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第21讲 呼吸系统与能量的获得
知识要点：
1. 人体呼吸系统的组成和气体交换过程。
2. 人体吸气和呼气的过程。
3. 呼吸作用为人体内能量的利用提供了必要的条件。
4. 有氧呼吸和无氧呼吸的区别。
5. 糖类、蛋白质、脂肪被消化吸收后的利用过程。
思维导图：
一、人体呼吸系统
1. 人体呼吸系统的组成。
（1）人体与外界环境进行气体交换的过程称为呼吸。人体与外界环境
的气体交换是由呼吸系统完成的。
（2）人体的呼吸系统由呼吸道和肺组成。呼吸道包括鼻、咽、喉、气
管和支气管。肺是气体交换的器官，是呼吸系统最重要的部分。
2. 呼吸运动。
（1）呼吸运动是指胸廓有规律地扩大和缩小。
（2）吸气和呼气过程的记忆口诀：肋膈肌缩胸腔扩，吸入空气氧气
多；肋膈肌舒胸腔缩，呼出废气氧气少。流程图如下：
3. 气体交换。
（1）肺泡内的气体交换：血液流经肺泡时，血液中的二氧化碳扩散到
肺泡，肺泡中的氧气扩散进入血液。
（2）肺泡内气体交换的原理是气体的扩散作用，其特点是气体从高浓
度向低浓度扩散。肺泡内氧气浓度高，则氧气的扩散方向是从肺泡到毛
细血管；肺泡内二氧化碳浓度低，则周围毛细血管内二氧化碳的扩散方
向是从毛细血管到肺泡。
二、能量的获得
1. 呼吸作用是指在细胞内氧化分解糖类、蛋白质和脂肪等有机物，并释
放出能量的过程。呼吸作用为人体内能量的利用提供了必要的条件。
难点解析：呼吸与呼吸作用是两个完全不同的概念，呼吸是利用呼吸系
统来完成吸入氧气、呼出二氧化碳的气体交换过程，是一个以物理变化
为主的过程；呼吸作用是细胞内的有机物与氧气发生反应，最终产生二
氧化碳、水和其他产物，同时有机物中的能量被释放出来，供生命活动
所需要，是一个以化学变化为主的过程。
2. 有氧呼吸是指在氧气的参与下，有机物分解较彻底，并释放出较多能
量的过程。无氧呼吸是指细胞在缺氧条件下，将糖类等有机物分解成未
彻底氧化的产物，并释放出少量能量的过程。
3. 有氧呼吸和无氧呼吸的比较。
反应式 相同点
有氧呼吸 葡萄糖+氧气二氧化碳+水+能量 （1）都需要酶的
参与
（2）都是活细胞
才能进行
（3）都能获得能
量
无氧呼吸（动
物） 葡萄糖乳酸+能量（少量） 无氧呼吸（高等
植物、酵母菌等
其他生物） 葡萄糖酒精+二氧化碳+能量
（少量） 难点解析：呼吸、呼吸运动、呼吸作用是三个不同的概念。呼吸是指生
物体与外界的气体交换，不同生物呼吸的复杂程度不同，如人的呼吸包
括肺通气、肺泡内的气体交换、气体在血液中运输、组织细胞处的气体
交换四个连续的过程。呼吸运动是指人体通过呼吸肌的收缩和舒张，引
起肺容积的变化而完成的吸气和呼气过程。呼吸作用又称细胞呼吸，是
在生物体活细胞内进行的缓慢氧化反应。
三、营养物质的利用
1. 吸收到体内的葡萄糖，一部分被组织细胞氧化分解以提供能量；多余
的部分会在肝脏或肌肉等组织细胞中合成糖原或在体内转变为脂肪。
2. 蛋白质经消化吸收后，一部分在各种组织细胞中又会重新合成人体所
特有的蛋白质；另一部分氧化分解供能或合成糖类和脂肪。
3. 脂肪经消化吸收后，一部分被组织细胞利用；另一部分由血液运输到
脂肪组织贮存起来，需要时可进行分解，释放出能量供细胞利用。
4. 获得的能量与消耗的能量决定了体重的变化：获得的能量>消耗的能
量→能量储存，体内有机物增加（体重增大）；获得的能量<消耗的能
量→能量不足，分解体内有机物（体重减小）。
知识点一：人体的呼吸系统与呼吸运动
　生命不息，呼吸不止，人体与外界的气体交换与胸廓及肺的变化
密切相关。如图甲所示为呼吸时肺内气压的变化情况，如图乙所示为呼
