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130张炫酷动图, 让你秒懂高中物化生原理! 考试次次拿第一

2020-09-29  自由翱翔...

 01 

物理

高中物理知识原理37张动图,更形象生动。

一、相互作用

作用力与反作用力的特点是什么?

摩擦力的大小跟什么有关系?

两个弹簧的弹力大小是否一样?

若一样,为什么?

自行车前后轮所受力的方向是什么?

物块所受支持力和摩擦力的大小

是如何变化的?

两个力合力的大小范围是什么?

如果水平面光滑且无穷长

小车将做何种运动?

   突然拉动小车,

小车上的物块为什么向后倾倒,

突然停止,

为什么物块又向前倾倒?

通过三幅动图我们能得出什么结论?

随着托盘中沙子质量增加,

物块的加速度如何变化?

上下两幅图的加速度之比是多少?

还记得传送带模型是什么吗?

记得二级结论吗?

   连续相等时间内的位移都相等的直线运动

是匀速直线运动,

这种说法对么?

雨滴下落的实际情况是这样的

从下图我们能得出什么结论?

仔细观察动图,空中的物体

和落地的物体有什么特点?

枪口正对着猴子还是猴子的下方,上方?

近日点与远日点的速度关系是什么?

这根长杆上的各单摆的周期大小关系是?

四根弹簧的最大弹性势能是否相同?

六两小车的速度关系是?

图中炮和炮弹的系统能量是否守恒

弹性碰撞的结果表达式你还记得么?

人船模型的适用条件和结论还记得么?

根据图中的数据判断两个小时

是否是弹性碰撞?

   简谐运动的回复力、加速度、速度、势能

和动能随位移是如何变化的?

单摆的周期与重力加速度的关系是?

简谐运动的图像

单摆的振动图像

单摆的势能和动能之间的转化

阻尼振荡的周期是否变化?

    最强大脑中的吕飞龙把玻璃杯吹破,

利用了什么物理学原理?

机械波传播的是什么?

质点的振动周期和传播周期的关系是?

各质点的起振方向有什么共同点和不同点?

纵波的振动方向和传播方向

与横波有何不同?

仔细观察波的传播与各质点振动的特点

波的叠加原理是什么?

波发生明显衍射的条件是什么?

 02 

化学

 变色喷泉 

原理:其实这就是经典的中学化学实验氨气喷泉:充满氨气的瓶子接触水,氨气迅速在水中溶解,瓶内气压降低,水倒吸进瓶中形成喷泉,pH的变化又让指示剂变色。只不过,在这里水溶液中加入的指示剂不是酚酞,而是百里酚蓝,它从中性的黄色变成碱性的蓝色。

花絮:氨气喷泉其实还有更多玩法,比如说,让它发光。下面展示的就是一个鲁米诺氨气喷泉:“喷泉”的倒吸依然由氨气溶解引发,但下方的两条管子分别接上了碱性鲁米诺溶液和氧化剂次氯酸钠溶液,两种溶液被吸进瓶中混合引发反应,就让喷泉发出了漂亮的蓝光。

录制者:Declan Fleming,来自:rsc.org

危险:较低。氨气会有刺激性,不过不用我说你大概也会躲着它的……

 焰色文字 

录制者:Royal Society Of Chemistry

原理:各种碱金属盐的焰色反应,这里把它们做成了彩色的火焰文字。焰色反应是识别金属离子的一种方式,它体现了电子受激发跃迁并发出特定能量光子的过程。碱金属一族的焰色反应现象比较明显,所以它们经常出现在演示实验当中。

花絮:理论上说,通过焰色反应能鉴别的金属盐相当不少,不过实际上并没有那么容易:一些焰色反应并不明显,另一些颜色又比较容易混淆。不过我们有更准确的检测方法:原子吸收光谱与原子发射光谱分析。

危险:低。

 铝热反应 

录制者:The University of Minnesota,

The Department of Chemistry

原理:不必多说,这就是中学化学中感觉最炸裂、最让人印象深刻的反应了!铝粉与氧化铁粉末混合制成铝热剂,通过插在其中的镁条引燃。铝还原氧化铁,反应剧烈放热,光芒耀眼、火花四溅,得到熔融的铁单质。其他一些金属(例如锰)的氧化物同样可以发生反应。

反应式:2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe

花絮:除了焊接铁轨、冶炼金属等用途之外,铝热反应产生的极高温度也曾被用来制造武器。

危险:高。铝热反应可以在局部产生几千度的高温,在没有专业保护、没有按规程操作时,这会非常危险。在网络上,我们可以找到大量铝热反应的实验视频,其中有的看起来简直帅到不行,让人恨不得立刻亲身体验,但必须严肃指出的是,这些“酷炫”的视频很多都没有遵守安全原则。这真的很危险,请一定不要模仿!

