第七章生物中的氧和二氧化碳的循环

婴儿的呼吸

胎儿时期

胎儿在子宫里不需要呼吸，氧气和营养通过脐带从母体传递。

胎儿的肺内没有空气，肺像一团结实的组织。

出生后的第一口气

出生后，婴儿的胸廓从蜷缩状态伸展开来，肺叶张开，吸入第一口空气。

血液中二氧化碳浓度较高，刺激了呼吸中枢。

呼吸时，喉腔内的声带振动，发出类似哭声的声音。

生活例子： 你有没有听过刚出生的婴儿“哇哇大哭”？这其实是他们在用力吸气和呼气，为肺部的第一次工作“热身”！

呼吸系统的功能

主要功能：与外界空气进行气体交换。

细胞的呼吸作用：

氧气的作用：细胞吸收氧气，将葡萄糖氧化，产生能量。

二氧化碳的排出：氧化后产生的废物由呼吸系统排出体外。

呼吸类型	定义	特点
外呼吸	生物体通过呼吸器官与外界进行气体交换	发生在肺泡与血液之间
内呼吸	细胞内的食物被氧化分解，释放能量	发生在细胞内部

呼吸道的结构与功能

部位	结构特点	功能
鼻腔	有鼻毛和黏膜，布满微血管	过滤灰尘和细菌，湿润、加热空气
咽	与鼻腔、口腔相通，管壁由黏膜和肌肉组成	空气和食物的必经之路
喉	会厌软骨防止食物进入气管，含声带、声门	发声器官，声带振动产生声音
气管与支气管	由C形软骨支撑，内壁有黏膜和纤毛	分泌黏液黏住灰尘和细菌，咳嗽时排出“痰”
肺	左肺2叶，右肺3叶，含3~4亿个肺泡	气体交换的主要场所，提供氧气、排出二氧化碳

什么是呼吸运动？

定义：外界与肺泡之间的气体交换称为呼吸，也叫肺通气。

过程：通过吸气和呼气，将氧气吸入体内，同时将二氧化碳排出体外。

呼吸动作的具体过程

动作	吸气动作	呼气动作
肋间肌	外肋间肌收缩	内肋间肌收缩
胸骨及肋骨	向前及向上升高	向后下降
横膈膜	收缩向下拉平	松弛至原来向上位置
胸腔体积	扩大	减少
胸腔压力	减低	增加
结果	空气从鼻孔进入气管到肺部	肺泡内的空气被呼出

