重力与重心同步学习
【难点精析】
1、“孤掌难鸣”说明了一个什么物理道理?
解析:本题考查应用力的基本概念解释实际问题。鼓掌时,左右两手互相拍击,两手均有感觉,并发出响声,孤掌难鸣即一只手拍不响,说明了力是物体之间的相互作用,所以要理解力的概念,必须回到实践中去,以所见事实为基础,通过观察思考,体会力的概念。
“孤掌难鸣”说明了力是物体与物体的相互作用,单个物体不能产生力的作用的道理。
2、被踢出去的足球,在空中飞行(空气阻力不计)时受到几个力的作用?
解析:被踢出去的足球在空中飞行,因为空气阻力不计,它仅与地球有相互作用,只受到重力的作用。有的同学认为,足球还受到踢球的脚对它的作用。错误的原因在于对力的概念没有理解好。因为力不能凭空产生,足球受脚对它的作用仅仅在于用脚踢足球的那一瞬间,一旦脚与球分离,球就不再受脚的作用了。所以分析物体是否受到某个力的作用,必须分析该时刻物体与其他物体的相互作用情况,不能把物体前一段时间里曾经受到过的力,不加分析的套用到后一段时间里去。
【例题精析】
例1、下列关于力的说法中正确的是()
A.射出枪口的子弹,能打到很远的距离,是因为子弹离开枪口后受到一个推力作用。
B.甲用力把乙推倒,说明只是甲对乙有力的作用,乙对甲没有力的作用。
C.只有有生命或有动力的物体才会施力,无生命或无动力的物体只会受到力。
D.任何一个物体,一定既是受力物体,也是施力物体。
解析:子弹在枪管内受到火药爆炸所产生的强大推力,使子弹离开枪口时有很大的速度,但子弹离开枪口以后,只受重力和空气阻力作用,并没有一个所谓的推力,因为不可能找到这个“推力”的施力物体;故不存在,所以A错。物体间力的作用总是相互的,甲推乙的同时乙也推甲,故说法B错。不论物体是否有生命或是否有动力,它们受到别的物体作用时,都会施力,马拉车时,车也拉马;书向下压桌子,桌子也向上推书,故C错。由于自然界中的物体都是相互联系的,找不到一个孤立的、不受其他物体作用的物体,所以每一个物体既是受力物体,又是施力物体,故说法D正确。
例2、关于重力的说法,正确的是()
A.重力就是地球对物体的吸引力
B.只有静止的物体才受到重力
C.同一物体在地球上无论怎样运动都受到重力
D.重力是由于物体受到地球的吸引而产生的
答案:CD
解析:重力是由于物体受到地球的吸引而产生的,地球对物体的吸引力产生两个效果:一个效果是吸引力的一部分使物体绕地球转动;另一个效果即另一部分力才是重力,也就是说重力通常只是吸引力的一部分。重力只决定于地球对物体的作用,而与物体的运动状态无关,也与物体是否受到其他力的作用无关。
例3、如图3—1—1所示,绳对物体竖直向上的拉力大小为150N,用力的图示法表示拉力。
解析:画力的图示要严格按照以下步骤进行:
(1)选定标度。
(2)从作用点沿力的方向画一线段,线段长短按选定的标度和力的大小画。线段上加刻度,如图甲所示从O点竖直向上画一段3倍于标度的线段;
(3)在线段终点上加箭头表示力的方向。为了简便也可以照图乙那样不画物体,而用质点来表示物体,画出力F的图示。
例4、正误判断
A.物体受力的作用,运动状态一定改变。(错误)
B.物体运动状态发生改变,一定是物体受到了力。(正确)
C.物体只有相互接触才会产生力的作用。(错误)
D.甲把乙推倒在地,但甲并没有倒下,说明甲没有受到力的作用。(错误)
E.同一物体既可以是施力物体也可以是受力物体。(正确)
F.力的大小可以用天平测量。(错误)
G.找不到施力物体或受力物体的力是不存在的。(正确)
H.无生命的物体不能产生力的作用。(错误)
I.物体的重力总是大小不变的。(错误)
J.重力就是地球对物体的吸引力。(错误)
K.重力的方向总是垂直向下的。(错误)
L.把物体从赤道拿到北极,物体的重力将增大。(正确)
M.在地球表面运动的物体,无论怎样运动,总会受到重力的作用。(正确)
N.物体的重心一定在物体上。(错误)
O.形状规则的物体,其重心一定在其几何中心上。(错误)
P.细绳下吊一小球,细绳的拉力总等于小球的重力。(错误)
例5、一个被吊着的均匀的球壳,其内部注满了水,在球的底部有一带阀门的细出水口。在打开阀门让水慢慢流出的过程中,球壳与其中的水的共同重心将会()
A.一直下降B.一直不变C.先下降后上升D.先上升后下降
解析:在注满水时,球壳和水的共同重心在球心,随着水的流出,球壳的重心不变,但是水的重心下降,二者共同的重心在下降。当水流完时,重心又回到球心,故选项C正确。
【能力提升点】
1、重心位置的变化——极限法
极限法就是设想物理过程、物理变化、物理现象或物理问题的本质特征,使我们弄清其变化过程。这是一种极其重要的判断重心位置变化的方法。极限法化难为易,化繁为简,化抽象为直观,便于把握事物的本质特征。
2、四种相互基本作用
自然界中存在四种基本相互作用,它们分别是万有引力、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。
它们的基本特点是:万有引力相互作用存在于一切物体之间,相互作用的强度随距离的增大而减小;电磁相互作用是存在于电荷之间和磁体之间,它们的本质是相同的,称之为电磁相互作用;强相互作用和弱相互作用存在范围很小,它们的作用范围只有10-15m,但是弱相互作用的强度只有强相互作用的10-12。
自然界的这四种相互作用是近几十年才发现的,许多科学家都认为这四种相互作用是一种相互作用不同的体现形式,也就是说有更为一般的一种相互作用就可以解释自然界所有的力学现象了,这里面包括著名科学家爱因斯坦也支持这种说法,并且在晚年致力于统一场方面的研究但没有成功。这也给我们同学们留下了需要研究的问题,希望有一天同学们能够解决这个问题。
孔子与老子
一名优秀的教师在教学方面无论做什么事都有计划和准备,作为教师就需要提前准备好适合自己的教案。教案可以让讲的知识能够轻松被学生吸收,帮助教师能够井然有序的进行教学。所以你在写教案时要注意些什么呢?下面是由小编为大家整理的“孔子与老子”,仅供参考,希望能为您提供参考!
