2.无机盐在细胞中的作用

(1)无机盐是构成细胞中某些复杂化合物的重要组成成分，如PO³-₄是合成磷酸、核苷酸等的原料。

(2)无机盐能够维持细胞正常的渗透压，维持细胞内的酸碱平衡以及细胞的正常形态和功能，对于维持细胞和生物体正常生命活动有重要作用。

(3)有些无机盐参与并调节生物体的代谢活动。有的无机盐离子是酶、激素或维生素的重要成分。如含锌的酶最多，已知有70多种酶的活动与锌有关；钴是维生素B₁2的必要成分等。

知识拓展　 体内平衡能使细胞维持稳定的结构和功能，它是生物维持正常的代谢和生理活动的必要条件。体内平衡中有三个主要方面与无机盐含量的稳定密切相关。第一，渗透压平衡：细胞内外无机盐的含量是维持原生质渗透压的重要因素。第二，pH平衡(即酸碱平衡)：pH调节着细胞的一切生命活动，它的改变影响着原生质组成物的所有特性以及在细胞内发生的一切反应。例如，各种蛋白质对于pH的改变异常敏感，人体血浆pH降低0.5个单位，立即发生酸中毒。无机盐离子如等组成重要的缓冲体系来调节并维持pH平衡。第三，离子平衡：动物细胞内外的Na⁺/K⁺/Ca²⁺的比例是相对稳定的，细胞膜外［Na⁺］高、［K⁺］低，细胞膜内则与此相反。Na⁺、K⁺这两种离子在细胞膜内外分布的浓度差，是使细胞可以保持反应性能的重要条件。此外，在细胞膜外Na⁺多、Ca²⁺少时，神经细胞会失去稳定性，对于外来刺激会过于敏感。

问题·思路·探究

问题1　 水在细胞中以什么形式存在？

思路点拨:水是细胞中含量最多的化合物。水在细胞中有两种存在形式：自由水和结合水。自由水是细胞中能自由流动以游离形式存在的水。结合水是细胞中与其他物质结合的水，结合水约占细胞内全部水分的4.5%。

问题2　 水在细胞中的作用是什么？

思路点拨:水是组成生物体细胞的主要成分。细胞的各种化合物中水占70%。自由水是良好的溶剂，许多细胞生命活动需要的离子、分子都溶解在其中；细胞中所有的生物化学反应都是在水中进行的；各种物质只有溶解在水中，才能被细胞吸收并运输；而细胞的代谢废物排出体外也要借助于水。自由水参与细胞中各种代谢作用。

问题3　 为什么细胞中的无机盐含量很少，作用却很重要？

思路点拨:无机盐是构成细胞某些复杂化合物的重要组成成分。无机盐能够维持细胞正常的渗透压、维持细胞内的酸碱平衡以及细胞的正常形态和功能，对于维持细胞和生物体正常生命活动有重要作用。

典题·热题·新题

例1　 酷暑季节，室外作业的工人应多喝(　)

A.盐汽水

B.核酸型饮料

C.蛋白质型饮料

D.纯净水

思路解析：汗液的主要成分是水，还含有无机盐(如氯化钠)和尿素等物质。酷暑季节，室外作业的工人出汗多，水、无机盐被排出，造成体内水、无机盐的含量减少。失水过多，会造成脱水，危及生命。生物体内的无机盐离子，必须保持一定的比例，这对维持细胞内的渗透压和酸碱平衡非常重要，这是生物体进行生命活动的必要条件。出汗后，除了补充水分外，还应补充无机盐，所以应多喝盐汽水。

答案：A

方法点拨　 学习生物知识应密切联系生活实际，注意训练自己应用生物学基础知识分析问题和解决一些日常生活中的有关现实问题的能力。

例2　 下面两表是一组生物体及人体组织、器官的含水量。从表中数据分析可得出的正确结论是(　)

