细胞大小与物质运输的关系实验设计.docx
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细胞大小与物质运输的关系实验设计
《细胞大小与物质运输的关系》
实验方案设计
一、实验介绍
人教版高中生物学教材“分子与细胞”模块第六章第1节细胞的增殖中,为了说明“细胞为什么不能无限长大”的原因之一是细胞表面积与体积关系的限制,设计了一个模拟实验。
本模拟实验中以含有酚酞的琼脂块模拟细胞;以NaOH溶液模拟被细胞吸收的物质。
由于酚酞遇NaOH显粉红色,学生可通过观察琼脂块“细胞”由无色变成粉红色的过程,了解NaOH分子扩散进入“细胞”的过程;再通过测量NaOH扩散进入琼脂块“细胞”的深度,获得相应数据。
学生经计算、比较不同体积琼脂块“细胞”吸收物质的速率,可预测细胞表面积、体积之比与细胞代谢、物质运输的关系,进而理解细胞不能无限长大的原因。
二、实验目的
1.知识目标
①通过探究细胞表面积与体积的关系,来了解细胞大小与物质进出的关系;
②了解细胞越小,其表面积与体积之比就越大、物质运输的效率越高这一知识理论;
③通过实验帮助其明白细胞不能无限长大的原因。
2.能力目标
学会建立数据模型,并运用数据及表格分析问题。
3.情感态度与价值观
①培养学生团队合作精神;
②培养学生实事求是的科学态度和严谨认真的治学精神。
三、实验解析
(一)实验原理
1.用琼脂块模拟细胞,琼脂块越小,其相对表面积越大,则其与外界物质进行交换的表面积越大,经交换进来的物质在琼脂块中扩散的速度越快。
2.含有酚酞的琼脂块遇到NaOH,酚酞变红色。
主要利用酚酞遇碱性溶液变红的特性。
(酚酞是一种弱有机酸,在pH<8.2的溶液里为无色的内酯式结构,当8.2 3.NaOH在琼脂块中扩散的速度相同,在相同时间内,NaOH扩散的深度(或琼脂块变红的体积)与琼脂块的总体积的比值可以反映NaOH在琼脂块中扩散的效率。 此过程可模拟细胞大小与物质运输效率的关系。 如图所示 (二)实验材料及用具 1.材料: 3cm×3cm×6cm的含有酚酞的琼脂块。 2.用具: 1 酚酞琼脂块制备: 电炉一个、电子天平一个、玻璃棒一根、温度计一个、1L量筒一个、20ml量筒一个、水浴锅一个、250ml牛奶盒2个、一次性手套4双 2 具体实验: 10cm直尺一块、小刀一把、塑料勺一个、餐巾纸一卷、小塑料盆一个,废旧报纸2张 3.药品: 酚酞粉末0.1g,NaOH固体0.16g,琼脂粉18g,自来水若干 (三)方法与步骤 1.0.02%的NaOH溶液: 800ml水中加入0.16gNaOH,混匀,装入细口瓶,贴上标签,备用。 2.酚酞试剂: 将0.1g酚酞粉末与20ml体积分数为95%的乙醇混合,用玻璃棒搅拌,让酚酞粉末充分溶解后备用。 3.酚酞琼脂块的制备: 在水浴锅中加500mLH2O,快煮沸时加入琼脂粉18g,用玻璃棒不断搅拌,将其煮沸。 在琼脂冷却至80℃后,加10ml配置好的酚酞试剂,搅拌混合后,分别倒入2个250ml牛奶盒中,等其固化,放在废旧报纸上,用小刀沿着尺子将其切成3cm×3cm×6cm的小块,备用。 4.制备不同体积的正方体琼脂块: 用尺子测量,再用小刀沿着尺子刻度切成3块正方体小块,边长分别为3cm、2cm、1cm。 5.