第1课 孔子与老子
[课程标准] 了解孔子以及儒家思想的形成。
一、孔子的学说
1.思想内容
(1)政治思想
①核心是“仁”和“礼”,其主要内容是“____________”和“克己复礼”。基本途径是遵循“忠恕”之道和“________”。
②提倡“____________”,逐步改良政治。
(2)哲学思想
①对鬼神敬而远之。
②把探讨和解决人世间的实际问题放在优先位置。
(3)教育思想
①教育原则上,主张“____________”。
②教育方法上,主张“____________”。
③学习方法上,主张学思结合。
2.地位影响
(1)在诸国争霸和____________的时代并未受到太多的重视。
(2)________________之后,逐渐形成完整的儒家思想体系,成为中国传统文化的主流。
二、老聃与《道德经》
1.思想内容
(1)哲学思想
①本原论:“____”是天地万物的本原。
②天命观:“天法道,道法自然”。
③辩证法:矛盾双方可以互相转化。
(2)政治思想:主张“____________”。
2.影响:道家学派对中国文化,包括哲学、____________以及中国人的____________、道德人格产生了深远影响。
知识点一 孔子的学说
1.山东曲阜孔庙是孔子文化的重要基地。今天我们如果要去参观孔庙,了解儒家文化的精髓,首先必须要参阅()
A.《春秋》B.《尚书》
C.《论语》D.《道德经》
2.下面是孔子周游列国的纪念邮票。孔子周游列国,宣传自己的政治见解却受到冷遇,主要是因为其主张()
A.不以解决现实问题为出发点
B.不关心民生问题
C.拒绝社会改革
D.不能满足统治者要求
3.在党的十七大上,胡锦涛总书记指出:“教育是民族振兴的基石,教育公平是社会公平的重要基础。”在当代中国,教育公平是人民群众最关心、最直接、最现实的利益问题之一。孔子的下列观点中,最能体现这一思想的是()
A.因材施教B.有教无类
C.温故知新D.当仁不让于师
4.斯洛伐克共和国黑山博士说:“为了创造一个没有任何争端冲突的德馨社会,人类伟大导师孔子所设立的道德原则和进行的不懈努力直至今日仍无人超越。”这里的“道德原则”主要是指()
A.孔子的“礼制”思想
B.孔子的“仁”思想
C.孔子的教育思想
D.孔子的哲学思想
5.有人说:“要研究中国古代思想史,不能不研究孔子。”其主要依据是()
A.孔子开创了中国古代私人讲学的风气
B.儒家思想一直被古代统治者奉为正统思想
C.儒家思想成为历代政治家改革图治的理论武器
D.儒家思想在中国传统文化中居主流地位
6.孔子思想在当时未受重视的根本原因是()
A.孔子地位低下,位卑言微
B.孔子主张维护奴隶制,不符合时代潮流
C.受其他学派打击
D.其思想有较大的消极性
7.孔子看到鲁国季氏用了天子的乐舞,便愤然谴责道:“是可忍,孰不可忍!”材料反映了孔子的思想主张是()
A.仁者爱人B.忠恕之道
C.克己复礼D.中庸之道
知识点二 老子的思想
8.人们常常引用《老子》中“祸兮,福之所倚;福兮,祸之所伏”这句话,是因为它反映了老子的()
A.“无为而治”的政治主张
B.“小国寡民”的政治思想
C.“天道自然”的哲学思想
D.矛盾对立转化的辩证法思想
9.《道德经》载:“不尚贤,使民不争;不贵难得之货,使民不为盗;不见可欲,使民心不乱。”“我无为而民自化,我好静而民自正,我无事而民自富,我无欲而民自朴。”其含义是()
A.同情人民疾苦,主张实行仁政
B.主张统治者对人民加强控制
C.主张统治者清静无为以缓和阶级矛盾
D.统治者和被统治者的关系是相互依存的
10.下列观点与老子的思想相符的是()
①天是世间万物的主宰 ②只要能“守静”,就可以“以弱胜强” ③任何事物都有矛盾对立的两个方面 ④“道”是天地万物的本原
A.①②③B.①③④C.①②④D.②③④
题号12345678910
答案
11.阅读下列材料:
材料一 子曰:“富而可求也,虽执鞭之士吾亦为之,如何可求,从吾所好。”“饭蔬食,饮水,曲肚而枕之,乐在其中矣;不义且富贵,于我如浮云。”……子曰:“为仁(旧贵族)不富矣,为富(新地主和商人)不仁矣。”
材料二 齐景公问政于孔子,孔子对曰:“君君,臣臣,父父,子子。”季康子问政于孔子,孔子对曰:“政者正也。子帅以下,孰敢不正?”季康子问政于孔子,“如杀无道以就有道,何如?”孔子对曰:“子为政,焉用杀?子欲善而民善矣。君子之德风,小人之德草,草上之风必偃。”
——《论语颜渊》
材料三 孔子之道,远传于四域之外,东经朝鲜,波及日本。南则风靡于安南(即越南)……孔子之道,又流行于欧美。英、法、德、美、意、奥之学者,热心研究孔子者,岁炽日烈……就全世界观之,《论语》之价值,已与《新约全书》竞胜。
——(日)岛献吉郎《诸子百家考》
(1)依据材料一,归纳孔子的经济主张。结合所学知识分析孔子上述主张产生的经济背景。
(2)根据材料二,概括孔子的思想主张。
(3)材料三说明了什么问题?
12.阅读下列材料:
材料一 祸兮,福之所倚;福兮,祸之所伏。孰知其极(最后的结果)?
材料二 民之饥,以其上食税之多,是以饥;民之难治,以其上之有为,是以难治;民之轻死,以其上求生之厚,是以轻死。
材料三 小国寡民。……甘其食,美其服,安其居,乐其俗。邻国相望,鸡犬之声相闻,民至老死不相往来。——《道德经》
请回答:
(1)从材料一中可看出老子的什么观点?
(2)从材料二、三中可看出老子的观点是什么?应如何认识?
第一单元 中国古代的思想与科技
第1课 孔子与老子
知识清单
一、1.(1)①仁者爱人 正名 ②为政以德 (3)①有教无类 ②因材施教 2.(1)社会变革 (2)汉代大一统
二、1.(1)①道 (2)无为而治 2.伦理学 思维方式
对点训练
1.C [孔子的思想主要保存在由其弟子整理的《论语》一书中。]
2.D [结合史实分析各项,孔子重视探讨社会实际问题,也关心民生,A、B两项不符合史实;孔子不排除在礼治的同时逐步改良政治,C项说法不正确;结合历史背景看,D项符合题意。]
3.B [“有教无类”意即不分贫富贵贱,所有人都有权利接受教育,这体现了教育的公平公正原则。]
4.B [注意材料中的关键词句“没有任何争端冲突的德馨社会”,孔子的“仁”思想可以协调社会关系,使社会冲突减少。]
5.D [汉武帝“罢黜百家,独尊儒术”后,儒家思想成为官方统治思想,逐步成为中国传统文化的主流,对中国社会产生了举足轻重的影响,因此,“要研究中国古代思想史,不能不研究孔子”。]
6.B [孔子处于奴隶制开始瓦解、新兴地主阶级日益形成的时期,新兴地主阶级要求以暴力打破旧的社会秩序,发展封建经济,建立地主阶级专政的政权。孔子主张以“仁”恢复已毁坏的“礼”,不符合当时社会的发展趋势。]
7.C [“是可忍,孰不可忍!”这句话的意思是:如果这件事情能容忍,那还有哪件事情不能容忍!换句话说就是:这是最不能容忍的事情了。不能容忍诸侯用天子的乐舞,因为这不符合周礼的要求。]
8.D [题干材料主要阐述了“福”与“祸”对立转化的思想,反映了老子的辩证法思想。]
9.C [材料反映了老子政治上“无为而治”的思想。]
10.D [老子认为人世间的万事万物都是“道”派生出来的,他否认“天命”的绝对权威,排除含①的选项,故答案为D项。]
综合运用
11.(1)经济主张:孔子不反对求富,但是认为求富应该符合奴隶制的经济秩序和道德规范。(或君子爱财,取之有道)经济背景:奴隶制经济逐渐衰落,封建经济兴起。
(2)孔子提倡“仁”和“礼”;主张“贵贱有序”“为政以德”,反对苛政和任意刑杀。
(3)说明孔子的思想对世界产生了深远影响。
解析 本题主要考查孔子的思想及其影响。第(1)问,从材料一可知,孔子并不反对求富,但要取之有道;经济背景方面结合孔子生活的时代加以说明。第(2)问,“君君,臣臣,父父,子子”强调的是贵贱有序;“子为政,焉用杀?”强调的是应该实行仁政。第(3)问,材料三主要强调的是孔子及其学说的世界影响。
12.(1)其学说含有朴素的辩证法思想,认为世界万物和人类社会总在不停地变化,而对立双方可以互相转化。
(2)主张“无为”,这是针对当时社会上普遍出现的暴政、苛政而提出的,他反对统治者的强权政治,具有很大的合理性和进步性。但他推崇保守落后的“小国寡民”的社会,又有狭隘守旧的特点。
解析 材料一阐述的是对立双方相互依存而且互相转化的观点;材料二认为统治者盘剥、苛政太多,使人民无法安定生活,主张“无为”;材料三推崇过去的那种“小国寡民”的社会生活。
教材问题解答
阅读与思考
一是因为儒家学派以“仁”为学说核心,以中庸辩证为思想方法,重血亲人伦,重现世事功,重实践理性,重道德修养。二是在天道观方面,儒家宣扬“畏天命,畏圣人之言”,同时又对神灵崇拜作淡化处理,把超自然的信仰放到了现实人事的从属地位。三是在历史观方面,将捍卫三代典章文物当做自己的神圣使命,同时亦不排斥对不符合时代潮流的礼俗政令加以适当的变通修改。四是在修身治国方面,它设计出一整套由小及大、由近及远的发展人格和安定邦家的方案,为巩固政教体制提供了切实可循的途径。正因为如此,汉代以后儒家学派成为中国传统文化的正宗。
解析与探究
材料一认为上帝了解人民的疾苦。材料二摈除了“天命”的绝对权威,主张“无为而治”。材料三反映了孔子并不否认天命的存在,但对鬼神的存在持怀疑态度。
自我测评
1.孔子思想体系的核心是“仁”和“礼”,其主要内容是“仁者爱人”和“克己复礼”。
2.老子将“道”抽象化,概括为普遍的、无所不包的最高哲学概念。在他看来,“道”是凌驾于天之上的天地万物的本原,“天法道,道法自然”,摈除了“天命”的绝对权威。
电势与等势面
2.2《电势与等势面》测试
一、单项选择题
1.下列说法中哪些是正确的()
A.沿电场线的方向,场强一定越来越小
B.沿电场线的方向,电势一定越来越低
C.沿电场线方向移动电荷,电势能逐渐减小
D.在电场力作用下,正电荷一定从电势高处向电势低处移动
解析:选B.沿电场线的方向是电势逐渐降低,但不一定是场强减小的方向,故A错误,B正确;只有沿电场线方向移动正电荷,电势能才减小,负电荷则相反,故C错误;因为不知道电荷的初速度,所以D错误.