生活例子： 你有没有注意到跑步时呼吸会变得急促？这说明身体需要更多氧气，吸气和呼气的频率都会加快！

体积与压强的关系

气体的压强和体积之间有个有趣的规律：

体积增大 → 气体压强变小

体积缩小 → 气体压强变大

生活例子： 想象一下用一个气球：当你吹气时，气球的体积增大，里面的压强减小；如果你挤压气球，体积缩小，压强增大，气球就可能会“砰”地破掉！

什么是肺活量？

定义：肺活量是指人尽力吸气后再尽力呼气时所呼出的气体总量。

它反映了肺在一次呼吸运动中最大的通气能力。

影响因素：

运动锻炼：经常锻炼可以提高肺活量，增强呼吸功能。

年龄与性别：一般男性的肺活量比女性大，青少年的肺活量比老人高。

肺活量的测量：

使用肺活量计来测量。

正常情况下，成年人的肺活量约为3000~5000毫升。

生活例子： 你有没有试过深吸一口气，然后慢慢吹出蜡烛？这其实就是在测试你的肺活量哦！肺活量大的同学可以吹灭更多蜡烛！

如何增强呼吸功能？

经常锻炼：游泳、跑步、跳绳等有氧运动可以提高肺活量。

保持良好的生活习惯：不吸烟，避免接触空气污染。

正确的呼吸方式：学会腹式呼吸（用腹部的力量呼吸），能更有效地扩展肺部。

呼吸过程中气体的变化

气体成分	环境中空气（%）	呼出气体（%）
氮气	78	78
氧气	21	16
二氧化碳	0.03~0.04	4
水	0.07	1.1
其他气体	0.9	0.9

主要变化：

呼出气体中二氧化碳浓度比环境空气高。

呼出气体中氧气浓度比环境空气低。

生活例子： 冬天时，你会发现呼出的气体变成了“白雾”。这是因为呼出气体中水蒸气浓度高，遇冷凝结成小水滴。

呼吸作用的原理

呼吸作用的化学反应：

公式：葡萄糖 + 氧气 → 二氧化碳 + 水 + 能量

意义：人体生命活动所需的能量由细胞内的有机物（如葡萄糖）与氧气发生氧化反应提供。

呼吸与呼吸作用的区别：

呼吸：人体从环境中吸入氧气，呼出二氧化碳，是一种气体交换过程。

呼吸作用：人体细胞内有机物与氧气反应，释放能量，供给生命活动所需。

生活例子： 当你运动时，身体需要更多能量，所以呼吸会加快。这是为了吸入更多氧气，促进呼吸作用。

体内的气体交换

1. 肺泡内的气体交换

原理：通过扩散作用，气体从高浓度区域向低浓度区域扩散。

过程：

肺泡内氧气浓度高，氧气扩散到血液中。

血液中二氧化碳浓度高，二氧化碳扩散到肺泡中，通过呼气排出体外。

2. 组织内的气体交换

氧气的运输：血液中的氧气进入红细胞，与血红蛋白结合，形成氧合血红蛋白。

二氧化碳的排出：组织细胞产生的二氧化碳浓度高，扩散到血液中，通过血液运输到肺部排出。

交换场所	氧气方向	二氧化碳方向
肺泡与血液	肺泡 → 血液	血液 → 肺泡
血液与组织	血液 → 组织	组织 → 血液

生活例子： 当你爬楼梯时，腿部肌肉需要更多氧气，所以血液会加快运输氧气，同时带走产生的二氧化碳。

什么是空气污染？

定义：当污染物进入空气中，超过空气的自净能力，危害人体健康或环境时，就造成了空气污染。

危害：

对人体健康的影响：引发呼吸系统疾病，如咽炎、气管炎、肺炎、哮喘、肺气肿等。

有毒物质通过呼吸系统进入血液，还可能引起其他系统的疾病。

空气污染物的分类

天然污染物

来源：自然灾害或自然现象产生的污染物。

常见例子：

火山爆发：释放大量火山灰和二氧化硫。

森林火灾：产生二氧化硫、二氧化氮、二氧化碳和碳氢化合物。

流星燃烧：在大气层中化为尘埃。

大风扬尘：刮起砂土。

空气中的细菌和花粉：引发过敏或疾病。

人为污染物

来源：人类生产和生活活动造成的污染物。

主要来源：

燃料燃烧（如煤炭、石油）。

工业生产和矿业开采。

防治措施：控制污染物排放是改善空气质量的根本方法。

吸烟的危害

1. 吸烟与肺癌的关系

吸烟者患肺癌的几率比不吸烟者高20~40倍。

2. 香烟中的有害成分

主要有害物质	危害
尼古丁	兴奋剂，使神经系统、心脏和器官兴奋，导致上瘾；加快心跳，升高血压。
一氧化碳	与血红蛋白结合能力比氧气高240~300倍，削弱红细胞携氧能力，导致缺氧。
金属化合物	长期吸入会损害多个器官，增加患癌风险。

3. 吸烟对身体的影响

心血管疾病：吸烟容易引发心肌梗塞、中风、心肌缺氧等问题。

呼吸系统疾病：长期吸烟会损害肺部功能，导致慢性疾病，如慢性阻塞性肺病（COPD）。

如何保护空气质量？

减少人为污染：

控制工业废气和燃料燃烧的排放。

使用清洁能源（如太阳能、风能）。

减少汽车尾气排放，提倡绿色出行（如骑自行车、步行）。

个人行为的改变：

不吸烟，避免二手烟对他人的危害。

提倡植树造林，增加空气中的氧气含量。

提高环保意识：

多参与环保活动，关注空气质量变化。

学习如何应对雾霾天气（如佩戴口罩、减少户外活动）。

什么是呼吸作用？

定义：植物通过呼吸作用，消耗氧气，分解有机物（如葡萄糖），释放能量，同时产生二氧化碳和水。

化学方程式：

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 能量

文字表达式：

葡萄糖 + 氧气 → 二氧化碳 + 水 + 能量

植物的气体交换

发生部位

植物的气体交换主要发生在以下部位：

叶子：通过气孔进行气体交换。

茎：通过皮孔进行气体交换。

根：通过根毛细胞进行气体交换。

气体交换的方式

气体的交换通过扩散作用完成。

氧气：从空气中扩散进植物体。

二氧化碳：从植物体扩散到空气中。

呼吸作用的实验

(A) 证明呼吸作用吸收氧气

实验步骤	目的
将锥形瓶涂黑	防止阳光照射到幼苗，使其无法进行光合作用，确保实验只观察呼吸作用。
在瓶内放入氢氧化钙溶液	吸收幼苗呼出的二氧化碳，溶液由澄清变为浑浊/乳白色。
观察结果：水柱上升	幼苗吸收氧气，瓶内空气减少，压力降低，导致水柱上升。
插入点燃的火柴，火焰熄灭	证明瓶内氧气已被消耗。