加入NaOH: 戴一次性手套,将上述3块琼脂放入1个小塑料盆中,加入1000mlNaOH溶液,淹没琼脂块,浸泡10min,在此时间内,用塑料勺不断翻转琼脂块,注意不要把琼脂弄坏。 (注: 3块琼脂快要同时放入小塑料盆中,翻转也要同时进行,以避免实验误差) 6.测量并记录: 将小塑料盆中液体倒入废液缸,用塑料勺将琼脂轻轻舀出,放于废旧报纸上,用纸巾将琼脂快表面的NaOH溶液吸干,用小刀把每一个琼脂块沿两条平行切面切成三块。 取中间那块观察切面,测量每一种琼脂块上NaOH溶液扩散的深度,做好记录(填写表格)。 7.分析结果,得出结论。 实验数据需计算表面积S(cm2)和模拟细胞的体积V(cm3),用S∕V的比值,表示相对表面积的大小。 并测量NaOH扩散深度(cm)与整个琼脂块的体积(cm3)之比,表示细胞运输效率的大小。 (四)注意事项 1.实验步骤2中应防止勺子破坏琼脂块的表面。 2.分割琼脂块之前,应用纸巾吸干NaOH溶液。 3.每次切割之前必须用餐巾纸把刀擦干,以免不同琼脂块上的酚酞相互污染,影响实验结果。 4.在实验开始之前,要求每位学生穿好实验服,戴好一次性手套,以防止实验过程中药品飞溅,伤及皮肤。 5.酚酞易引起过敏反应,准备实验材料时最好戴一次性手套。 6.为了保证实验的严谨性,将琼脂快放入小塑料盆中后,倒入NaOH溶液,在相同的“扩散”时间后,先将NaOH倒出,再将琼脂块取出,以避免时间不一造成的误差。 颜色变化的观察与面积和体积的计算可同时进行。 (五)实验变量分析 本实验中自变量是不同大小琼脂块模拟的细胞,因变量是琼脂块进入琼脂块“细胞”的深度。 其中NaOH溶液的浓度、环境温度等为因变量。 琼脂块的 边长/cm 表面积 /cm2 体积 /cm3 比值(表面积/体积) NaOH扩散的深度/cm 比值(NaOH扩散的体积整个琼脂块的体积) 3 2 1 0.01 结论 1.琼脂块的表面积和体积的比随着琼脂块的增大而。 2.NaOH扩散的体积与整个琼脂块体积之比随着琼脂块的增大而。 扩散的体积=琼脂块体积-(琼脂块边长-测量的扩散深度)³ 五、实验结论及分析 (一)实验结果与预测结果的比较 (注: 因为细胞体积一般在20-30μm³,所以在数据处理上可以增加一边长为0.01cm琼脂块的表面积和体积的计算来做对比,这样可以加深对细胞相对表面积规律的认识。 ) (二)试验中遇到的问题 1.酚酞是极易引起过敏的一种物质,如何保证实验过程中操作者不过敏? 戴一次性手套,操作中避免试剂直接接触皮肤。 2.NaOH具有极强的腐蚀性,操作时应避免与皮肤和眼睛接触。 如喷洒出来,应该如何做出急救? 密闭包装,贮于阴凉干燥处。 与酸类、铵类、易(可)燃物等分储分运。 不可与皮肤接触,若皮肤(眼睛)接触,用流动清水冲洗,涂抹硼酸溶液(分子式: H3BO3)。 若误食,用水漱口,饮牛奶或蛋清(等酸性无害食品)且需立即就医。 3.实验结束后的废弃化学溶液,应如何处理? 应该将废液集中在一起,统一滴加盐酸溶液中和废液,然后将其倒掉。 六、替代实验 由于NaOH属于强碱,有一定的腐蚀性,再加上用量较大,给实验带来一定的危险性,所以可以选择一些相对比较安全的实验材料和试剂来代替。 本实验是利用显色反应来检测物质在琼脂块中的扩散深度,故可以想到淀粉遇碘变蓝、石蕊的酸碱变色、蛋白质与双缩脲的显色反应等可作为替代。 