2.将电荷由静止释放,只在电场力的作用下运动时,下面的说法正确的是()
A.无论是正电荷还是负电荷,总是由低电势点向高电势点运动
B.无论是正电荷还是负电荷,总是由高电势点向低电势点运动
C.无论是正电荷还是负电荷,总是向电势能减小的方向运动
D.无论是正电荷还是负电荷,总是向电势能增大的方向运动
解析:选C.电荷仅在静电力作用下由静止开始运动,若是正电荷,则沿电势降低的方向运动,若是负电荷,则沿电势升高的方向,但是无论正电荷,还是负电荷,静电力对电荷做正功,其电势能减小,故只有C正确.
3.关于等势面的说法正确的是()
A.电荷在等势面上移动时不受电场力的作用,所以说电场力不做功
B.等势面上各点的场强大小相等
C.等势面不一定跟电场线垂直
D.两个等势面永不相交
解析:选D.等势面上各点电势相等,在等势面上移动电荷电场力不做功,所以等势面一定跟电场线垂直,两等势面永不相交.
4.(2010年高考山东卷改编)某电场的电场线分布如图2-2-15所示,以下说法正确的是()
图2-2-15
A.c点场强大于b点场强
B.a点电势低于b点电势
C.若将一试探电荷+q由a点释放,它将沿电场线运动到b点
D.若在d点再固定一点电荷-Q,将一试探电荷+q由a移至b的过程中,电势能减小
解析:选D.电场线密的地方场强大,选项A错;沿电场线的方向移动,电势逐渐降低,选项B错;由静止释放带电粒子,只在电场力的作用下,粒子会沿直线的电场线运动,但不会沿曲线的电场线运动,选项C错;试探电荷+q从a到b,原电场对+q做正功,-Q也对试探电荷+q做正功,因此总功为正,电势能减小,选项D对.
5.如图2-2-16所示,B、C、D三点都在以电荷+Q为圆心的某一同心圆弧上,将一检验电荷从A点分别移到B、C、D各点时,电场力做功的大小比较为()
图2-2-16
A.WABWACB.WCDWAB
C.WACWADD.WAB=WAC
解析:选D.根据点电荷等势面的特点知,B、C、D三点在Q形成的电场中的同一等势面上,因此,从A点移动电荷到B、C、D三点电场力做功相等,故选项D正确.
6.(2011年福州高二检测)在静电场中,关于场强和电势的说法中正确的是()
A.电场强度大的地方电势一定高
B.电势为零的地方场强也一定为零
C.场强为零的地方电势也一定为零
D.场强大小相同的点电势不一定相同
解析:选D.场强和电势没有必然联系.场强大处电势不一定大,电势大处场强也不一定大.场强是由电场线的疏密程度决定的,电势是沿着电场线方向减小的.
7.有一带电粒子沿图2-2-17中的AB曲线穿过一匀强电场,a、b、c、d均为匀强电场中的等势面,且电势φaφbφcφd,若不计粒子所受重力,那么下列说法错误的是()
图2-2-17
A.粒子一定带负电
B.粒子的运动轨迹是抛物线
C.从A点运动到B点粒子的电势能增加
D.从A点到B点过程中电势能与动能之和不变
解析:选C.因为a、b、c、d是匀强电场中的等势面,且φaφbφcφd,则电场线一定垂直于等势面由d指向a.由粒子运动轨迹的弯曲方向可知其所受电场力方向大致向上,即与场强的方向相反,所以判定粒子带负电,A正确;受恒力作用的粒子的曲线运动轨迹一定是抛物线,B正确;由A到B电场力做正功,电势能减少,又因为只受电场力作用,所以电势能与动能总和保持不变,C错、D正确.
8.如图2-2-18所示,虚线a,b,c是电场中的三个等势面,相邻等势面间的电势差相同,实线为一个带正电的质点仅在电场力作用下通过该区域的运动轨迹,P,Q是轨迹上的两点.下列说法中正确的是()
图2-2-18
A.三个等势面中,等势面a的电势最高
B.带电质点通过P点时的动能比通过Q点时的小
C.带电质点通过P点时的加速度比通过Q点时的小
D.带电质点一定是从P点向Q点运动
解析:选B.设带电粒子从Q点运动到P点,由图可知,粒子所受电场力指向轨迹内侧,电场力做负功,根据功能关系得A错B对;因为相邻等势面的电势差相同,所以等势面越密的位置场强越大,C错;由该图不能确定粒子的运动方向,D错.
9.如图2-2-19所示,在负点电荷Q的电场中.有a、b、c三点,它们到点电荷的距离为rarbrc且Uab=Ubc,则()
图2-2-19
A.a点电势高于c点电势
B.a点场强比c点场强大
C.同一负电荷放在c点比放在a点的电势能大
D.同一负电荷由a点移到b点,比由b点移到c点电场力做功多
解析:选B.分别作出过a、b、c三点的等势面(以“-Q”为球心的球面),因为rarbrc,所以φaφbφc,A错;负电荷由c移到a需克服电场力做功所以EpaEpc,C错;由W=qU,Uab=Ubc知D错;由E=kQr2知,rarc,所以EaEc,B正确.
10.(2011年济南质检)如图2-2-20所示,在x轴上关于原点O对称的两点固定放置等量异种点电荷+Q和-Q,x轴上的P点位于-Q的右侧.下列判断正确的是()
图2-2-20
A.在x轴上还有一点与P点电场强度相同
B.在x轴上还有两点与P点电场强度相同
C.若将一试探电荷-q从P点移至O点,电势能增大
D.若将一试探电荷+q从P点移至O点,电势能减小
解析:选A.根据等量异种点电荷电场的电场线分布图可知,与P点电场强度相同的点只有一点,在+Q左侧,与P点关于O点对称,A正确,B错误;取无穷远处电势为零,即φ∞=0,由于沿电场线方向电势降低,所以φ∞=0φP,而φO=φ∞,故φOφP,对正电荷,在电势越高位置,电势能越大,负电荷则相反,故C、D错误.
二、非选择题
11.如图2-2-21所示,在点电荷Q形成的电场中,把一个q=-2×10-8C的点电荷由无穷远处分别移到电场中的A,B,C三点,电场力做功分别为6.0×10-7J,4.0×10-7J,1.0×10-7J.以无穷远处为电势零点,这三点的电势分别是多少?
图2-2-21
解析:由公式φ=Epq及W=ΔEp可知,φA=6.0×10-72×10-8V=30V,φB=4.0×10-72×10-8V=20V,φC=1.0×10-72×10-8V=5V.
答案:30V20V5V
12.如图2-2-22所示,光滑绝缘杆竖直放置,它与以正点电荷Q为圆心的某一圆周交于B、C两点,质量为m,带电荷量为-q的有孔小球从杆上的A点无初速度下滑,已知qQ,AB=h,小球滑到B点时速度大小为3gh,求:
图2-2-22
(1)小球从A运动到B的过程中,电场力做多少功?
(2)若取A点电势为零,C点电势是多大?
解析:(1)点电荷的等势面是以点电荷为球心的同心球面.从A到B,由动能定理得mgh+W=12mv2B,
故W=12mgh,
(2)由于A点电势为零,所以在A点电势能为零.故在B点电势能
EpB=-W=-12mgh,
所以B点电势
φB=EpB-q=-12mgh-q=mgh2q,
由于B、C两点电势相等,
所以φC=φB=mgh2q.