 消失无痕 

录制者:MEL Science

原理:白色粉末歘地一下消失了!这不是升华,而是碳酸铵的热分解。产物是氨气、二氧化碳和水蒸气,所以看起来就消失得了无痕迹了。当然,如果你提鼻子一闻的话……碳酸铵遇热相当不稳定,在60°C左右就可以分解。

反应式:(NH4)2CO3  → 2NH3↑ + CO2↑ + H2O↑

花絮:基于同样的原理,碳酸氢铵也被作为一种食品膨松剂使用,不过如果使用不当、没有让氨气完全散去,它就会给食物留下糟糕的气味……

危险:较低。

 气球遇橘皮 

录制者:Tom Kuntzleman

原理:橘子或橙子皮里挤出的“汁液”破坏了气球膜。这些汁液并不像果肉里的汁水,它的主要成分是一些亲脂性、容易挥发的小分子,比如D-柠檬烯。这些挥发油成分可以看成极性弱的有机溶剂,而制作气球的材料分子也有类似的性质,它们遇到这些有机溶剂时更容易溶解(或者说溶胀),气球膜就会破坏。而水作为一种极性强的溶剂不会破坏气球膜,这就体现了我们在化学课本上学到的“相似相溶”规律。

花絮:生活中可以找出很多“相似相溶”的例子,利用它也可以让你的生活变得更美好,比如说,不好清除的油性笔笔迹和不干胶痕迹都可以用含有机溶剂的洗甲水擦掉哦~

危险:低,但是要注意避开眼睛。

“炸蛋”

录制者:Royal Society Of Chemistry

原理:这是一个真·“炸蛋”。鸡蛋的两头都用钉子打出了小洞,掏空内容物之后洗净晾干,然后盖住上面的小孔,并从下面的小孔向鸡蛋壳里充入氢气,然后再从上面点燃。在燃烧中,氢气消耗并从上面的小孔逃逸出去,空气从下面的小孔进入,与剩余的氢气混合,最终混合气体发生爆炸。

反应式:2H2 + O2 → 2H2O

花絮:用甲烷也可以得到类似的效果,不过如果是密度大的可燃气体,得到的效果可能更像是之前介绍过的“瓶中火”。这个实验也提醒我们,可燃气体的操作必须要谨慎进行。

瓶中的下沉火焰, 这种效果是用醇蒸汽之类密度较大的可燃气体实现的。

危险:中高。作为化学课上的教学演示还是可以的,自己在家就别试了。

 碘钟反应 

碘钟反应(Iodine clock reaction)是一种化学振荡反应,其体现了化学动力学的原理。它于1886年被瑞士化学家Hans Heinrich Landolt发现。在碘钟反应中,两种(或三种)无色的液体被混合在一起,并在几秒钟后变成靛蓝色。

下面介绍其中一种碘钟反应的简要实验过程。

实验试剂:

29%过氧化氢溶液、丙二酸、硫酸锰、可溶性淀粉、碘酸钾、1mol/L硫酸

实验步骤:

(1)配制3.6mol/L过氧化氢溶液250mL

(2)配制0.15mol/L丙二酸、0.02mol/L硫酸锰、和0.03%淀粉的混合溶液250mL

(3)配制0.2mol/L碘酸钾和0.08mol/L硫酸的混合溶液250mL

(4)用一个锥形瓶将三份溶液混合,混合后会看到反应液由无色变为蓝紫色,几秒后褪为无色,接着又称琥珀色变逐渐加深,蓝紫色又反复出现,几秒后又消失,这样周而复始地呈周期性变化。

反应的化学方程式:

CH2(COOH)2+4 H2O2 == 3CO2+ 6H2O

2KI+ H2O2 + H2SO4 == I2+ 2H2O + K2SO4

 荧光染料 

在吸收紫外线或可见光后,能把短波长的光转变为波长较长的可见光波而反射出来,呈闪亮的鲜艳色彩。例如,酸性曙红、荧光黄、红汞以及某些分散染料等。它们大多是含有苯环或杂环并带有共轭双键的化合物。