吸时胸腔底部膈肌所处的两种状态。下列叙述中正确的是 （　　）
A. 图甲中A→B→C段表示呼气，对应图乙中膈顶的位置由①→②
B. 图甲中D→E段表示肺内气压逐渐增大，此时人体处于吸气状态
C. 图甲中C→D→E段时，膈肌和肋间外肌都舒张
D. 图乙中当膈顶的位置由①→②时，肺的容积变小，肺内气压变大
　图甲中A→B→C段为呼气，C→D→E段为吸气；图乙中的①
状态表示膈肌舒张，②状态表示膈肌收缩。据此结合所学知识进行分
析。
　图甲中A→B→C段肺内气压高于外界气压，表示呼气，对
应图乙中膈顶的位置由②→①；图甲中D→E段肺内气压虽然逐渐增大，
但是仍然低于外界气压，所以此时人体处于吸气状态；图甲中C→D→E
段时，肺内气压小于外界气压，表示吸气，此时膈肌和肋间外肌都收
缩；图乙中当膈顶的位置由①→②时，胸廓的容积变大，肺随之扩张，
肺的容积变大，肺内气压变小。
　B
　理解呼气和吸气过程中膈肌状态和肺内气压的变化是解题
的关键。
　【湖州】肺是气体交换的器官，也是呼吸系统最重要的部
分。
（1）如图所示为肺从外界吸气的模型。请通过此模型阐述肺吸气的原
理：

。
（2）你认为肺有哪些结构特点与气体交换这一功能相适应？
。
橡皮膜向下拉后，钟形罩的容积变大，气压变小，气球内的气压
大于钟形罩内的气压，气球扩张，气球容积变大，气球内的气压变小，
外界气压大于气球内的气压
肺泡数
量多，肺泡壁薄，肺泡壁上布满毛细血管和弹性纤维
知识点二：气体交换
　如图所示为人体气体交换示意图，下列说法中正确的是（　　）
A. 图甲为人体的组织细胞，图乙为肺泡
B. 呼出的气体中二氧化碳浓度大于氧气浓度
C. 图甲中B处氧气浓度小于A处
D. 图乙中C处二氧化碳浓度小于D处
　图甲是肺泡，图乙是人体的组织细胞，图甲中A处是肺动
脉，B处是肺静脉，图乙中C处是各级动脉，D处是各级静脉。肺泡内的
气体交换发生在肺泡与血液之间，是通过气体扩散作用实现的，肺泡内
的氧气扩散进入血液，血液中的二氧化碳扩散进入肺泡，血液变成含氧
气丰富的动脉血。组织内的气体交换发生在组织细胞与血液之间，是通
过气体扩散作用实现的，血液内的氧气扩散进入组织细胞，组织细胞产
生的二氧化碳扩散进入血液，血液变成含氧气少、颜色暗红的静脉血。
图甲为肺泡，图乙为人体的组织细胞，A错误。与吸入的气
体相比，呼出的气体中二氧化碳增多，氧气减少，但不论是吸入的气体
中还是呼出的气体中，二氧化碳浓度都小于氧气浓度，B错误。肺泡内
的气体交换发生在肺泡与血液之间，肺泡内的氧气扩散进入血液，血液
中的二氧化碳扩散进入肺泡，血液变成含氧气丰富的动脉血。图甲中[B]
肺静脉处氧气浓度大于[A]肺动脉处，C错误。组织内的气体交换发生在
组织细胞与血液之间，血液内的氧气扩散进入组织细胞，组织细胞产生
的二氧化碳扩散进入血液，血液变成含氧气少、颜色暗红的静脉血，图
乙为组织细胞，图乙中[C]各级动脉处二氧化碳浓度小于[D]各级静脉
处，D正确。
D
掌握组织细胞和肺泡内的气体交换过程是解题的关键。
　如图所示为人体获得空气中的氧气，并由血液运输至全身
各处组织细胞的模式图，请据图回答下列问题：
（1）d过程表示血液中的二氧化碳通过 壁和肺泡壁进入肺
泡内。
（2）c过程中氧气能进入血液是通过 作用实现的。
（3）图中氧气进入组织细胞后，参与细胞内的
过程。
毛细血管
扩散
呼吸作用（或有机物
的氧化分解）
知识点三：能量的获得
　为了研究运动员参加诸项田径运动时机体的供能方式，有人对400
m跑和马拉松跑的机体总需氧量、实际摄氧量和血液中乳酸的增加情况
进行了测量，测得结果如下表所示：