答案:(1)12mgh(2)mgh2q
遗传与进化
一名爱岗敬业的教师要充分考虑学生的理解性,作为高中教师准备好教案是必不可少的一步。教案可以让学生能够在课堂积极的参与互动,帮助高中教师营造一个良好的教学氛围。所以你在写高中教案时要注意些什么呢?下面的内容是小编为大家整理的遗传与进化,希望对您的工作和生活有所帮助。
第一章遗传因子的发现
第1节孟德尔的豌豆杂交实验(一)
(一)问题探讨
1.粉色。因为按照融合遗传的观点,双亲遗传物质在子代体内混合,子代呈现双亲的中介性状,即红色和白色的混合色──粉色。
2.提示:此问题是开放性问题,目的是引导学生观察、分析身边的生物遗传现象,学生通过对遗传实例的分析,辨析融合遗传观点是否正确。有些学生可能举出的实例是多个遗传因子控制生物性状的现象(如人体的高度等),从而产生诸多疑惑,教师对此可以不做过多的解释。只要引导学生能认真思索,积极探讨,投入学习状态即可。
(二)实验
1.与每个小组的实验结果相比,全班实验的总结果更接近预期的结果,即彩球组合类型数量比DD∶Dd∶dd=1∶2∶1,彩球代表的显性与隐性类型的数值比为3∶1。因为实验个体数量越大,越接近统计规律。
如果孟德尔当时只统计10株豌豆杂交的结果,则很难正确地解释性状分离现象,因为实验统计的样本数目足够多,是孟德尔能够正确分析实验结果的前提条件之一。当对10株豌豆的个体做统计时,会出现较大的误差。
2.模拟实验的结果与孟德尔的假说是相吻合的。因为甲、乙小桶内的彩球代表孟德尔实验中的雌、雄配子,从两个桶内分别随机抓取一个彩球进行组合,实际上模拟雌、雄配子的随机组合,统计的数量也足够大,出现了3∶1的结果。但证明某一假说还需实验验证。
(三)技能训练
提示:将获得的紫色花连续几代自交,即将每次自交后代的紫色花选育再进行自交,直至自交后代不再出现白色花为止。
(四)旁栏思考题
不会。因为满足孟德尔实验条件之一是雌、雄配子结合机会相等,即任何一个雄配子(或雌配子)与任何一个雌配子(或雄配子)的结合机会相等,这样才能出现3∶1的性状分离比。
(五)练习
基础题
1.B。
2.B。
3.(1)在F1水稻细胞中含有一个控制合成支链淀粉的遗传因子和一个控制合成直链淀粉的遗传因子。在F1形成配子时,两个遗传因子分离,分别进入不同配子中,含支链淀粉遗传因子的配子合成支链淀粉,遇碘变橙红色;含直链淀粉遗传因子的配子合成直链淀粉,遇碘变蓝黑色,其比例为1∶1。
(2)孟德尔的分离定律。即在F1形成配子时,成对的遗传因子发生分离,分离后的遗传因子分别进入不同的配子中。
(3)2。
4.(1)白色;黑色。
(2)性状分离;白毛羊为杂合子,杂合子在自交时会产生性状分离现象。
拓展题
1.(1)将被鉴定的栗色公马与多匹白色母马配种,这样可在一个季节里产生多匹杂交后代。
(2)杂交后代可能有两种结果:一是杂交后代全部为栗色马,此结果说明被鉴定的栗色公马很可能是纯合子;二是杂交后代中既有白色马,又有栗色马,此结果说明被鉴定的栗色公马为杂合子。
2.提示:选择适宜的实验材料是确保实验成功的条件之一。孟德尔在遗传杂交实验中,曾使用多种植物如豌豆、玉米、山柳菊做杂交实验,其中豌豆的杂交实验最为成功,因此发现了遗传的基本规律。这是因为豌豆具有适于研究杂交实验的特点,例如,豌豆严格自花受粉,在自然状态下是纯种,这样确保了通过杂交实验可以获得真正的杂种;豌豆花大,易于做人工杂交实验;豌豆具有稳定的可以区分的性状,易于区分、统计实验结果。
3.提示:凯库勒提出苯分子的环状结构、原子核中含有中子和质子的发现过程等,都是通过假说—演绎法得出结论的。19世纪以前科学家对遗传学的研究,多采用从实验结果出发提出某种理论或学说。而假说—演绎法,是从客观现象或实验结果出发,提出问题,作出假设,然后设计实验验证假说的研究方法,这种方法的运用促进了生物科学的研究,使遗传学由描述性研究进入理性推导和实验验证的研究阶段。
第2节孟德尔的豌豆杂交实验(二)
(一)问题探讨
提示:问题探讨的目的是活跃学生的思维,引领学生进入新的学习状态,教师可以通过水稻杂交育种等实例,使学生自然地认识到任何生物都不止表现一种性状,后代表现的特征可以是两个亲本性状组合的结果。进一步地思考讨论,双亲的性状是遵循什么规律进行组合、传递给后代的?在育种实践中人类如何获得所需的性状组合?为导入新课做好准备。
(二)思考与讨论
1.提示:豌豆适于作杂交实验材料的优点有:(1)具有稳定的易于区分的相对性状,如高茎和矮茎,高茎高度在1.5~2.0m,矮茎高度仅为0.3m左右,易于观察和区分;(2)豌豆严格自花受粉,在自然状态下可以获得纯种,纯种杂交获得杂合子;(3)花比较大,易于做人工杂交实验。孟德尔正是因为选用了豌豆做杂交实验,才能有效地从单一性状到多对性状研究生物遗传的基本规律,才能对遗传实验结果进行量化统计,所以科学地选择实验材料是科学研究取得成功的重要保障之一。
2.提示:如果孟德尔只是研究多对相对性状的遗传,很难从数学统计中发现遗传规律,因为如果研究n对相对性状,将会有2n个性状组合,这是很难统计的,也很难从数学统计中发现问题,揭示生物的遗传规律。这也是前人在遗传杂交实验中留下的经验与教训,孟德尔恰恰借鉴了前人的遗传研究经验,改变实验方法,从简单到复杂地进行观察、统计、分析实验结果,从而发现问题、提出假说、实验验证、得出结论。
3.提示:如果孟德尔没有对实验结果进行统计学分析,他很难做出对分离现象的解释。因为通过统计,孟德尔发现了生物性状的遗传在数量上呈现一定数学比例,这引发他揭示其实质的兴趣。同时这也使孟德尔意识到数学概率,也适用于生物遗传的研究,从而将数学的方法引入对遗传实验结果的处理和分析。
4.提示:作为一种正确的假说,不仅能解释已有的实验结果,还应该能够预测另一些实验结果。可参考教科书对“假说—演绎法”的解释。
5.提示:(1)扎实的知识基础和对科学的热爱。孟德尔在维也纳大学进修学习时,通过对自然科学的学习,使他具有生物类型是可变的,可以通过杂交产生新的生物类型等进化思想。同时孟德尔还学习数学,使他受到“数学方法可以应用于各门自然科学之中”的思想影响,产生应用数学方法解决遗传学问题的想法,使孟德尔成为第一个认识到概率原理能用于预测遗传杂交实验结果的科学家。
(2)严谨的科学态度。孟德尔对杂交实验的研究是从观察遗传现象出发,提出问题,作出假设,然后设计实验验证假设的研究方法。这在当时是一种新的研究思路,光是豌豆的杂交实验,他就没有局限于对实验结果的简单描述和归纳。
(3)勤于实践。孟德尔在豌豆的遗传杂交实验研究中,连续进行了8年的研究,并且对每次实验的结果进行统计分析,从中发现了前人没有发现的问题和规律。
(4)敢于向传统挑战。孟德尔通过实验研究,提出了“颗粒性遗传”的思想,这是对传统的遗传观念的挑战。
(三)旁栏思考题
从数学角度看,(3∶1)2的展开式为9∶3∶3∶1,即9∶3∶3∶1的比例可以表示为两个3∶1的乘积。对于两对相对性状的遗传结果,如果对每一对性状进行单独的分析,如单纯考虑圆和皱或黄和绿一对相对性状遗传时,其性状的数量比是圆粒∶皱粒=(315+108)∶(101+32)=3∶1;黄色∶绿色=(315+101)∶(108+32)=3∶1。即每对性状的遗传都遵循了分离定律。这无疑说明两对相对性状的遗传结果可以表示为它们各自遗传结果的乘积,即9∶3∶3∶1来自于(3∶1)2。
(四)练习
基础题
1.(1)×;(2)×。
2.C。
拓展题
(1)YyRr;yyRr。(2)黄色皱粒,绿色皱粒;1∶1;1/4。(3)YyRR或YyRr;4;如果是YyRR与yyrr杂交,比值为黄色圆粒∶绿色圆粒=1∶1;如果是YyRr与yyrr杂交,比值为黄色圆粒∶绿色圆粒∶黄色皱粒∶绿色皱粒=1∶1∶1∶1。
自我检测的答案和提示
一、概念检测
判断题
1.×。
2.×。
3.×。
选择题
1.D。
2.C。
3.D。
4.B。
二、知识迁移