应用:

荧光染料常用于荧光染料产品的制备,以及增白洗衣粉中的增白剂,指示信号用的各种荧光路标漆,荧光标志服等。在科研上广泛应用于荧光免疫,荧光探针,细胞染色等。包括特异性的DNA染色,用于染色体分析、细胞周期、细胞凋亡等相关研究。

“狗吠”反应 

“狗吠”反应(barking dog reaction)是L.J.李比希发现的一种化学反应,反应物是二硫化碳(CS2)溶液、一氧化二氮(N2O),辅助原料是水。

实验步骤:

(1)在带活塞的试管中充入N2O气体,在加入几滴CS2溶液,迅速盖上活塞

(2)震荡摇匀,使N2O和CS2混合均匀

(3)打开活塞,用点火器在瓶口点燃气体,或往试管中放入燃着的火柴

(4)气体被点燃,发出明亮的火焰,并发出如狗吠的声音。

反应原理:

当一氧化氮或一氧化二氮与二硫化碳混合并点燃时,燃烧波沿管向下传播。上面的火焰燃烧时会压缩下层的气体,发出“狗吠”声,燃烧的产物是N2 、 CO 、CO2 、SO2 和单质硫。

反应的化学方程式:

3 NO + CS2 → 3/2 N2 + CO + SO2 + 1/8 S8

4 NO + CS2 → 2 N2 + CO2 + SO2 + 1/8 S8

 硼酸三甲酯的燃烧 

硼酸三甲酯燃烧发出漂亮的绿色火焰

 钠与水反应 


钠属于碱金属元素,钠原子最外层只有一个电子,非常容易失去,所以显示出非常强的金属性,化学性质非常活泼。

金属钠与水反应是高中化学需要掌握的重要化学实验之一,金属钠与水反应的化学方程式:2Na+2H2O =2NaOH + H2 ↑

反应剧烈放热,而钠的熔点低,只有97℃,反应放出的热量能使金属钠和氢气点燃,发生爆炸。所以一般老师或学生做此实验时,取金属钠的量要小。

“黄金雨”


“黄金雨”实验其实是碘化铅的沉淀实验。碘化铅是亮黄色的粉末或者鳞片状结晶,与黄金的颜色非常相似。碘化铅的溶解度约为0.08g,溶解度较小,因此我们可以用可溶性的铅盐和碘化钾反应来制备碘化铅,生成的碘化铅沉淀亮黄色闪闪发光,就像在下“黄金”雨一般,非常漂亮。

如用硝酸铅与碘化钾反应的化学方程式:2KI+Pb(NO3)2==PbI2↓+2KNO3

 丙酮手电筒 


“丙酮手电筒”实验应该为实验作者的实质是丙酮的催化氧化实验。丙酮在铜做催化剂和氧气的参与下,能使丙酮蒸汽氧化成乙醛和乙酸,反应放热,能使铜丝保持红热。反应的化学方程式为:

这里有个误区,高中化学里面认为丙酮是不能催化氧化的。事实上化学反应是多变的,不同的实验条件下,化学反应会有所不同。下面我们来看一下这个实验的过程。

(1)先准备好一条铜丝,紧密得绕成铜丝圈

(2)在烧杯中倒入少量丙酮

(3)将铜丝在酒精灯或者其他燃烧器中加热,使铜丝表面形成一层黑色的氧化铜膜,将铜丝圈伸入烧杯底部几乎接近丙酮液体的表面

然后我们的就能观察到铜丝发亮,原因是丙酮蒸汽在铜丝表面被氧化铜氧化,放出热量,使铜丝发亮,由于局部丙酮蒸汽浓度的不同,铜丝表面出现亮暗不均一的现象,感觉像发亮的地方会移动。

 化学荧光 


荧光物质中的电子吸收光的能量由低能状态转变为高能状态,再回到低能状态时释放出的光。大多数情况下,发光波长比吸收波长较长,能量更低。荧光属于冷光,颜色为蓝、绿、红和黄色。

由吸收光的能量来源分为:光致荧光、化学荧光、X射线荧光、激光荧光、生物发光等。视频中的荧光属于化学荧光,是由于化学反应引起的荧光。我们实际生活中也有化学荧光的应用,例如荧光棒。

