量只有 350 mL（500 mL 150 mL=350 mL ）。这是肺泡的一次通气量。肺泡每分通气量直接受呼吸频率和潮气量的影响，其中以潮气量的影响更大。例如潮气量为 500 而呼吸频率为每分 16 次的人，与潮气量为 250 mL 而呼吸频率为每分 32 次的人比较，前者肺泡每分通气量等于（500 mL 150 mL ）16 次，即5.6 L ；后者肺泡每分通气量等于（250 mL150 mL） 32 次，即 3.2 L。以上的例子表明，从气体交换的效率来看，深而慢的呼吸比浅而快的呼吸更为有效。在运动中，呼吸频率过高，呼吸深度表浅，往往是氧气供应不足的重要因素之一。六、你会
11、呼吸吗长期端坐在办公室的“白领阶层”，习惯于“短暂呼吸”。因为他们长期正襟危坐，胸腔受到压迫，吸入的新鲜空气尚未深入肺叶下端时，便匆匆地呼气了。专家们强调，正确的呼吸方法应是心平气和，于是较充足的氧气便有可能深入到肺叶的所有角落。此外，在安静时，每次呼气的时间，应是吸气时间的两倍。同时，尽量少用嘴，而多用鼻来呼吸。实际上，一旦你改变了错误的呼吸方式，许多常见疾病，如哮喘、支气管炎、高血压、心脏病、头痛病、忧郁症等症状，都会有一定程度的减轻，甚至对一些无药可治的疾病，如慢性疲劳、月经紊乱及各种过敏反应，都会有一定疗效。正确的呼吸还能调节情绪，当你与人争论而不高兴的时候，或正准备首 次演讲和演出而
12、感到很紧张的时候，或正设法解决一个难题而感到焦虑的时候，建议你停下来，做几次4深呼吸，这样就能促进血液循环，增加体内供氧，增加肺活量，排出二氧化碳气体。这时，你就会感到松弛，不那么紧张了， 你也不再皱眉头、发脾气了。七、文明打喷嚏“啊嚏”，每个人都打过喷嚏，而且往往会感到痛快。打喷嚏是人体的一种天然防御机制，是呼吸道排斥异己的剧烈行为。当鼻腔黏膜受到辣味等的刺激时，这种刺激通过末梢神经传到大脑，于是自动作出反应，人们先深吸一口气，然后胸部猛烈收缩，肺里的气体急速有力地从气管经口鼻喷射出来，把刺鼻的气味赶跑。伤风感冒的时候，鼻腔里有大量病毒和病菌，这些病毒、病菌刺激鼻腔黏膜，于是接二连三地打喷嚏
13、，这有助于清除鼻腔里的病菌。打喷嚏喷出空气速度可超过每小时 100 千米。一个喷嚏最远可喷至 4米开外。感冒病人的一个喷嚏，通常一次能喷射出大量的病菌。所以千万不要冲着别人打喷嚏，应该用手帕轻轻捂住口鼻，防止把感冒传染给别人。2自制简易肺活量计自制简易肺活量计一、材料（一）制作材料1. 带盖儿透明塑料桶（如装金龙鱼食用油的塑料桶，5 升；或鲜橙多塑料瓶，2 升） ，60 80 长的乳胶管 （约塑料桶身 高的 2 倍多） ，玻璃管。2. 废旧搪瓷缸或油漆盒（内口径为 810cm，高为 911cm） 。（二）其它使用材料500 ml 量杯、250ml 量杯，直尺、三角尺，油性记号笔，酒精喷灯，瓷碗
14、碎片，剪刀、锉刀等。二、制作原理肺活量是指一次深吸气后的最大呼出的气体容积。由于人体呼出的气体密度比水轻，在水中会上升，所以可以用“排水法”制作简易肺活量计。在塑料桶中装满水后倒过来放在水中，通过导管向桶内吹气，利用气体上升把桶底的水排出、水受重力自动向下流而水面下降的原理，可以进行肺活量测量。人体吹出气体的体积，就是桶内被排出的水所占的体积，即桶内被排空部分的容积。三、制作方法1. 标画刻度（1）将塑料桶清洗干净。（2）把塑料桶正放在水平桌面上。用量杯量 500ml 水倒入塑料桶中，待水面平静后，在凹痕平行的两个面中央，用直尺刻度边与水的平面平行，用记号笔分别画出两条 1.5cm 长的横线与
15、水面水平重叠。 （实际操作中要根据笔尖的粗细调整直尺刻度边与水的平面之间平行的距离，要让画的刻度线与水面水平重合，以减少误差。 ）沿桶身分别在画出的两条横线的右端垂直画一条竖线，接下来应在两条垂直竖线的左边分别画水平刻度线，具体做法是：量 100ml 水，倒入塑料桶中，待水面平静后，画出 1cm 长的横线与水面水平重合；再倒入 100ml 水，重复以上操作，只是在1000ml、15 00ml、2000ml、2500ml、 刻度处用 1.5cm 长的横线 ，其余用 1cm 长的横线 。一直画到 5000ml 刻度线处为宜。 （实际操作中，由于所选塑料桶表面凹凸不平，所画出的刻度线间的宽度并不均匀
