巧妙利用饮料瓶和气球演示肺的呼吸原理和过程

巧妙利用饮料瓶和气球演示肺的呼吸原理和过程

女儿在初二上学期生理课上，学习了肺的呼吸过程。由于这个过程比较复杂，涉及到的物理知识和生理知识比较多，课堂没有掌握好。本人作为一名教师，虽然不是从事初中的生物教学，本着毁人不倦的敬业精神，给女儿只做了简易呼吸运动演示仪器。

孩子对于呼吸作用的原理理解有困难，首先他们认为在原理上是人主动将气体吸入和呼出肺泡的，而不认为是肺泡内气压和大气压的压力差是气体发生流动、进行气体交换的直接动力（初二的学生没有学习物理，不知道流体会向着压强小的方向流动）。针对孩子的这个认识误区，我们可以从生活中的常识向他们解释其中原因。我们可以准备一个瓶装水，让孩子满口含住瓶口，用力吸里面的半瓶子水，这时候根本吸不上一滴水。如果我们将以一根吸管由瓶口插入，这样去喝水，就可以很轻松的喝到水了。这个原理和离心泵抽水的原理是一样的，都是利用的大气的压力。

图二：呼气过程 图三：吸气过程

第二个理解的困难在于对呼吸过程的理解以及大气压、呼吸道和肺泡和胸廓这几部分的压力变换情况。下面我们就可以利用简易的呼吸运动演示仪器呼吸的过程，瓶子内的气球相当于人的肺泡；瓶子内部相当于人的胸廓，瓶颈出相当于呼吸道。当我们挤压瓶子是，瓶子内部的空气体积减小，压强增大这个过程和我们利用打气筒给轮胎充气的是一个道理，(物理学波义耳定律，当一定量的理想气体，当温度T一定，压强P和体积V成反比例)。具体到人的呼吸作用，对应膈肌抬升，肋间肌放松，胸廓体积缩小，胸廓内的空气压强增大。瓶子内的气球相当于肺泡，我们可以看到气球的体积减小。相当于的肺泡由于受到胸廓内气体增大的压力，它体积变小，将肺泡内的气体经过呼吸道排除。在呼气过程中，首先是膈肌和肋间肌使胸廓的体积减小，胸廓的体积减小，引起肺泡体积减小，肺泡内的压强增大，肺泡内的气体向压力小的呼吸道方向移动，经过呼吸道将肺泡内含有高浓度二氧化碳气体排除体外。在呼气整个过程中，各部分气体的压强从大到下依次排列为胸廓内的气体压强p1大于肺泡内的压强p2大于呼吸道内的气体压强p3大于大气压强p4。

对于吸气的过程，恰好和呼气的过程恰好相反。当我们不在挤压瓶子，瓶子的形状还原成原来的圆柱体，瓶子内气体体积增大，压强减小。这个过程相当于膈肌在腹腔的位置下降，肋

间肌同事收缩，胸廓的体积变大，胸廓的气体压强变小。气球（相当于肺泡）外部的压强变小，它的体积就会变大，气球内部的气体的要求就会变小。此时空气会向压力小的方向流动，大气压力推着外部的含有高浓度氧气的空气经过瓶口（相当于呼吸道）进入肺泡，完成吸气的过程。在吸气的过程中，胸廓内的气体压强p1小于肺泡内的压强p2小于呼吸道内的气体压强p3小于大气压强p4。

生活中的常识告诉我们如果平原地区的人们来到了高原地区，就会出现呼吸困难，产生高原反应。这其中就是因为高原上空气稀薄，大气压力小的原因，吸气和呼气的动力不足。看似一个简单的吸气和呼气的过程，人体各个部分机能和自然界大气的压力协同工作，完美的完成了我们呼气和吸气这两个基本的生理功能。

有的家长认为初中历史、地理和生物等课程不重要。我认为这种想法是非常不正确的，在呼吸过程中，既有复杂的过程分析，又有物理学原理在里面。如果孩子能够掌握了这样的分析方法，在以后学习物理或化学方面的知识的时候肯定比死记硬背生物学知识的孩子接受能力要强。