 下面还有一些收集的各种有趣动图 


大象牙膏

用双氧水+碘化钾+发泡剂制成。自己就可以做,双氧水消毒用的,药店应该有卖的吧,碘化钾用碘酒就可以,发泡剂用洗涤灵。

金属铯与水

看到贴吧里有个段子:老师同时问中国孩子和外国孩子如何测量眼前这块乒乓球大小的金属铯的体积,中国孩子不会!外国孩子说放在水里看体积变化!理科生呵呵一笑,而文科生们开始鼓掌。

锶加硫磺

外层红色粉末是重铬酸铵,它不稳定,受热分解可以产生大量暗绿色灰烬(三氧化二铬)和明亮的红色火焰

(NH4)2Cr2O7 (s) → Cr2O3 (s) + N2 (g) + 4 H2O (g)

魔术沙

充满魔力的疏水沙在水中的奇妙表现


当可口可乐和氯粉混合之后


点燃装满酒精蒸汽的水桶的效果,很危险


发光氨氧化,法证上用的。

铅笔芯通电之后的神奇反应

橙色LED灯放进液氮的反应

当液氮和1500个乒乓球混合,好壮观!

用纸挤汞金属

甘氨酸,硝酸盐和硝酸钡、硝酸锆和氧化钇的硝酸盐

干冰气泡你需要把稀释的肥皂水倒入干冰上,然后用布挂掉表面,之后就能看到这个现象了~原理是,干冰在水中会直接从固体变成气体二氧化碳,随之体积急速增大,当肥皂水制造的气泡Hold不住二氧化碳时就炸了

杯中是对硝基苯胺和浓硫酸的混合物,加热后发生非常复杂的反应——事实上,我们还不完全清楚反应的详细过程。最后得到的黑色泡沫物原子比例为C6H3N1.5S0.15O1.3,几乎肯定是对硝基苯胺交联后的多聚物。整个反应有时被称为“爆炸式聚合”。膨胀成这么大这么长是反应生成二氧化碳等气体的功劳。

这种液体是二乙基锌。它是一种极易燃烧的有机锌化合物,接触氧气便自燃。真正的二乙基锌如此图所示是蓝色火焰,但是网上流传最广的视频/动图来自2008年诺丁汉大学,他们拍到了黄色的火焰——照他们自己的说法,这是钠污染所致。

这是一个闪光灯泡,内装锌丝和氧气,通电即点燃,只能使用一次。外面包有一层塑料膜以防万一灯泡破碎。在现代电子闪光灯出现之前它是主要的闪光道具,抵达满亮度所花时间更长,但燃烧时间也更长。

血液和过氧化氢,血液中有高效的过氧化氢酶,能够催化过氧化氢分解为水和氧气,大量氧气形成泡沫效果。

丙酮“溶解”泡沫塑料

原理:浅浅一层丙酮并不能真的把整块泡沫塑料“溶解”,实际上它只是溶解了聚苯乙烯的长链,让泡沫塑料里的大量空气逃逸出去。但是,长链交联的地方丙酮无能为力,所以碗底部还会剩下残存的聚苯乙烯。

原理:在加热之后,试管中的氯酸钾发生热分解产生氧气,试管中的氧气和热足以点燃小熊软糖中的糖类等有机物。氧气促进燃烧,而燃烧产生的热量又进一步促进氯酸钾分解产生更多氧气,因此就产生了剧烈的燃烧反应。

原理:这是金属锂燃烧的景象,燃烧过程中固态的金属锂不断熔化,并生成氧化锂。锂的焰色反应为红色,但当剧烈燃烧时火焰呈现一种“亮银色”的状态。

原理:铜与浓硝酸反应,生成硝酸铜、二氧化氮和水,生成的气体通入水中,随着气体生成停止并逐渐溶解,水倒吸进入反应瓶,最终形成淡蓝色的硝酸铜溶液。

Cu(s) + 4HNO3(aq) → Cu(NO3)2(aq) + 2NO2(g) + 2H2O(l)