因为控制非甜玉米性状的是显性基因,控制甜玉米性状的是隐性基因。当甜玉米接受非甜玉米的花粉时,非甜玉米花粉产生的精子中含有显性基因,而甜玉米的胚珠中的极核含有隐性基因,极核受精后发育成胚乳,胚乳细胞中显性基因对隐性基因有显性作用,故在甜玉米植株上结出非甜玉米;当非甜玉米接受甜玉米的花粉时,甜玉米花粉产生的精子中含有隐性基因,而非甜玉米的胚珠中的极核含有显性基因,故在非甜玉米植株上结出的仍是非甜玉米。
三、技能应用
由于显性基因对隐性基因有显性作用,所以在生物长期的进化过程中,如果没有自然选择的作用,一般在一个群体中显性个体数多于隐性个体数。根据图中提供的信息可知,蝴蝶的绿眼个体数多,并且绿眼∶白眼接近于3∶1;同样蝴蝶的紫翅个体数多,并且紫翅∶黄翅接近于3∶1,所以判断蝴蝶的绿眼和紫翅是显性性状,白眼和黄翅是隐性性状。
四、思维拓展
1.提示:一对皮肤颜色正常的夫妇,生下白化病患儿,说明白化病属于隐性基因控制的疾病。同时调查统计结果表明,携带白化病致病基因且表现型正常的夫妇,其后代是白化病患者的几率为25%。以此可以判断,人类正常皮肤与白化皮肤这对相对性状的遗传符合孟德尔的分离定律。
2.孟德尔的自由组合定律具有普遍性,因为两对相对性状的遗传可分解为每一对相对性状遗传结果的乘积,即两对相对性状遗传产生的性状组合类型数为2×2=22,性状比例为(3∶1)2;故n对相对性状遗传产生的性状组合类型有2n,其比例为(3∶1)n。
第二章基因和染色体的关系
第1节减数分裂和受精作用
(一)问题探讨
1.配子染色体与体细胞染色体的区别在于:
(1)配子染色体数是体细胞染色体数的一半;
(2)配子染色体是由体细胞每对同源染色体中分别取出一条组成的。
(二)旁栏思考题
1.减数分裂的染色体复制发生在减数第一次分裂的间期,减数第二次分裂的间期不复制。
2.初级精母细胞两极的这两组染色体,非同源染色体之间是自由组合的。
3.在减数第一次分裂中出现了同源染色体联会,四分体形成,非姐妹染色单体间交叉互换,同源染色体分离,使得细胞两极各有一整套非同源染色体,从而使形成的次级精母细胞中染色体数目减少为初级精母细胞的一半等行为。
上述过程可使配子中染色体数目减半。这样再通过以后发生的两性配子结合成合子的受精作用,就能维持生物前后代体细胞染色体数目的恒定,从而保证遗传的稳定性。上述过程还可以使经过减数分裂产生的配子类型多样,从而增加了生物的变异,增强了生物适应环境的能力,有利于生物的进化。
4.经过减数第一次分裂,一个卵原细胞会分裂成一个较大的次级卵母细胞和一个较小的极体。经过减数第二次分裂,一个次级卵母细胞会分裂成一个含细胞质多的卵细胞和一个含细胞质少的极体,而减数第一次分裂形成的极体也经过减数第二次分裂成为两个含细胞质少的极体。最后三个极体退化消失,只剩一个卵细胞。
(三)想像空间
不一样。受精过程中,仅精子的头部进入卵细胞,而精子的头部除了细胞核外,只含极少量的细胞质。而细胞质中线粒体含少量DNA(植物细胞质中的叶绿体也含少量DNA),对生物的遗传也有影响。
(四)实验
1.减数第一次分裂会出现同源染色体联会、四分体形成、同源染色体在赤道板位置成对排列、同源染色体分离、移向细胞两极的染色体分别由两条染色单体组成等现象。
减数第二次分裂的中期,非同源染色体成单排列在细胞赤道板位置,移向细胞两极的染色体不含染色单体。
2.减数第一次分裂的中期,两条同源染色体分别排列在细胞赤道板的两侧,末期在细胞两极的染色体由该细胞一整套非同源染色体组成,其数目是体细胞染色体数的一半,每条染色体均由两条染色单体构成。
减数第二次分裂的中期,所有染色体的着丝点排列在细胞的赤道板的位置。末期细胞两极的染色体不含染色单体。
3.同一生物的细胞,所含遗传物质相同;增殖的过程相同;不同细胞可能处于细胞周期的不同阶段。因此,可以通过观察多个精原细胞的减数分裂,推测出一个精原细胞减数分裂过程中染色体的连续变化。
(五)模型建构
讨论一
1.代表分别来自父方和母方的同源染色体联会。
2.4条。减数第一次分裂结束。2条。
3.减数第一次分裂过程中的同源染色体联会,形成四分体,同源染色体在赤道板位置成双排列,同源染色体分离,分别移向细胞两极;减数第二次分裂过程中非同源染色体的着丝点排列在细胞的赤道板上,着丝点分裂,染色单体成为染色体,移向细胞两极。
4.2个。2个。
讨论二
1.每个配子都含有两种颜色的染色体。
2.4种。
3.8种。
(六)技能训练
精原细胞有丝分裂过程中染色体数目变化表
时期间期前期中期后期末期
染色体数目(条)888168
精原细胞形成精子过程中染色体数目变化表
细胞类型精原细胞初级精母细胞次级精母细胞精细胞
染色体数目(条)8844
精原细胞形成精子过程中染色体数目变化图
(七)第一小节练习
基础题
1.(1)√;(2)×;(3)×;(4)×。
2.B。
3.D。
4.(1)①这个细胞正在进行减数分裂。因为该细胞中出现了四分体。
②该细胞有4条染色体,8条染色单体。
③该细胞有2对同源染色体。其中染色体A与C,A与D,B与C,B与D是非同源染色体。
④细胞中a与a′,b与b′,c与c′,d与d′是姐妹染色单体。
⑤该细胞分裂完成后,子细胞中有2条染色体。
⑥参见教科书图2?2。
(2)①4条。
②B,D;B,C。
拓展题
提示:不一定。若减数分裂过程中发生异常情况,比如减数第一次分裂时联会的同源染色体,有一对或几对没有分别移向两极而是集中到一个次级精(卵)母细胞中,再经过减数第二次分裂产生的精子或卵细胞中的染色体数目就会比正常的多一条或几条染色体。再如减数分裂过程(无论第一次分裂还是第二次分裂)中,染色体已移向细胞两极,但因某种原因细胞未分裂成两个子细胞,这样就可能出现精子或卵细胞中染色体加倍的现象。
如果上述现象出现,则受精卵中染色体数目就会出现异常,由该受精卵发育成的个体细胞中染色体数目也不正常。由于染色体是遗传物质的载体,生物体的性状又是由遗传物质控制的,那么当该个体的遗传物质出现异常时,该个体的性状也会是异常的。例如,人类的“21三体综合征”遗传病患者就是由含有24条染色体(其中21号染色体是2条)的精子或卵细胞与正常的卵细胞或精子结合后发育成的。
(八)第二小节练习
基础题
1.(1)√;(2)√;(3)√。
2.提示:配子形成过程中,由于减数第一次分裂的四分体时期,非姐妹染色单体间可能互换部分遗传物质;中期时,同源染色体随机排列在细胞赤道板两侧,导致了配子中非同源染色体的自由组合,因此,配子中染色体组成是多样的。受精作用又是精子和卵细胞的随机结合,因此,后代的性状表现是多样的。
由于减数分裂是有规律的正常的细胞分裂,在减数分裂的过程中,染色体只复制一次,而细胞连续分裂两次。这样每个物种正常的雌、雄配子都含有该物种体细胞染色体数目一半的染色体,并且都是一整套非同源染色体的组合。而受精作用时精卵结合使受精卵及其发育成的个体体细胞中又可以恢复该种生物的染色体数目。性状是由染色体中的遗传物质控制的,生物前后代细胞中染色体数目的恒定,保证了前后代遗传性状的相对稳定。
拓展题
提示:在形成精子或卵细胞的减数分裂过程中,如果由于某种原因减数第一次分裂时两条21号染色体没有分离而是进入了同一个次级精(卵)母细胞,再经过减数第二次分裂,就会形成含有2条21号染色体的精子或卵细胞;如果减数第一次分裂正常,减数第二次分裂时21号染色体的着丝点分裂,形成了2条21号染色体,但没有分别移向细胞两极,而是进入了同一个精子或卵细胞。这样异常的精子或卵细胞就含有24条染色体,其中21号染色体是2条。当一个正常的精子或卵细胞(含23条非同源染色体,其中只含有1条21号染色体)与上述异常的卵细胞或精子结合成受精卵,则该受精卵含47条染色体,其中21号染色体为3条。当该受精卵发育成人时,这个人的体细胞中的染色体数目就是47条,含有3条21号染色体。
第2节基因在染色体上
(一)问题探讨
这个替换似乎可行。由此联想到孟德尔分离定律中成对的遗传因子的行为与同源染色体在减数分裂过程中的行为很相似。
一条染色体上可能有许多个基因。
(二)技能训练
不同的基因也许是DNA长链上的一个个片段。
(三)练习