田径项目 总需氧量/L 实际摄氧量/L 血液中乳酸的增加情况
400 m跑 16 3 明显增加
马拉松跑 590 570 略有增加
根据以上测得的数据，我们可以得出结论：400 m跑和马拉松跑运动过
程中机体的主要供能方式分别为 （　　）
A. 有氧呼吸、无氧呼吸 B. 有氧呼吸、有氧呼吸
C. 无氧呼吸、有氧呼吸 D. 无氧呼吸、无氧呼吸
　根据细胞呼吸的原理与意义，结合表中两种运动中机体总
需氧量、实际摄氧量和血液中乳酸的增加情况来判断供能的主要方式。
　400 m跑过程中实际摄氧量与总需氧量差别较大，血液中
产生大量乳酸，说明机体的主要供能方式为无氧呼吸；马拉松跑过程中
实际摄氧量与总需氧量相差不大，血液中乳酸略有增加，说明机体的主
要供能方式为有氧呼吸。
　C
　明确有氧呼吸和无氧呼吸的异同是解题的关键。
　如图所示为高等植物在室内的二氧化碳浓度与氧气浓度之
间的关系图像，下列关于有氧呼吸、无氧呼吸的说法中错误的是
（　B　）
B
A. 有氧呼吸氧化分解有机物较彻底、释放的能量较多，是主要的呼吸作
用方式
B. 无氧呼吸时，无氧呼吸的强度随氧气浓度的增加而增强
C. 有氧呼吸、无氧呼吸都需要酶的参与
D. 在细胞内无氧气或氧气较少（即氧气少于一定临界值）时才会进行无
氧呼吸
　近年来，我国青少年肥胖率增长较快，研究发现青少年肥胖大多
是由高脂的饮食习惯引起的。科学家合成了一种能安全促进脂肪代谢的
药物，能否使用这种药物有效改善肥胖？某兴趣小组的同学用哺乳动物
小白鼠进行了如下研究：
①选取鼠龄相同的同种健康成年小白鼠若干只，以高脂饮食饲养一段时
间后，将体重相近的肥胖小白鼠随机平均分为甲、乙、丙、丁四组。
②对四组小白鼠按表格中的方式饲养相同的时间（其中乙、丁两组药量
相等）。
③每周定期测量小白鼠的体重，处理相关数据，绘制各组小白鼠的平均
体重随时间变化的图像，如图所示。
组别 甲 乙 丙 丁
饲养方式 高脂饮食，不
吃药 高脂饮食，
吃药 正常饮食，不
吃药 正常饮食，
吃药
（1）据调查，18.9%的中小学生有经常饮用含糖饮料的问题，若人体吸
收的葡萄糖过多，则多余部分会转变为 而造成肥胖。
（2）实验中不选用幼年小白鼠为实验对象的原因是 　 　 。
（3）该实验设计分四组进行，每组都选用若干只小白鼠，主要是为
了 　 　 。
（4）分析实验结果后，该兴趣小组的同学认为和药物控制相比，改善
饮食习惯更能有效改善肥胖。他们的判断依据是 　 　 。
　（1）若人体吸收的葡萄糖过多，则多余部分会转变为脂
肪而造成肥胖。（2）本实验以小白鼠的平均体重作为观察指标，而幼
年小白鼠的生长发育会造成体重变化，对实验造成干扰，所以实验中不
选用幼年小白鼠为实验对象。（3）每组只用少量的实验材料或生物个
体做实验不科学，可能会因实验材料或生物个体自身原因等偶然性而影
响实验结果。因此，该实验设计分四组进行，每组都选用若干只小白
鼠，主要是为了排除偶然性，增强实验的准确性、可靠性。（4）分析
实验结果可知，甲、乙两组小白鼠对比，药物是唯一变量，对肥胖的影
响不大；
甲、丙两组小白鼠对比，饮食习惯是唯一变量，对肥胖的影响较大，所
以该兴趣小组的同学认为和药物控制相比，改善饮食习惯更能有效改善
肥胖。
（1）脂肪 （2）幼年小白鼠的生长发育会造成体重变化，
对实验造成干扰 （3）排除偶然性，增强实验的准确性、可靠性 （4）
改善饮食习惯使体重下降比药物控制使体重下降更明显
通过对比甲、乙、丙、丁四组小白鼠不同饮食习惯和用药条
件下的平均体重变化，结合图表数据，判断饮食习惯与药物对肥胖的影
响。
1. 糖类是人体细胞的重要能源物质，其在体内的转化不可能发生的是
（　C　）
A. 葡萄糖合成肝糖原 B. 葡萄糖转变为脂肪