表1　生物体的含水量

表2　人体组织、器官的含水量

①构成生物体的成分中水的含量最多　②生物体内的含水量与生物的生存环境密切相关　③代谢旺盛的组织器官含水量较多　④组织器官的形态结构差异与水的存在形式相关

A.①②③④

B.①②③

C.①②

D.①

思路解析：水是生物体内含量最多的化合物，水在细胞中以自由水和结合水的形式存在。结合水不能流动，是细胞结构的重要组成成分。自由水可以自由流动，是细胞内良好的溶剂。分析题干所给的表：表1中比较各类动物的含水量，从表中可得出：①各种动物的含水量都超过50%，所以水是细胞中含量最多的化合物；②每种生物的含水量与其生活环境和分类地位具有密切的关系。表2中人体不同组织器官的含水量不同，显现出组织器官的含水量与它们代谢的强弱有关系；还可看出不同器官中水的功能不同，存在形式不同，组织器官的外形也就不同(例如心脏是坚实的，血液是流动的，但它们的含水量相差不大，原因是：前者比后者含结合水较多)。

答案：A

误区警示　 本题考查了生物体内水的存在形式和功能。但切入的方式却是表格，需要对信息进行组和与转换。出错的原因往往是由于从图表中获取准确信息的能力比较欠缺。

1.细胞中无机盐的存在形式

细胞中大多数无机盐以离子形式存在，如：Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Cl^－、、、等。少量的无机盐与其他化合物结合，如：铁是构成血红蛋白和细胞色素的成分，镁是构成叶绿素的成分，碘是构成甲状腺激素的成分等。

要点提示　 碘是人体细胞合成甲状腺素的原料，如果某地区饮食中缺碘，甲状腺激素不能合成，甲状腺就会代偿性的增升和肿大，称为大脖子病，又叫地方性甲状腺肿，患者脖子粗大影响正常呼吸。因此推广加碘食盐是综合防治地方性甲状腺肿的有力措施，对预防该病非常有效。

2.水在细胞中的作用

(1)水是组成生物体细胞的主要成分。细胞的各种化合物中水占70%。不同生物体中的含水量也不同，同一生物体的不同组织或器官的含水量也不同。

结合水是组成细胞结构的重要成分。休眠的种子、越冬的植物、生活在干旱和盐渍条件下的植物，体内结合水含量相对增加，使植物抗逆性增强，以适应不良的环境条件。

表1　细胞中各种化合物所占比例

表2　几种不同生物体中水的含量

表3　人体中几种不同器官或组织中水的含量

(2)自由水是良好的溶剂，许多细胞生命活动需要的离子、分子都溶解在其中；细胞中所有的生物化学反应都是在水中进行的；各种物质只有溶解在水中，才能被细胞吸收并运输；而细胞的代谢废物排出体外也要借助于水。自由水参与细胞中各种代谢作用，如光合作用、呼吸作用、有机物的合成和分解过程等。

深化升华　 一般情况下，代谢活跃时，生物体内的含水量较多，含水量降低，则生命活动不活跃或进入休眠。当自由水比例增加时，生物体的代谢活跃，生长迅速；而当自由水向结合水转化较多时，代谢就会下降，抗寒、抗热、抗旱的性能提高。

(3)水的比热较大。因此，水吸收或散失一定热量时，温度变化相对较小。这就使细胞的温度保持相对稳定，从而使生物体的各项生理活动和代谢速率能够保持稳定。

(4)水使植物细胞保持充盈状态，使植物的茎叶舒展挺拔，有利于各种生理活动的顺利进行；生物体内的很多化学反应都是以水为反应原料。所有的水解反应也都需要水，水能溶解许多化学物质，所以有利于物质在生物体内运输。

知识拓展　 生命活动中的很多分子都是极性分子，易溶于水。没有极性的分子不溶于水，如磷脂分子，它是生物膜的主要成分，由于它的疏水性，膜才能存在而不被溶解。一个水分子中带负电的氧与另一个水分子中带正电的氢可以相互吸引形成氢键。氢键脆弱，容易断裂，也易重新形成，因此水分子总是以不稳定的氢键连成一片。水的这一特性使水有了较强的内聚力和表面张力。水分子的极性使它可以和多种极性分子结合，这就是水的附着力。在活细胞中，水可以附着在纤维素、淀粉和蛋白质等多种分子上，形成结合水。　