基础题
1.D。
2.B。
拓展题
1.这些生物的体细胞中的染色体虽然减少一半,但仍具有一整套非同源染色体。这一组染色体,携带有控制该种生物体所有性状的一整套基因。
2.提示:人体细胞染色体数目变异,会严重影响生殖、发育等各种生命活动,未发现其他染色体数目变异的婴儿,很可能是发生这类变异的受精卵不能发育,或在胚胎早期就死亡了的缘故。
第3节伴性遗传
(一)问题探讨
该问题只有在学完本节内容之后,学生才能够比较全面地回答,因此,本问题具有开放性,只要求学生能够简单回答即可。
1.提示:红绿色盲基因和抗维生素D佝偻病的基因位于性染色体上,因此这两种遗传病在遗传表现上总是和性别相联系。
2.提示:红绿色盲基因和抗维生素D佝偻病基因尽管都位于X染色体上,但红绿色盲基因为隐性基因,而抗维生素D佝偻病基因为显性基因,因此,这两种遗传病与性别关联的表现不相同,红绿色盲表现为男性多于女性,而抗维生素D佝偻病则表现为女性多于男性。
(二)资料分析
1.红绿色盲基因位于X染色体上。
2.红绿色盲基因是隐性基因。
(三)练习
基础题
1.C。
2.B。
3.C。
4.(1)AaXBXb(妇),AaXBY(夫)。
(2)既不患白化病也不患红绿色盲的孩子的基因型:AAXBXB,AAXBXb,AaXBXB,AaXBXb,AaXBY,AAXBY。
拓展题
提示:雌果蝇卵原细胞减数分裂过程中,在2000~3000个细胞中,有一次发生了差错,两条X染色体不分离,结果产生的卵细胞中,或者含有两条X染色体,或者不含X染色体。如果含XwXw卵细胞与含Y的精子受精,产生XwXwY的个体为白眼雌果蝇,如果不含X的卵细胞与含Xw的精子受精,产生OXw的个体为红眼雄果蝇,这样就可以解释上述现象。可以用显微镜检查细胞中的染色体,如果在上述杂交中的子一代出现的那只白眼雌果蝇中找到Y染色体,在那只红眼雄果蝇中找不到Y染色体,就可以证明解释是正确的。
自我检测的答案和提示
一、概念检测
判断题
1.×。
2.√。
3.×。
4.√。
5.×。
选择题
1.C。
2.C。
3.B。
4.A(该显性基因位于X染色体上)。
5.C。
二、知识迁移
1.设红绿色盲基因为b,那么(1)XbY;XBXB,XBXb。
(2)1/4。
2.(1)表现型正常的夫妇,后代均正常;夫妇一方是患者,子女有1/2为患者。
(2)选择生男孩。
(3)不携带。一对等位基因中,只要有一个是显性致病基因,就会表现为患者(真实遗传)。
3.是父方,可能是在减数分裂第二次分裂中,复制的Y染色体没有分开,产生了含有YY的精子。
三、技能应用
减数分裂有丝分裂
不同点(1)染色体复制一次,细胞连续分裂两次。
(2)同源染色体在第一次分裂中发生联会(并且出现四分体及非姐妹染色单体的互换)。
(3)分裂后形成4个精子或1个卵细胞。
(4)分裂后,子细胞中染色体的数目减少一半。(1)染色体复制一次,细胞分裂一次。
(2)无同源染色体联会等行为。
(3)分裂后形成2个体细胞。
(4)分裂后,子细胞中染色体的数目与母细胞的相同。
相同点(1)在细胞分裂过程中都有纺锤丝出现。
(2)染色体在细胞分裂中都只复制一次。
四、思维拓展
1.性别和其他性状类似,也是受遗传物质和环境共同影响的,性反转现象可能是某种环境因素,使性腺出现反转现象的缘故。子代雌雄之比是2∶1。
2.否。孟德尔遗传规律的细胞学基础是减数分裂中染色体的分配规律,该规律只适用于真核生物。
第三章基因的本质
第1节DNA是主要的遗传物质
(一)问题探讨
1.提示:遗传物质必须稳定,要能贮存大量的遗传信息,可以准确地复制出拷贝,传递给下一代等。
2.提示:这是一道开放性的题,答案并不惟一,只要提出正确的思路即可。
(二)旁栏思考题
因为硫仅存在于T2噬菌体的蛋白质组分中,而磷则主要存在于DNA的组分中。用14C和18O等元素是不可行的,因为T2噬菌体的蛋白质和DNA分子的组分中都含有这两种元素。
(三)思考与讨论
1.提示:细菌和病毒作为实验材料,具有的优点是:(1)个体很小,结构简单,容易看出因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。细菌是单细胞生物,病毒无细胞结构,只有核酸和蛋白质外壳。(2)繁殖快。细菌20~30min就可繁殖一代,病毒短时间内可大量繁殖。
2.最关键的实验设计思路是设法把DNA与蛋白质分开,单独地、直接地去观察DNA或蛋白质的作用。
3.艾弗里采用的主要技术手段有细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。赫尔希采用的主要技术手段有噬菌体的培养技术、同位素标记技术,以及物质的提取和分离技术等(学生可能回答出其他的技术,但只要回答出上述主要技术就可以)。
科学成果的取得必须有技术手段做保证,技术的发展需要以科学原理为基础,因此,科学与技术是相互支持、相互促进的。
(四)练习
基础题
1.(1)(×);(2)(×)。
2.C。
3.D。
拓展题
1.提示:实验表明,噬菌体在感染大肠杆菌时,进入大肠杆菌内的主要是DNA,而大多数蛋白质却留在大肠杆菌的外面。因此,大肠杆菌裂解后,释放出的子代噬菌体是利用亲代噬菌体的遗传信息,以大肠杆菌的氨基酸为原料来合成蛋白质外壳的。
2.提示:肺炎双球菌转化实验和噬菌体感染大肠杆菌的实验证明,作为遗传物质至少要具备以下几个条件:能够精确地复制自己;能够指导蛋白质合成,从而控制生物的性状和新陈代谢;具有贮存遗传信息的能力;结构比较稳定等。
第2节DNA分子的结构
(一)问题探讨
提示:本节的问题探讨主要是培养学生收集资料、讨论交流的能力。
(二)旁栏思考题
1.(1)当时科学界已经发现的证据有:组成DNA分子的单位是脱氧核苷酸;DNA分子是由含4种碱基的脱氧核苷酸长链构成的;(2)英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的DNA的X射线衍射图谱;(3)美国生物化学家鲍林揭示生物大分子结构的方法(1950年),即按照X射线衍射分析的实验数据建立模型的方法(因为模型能使生物大分子非常复杂的空间结构,以完整的、简明扼要的形象表示出来),为此,沃森和克里克像摆积木一样,用自制的硬纸板构建DNA结构模型;(4)奥地利著名生物化学家查哥夫的研究成果:腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量,鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量这一碱基之间的数量关系。
2.沃森和克里克根据当时掌握的资料,最初尝试了很多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型,在这些模型中,他们将碱基置于螺旋的外部。在威尔金斯为首的一批科学家的帮助下,他们否定了最初建立的模型。在失败面前,沃森和克里克没有气馁,他们又重新构建了一个将磷酸—核糖骨架安排在螺旋外部,碱基安排在螺旋内部的双链螺旋。
沃森和克里克最初构建的模型,连接双链结构的碱基之间是以相同碱基进行配对的,即A与A、T与T配对。但是,有化学家指出这种配对方式违反了化学规律。1952年,沃森和克里克从奥地利生物化学家查哥夫那里得到了一个重要的信息:腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量,鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。于是,沃森和克里克改变了碱基配对的方式,让A与T配对,G与C配对,最终,构建出了正确的DNA模型。
(三)思考与讨论
2.提示:主要涉及物理学(主要是晶体学)、生物化学、数学和分子生物学等学科的知识。涉及的方法主要有:X射线衍射结构分析方法,其中包括数学计算法;建构模型的方法等。现代科学技术中许多成果的取得,都是多学科交叉运用的结果;反过来,多学科交叉的运用,又会促进学科的发展,诞生新的边缘学科,如生物化学、生物物理学等。