C. 葡萄糖转变为蛋白质 D. 葡萄糖分解为乳酸
C
2. 【徐州】如图所示为“验证人体吸入和呼出气体成分变化”的实验示意
图。下列叙述中错误的是（　B　）
A. 夹紧①处，在呼吸处呼气，乙试管内澄清石灰水变浑浊
B. 夹紧②处，在呼吸处吸气，甲试管内澄清石灰水变浑浊
C. 二氧化碳从毛细血管进入肺泡是通过气体的扩散作用实现的
D. 实验中，使澄清石灰水变浑浊的二氧化碳来自人体内有机物
的氧化分解
B
3. 如图所示为呼吸系统的组成及肺的结构，下列叙述中错误的是
（　C　）
A. 图甲中的⑦表示呼吸道，⑥是气体交换的器官
B. 图乙中的⑧表示肺泡，肺部有大量的肺泡
C. 图丙中的b表示氧气，a表示二氧化碳
D. 图丙中气体交换的原理是气体的扩散作用
C
4. 【河南】如图所示的装置可以模拟肺与外界的气体交换，气球模拟
肺，橡皮膜模拟膈。该装置还可以反映胸廓内压力的变化情况。下列相
关说法中正确的是（　D　）
A. 向下拉橡皮膜，模拟膈肌收缩，液面A上升
B. 向上推橡皮膜，模拟呼气过程，液面A下降
C. 向上推橡皮膜，胸廓容积增大，液面B下降
D. 向下拉橡皮膜，肺内气压减小，液面B上升
D
5. 如图所示为某人呼吸过程中肺内气压与外界气压差的变化曲线，处于
呼气状态的是（　D　）
A. 0→t2 B. t1→t2 C. t1→t3 D. t2→t4
D
6. 人工肺也叫体外膜肺，是可以代替肺完成相应功能的生命支持系统
（如图所示）。下列分析中不正确的是（　D　）
A. 隔离膜相当于肺泡壁和毛细血管壁
B. 隔离膜应只允许氧气、二氧化碳等气体通过
C. 增加隔离膜的面积能提高气体交换效率
D. 血液流经人工肺后，含氧量降低
D
7. 肥胖通常与遗传、生活习惯和心理因素等有关。
（1）从能量平衡的角度看，若长期吃过多的高脂肪、高热量食物且不
运动，则会导致人体获得的能量 （填“大于”或“小于”）消耗的能
量，从而引发肥胖。
（2）平衡膳食和参加适度体育运动是预防肥胖的主要方法。
①人体摄入的各类营养物质，最终大多通过呼吸作用被活细胞所消耗，
呼吸作用的实质是 。
大于
有机物氧化分解，释放出能量供细胞利用
②关于人体内物质与能量的转化，下列叙述中错误的是 （填字母）。
A. 糖类、脂肪和蛋白质在人体细胞中氧化分解的最终产物不完全相同
B. 氨基酸可以用来合成人体所需要的蛋白质
C. 人在剧烈运动时，肌细胞能进行无氧呼吸，把葡萄糖分解成酒精
D. 血液中的葡萄糖一部分合成糖原，暂时贮存在肝脏和肌肉中，以备生
命活动利用
C
8. 如图甲所示为人体内气体交换过程的示意图，如图乙所示为呼吸过程
中肺内气压变化的示意图。请据图回答下列问题：
（1）图甲中A处表示肺与外界的气体交换过程，此过程是通过
实现的。
（2）图甲中进行①过程时，膈肌处于 状态，胸廓容积会
，此时肺内气压 （填“大于”或“小于”）外界气压，对应如
图乙所示的 段变化。
呼吸运
动
收缩
变
大
小于
ab
（3）图甲中B处④表示 从肺泡进入血液中，需经过 层细
胞膜。
（4）图乙所示曲线bc段的变化中，胸廓的前后、左右、上下内径
都 （填“缩小”或“扩大”）。
（5）本次呼吸中，吸气结束的那一瞬间是图乙中的 点。
氧气
4
缩小
b
9. 如图所示为人体运动的能量来源示意图，据图分析，下列说法中正确
的是（　D　）
A. 人在休息时不需要消耗能量
B. 呼吸作用释放出的能量都转化为热能
C. 人体所需能量的70%由蛋白质提供
D. 图中的X为人体运动提供能量
D
10. 【宜昌】在学校的体质健康监测中，测得某同学的肺容量变化如图
所示。据图分析，下列说法中正确的是（　C　）