aq:水溶液         g:gas 气体        l:liquid 液体    s:solid 固体

一开始出现的绿色与浓酸条件下铜离子与硝酸根的结合有关,而在引入更多水之后,溶液就显示为水合铜离子的蓝色了。

原理:燃烧需要可燃物和氧气接触,狭窄的瓶口使得氧气只能逐渐进入,燃烧面逐渐下移。

原理:将除锈处理后的铁棒放入硫酸铜溶液中,铁单质比铜更加活泼,置换出来的铜形成漂亮的松散沉淀。

原理:铝是高度活泼的金属,但是表面的氧化铝层阻止了它和空气中氧气完全反应。而汞会破坏这一保护层,使得铝迅速“生锈”。

氢气遇到火,氢气易燃易扩散,在空气中可以爆炸式燃烧。

火柴燃烧的过程,看着是不是有点别扭

火+油

看完这个图就知道着火的油锅里为什么不让用水扑了吧

膨胀反应里最有名的一个,外号法老之蛇。硫氰化汞受热易分解,会因体积迅速膨胀,曲折生长成蛇形。原理:硫氰化汞不溶于水,可由硝酸汞和硫氰化钾溶液反应制得,并以Fe3+作指示剂,当溶液变成红色时,说明Hg2+已完全沉淀,如果硫氰化钾过量,硫氰化汞则会生成络合物而溶解。

硫氰化汞受热易分解,且体积膨胀很大,曲曲折折生长成蛇形。其化学反应大致如下:

4Hg(SCN)2=4HgS + 2CS2 + 3(CN)2↑ + N2↑

硫氰化汞燃烧产生剧毒物质,硫氰化汞本身也有毒。实验应在室外或通风橱中进行。

人造雪是一种神奇的吸水树脂,能把水变成一种白色蓬松的物质,看起来像真雪一样。这种雪现常用在电影业及室内装饰上。这种人造雪就是一种聚合体的化学物质,聚合体的意思是长链分子(poly的意思是很多,mer的意思是个体或分子。)人造雪利用它对水的渗透性(水分子渗透到其中)。当水份子与聚合体接触时,从聚合体外部进入内部产生膨胀。聚合物链是具有弹性的,但只能伸长到一定长度后就不能再伸长了。

酒精烧杯

 自制食盐别样鲜 

原理:金属钠被加热后,放入充有氯气的容器中,伴随着夕阳暮云遮一般的钠特征黄光,氯化钠便生成了。钠在氯气中燃烧,把电子转给了氯,于是钠变成了钠离子,氯变成了氯离子,通过静电力吸在一起。燃烧过后,容器中的浓烟就是氯化钠颗粒:

在原视频中,老爷爷甚至还现场掏出鸡蛋,蘸着事先纯化过的“自制食盐”吃了起来:

录制者:UCBerkeley

且慢,烟为啥是棕色?原视频中并没有给出解释,据我推测,这种颜色可能是来自杂质,或者晶格缺陷产生的色心,另外剧烈燃烧产生的氯化钠颗粒会比较细小,无色的晶体在粒径大幅度减小时,也可能产生不同于大块晶体的颜色。

花絮:在人们对原子结构还没有充分认识之前,有一个理论认为,钠原子是带有“小孔”的,氯原子是带有“小钩”的。所以钠原子和氯原子化合,就是氯原子用小钩钩住了钠原子的小孔。氯原子和氯原子因为可以通过小钩互相钩住,所以可以形成Cl2;而小孔和小孔没法连在一起,所以没有Na2。现在看来也是一个神奇的脑洞……

危险:高。钠很活泼,氯气很毒,弄个盐不用这么费事吧……


二氧化碳熄灭蜡烛

利用二氧化碳的密度比空气大,不支持燃烧的性质。

金属“镓”其实在室温下就会融化。

镓的熔点在29.78℃,所以放在手心上就会融化,它可以做成光学玻璃、合金、真空管等。

干冰遇到水会冒出大泡泡!

因为干冰升华会直接从固体变成气体,所以会冒出很多蒸气。大家有没有想到小时候学校园游会卖的“干冰汽水”?

白锡像变成老木材一样的变成灰锡

温度低于摄氏13度的时候,原本坚硬的白锡会变成脆弱的灰锡。

美剧《绝命毒师》里演的是真的

三碘化氮就像会爆炸的灰尘一样

轻轻地用羽毛一碰就会爆炸喔。

混合铝和碘发生反应就会变成“仙女棒”鞭炮。

燃烧的钢丝绒

将油墨投进煤油后的变化

谁说水墨画一定要用纸笔展现呢?