(B) 证明呼吸作用放出二氧化碳

实验步骤	现象
在瓶内放入石灰水	瓶A的石灰水无变化；瓶B、C、D的石灰水由澄清变为浑浊，证明植物释放出二氧化碳。
插入点燃的火柴	瓶A的火柴能燃烧片刻；瓶B、C、D的火柴迅速熄灭，证明瓶内氧气已被消耗。

(C) 证明呼吸作用放出热量

实验步骤	目的与现象
使用浸过水的绿豆	绿豆开始萌发，进行呼吸作用，释放热量。
使用浸过防腐剂的绿豆	防腐剂抑制绿豆的生长，无法进行呼吸作用，不会释放热量。

呼吸作用的意义

提供能量：植物通过呼吸作用释放能量，供给细胞活动，如分裂、生长和运输所需。

物质代谢：呼吸作用为植物的生命活动提供必要的能量来源。

与环境的物质循环：植物呼吸作用释放的二氧化碳是光合作用的原料，维持生态平衡。

光合作用的定义

在阳光下，植物的叶绿素吸收光能，将二氧化碳和水合成为葡萄糖，并释放氧气的过程。

化学反应式： 二氧化碳 + 水 →（阳光，叶绿素）→ 葡萄糖 + 氧气

化学方程式： 6CO₂ + 6H₂O →（阳光，叶绿素）→ C₆H₁₂O₆ + 6O₂

多余的葡萄糖：以淀粉形式储存在叶片中。

叶片的内部构造

光合作用的主要场所：叶片。

上下表皮：最外层保护组织。

下表皮：含较多气孔，是气体和水分进出的通道。

叶肉：中层，分为两部分：
- 栅状细胞：排列紧密，含大量叶绿体，进行光合作用。
- 海绵状细胞：排列松散，含叶绿体，气室间有许多空隙，便于气体扩散。

气室：海绵状细胞间的空隙，便于气体交换。

保卫细胞：位于气孔两侧，控制气孔开闭，含叶绿体，可进行光合作用。

光合作用的重要性

提供食物：光合作用是地球上所有生物食物链的基础，为生物提供能量来源。

维持气体平衡：调节空气中氧气和二氧化碳的比例，维持生态平衡。

光合作用的条件与产物

光合作用的条件

阳光：光合作用的能量来源。

二氧化碳：碳水化合物的原料。

水：碳水化合物的原料。

叶绿素：吸收太阳能。

光合作用的产物

葡萄糖：植物的主要能量储存物质。

氧气：光合作用的副产物。

光合作用的实验

实验	实验步骤	现象与结论
叶片内淀粉的检验	用水煮叶片、酒精脱色、碘液检验。	叶片变深蓝色，证明淀粉存在。
证明需要二氧化碳	暗房脱淀粉、吸收CO₂。	无CO₂的叶片无变化。

呼吸作用与光合作用的区别

呼吸作用	光合作用
日夜都进行	只在白天有阳光时进行
分解葡萄糖	制造葡萄糖
产生能量	储存能量
消耗氧气，放出二氧化碳和水	消耗二氧化碳和水，放出氧气
在所有细胞内进行	只在含有叶绿体的细胞中进行
分解作用，反应式如下：葡萄糖 + 氧气 → 二氧化碳 + 水 + 能量	组成作用，反应式如下：二氧化碳 + 水 →（阳光，叶绿素）→ 葡萄糖 + 氧气

氧和二氧化碳的循环

大气中氧气和二氧化碳的比例：

氧气：约占大气总量的21%。

二氧化碳：约占大气总量的0.03%-0.04%。

氧和碳的循环过程：

光合作用：植物吸收二氧化碳，释放氧气。

呼吸作用：生物吸收氧气，释放二氧化碳。

燃烧作用：消耗氧气，产生二氧化碳。

分解作用：微生物分解有机物，放出二氧化碳。

温室效应与温室气体

地球表面热量的来源与散失：

地球的热量主要来自太阳辐射（可见光）。

部分太阳辐射被光亮表面（如海冰、云层）反射回太空，部分被地球吸收，令地球升温。

地球表面释放红外线回太空，帮助地球冷却。

温室效应的形成：

没有大气层时：地球表面平均温度约为-18℃。

有大气层时：大气中的温室气体（如二氧化碳）吸收地球释放的红外线，并将部分热量反射回地球，使地球表面平均温度约为15℃。

温室气体吸收红外线，阻碍地球热量散失，形成温室效应。

主要温室气体：

二氧化碳：数量最多的温室气体（约占大气总量的0.03%）。

其他气体：如甲烷、氧化亚氮等，有些温室效应比二氧化碳更强。

温室效应的危害：

大气中二氧化碳浓度增加，阻止地球热量散失，导致全球气温升高。

破坏大气层与地面间的红外线辐射平衡，引发气候变化。

第七章 生物中的氧和二氧化碳的循环