再经查阅资料,发现,利用蛋白质与双缩脲显色反应替代的实验,蛋白质在碱性环境中与铜离子反应,生成紫色络合物,而这种紫色络合物是可溶性的,边缘部分就会溶解,而不是想象出的渗透进去,所以这个方案是不可行。 所以实验可尝试使用淀粉代替酚酞,碘液代替氢氧化钠溶液,实验的原理是淀粉遇碘变蓝,颜色变化明显。 实验改进: 淀粉代替酚酞,碘液代替NaOH溶液 1.原理: 本实验是利用显色反应来检测物质在琼脂块中的扩散深度,而淀粉遇碘会变蓝,因此,可用淀粉代替酚酞,碘液代替NaOH进行实验。 淀粉遇碘变蓝的原理: 淀粉是白色无定形粉末,由直链淀粉(占10—30%)和支链淀粉(占70—90%)组成。 直链淀粉能溶于热水而不呈糊状,支链淀粉不溶于水,热水与之作用则膨胀而成糊状。 其中溶于水中的直链淀粉,呈弯曲形式,并借分子内氢键卷曲成螺旋状。 这时加入碘酒,其中碘分子便钻入螺旋当中空隙,并借助范德华力与直链淀粉联系在一起,从而形成络合物。 这种络合物能比较均匀地吸收除蓝光以外的其它可见光(波长范围为400—750nm),从而使淀粉变为深蓝色。 该改进实验与教材实验比较有如下优点: 由于碘液代替了氢氧化钠,没有腐蚀性。 在实验安全方面比教材实验好,学生可以放心大胆的操作。 2.实验用具及试剂: 1 用具: 电子天平一个、500ml烧杯一个、玻璃棒一支、小刀一把、小塑料盆一个,塑料勺一把、一次性手套、餐巾纸一卷、棕色瓶一个、电炉, 2 化学药品及试剂: 琼脂粉18g、碘单质12.5g、碘化钾5g、乙醇250mL、淀粉 3.实验步骤 1 碘液的配制: 取500ml烧杯一个,加入乙醇250mL,用电子天平称取碘单质12.5g、碘化钾5g,倒入烧杯中,用玻璃棒搅拌,使固体溶解,再加水至500mL,混匀,移至棕色瓶中,保存。 2 含淀粉的琼脂块的制作: 称取淀粉2g,放入烧杯里,量取25mL水,加入烧杯中,用玻璃棒搅拌,调成糊状后,再倒入75mL水搅拌。 将烧杯放在电炉上加热,煮沸后加入琼脂9g,用玻璃棒不断搅拌,待琼脂完全溶解后加入水至500mL,煮沸后将溶液分别倒入250ml牛奶盒中,冷却。 (注意: 淀粉必须调成糊状后才能加热,可防止淀粉形成颗粒.影响实验结果。 ) 3 将冷却后的琼脂放在废旧报纸上,用小刀沿尺子把琼脂块切成三块边长分别为3cm、2cm和1cmc的立方体。 4 将3块琼脂块放入小塑料盆中,加入碘液,将琼脂块完全淹没。 浸泡15min,在此时间内,用塑料勺不时翻动琼脂块不要将琼脂块弄坏。 5 将小塑料盆中的液体倒掉,用塑料勺将琼脂块从碘液中取出,用吸水纸将其表面液体吸干,然后用小刀把每一个琼脂块沿两条平行切面切成三块。 6 取中间那块观察切面,测量每一种琼脂块上碘液扩散的深度。 7 记录数据,填入表格。 琼脂块的 边长/cm 表面积 /cm2 体积 /cm3 比值(表面积/体积) 碘液扩散的深度/cm 比值(碘液扩散的体积/整个琼脂块的体积) 3 2 1 0.01 结论 1.琼脂块的表面积和体积的比随着琼脂块的增大而。 2.碘液扩散的体积与整个琼脂块体积之比随着琼脂块的增大而。 扩散的体积=琼脂块体积-(琼脂块边长-测量的扩散深度)³ WelcomeTo Download! ! ! 欢迎您的下载,资料仅供参考!
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- 细胞 大小 物质 运输 关系 实验设计