3.提示:要善于利用他人的研究成果和经验;要善于与他人交流和沟通,闪光的思想是在交流与撞击中获得的;研究小组成员在知识背景上最好是互补的,对所从事的研究要有兴趣和激情等。
(四)模型建构
1.DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸,但是碱基对的排列顺序却是千变万化的。碱基对千变万化的排列顺序使DNA储存了大量的遗传信息。
2.提示:(1)靠DNA分子碱基对之间的氢键维系两条链的偶联;(2)在DNA双螺旋结构中,由于碱基对平面之间相互靠近,形成了与碱基对平面垂直方向的相互作用力(该点可不作为对学生的要求,教师可进行补充说明)。
(五)练习
基础题
1.(1)胞嘧啶;(2)腺嘌呤;(3)鸟嘌呤;(4)胸腺嘧啶;(5)脱氧核糖;(6)磷酸;(7)脱氧核苷酸;(8)碱基对;(9)氢键;(10)一条脱氧核苷酸链的片段。
2.C。
3.B。
拓展题
∵A=TG=C
∴A+G=T+C
∴A+G/(A+G+T+C)=T+C/(A+G+T+C)=50%
也可以写成以下形式:A+G/T+C=(T+G)/(A+C)=(T+C)/(A+G)……=1
规律概括为:在DNA双链中,任意两个不互补碱基之和恒等,并为碱基总数的50%。
第3节DNA的复制
(一)问题探讨
提示:两个会徽所用的原料应该选自一块石材;应先制造模型,并按模型制作会徽;应使用电子控制的刻床;刻床应由一名技术熟练的师傅操作,或完全数控等。(以上可由学生根据自己的经验推测回答,事实是原料确实选自一块石材,但由于时间紧迫,两个会徽是由两名技术最好的师傅手工雕刻的)。验证的最简单的方法是:将两个印章的图形盖在白纸上进行比较(学生也可能提出更科学、更现代化的方法)。
(二)旁栏思考题
提示:本实验是根据半保留复制原理和DNA密度的变化来设计的。在本实验中根据试管中DNA带所在的位置就可以区分亲代与子代的DNA了。
(三)练习
基础题
1.腺嘌呤脱氧核苷酸,鸟嘌呤脱氧核苷酸,胞嘧啶脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。
2.模板、原料、能量、酶,双螺旋,碱基互补配对。
3.D。
4.B。
拓展题
提示:可能有6个碱基会发生错误。产生的影响可能很大,也可能没有影响(这一问可由学生做开放式回答)。
第4节基因是有遗传效应的DNA片段
(一)问题探讨
提示:本节“问题探讨”的目的主要是让学生体会碱基排列顺序的多样性。
(二)资料分析
1.生物体的DNA分子数目小于基因数目。生物体内所有基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数。这说明基因是DNA的片段,基因不是连续分布在DNA上的,而是由碱基序列将其分隔开的。
2.提示:此题旨在引导学生理解遗传效应的含义,并不要求惟一答案。可以结合提供的资料来理解,如能使生物体发出绿色荧光、控制人和动物体的胖瘦,等等。
3.基因是有遗传效应的DNA片段。
(三)探究
1.碱基排列顺序的千变万化,构成了DNA分子的多样性,而碱基特定的排列顺序,又构成了每一个DNA分子的特异性。DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
2.提示:在人类的DNA分子中,核苷酸序列多样性表现为每个人的DNA几乎不可能完全相同,因此,DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。
3.提示:可以从进化的角度来分析基因为什么不能是碱基的随机排列。
(四)练习
基础题
1.(1);(2)×。
2.C。
3.提示:从遗传物质必须具备的条件来分析:(1)在细胞增殖过程中能够精确地进行复制;(2)能够控制生物体的性状;(3)能够贮存足够量的遗传信息;(4)结构比较稳定。
拓展题
1.提示:并非任何一个DNA片段都是基因,只有具有遗传效应的DNA片段才是基因。
2.提示:DNA包括基因与非基因的碱基序列。
3.提示:这一观点是有道理的。但在日常生活中,如报刊、杂志、广播等传播媒体常将基因与DNA这两个概念等同使用,因此在具体情况中,要留意区分。
自我检测的答案和提示
一、概念检测
判断题
1.×。2.×。3.×。4.×。
选择题
A。
识图作答题
1.2;4;2。
2.反向平行;互补
3.磷酸基团;脱氧核糖;碱基;脱氧核糖。
二、知识迁移
A。
三、思维拓展
提示:形成杂合双链区的部位越多,DNA碱基序列的一致性越高,说明在生物进化过程中,DNA碱基序列发生的变化越小,因此亲缘关系越近。
第四章基因的表达
第1节基因指导蛋白质的合成
(一)问题探讨
提示:此节问题探讨意在引导学生思考DNA在生物体内有哪些作用,又是如何发挥作用的。一种生物的整套DNA分子中贮存着该种生物生长、发育等生命活动所需的全部遗传信息,也可以说是构建生物体的蓝图。但是,从DNA到具有各种性状的生物体,需要通过极其复杂的基因表达及其调控过程才能实现,因此,在可预见的将来,利用DNA分子来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。
(二)思考与讨论一
1.提示:可以从所需条件、过程中的具体步骤和过程中所表现出的规律等角度来分析。例如,转录与复制都需要模板、都遵循碱基互补配对规律,等等。碱基互补配对规律能够保证遗传信息传递的准确性。
2.转录成的RNA的碱基序列,与作为模板的DNA单链的碱基序列之间的碱基是互补配对关系,与DNA双链间碱基互补配对不同的是,RNA链中与DNA链的A配对的是U,不是T;与DNA另一条链的碱基序列基本相同,只是DNA链上T的位置,RNA链上是U。
(三)思考与讨论二
1.最多能编码16种氨基酸。
2.至少需要3个碱基。
(四)思考与讨论三
1.对应的氨基酸序列是:甲硫氨酸—谷氨酸—丙氨酸—半胱氨酸—脯氨酸—丝氨酸—赖氨酸—脯氨酸。
2.提示:这是一道开放性较强的题,答案并不惟一,旨在培养学生的分析能力和发散性思维。通过这一事实可以想到生物都具有相同的遗传语言,所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的,等等。
3.提示:此题具有一定的开放性,旨在促进学生积极思考,不必对答案作统一要求。可以从增强密码容错性的角度来解释,当密码子中有一个碱基改变时,由于密码的简并性,可能并不会改变其对应的氨基酸;也可以从密码子使用频率来考虑,当某种氨基酸使用频率高时,几种不同的密码子都编码一种氨基酸可以保证翻译的速度。
(五)思考与讨论四
1.提示:此题旨在检查对蛋白质合成过程的理解。可以参照教材中图4?6的表示方法来绘制。
2.提示:根据mRNA的碱基序列和密码子表就可以写出肽链的氨基酸序列。
(六)想像空间
DNA相当于总司令。在战争中,如果总司令总是深入前沿阵地直接指挥,就会影响他指挥全局。DNA被核膜限制在细胞核内,使转录和翻译过程分隔在细胞的不同区域进行,有利于这两项重要生命活动的高效、准确。
(七)练习
基础题
1.TGCCTAGAA;UGCCUAGAA;3;3;半胱氨酸、亮氨酸和谷氨酸。
2.C。
拓展题
1.提示:可以将变化后的密码子分别写出,然后查密码子表,看看变化了的密码子分别对应哪种氨基酸。这个实例说明密码的简并性在一定程度上能防止由于碱基的改变而导致的遗传信息的改变。
2.提示:因为几个密码子可能编码同一种氨基酸,有些碱基序列并不编码氨基酸,如终止密码等,所以只能根据碱基序列写出确定的氨基酸序列,而不能根据氨基酸序列写出确定的碱基序列。遗传信息的传递就是在这一过程中损失的。
第2节基因对性状的控制
(一)问题探讨
1.水中的叶比空气中的叶要狭小细长一些。
2.这两种形态的叶,其细胞的基因组成应是一样的。
3.提示:为什么叶片细胞的基因组成相同,而叶片却表现出明显不同的形态?