1.水在细胞中的存在形式

水是细胞中含量最多的化合物。水在细胞中有两种存在形式：自由水和结合水。自由水是细胞中能自由流动以游离形式存在的水。结合水是细胞中与其他物质结合的水，结合水约占细胞内全部水分的4.5%。

辨析比较　 自由水填充在有机固体颗粒之间，可流动、易蒸发，加压可析离，是可以参与物质代谢的水。如刚收获的鲜小麦在阳光下晒一会儿，大量的自由水很快散失到空气中，这样的种子仍有生命活性，当条件适宜时，它将萌发成幼苗。

结合水是吸附和结合在有机固体物质上的水，是主要依靠氢键与蛋白质的极性基(羧基和氨基)相结合形成的水胶体。多糖、磷脂也以亲水胶体形式存在。这部分水不蒸发，不能析离，失去了流动性和溶解性，是生物体的构成物体。结合水必须获得更多的能量脱离某些化合物的结合变成自由水，然后再散失到空气中。失去结合水的细胞不再具有生命活性。将晒干的种子放在一洁净的试管中加热，试管壁上出现的小水滴主要就是结合水。失去结合水的种子将不再萌发。

12．

图4－2－26

如图4－2－26所示，小球从光滑的圆弧轨道下滑至水平轨道末端时，光电装置被触动，控制电路会使转筒立刻以某一角速度匀速连续转动起来．转筒的底面半径为R，已知轨道末端与转筒上部相平，与转筒的转轴距离为L，且与转筒侧壁上的小孔的高度差为h；开始时转筒静止，且小孔正对着轨道方向．现让一小球从圆弧轨道上的某处无初速滑下，若正好能钻入转筒的小孔(小孔比小球略大，小球视为质点，不计空气阻力，重力加速度为g)，求：

(1)小球从圆弧轨道上释放时的高度为H；

(2)转筒转动的角速度ω.

解析：(1)设小球离开轨道进入小孔的时间为t，则由平抛运动规律得h＝gt²，

L－R＝v₀t

小球在轨道上运动过程中机械能守恒，故有mgH＝mv

联立解得：t＝ ，H＝.

(2)在小球做平抛运动的时间内，圆筒必须恰好转整数转，小球才能钻进小孔，

即ωt＝2nπ(n＝1,2,3…)．所以ω＝nπ (n＝1,2,3…)

答案：(1)　(2)nπ (n＝1,2,3…)

11.

图4－2－25

如图4－2－25所示，一水平光滑、距地面高为h、边长为a的正方形MNPQ桌面上，用长为L的不可伸长的轻绳连接质量分别为m_A、m_B的A、B两小球，两小球在绳子拉力的作用下，绕绳子上的某点O以不同的线速度做匀速圆周运动，圆心O与桌面中心重合，已知m_A＝0.5 kg，L＝1.2 m，L_AO＝0.8 m，a＝2.1 m，h＝1.25 m，A球的速度大小v_A＝0.4 m/s，重力加速度g取10 m/s²，求：

(1)绳子上的拉力F以及B球的质量m_B；

(2)若当绳子与MN平行时突然断开，则经过1.5 s两球的水平距离；

(3)两小球落至地面时，落点间的距离．

解析：(1)F＝m_A＝0.5× N＝0.1 N，由F＝m_Aω²L_OA＝m_Bω²L_OB得m_B＝m_A＝1 kg.

(2)x＝(v_A+v_B)t₁＝0.6×1.5 m＝0.9 m，水平距离为s＝＝ m＝1.5 m.

(3)t₂＝ ＝ s＝0.5 s，x′＝(v_A+v_B)t₂+a＝0.6×0.5 m+2.1 m＝2.4 m

距离为s′＝＝ m＝ m.

答案：(1)1 kg　(2)1.5 m　(3) m

10.

