Роль диффузии в процессах дыхания и поступления воды в

Интегрированный урок-лекция №1 (биология, химия, физика)
для учащихся 10 профильного класса по теме:
«Роль диффузии в процессах дыхания и поступления воды
в растительную клетку»
из цикла «Молекулярно – кинетическая теория»
Автор работы:
учитель биологии
МБОУ лицея №103
Смирнова Ольга Константиновна.
Цель урока: Вырабатывание единой естественнонаучной картины мира; научиться анализировать
явления; использовать теоретические знания в проектной деятельности; увеличить области
познания учеников.
Оборудование: таблицы органов дыхания насекомых, рыб, земноводных и человека.
Ход урока
1. Вступление.
Молекулярно-кинетическая теория – одна из фундаментальных научных теорий утверждающая
древнейшую научную идею – идею о дискретности вещества. Она служит основой для объяснения
многих физических, химических, биологических явлений, без неё не может обойтись ни одна из
естественных наук.
2. Молекулярно- кинетическая теория при объяснении биологических явлений (учитель
биологии).
Если поразмышлять и представить, что мы, пройдя через заросли осоки, подошли к озеру и ощутили
запах цветущих трав, кувшинок, который распространяется благодаря явлению диффузии,
обусловленному непрерывным хаотическим движением частиц – молекул окружающего нас воздуха.
Вот у самого берега возле стебля тростника повис вниз головой жук- плавунец. Что он высматривает на
дне? Возле него расположились какие-то личинки также вниз головой, выставив над водой свои
«хвостики».
О насекомых:
Как они дышат? (о роли диффузии в процессах дыхания у насекомых). Конечно, ни жук, ни личинки
ничего не рассматривают на дне, они запасаются кислородом. Жук высовывает конец брюшка и,
приподняв надкрылья, набирает воздух в дыхальца – отверстия в брюшке (у личинок они находятся в «
хвостике»), от них отходят трахеи – трубочки к каждому органу жука. Благодаря диффузии кислород
воздуха из трахей проникает в каждую клетку организма жука, а углекислый газ также благодаря
диффузии из клеток проникает в трахеи и выводится жуком(таблица «Органы дыхания насекомых»).
О рыбах:
Совсем близко к берегу подплыла рыбка и хорошо видно, как периодически движутся у неё жаберные
крышки – так она прогоняет через жаберные щели воду, которая омывает жаберные лепестки
,пронизанные капиллярами. Через их стенки кислород из воды диффундирует в кровь, а из крови в
воду диффундирует углекислый газ (таблица «Органы дыхания рыб»).
О земноводных:
Вдруг раздался всплеск, и над водой появилась голова лягушки. Это животное интересно тем, что
живёт в воде и не пьёт её, на суше дышит лёгкими и влажной кожей, а в воде - через кожу. Основа
этого процесса - та же диффузия.
О человеке:
А как же кислород попадает в организм человека? Проникновение кислорода из воздуха через
мембраны лёгочных пузырьков в кровь, а углекислый газ – из крови в воздух происходит так же
благодаря диффузии. Альвеолы оплетены сетью капилляров. Стенки альвеол и капилляров очень
тонкие, что способствует проникновению через них молекул газа в кровь и обратно (таблица «Органы
дыхания человека»).
О растениях:
Как растения пьют воду? (Об осмосе и тургоре) К каждому побегу, к каждому листу растений через
корневые волоски из почвы проникает вода. Происходит это тоже благодаря диффузии – хаотическому
движению частиц вещества. Оно же обуславливает поступление воды в растение (таблица «Зоны
корня»).
3. Демонстрация опыта «Диффузия» учителем биологии.
Вспомнить опыт, который вы ви на уроках химии: К раствору медного купороса приливали воду и
наблюдали выравнивание концентрации раствора (урок химии).
Чтобы понять, как вода проникает в корневые волоски и создаёт внутриклеточное давление,
потребуется мешочек из животного пузыря или плёнка, прилегающая к яичной скорлупе:
1234-
Концентрированный р-р сахара
Дистиллированная вода
Животный пузырь или плёнка
Уровень жидкости ,который поднимается через
некоторое время
Чтобы ускорить этот опыт(процесс), нужно мешочек опустить в подогретую воду.