①F点的数值就是该同学肺容量的最大值
②AB段表示吸气过程
③BC段膈肌处于收缩状态
④D点表示呼气结束的瞬间，此时肺内气压等于大气压
C
A. ①② B. ②③ C. ②④ D. ③④
【解析】①在测定的范围内（0~15 s），F点的数值是该同学肺容量的最
大值，但不能说明F点的数值就是该同学肺容量的最大值，最大值可能
出现在15 s之后；②AB段肺容量变大，肺内气压变小，表示吸气过程；
③BC段肺容量变小，表示呼气过程，膈肌处于舒张状态；④D点在曲线
最下端，表示呼气结束的瞬间，此时肺内气压等于大气压。
11. 如图所示为人体胸廓容积的变化，到b点时，肺泡内、呼吸道、外界
气压的关系是（　C　）
A. 肺泡内=呼吸道>外界
B. 肺泡内=呼吸道<外界
C. 肺泡内<呼吸道<外界
D. 肺泡内>呼吸道>外界
C
【解析】由题图可知，到b点时，胸廓的容积在扩大，此时肺随之扩
大，肺内气压下降，小于外界气压，外界气体进入肺，形成吸气运
动，因此到b点时，肺泡内、呼吸道、外界气压的关系是肺泡内<呼
吸道<外界。
12. 急性感染性肺炎患者的呼吸会受到不同程度的影响。图甲所示为人
体气体交换示意图，A、B、C表示三个交换过程，①~⑥表示气体；图乙
所示为模拟肺吸气与呼气的装置示意图。
（1）A、B、C三个过程中，血液中氧气增多的是 过程。
B
（2）当肺炎患者咳嗽时，人体的呼吸运动状态应类似于图乙中的
（填“a”或“b”）装置，此时Ⅳ会 （填“收缩”或“舒张”），肺内气压
发生的变化是 。
（3）严重肺炎患者往往呼吸困难，主要是由于肺泡里充斥着炎性分泌
物，而难以完成图甲中的 （填字母）过程，所以患者血液中的
浓度低，需要借助呼吸机来治疗。
a
舒张
变大
B
氧气
13. 人体的肺与外界进行气体交换是通过肋间肌和膈肌的收缩舒张改变
胸廓体积来实现的。下列各图中能正确反映胸廓容积和肺内气压变化情
况的是（　D　）
A. B.
C. D.
D
14. 在学习了“人体呼吸系统”相关知识后，老师布置了制作“呼吸运动模
型”来模拟人体呼气和吸气过程的实践作业。大家一起讨论制订了如下
表所示的“呼吸运动模型”评价表。
“呼吸运动模型”评价表
评价指标 等级 优秀 合格 待改进
指标一 结构完整，所选材
料的外观与肺、气
管高度相似 结构完整，所选材
料的外观与肺、气
管较为相似 结构不完整，
有1处及以上缺
失
指标二 能模拟横膈运动和
肋骨运动 能模拟横膈运动或
肋骨运动 不能模拟横膈
运动和肋骨运
动
（1）制作模型：小明利用直玻璃管、透明气球、玻璃罩、橡皮膜、带
孔橡胶塞等材料做了如图甲所示的模型。若要用图甲所示模型模拟人
体呼气过程，则小明的正确操作是 。
向上推橡皮膜
（2）改进模型：小科将玻璃罩换成大的饮用水瓶，将直玻璃管替换为
Y型玻璃管，如图乙所示。依据“呼吸运动模型”评价表，请任意选择一
个评价指标，评价图乙所示模型的等级，并说明依据：


。
指标一，优
秀；Y型玻璃管模拟了气管和支气管，两个透明气球模拟了双肺（或指
标二，优秀；饮用水瓶和橡皮膜的形变能模拟横膈运动和肋骨运
动）
（3）交流反思：如图丙所示为某次吸入肺的气体体积的变化曲线，
0~2.5 s表示人体吸气的过程，吸气阶段肺内气压先减小后变大的原因
是


。
吸气时，胸腔体积变大（肋间外肌和膈肌都收缩）使得肺内容积
变大，肺内气压会不断下降，随着更多的气体进入肺内，由于肺无法
继续很明显地扩张，容积也不能明显变大，此时肺内气压就会持续上
升，逐渐增大至与大气压相等，此时吸气的动作就会停止

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