图4－2－24

如图4－2－24所示，一个竖直放置的圆锥筒可绕其中心OO′转动，筒内壁粗糙，筒口半径和筒高分别为R和H，筒内壁A点的高度为筒高的一半．内壁上有一质量为m的小物块随圆锥筒一起做匀速转动，则下列说法正确的是(　)

A．小物块所受合外力指向O点

B．当转动角速度ω＝时，小物块不受摩擦力作用

C．当转动角速度ω> 时，小物块受摩擦力沿AO方向

D．当转动角速度ω< 时，小物块受摩擦力沿AO方向

解析：匀速圆周运动物体所受合外力提供向心力，指向物体圆周运动轨迹的圆心，A项错；当小物块在A点随圆锥筒做匀速转动，且其所受到的摩擦力为零时，小物块在筒壁A点时受到重力和支持力的作用，它们的合力提供向心力，设筒转动的角速度为ω，有：mgtan θ＝mω²·，由几何关系得：tan θ＝，联立以上各式解得ω＝，B项正确；当角速度变大时，小物块所需向心力增大，故摩擦力沿AO方向，其水平方向分力提供部分向心力，C项正确；当角速度变小时，小物块所需向心力减小，故摩擦力沿OA方向，抵消部分支持力的水平分力，D项错．

答案：BC

9.

图4－2－23

如图4－2－23所示，螺旋形光滑轨道竖直放置，P、Q为对应的轨道最高点，一个小球以一定速度沿轨道切线方向进入轨道，且能过轨道最高点P，则下列说法中正确的是(　)

A．轨道对小球做正功，小球的线速度v_P>v_Q

B．轨道对小球不做功，小球的角速度ω_P<ω_Q

C．小球的向心加速度a_P>a_Q

D．轨道对小球的压力F_P>F_Q

解析：本题考查圆周运动和机械能守恒，中档题．轨道光滑，小球在运动的过程中只受重力和支持力，支持力时刻与运动方向垂直所以不做功，A错；那么在整个过程中只有重力做功满足机械能守恒，根据机械能守恒有v_P<v_Q，在P、Q两点对应的轨道半径r_P>r_Q，根据ω＝，a＝，得小球在P点的角速度小于在Q点的角速度，B正确；在P点的向心加速度小于在Q点的向心加速度，C错；小球在P和Q两点的向心力由重力和支持力提供，即mg+F_N＝ma_向，可得P点对小球的支持力小于Q点对小球的支持力，D错．

答案：B

8.

图4－2－22

如图4－2－22所示，某同学用硬塑料管和一个质量为m的铁质螺丝帽研究匀速圆周运动，将螺丝帽套在塑料管上，手握塑料管使其保持竖直并在水平方向做半径为r的匀速圆周运动，则只要运动角速度合适，螺丝帽恰好不下滑，假设螺丝帽与塑料管间的动摩擦因数为μ，认为最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力．则在该同学手转塑料管使螺丝帽恰好不下滑时，下述分析正确的是(　)

A．螺丝帽受的重力与最大静摩擦力平衡

B．螺丝帽受到杆的弹力方向水平向外，背离圆心

C．此时手转动塑料管的角速度ω＝

D．若杆的转动加快，螺丝帽有可能相对杆发生运动

解析：由于螺丝帽做圆周运动过程中恰好不下滑，则竖直方向上重力与摩擦力平衡，杆对螺丝帽的弹力提供其做匀速圆周运动的向心力，选项A正确、BC错误；无论杆的转动速度增大多少，但竖直方向受力平衡，故选项D错误．

答案：A

7.

图4－2－21

(2010·衡水模拟)如图4－2－21所示，在竖直的转动轴上，a、b两点间距为40 cm，细线ac长50 cm，bc长30 cm，在c点系一质量为m的小球，在转动轴带着小球转动过程中，下列说法不正确的是(　)

A．转速小时，ac受拉力，bc松弛　 　　 B．bc刚好拉直时ac中拉力为1.25mg

C．bc拉直后转速增大，ac拉力不变　 　　　 D．bc拉直后转速增大，ac拉力增大

答案：D