4.
Мол. кинетическая теория при объяснении физических явлений(учитель физики).
Скорость теплового движения частиц вещества зависит от температуры. Эта зависимость выражается
формулой :
𝑚𝑣 −2
2
2
3
= RT, где R – постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура, m – масса частиц,
𝑣 −2 - среднее значение квадрата скорости.
Чем больше скорость молекул воды, тем она быстрее проникает в раствор, который находится в
мешочке.
5.
Молекулярно-кинетическая
(учитель химии).
теория
при
объяснении
химических
явлений
Если бы мешочка, разделяющего раствор и воду, не было, произошло бы постепенное выравнивание
концентрированного сахара по всему объёму жидкости вследствие диффузии. Но в данном случае воду
от раствора сахара отделяет полунепроницаемая перегородка(мембрана), способная пропускать только
молекулы воды и не пропускать молекулы сахара.
6.
Молекулярно-кинетическая теория при объяснении биологических явлений
(учитель биологии).
Обратимся теперь к растительной клетке. Клеточный сок в вакуолях представляет собой водный
раствор солей, сахаров и других органических соединений. Цитоплазматический слой окружающий,
окружающий вакуоли, является полунепроницаемой мембраной. Если концентрация веществ в
клеточном соке выше, чем в окружающей клетку жидкости, то вода переходит в вакуоль вследствие
осмоса, растягивает её, прижимая цитоплазму к клеточной оболочке, которая под действием
внутреннего давления растягивается и переходит в напряжённое состояние.
При определённой пропорции воды в клетке достигается равновесие: давление максимально
растянутой оболочки клетки уравновешивается давлением клеточного сока- клетка находится в
состоянии тургора (тургором называют давление содержимого клетки на клеточную оболочку).
Осмотическое давление играет огромную роль в поглощении воды клетками растений, но это не
значит, что только благодаря осмотическому давлению, вода поступает к клеткам. Всасываемая
корнями вода, движется по живым клеткам корня благодаря осмотическому давлению. Далее она
попадает в сосуды, расположенные в стебле растения. В таких сосудах водный раствор движется
гораздо быстрее, чем в живых клетках. Здесь главную роль играет не явление осмоса, которое
протекает сравнительно медленно, а явление КАПИЛЛЯРНОСТИ. От стебля и ветвей к листьям водный
раствор движется по живым клеткам. Этому движению способствует также испарение воды с
поверхности листьев и тела всего растения. При испарении воды (с поверхности листьев) уменьшается
тургорное давление, вследствие чего увеличивается «сосущая сила» клетки, и вода интенсивнее
поступает от корневой системы к наземной части растения.
СПРАВКА: скорость движения раствора по сосудам лиственных пород
приблизительно в 4 раза
больше, чем у хвойных растений.
Интегрированный урок-лекция№2 (биологи, химия, физика)
для учащихся 10 профильного класса по теме:
«Роль диффузии в процессах питания и поступления воды
в растительную клетку»
из цикла «Молекулярно – кинетическая теория»
Цель урока: вырабатывание единой естественнонаучной картины мира;
научиться анализировать явления;
использовать теоретические знания в проектной деятельности;
увеличить области познания учеников.
Оборудование: таблица органов дыхания, строение кишечных ворсинок и зоны корня.
ХОД УРОКА
1. Вступление
Учитель биологии: Все жизненные процессы в клетках происходят только в растворах. (Вопрос к
учащимся) Как вы думаете, почему природа выбрала именно это состояние вещества для осуществления
биохимических реакций? Ещё во времена алхимиков было известно утверждение: «Неживое не
реагирует». С точки зрения современной науки это утверждение можно уточнить – неживое реагирует не
так, как это необходимо для поддержания процессов жизнедеятельности в клетке.
