试卷为双语(马来文/英文);课程以英语授课。

中四 · 范例作答

人类与动物的呼吸系统,范例作答

人类与动物的呼吸系统的完整范例作答,原创结构题与作文题,标出评分要点关键词。

本主题如何考查

  • 用正确的肌肉名称解释吸气与呼气时胸腔的压力与容积变化。
  • 列出全部四项肺泡适应,并把每一项与更快的扩散速率联系起来。
  • 比较人类、鱼类与昆虫的气体交换表面,并解释各自为何适合其栖息环境。
  • 解释化学感受器侦测到的二氧化碳浓度如何通过延髓控制呼吸速率。
  • 把吸烟与特定的呼吸系统疾病联系起来,并说明每种情况下受损的结构。
  • 解读呼吸速率或深度相对于运动强度或时间的图表。

范例作答结构

  1. 看清指令词,按分作答,每分给一个清晰要点。
  2. 在解释之前,先准确定义关键生物术语。
  3. 按正确顺序解释过程或原因,使用准确的术语。
  4. 必要时加上有标签的图或范例。
  5. 以题目要求的联系收尾(原因→结果、结构→功能)。

完整范例作答

1

描述吸气时胸廓、膈、胸腔容积与气压发生的变化。

[5]
显示答案

吸气时,外肋间肌收缩,使胸廓向上向外抬起,同时膈从圆顶形收缩变平。两种动作都增大胸腔的容积。容积增大使胸腔内的气压降到大气压力以下。由于此时外界压力较高,空气便经鼻腔与气管流入肺部,直到两边压力相等。

外肋间肌收缩膈收缩并变平容积增大压力下降空气流入

2

说出肺泡的四项适应,并解释每一项如何提高气体交换速率。

[4]
显示答案

肺泡壁仅厚一个细胞,提供短的扩散距离,使气体穿过得快。肺泡有数以百万计,提供极大的总表面积,使更多气体能同时扩散。内衬湿润,使气体在穿过薄膜前先溶解。密布的毛细血管网不断把气体带走并送来新鲜血液,维持陡峭的浓度梯度。因此每一项特征都提高了扩散速率。

厚一个细胞大表面积湿润内衬密布的毛细血管网陡峭的浓度梯度

3

比较人类与鱼进行气体交换的方式。

[4]
显示答案

人类在肺中的肺泡处交换气体,从空气中摄取氧气;而鱼在由薄鳃丝构成的鳃处交换气体,从水中摄取溶解氧。两者都是氧气扩散进入血液、二氧化碳扩散排出,且都发生在又薄又湿、血液供应良好的表面。在鱼体内,水通常与血流方向相反地流过鳃,这种逆流使浓度梯度在整个鳃的长度上都保持陡峭。

肺泡溶解氧扩散逆流

4

解释血液中二氧化碳浓度升高如何导致呼吸加快。

[4]
显示答案

化学感受器侦测到血液中二氧化碳浓度升高,便向脑中的延髓发送信号。延髓经神经冲动作用于肋间肌与膈,加快并加深呼吸。这样摄入更多氧气并更快排出二氧化碳,于是二氧化碳浓度回落至正常。呼吸速率主要由二氧化碳浓度控制,而非由氧气水平控制。

化学感受器二氧化碳浓度延髓速率与深度增加神经冲动

5

解释吸烟如何导致肺气肿,以及为何这会使人气喘。

[4]
显示答案

香烟烟雾中的化学物质破坏肺泡之间的薄壁。随着壁被破坏,小肺泡合并为数量更少但更大的空腔,减少了可用于气体交换的总表面积。表面积变小后,同一次呼吸能扩散进入血液的氧气便减少,于是人无法摄入足够的氧气而气喘,运动时尤其明显。这种损害通常是永久性的,无法完全逆转。

肺泡壁被破坏表面积减少进入血液的氧气减少肺气肿气喘

6

解释为何剧烈运动时呼吸的速率与深度都增加,而运动后又恢复正常。

[5]
显示答案

运动时肌肉的呼吸作用加快,更快产生二氧化碳,因此血液中的浓度上升。化学感受器侦测到这一点并向延髓发出信号,延髓加快并加深呼吸。这样摄入更多氧气以满足更高的能量需求,并更快排出二氧化碳。运动停止后,肌肉的呼吸作用减慢,产生的二氧化碳减少,血液浓度下降,延髓便让呼吸逐渐回到静息水平。