 03 

生物

 DNA复制 


原理:这是DNA复制过程的动画演示。你没看错,DNA复制过程,就是如此的繁复而精致,犹如精密机器的运作。

DNA复制过程中,需要面对的最大问题,就是新DNA链的合成方向问题。DNA聚合酶,只能沿着磷酸核糖骨架5’端向3’端的方向来延伸新的DNA链,因此决定了两条DNA新链中,只有一条先导链能够连续的合成,而另一条后随链则只能不连续的合成。

因此,生物体演化出一套复杂的分子机器来解决这个问题。这个分子机器由多个蛋白构成。天蓝色的解旋酶负责解开DNA双链,先导链在DNA聚合酶(紫色)的作用下连续合成。而后随链则首先结合引物酶(草绿色)合成RNA引物,随后在复制因子C(RFC,蓝绿色)帮助下结合DNA后随链,将后随链传递给另一侧的DNA聚合酶,进行后随链的合成。后随链之所以绕出一个大大的圈,就是来保证两条新链能够几乎同等速度的合成。

花絮:除了DNA复制外,细胞内大部分的生理活动,都是由诸多蛋白构成的大型复合体,以“分子机器”的形式来进行的。这样可以大大提高生化过程的进行效率。

答题时间:在转录过程中,DNA的双链发生了怎么样的变化呢?

 向日葵“转头”

原理:我们从小就听说,向日葵喜欢追着太阳,不过事实上,让向日葵“向阳”的其实是一种总喜欢躲着阳光的物质。对,它就是经常出现在生物课本上的生长素。阳光的照射会使得生长素向茎的背光侧运输,而较高浓度的生长素会刺激这一区域细胞的伸长,因此将向日葵的花推向太阳一侧。

不过,这种情况只会发生在向日葵的生长阶段和开花初期。在动图中,我们看到的也是向日葵幼小花盘“摇动找太阳”的延时摄影。而当向日葵花盘完全展开,茎不再伸长时,向日葵也就不再“向日”了。

花絮:生长素是最早被发现和确定功能的植物激素。达尔文父子为生长素的发现奠定了坚实的基础。

答题时间:除了生长素以外,植物还存在哪些激素?还记得它们各自有什么作用吗?

 有丝分裂 


原理:体内正时刻经历着这样的过程,这就是细胞的有丝分裂。这是人体,以及一切真核细胞最为普遍的分裂方式。

经过层层的包装压缩,弥散在细胞核内乱麻似的DNA长链,被凝聚为可以观察到的棒状的染色体。而当它们到达细胞中央时,被荧光染色点亮的微管构成的纺锤丝,将它均匀地分为两份,并拉向细胞两端,使得新形成的两个细胞,具有了一模一样的遗传信息。图中的细胞为猪肾上皮细胞(LLC-PK1 Line),用荧光蛋白分别标记了微管蛋白(绿色)和染色体中的组蛋白(红色)。

和有丝分裂类似,减数分裂也需要纺锤丝和微管的参与。只不过在减数分裂中,DNA只复制了一次而分裂发生了两次,从而使最终的细胞内的遗传物质减半,这样就形成了有性生殖所需的配子。


大蚊幼虫精母细胞的减数第一次分裂。

花絮:有丝分裂可能是生物学爱好者们最喜欢玩的一个梗了,在网上,你能找到用各种东西演示的奇怪“有丝分裂”,比如草莓:


甜甜圈:

或者是,呃,星之卡比……

我想这并不是合理的繁殖方式……

答题时间:请简述有丝分裂的各个时期名称,并画出不同时期内DNA和染色体数量的变化曲线。

 酵母出芽 


原理:吹个大泡泡!这其实就是酵母在繁殖。作为结构最为简单的真菌,同时也是最为人所熟知的单细胞真核生物,酵母一直以来是人们研究真核细胞生物学过程的重要对象。而它最为典型的繁殖方式,就是出芽生殖。

酵母的出芽生殖,可以看作一种特殊的细胞有丝分裂现象,在有丝分裂的后期,酵母细胞进行了细胞质不等的分裂,形成了一大一小两个相连的细胞,小的即是“芽”。芽会连接在母体上一段时间,进行一定的物质交换,待进一步长大后,芽即从母体脱落,形成一个新的独立的细胞。

酵母出芽的铜铸模型,看起来还挺可爱的……

花絮:尽管出芽是酵母最为常见的繁殖方式,但作为真核细胞,酵母同样可以进行有性生殖。

答题时间:酵母菌与大肠杆菌在结构和繁殖方式上有哪些相同点和不同点?