16、，能找到表面平整一致的透明塑料桶最好。画两组刻度，便于学生较多时进行自读和他读。 ）5（3）根据器材在三年级上学期使用时学生的年龄、身体、及动手操作的特点，我们还用容积为 2l 的鲜橙多瓶特意制作了一个 2000ml 的，刻度精确到 50 ml 。特别适合刚升入三年级的学生使用。2. 制作导管（1）用酒精喷灯烧制弯曲出一个 90的直角弯玻璃管，两直角边长约 48cm 为宜，并将两端截面熔烧光滑。再制作一根长约 8cm 的直玻璃管，也将两端截面熔烧光滑，用做肺活量计的吹嘴。（2）将直玻璃管和弯玻璃管分别连接在乳胶管的两端，制作成导管。3. 制作支架（1）支架的实际用途教学中我们发现，刚升入三年级
17、的小学生在自己动手测量时，在将装满水的塑料桶倒放入盆中，塑料桶极易滑倒，所以宜制作一个较沉重的、底部着力面积较大的支架支撑塑 料桶。同时，塑料桶应垂直放立才利于准确读出测量值，然而，在实际的测量中，要学生自己使塑料桶垂直起来，操作起来是有一定难度的。为使学生的测量活动更为科学和准确，借助一个支架操作起来当然要容易一些。（2）支架的制作方法在废旧搪瓷缸或油漆盒的外壁上沿缸底起剪出一个高长为 7cm 9cm 的洞，再在其对面也沿缸底剪出一个高长为 5cm 5cm 的洞。用锉刀将洞口边缘锉光滑不致伤人。这样，支架就算制作好了。四、使用方法1. 在平底盆中装如入小半盆水，把支架放入盆中。2. 将塑料桶
18、装满水，把盖儿拧紧后，倒扣入盆里放到支架上面，让桶嘴浸入水中后，再拧下盖儿，将直角玻璃管插入桶嘴，并调整塑料桶保持垂直。3. 手持吹嘴，站立深深吸气至最大限度，双唇紧含吹嘴玻璃管，徐徐向桶内吹气，不要让气外漏，截止到不能再吹为止。沿水平位置读取刻度所对应的值，这个值就是所测得的肺活量。 （在进行体格检查中的肺活量测试，测试者需要测量 23 次，每次间隔 30 秒以上，再次测试，记录时取最大值。 ）4. 作为吹嘴使用的玻璃管，每个学生使用后，都应让唾液从直玻璃管中流出后清洗干净，再用酒精严格消毒，才能由下一个人使用。五、在教学中的使用意义一台精密的肺活量计（电子型、筒型）的价值从几百元到几千元不
19、等，十分昂贵，一般学校均未能配备。这种自制的简易肺活量计虽然没有正规厂商生产的那样标准， 但是它能弥补教学仪器的不足。它不仅可以应用于三年级的科学课教学中，还可以在学生成长各阶段的体育课中使用（进行体质测量） 。教学中引导学生在不同年龄阶段进行测量记录，统计全班同学的肺活量，从中体验自己的成长变化，还可以分析同班同学性别、年龄、自身健康情况及参加体育锻炼对肺活量的影响，从而激发学生学习科学的兴趣，提高学生科学素养，促进学生的全面发展。3有氧运动有氧运动有氧运动是指人体在氧气充分供应的情况下进行的体育锻炼。即在运动过程中，人体吸入的氧气与需求相等，达到生理上的平衡状态。简单来说，有氧运动是指任何
20、富韵律性的运动，其运动时间较长（约 15 分钟或以上） ，运动强度在中等或中上的程度(最大心率之675%至 80%)。有氧运动是一种恒常运动，是持续 5 分钟以上还有余力的运动。是不是“有氧运动” ，衡量的标准是心率。心率保持在 150 次/分钟的运动量为有氧运动，因为此时血液可以供给心肌足够的氧气； 因此，它的特点是强度低，有节奏，持续时间较长。要求每次锻炼的时间不少于 30 分钟，每周坚持 3 到 5 次。这种锻炼，氧气能充分燃烧（即氧化）体内的糖分，还可消耗体内脂肪，增强和改善心肺功能，预防骨质疏松，调节心理和精神状态，是健身的主要运动方式。所以说，如果体重超标，要想通过运动来达到减肥的目的，建议选择有氧运动，像慢跑、骑自行车。