二氧化碳上升化学感受器延髓速率与深度增加回到静息水平

7

描述昆虫如何进行气体交换,并说出一项它与人类不同之处。

[3]
显示答案

昆虫经体表上称为气门的开口吸入空气。空气穿过称为气管的分支管网,被直接送到组织,在那里氧气扩散进入细胞、二氧化碳扩散排出。与人类不同,昆虫不靠血液运输呼吸气体;空气由气管直接送达组织,绕过血液系统。

气门气管空气直达组织绕过血液扩散

能得分的用语

  • 人类呼吸结构: 吸入的空气经鼻腔被加温、加湿与过滤,再沿气管下行,气管分为两条支气管,分别通往两侧肺。每条支气管反复分支为更细的细支气管,最终连接数以百万计的微小气囊,肺泡,气体在此与血液交换。
  • 呼吸的机制: 吸气时,外肋间肌收缩使胸廓上提,膈同时收缩变平,两者都使胸腔容积增大、内部气压下降,空气因而从压力较高的大气流入。呼气时肌肉动作相反,胸腔缩小并把空气推出。
  • 气体交换: 在肺泡处,氧气从浓度较高的肺泡内空气扩散进入周围毛细血管中浓度较低的血液;二氧化碳则朝相反方向扩散,从血液进入肺泡内的空气,因为两种气体都各自顺其浓度梯度移动。
  • 肺泡的适应: 每个肺泡壁仅厚一个细胞,缩短了扩散距离;数以百万计的肺泡使两肺获得极大的总表面积;内衬湿润,让气体在穿过薄膜前先溶解;密布的毛细血管网不断把气体带走,维持陡峭的浓度梯度。
  • 动物的呼吸系统: 鱼类利用由富含血液的薄鳃丝构成的鳃从水中摄取溶解氧,水流通常与血流方向相反地流过鳃,以维持有利的浓度梯度。昆虫则通过称为气管的分支管道把空气直接送到组织,气管经体表的气门与外界相通。
  • 健康问题: 香烟烟雾中的化学物质会麻痹并最终破坏排列在气道内的纤毛,使黏液与被截留的颗粒不再被扫出,导致慢性支气管炎。同样的化学物质可破坏肺泡壁引致肺气肿,减少气体交换的表面积,也可能触发细胞失控分裂而导致肺癌。
  • 呼吸速率的控制: 呼吸速率并非固定;它主要由血液中的二氧化碳浓度而非氧气水平控制。化学感受器一旦侦测到二氧化碳升高,便向脑中的延髓发送信号,延髓通过神经冲动作用于肋间肌与膈,加快并加深呼吸,直到浓度恢复正常。
  • 运动对呼吸的影响: 运动时肌肉的呼吸作用加快,更快产生二氧化碳,其血液浓度因而更早、更大幅度地上升。延髓侦测到这一变化后加快并加深呼吸,摄入更多氧气并更快排出二氧化碳,以配合活跃肌肉更高的能量需求。

常见问题

吸气时胸廓与膈发生什么变化?
吸气时,外肋间肌收缩使胸廓向外向上抬高,膈则从平常的圆顶形收缩变平。这些动作共同增大胸腔容积,使其内部气压降到大气压力以下,空气因而从压力较高的大气流入,直到两边压力相等。
肺泡为何很适合气体交换?
肺泡壁仅厚一个细胞,扩散距离短;数以百万计的肺泡合起来使肺获得极大的总表面积。其内衬湿润,使气体在穿过前先溶解;密布的毛细血管网不断把气体带走,维持陡峭的浓度梯度与快速的扩散。
鱼的气体交换与人类有何不同?
鱼经鳃而非肺泡交换气体。水流过富含血液的薄鳃丝,通常方向与血流相反,因此氧气从水扩散入血、二氧化碳沿整个鳃扩散排出。这种逆流排列使浓度梯度在几乎整个鳃表面都保持有利。

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