Учитель химии: Твёрдофазные реакции протекают в тысячи и миллионы раз медленнее, чем
жидкофазные, их скорость ограничена медленным процессом диффузии от поверхности раздела фаз в
глубь вещества. Скорость реакции в газовой фазе, по сравнению с жидкой, меньше, хоть, на первый
взгляд, это может показаться невероятным. Различие скоростей протекания реакций в газовой и жидкой
фазе можно объяснить, если учесть характер движения молекул в газах и жидкостях. В газах расстояние
между молекулами во много раз больше размеров самих молекул, которые движутся, с огромными
скоростями, изредка сталкиваясь. В жидкостях молекулы расположены почти вплотную друг другу; каждая
молекула находится в тесном окружении других молекул, она не может свободно перемещаться , как
молекула газа. Она колеблется около положения равновесия, сталкиваясь с другими, и совершает
перескоки из одного положения в другое ,попадая из окружения одних молекул в окружение других, как
бы вырываясь из одной клетки и попадая в другую. Вырваться из «клетки» молекула может, только
затратив некоторую энергию, поэтому время пребывания молекул реагирующих веществ друг около друга
в растворах больше, чем в газах, значит, больше вероятность их взаимодействия, а значит, и скорость
реакций.
Каким же должен быть « жизненный» растворитель? Любую разновидность химических
взаимодействий в растворах можно свести к кислотно-основным взаимодействиям. В сильнокислых или
сильноосновных растворителях не может быть того разнообразия химических процессов, которые
приводят к образованию живого вещества.
В «жизненном» растворителе число кислот должно соответствовать числу оснований, т. е.
растворитель должен быть амфотерным. Этому условию хорошо удовлетворяет вода. У воды имеется еще
одно свойство, которым должен обладать «жизненный» растворитель,- большая диэлектрическая
проницаемость (Е=81), благодаря чему она является идеальным растворителем.
Учитель биологии:
Каждый живой организм может рассматриваться как водный раствор, вода поистине живая. Питательные вещества, как и вода, в одноклеточные организмы поступают через всю
поверхность их тела благодаря явлению диффузии. Без диффузии не обходятся процессы питания и во всех
других организмах.
Учитель физики: Каким вообще был бы мир без диффузии? Прекратись тепловое движение частиц
– и вокруг всё станет мёртвым. Превратятся в безжизненные, оледеневшие фигуры растения, животные. Не
станет вокруг Земли атмосферы – с прекращением теплового движения молекулы воздуха притянутся к
Земле. Вокруг ни звука, ни ветра… На чёрном небе ещё несколько минут будет видно Солнце- столько,
сколько времени будут идти от него последние луч … Какая страшная сказка! Хорошо, что она невозможна
даже в мыслях потому, что мы знаем - тепловое движение частиц в окружающем мире вечно. Законы
физики действуют и в живой природе. Однако нужно помнить, что биологический объект - не только
физическое тело, но и часть живой природы; он находится на более высоком уровне организации материи.
Учитель биологии: При помощи только физических законов нам никогда не объяснить, например,
явления всасывания питательных веществ в кишечнике, потому что в этом процессе главную роль играет
не явление диффузии, а деятельность клеток эпителия, обладающего избирательной проницаемостью для
различных веществ. С помощью метода меченых атомов удалось выяснить, что вода из кишечника
всасывается в 100 раз быстрее, чем это следует из законов осмоса и диффузии.
Вопросы для закрепления к уроку-лекции№1,2 (биология, химия, физика)
для учащихся 10 профильного класса по теме:
«Роль диффузии в процессах дыхания и поступления воды
в растительную клетку» и «Роль диффузии в процессах питания и
поступления воды
в растительную клетку»
из цикла «Молекулярно – кинетическая теория»
1. Каким образом корень поглощает воду из почвы?
А. Объяснить опыт, ответить на вопросы:
-почему уровень раствора в трубке(4) поднимается?
- приведите пример, где наблюдается подобное
явление?
2.Раскройте связь строения и функций поверхностного аппарата клетки.
3. Как происходит поступление воды, минеральных веществ и питательных в
клетку ( растительную, животную)?
4. Объясните значение ключевых слов и приведите примеры:
- диффузия;
- молекулярный транспорт;
- транспортная функция;
- активный транспорт.
5. Как функционирует кишечная ворсинка, с точки зрения изученной темы
6. Что такое корневое давление?