“爆炸”细胞 


原理:这是被放进纯水中的血细胞。水是生命之源,而纯水,则可以成为细胞的“杀手”。

细胞表面的细胞膜,是一个精密的半透膜,它允许中性小分子如水的进出,却能阻碍大分子和带电粒子,如蛋白质、金属离子等的自由移动。

因此在纯净的水中,细胞外更高浓度的水分子,会大量的涌入细胞,来达到细胞膜两侧水分子浓度的平衡。然而水的涌入,使得细胞逐渐膨胀,失去原有形态成为球状。而当水继续进入细胞时,薄薄的细胞膜承受不住这种膨胀,于是过饱的气球一样,啪的破裂了。

细胞们需要稳定的生存环境,在人体内,也有很多机制来维持水、电解质、pH值等因素的稳定状态,这就是生物课本上的“内环境稳态”知识点啦。

反过来,在高渗环境中,细胞就要失水了,还记得弥漫着洋葱味的质壁分离实验吗?

花絮:渗透压和很多人体现象都有关系。比如说,当肠道里有大量未被吸收的溶质时,渗透压的差异会导致渗透性腹泻;在炎症反应发生时,血管通透性增加,一些蛋白质进入周围的组织,让组织中的胶体渗透压升高,这样一来,水也跟着涌入,就让组织肿了起来。

答题时间:为什么植物细胞泡在清水中不会涨破呢?

 攀附藤蔓 


原理:藤蔓植物的卷须,是如何攀附到远离它的竹竿、篱笆上的?植物们自有探索的办法。

图中展示的是旋花科植物的藤蔓。藤蔓植物的卷须在碰触到攀缘物之前,会伸展着卷须,随着茎的延伸,自发的进行“转圈”运动,来搜寻周围可能的攀缘物。而当卷须一旦碰触到攀缘物,那么这种接触所引发的信号,会促使生长素被运输至接触面的另一侧,使得卷须迅速卷曲,并最终攀附在攀缘物上。

花絮:植物们通过生长素调节实现了攀附这样的“慢运动”,而依靠水分的压力,它们也能动得更加迅速。含羞草叶片的“含羞”,捕蝇草捕虫夹的关闭,都是依靠后者进行的。

迅速闭合的捕蝇草。

答题时间:植物的运动和动物的运动,有哪些不同点?

 新生命的起点 


原理:生命在母体中最初的样子是什么样?这里显示的就是人类胚胎最早的发育阶段。精子和卵子的接触和融合,使得受精卵中出现了两个细胞核——雄原核和雌原核,两个原核融合后,快速的激发了受精卵的分裂。最初的两次分裂,使得受精卵形成了四个大小几乎一致的细胞,而第三次分裂,则不等的产生了四大、四小八个细胞——这最早决定了胚胎的方向。随着分裂的继续进行,一颗受精卵分裂为了数百个细胞组成的空心细胞团,即囊胚。而囊胚的进一步发育,则开启了最早的组织分化。

花絮:在4细胞时期之前,如果人工将这几个细胞彼此分离,那么每一个细胞还将能发育为一个完整的个体。这也是细胞全能性的一个表现。

答题时间:结合动图简述同卵双胞胎和异卵双胞胎的异同。

 钠钾泵 


原理:很显然,这并不是什么正经科学图片……不过,这张用“Hotline Bling”MTV制作的魔性改图倒是相当有创意。

带电粒子不能自由通过细胞膜,那维系生命的钾钠离子如何跨膜运动?别急,我们有各种离子通道和离子泵。钠钾泵就是最为常见的一种离子泵。钠钾泵能够一次将三个钠离子运出细胞外,同时将两个钾离子运入细胞内,从而维持细胞内高钾低钠的状态。当然,这种运输过程并非无偿——ATP就是搬运粒子过程所必须支付的能量。这也是主动运输最为重要的特征。

还是来个正经点的示意图吧

花絮:钠钾泵的存在,维持了细胞膜两侧钠钾离子浓度的差异,而这种浓度差,是细胞感受外界环境变化以及神经细胞传导神经冲动等重要过程能够发生的基础。

答题时间:人体内还有哪些过程是主动运输?协助运输的过程又有哪些?

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