(二)资料分析
1.没有。实验证据指出了原有的中心法则所没有包含的遗传信息的可能传递途径,是对原有中心法则的补充而非否定。
2.遗传信息从RNA流向DNA、从RNA流向RNA的结论是确信无疑的,而从蛋白质流向蛋白质的途径是有可能存在的。
(三)旁栏思考题
提示:此题旨在引导学生认识基因与生物的性状并非简单的一一对应关系。
(四)批判性思维
提示:此题旨在引导学生客观全面地评价基因决定论的观点,认识到性状的形成往往是内因(基因)与外因(环境因素等)相互作用的结果。
(五)技能训练
1.提示:翅的发育需要经过酶催化的反应,而酶是在基因指导下合成的,酶的活性受温度、pH等条件的影响。
2.基因控制生物体的性状,而性状的形成同时还受到环境的影响。
(六)练习
基础题
1.A。
2.(1)×;(2)×;(3)√。
拓展题
1.红眼基因正常是形成红眼的必要而非充分条件。红眼基因正常,并且其他涉及红眼形成的基因也正常时,果蝇的红眼才能形成;如果红眼基因不正常,即使所有其他涉及红眼形成的基因都正常,果蝇的红眼也不能形成。
2.提示:生物体内基因的数目多、作用方式复杂,难以单独对其进行研究,生物体的异常性状为科学家研究相关基因的作用提供了一个突破口,使科学家能够从异常性状入手,分析性状异常的个体的基因与正常个体的基因是否存在区别,存在哪些区别等问题,从而建立起性状与基因的对应关系。因为性状是由基因控制的,如果某一性状发生异常,并且能够稳定遗传,说明控制该性状的基因发生了突变。根据异常性状的遗传方式,还可以分析出控制该性状的基因是位于性染色体上还是常染色体上,是显性还是隐性,并且可以预测这一性状将来的遗传规律。
第3节遗传密码的破译(选学)
(一)问题探讨
1.翻译成英文是:Wherearegeneslocated
(二)思考与讨论
1.当图中DNA的第三个碱基(T)发生改变时,如果密码是非重叠的,将影响1个氨基酸;如果密码是重叠的,将影响3个氨基酸。
2.提示:先写出改变后的碱基序列,再按照非重叠阅读的方式和重叠阅读的方式分别写出其对应的氨基酸序列,分别与原序列编码的氨基酸序列进行比较就可得出答案。
(三)旁栏思考题
1.细胞中原有的mRNA会作为合成蛋白质的模板干扰实验结果,细胞中原有的DNA可能作为mRNA合成的模板,而新合成的mRNA也会干扰实验结果,因此需要除去细胞提取液中的DNA和mRNA。
2.作为对照实验的试管中,所有成分都与实验组的试管相同,但是不加入多聚尿嘧啶核苷酸。
(四)练习
基础题
1.D。
2.提示:可以从密码间有无分隔符、长度是否固定、阅读方式是否重叠、密码所采用的符号等多方面进行比较。
拓展题
克里克通过研究碱基的改变对蛋白质合成的影响推断遗传密码的性质,这种方法不需要理解蛋白质合成的过程,就能推断出密码子的总体特征,但是证据相对间接,并且工作量大。尼伦伯格通过建立蛋白质体外合成系统,直接破解了遗传密码的对应规则,这种方法快速、直接,但是这种方法的建立需要首先了解细胞中蛋白质合成所需要的条件。
自我检测的答案和提示
一、概念检测
填表题
DNA双链1CGT
2GCA
mRNAGCA
tRNACGU
氨基酸丙氨酸(密码子为GCA)
选择题
1.D。
2.D。
3.A。
4.C。
识图作答题
(1)氢键断裂;解旋酶;能量。
(2)ACUGAA;转录。
(3)2。
(4)碱基互补配对。
画概念图
二、知识迁移
核糖体、tRNA和mRNA的结合都是蛋白质的合成所不可缺少的。抗生素通过干扰细菌核糖体的形成,或阻止tRNA与mRNA的结合,来干扰细菌蛋白质的合成,抑制细菌的生长。因此,抗生素可用于治疗因细菌感染而引起的疾病。
三、技能应用
1.提示:可以通过查阅密码子表,写出每个氨基酸可能对应的碱基编码。
2.这种方法只能推测出可能的碱基序列,而不能写出确定的碱基序列。这种方法简便、快捷,不需要实验。
3.推测不能代替用测序仪进行的基因测序。因为推测只能得出几种可能的碱基序列,而不能得到确定的碱基序列。
四、思维拓展
1.C。
2.提示:此题旨在引导学生搜集生物科学史的资料,通过科学发现的过程认识理论推导和实验论证在科学发现中的作用。
第五章基因突变及其他变异
第1节基因突变和基因重组
(一)问题探讨
提示:DNA分子携带的遗传信息发生了改变。但由于密码的简并性,DNA编码的氨基酸不一定改变。如果氨基酸发生了改变,生物体的性状可能发生改变。改变的性状对生物体的生存可能有害,可能有利,也有可能既无害也无利。
(二)思考与讨论一
1.图中谷氨酸发生了改变,变成了缬氨酸。
2.提示:可查看教材表4-1,20种氨基酸的密码子表。
3.能够遗传。突变后的DNA分子复制,通过减数分裂形成带有突变基因的生殖细胞,并将突变基因传递给下一代。
(三)思考与讨论二
1.223种精子;223种卵细胞。
2.需要有246+1个个体;不可能。
3.提示:可以从染色体上基因的多样性、减数分裂过程中配子形成的过程以及基因重组等角度思考。
生物体的性状是由基因控制的。在减数分裂形成生殖细胞的过程中,随着同源染色体的分离,位于非同源染色体上的非等位基因进行重新组合。人的基因约有3万多个,因此,形成生殖细胞的类型也非常多,由生殖细胞通过受精作用形成的受精卵的类型也就非常多。所以,人群中个体性状是多种多样的。
(四)旁栏思考题
因为紫外线和X射线易诱发基因突变,使人患癌症。
(五)批判性思维
这种看法不正确。对于生物个体而言,发生自然突变的频率是很低的。但是,一个物种往往是由许多个体组成的,就整个物种来看,在漫长的进化历程中产生的突变还是很多的,其中有不少突变是有利突变,对生物的进化有重要意义。因此,基因突变能够为生物进化提供原材料。
(六)练习
基础题
1.(1)√;(2)×;(3)×。
2.C。
3.B。
4.A。
拓展题
1.放疗或化疗的作用是通过一定量的辐射或化学药剂干扰肿瘤细胞和癌细胞进行DNA分子的复制,使其产生基因突变,从而抑制其分裂的能力,或者杀死癌细胞。放疗的射线或化疗的药剂,既对癌细胞有作用,也对正常的体细胞有作用,因此,放疗或化疗后病人的身体是非常虚弱的。
2.镰刀型细胞贫血症患者对疟疾具有较强的抵抗力,这说明,在易患疟疾的地区,镰刀型细胞的突变具有有利于当地人生存的一方面。虽然这个突变体的纯合体对生存不利,但其杂合体却有利于当地人的生存。
第2节染色体变异
(一)问题探讨
提示:参见练习中的拓展题,了解无子西瓜的形成过程。
(二)实验
两者都是通过抑制分裂细胞内纺锤体的形成,使染色体不能移向细胞两极,而引起细胞内染色体数目加倍。
(三)练习
基础题
1.(1)×;(2)×。
2.B。
3.填表
体细胞
中的染
色体数配子
中的染
色体数体细胞
中的染
色体组数配子中
的染色
体组数属于几
倍体生物
豌豆14721二倍体
普通小麦422163六倍体
小黑麦562884八倍体
拓展题
1.西瓜幼苗的芽尖是有丝分裂旺盛的地方,用秋水仙素处理有利于抑制细胞有丝分裂时形成纺锤体,从而形成四倍体西瓜植株。
2.杂交可以获得三倍体植株。多倍体产生的途径为:秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。
3.三倍体植株不能进行正常的减数分裂形成生殖细胞,因此,不能形成种子。但并不是绝对一颗种子都没有,其原因是在进行减数分裂时,有可能形成正常的卵细胞。
4.有其他的方法可以替代。方法一,进行无性繁殖。将三倍体西瓜植株进行组织培养获取大量的组培苗,再进行移栽。方法二,利用生长素或生长素类似物处理二倍体未受粉的雌蕊,以促进子房发育成无种子的果实,在此过程中要进行套袋处理,以避免受粉。
第3节人类遗传病
(一)问题探讨
1.提示:人的胖瘦是由多种原因造成的。有的肥胖病可能是由遗传物质决定的,有的可能是后天营养过多造成的,但大多数情况下,肥胖是由于遗传物质和营养过多共同作用的结果。
2.提示:有人提出“人类所有的病都是基因病”。这种说法依据的可能是基因控制生物体的性状这一生物学规律。因为人体患病也是人体所表现出来的性状,而性状是由基因控制的,从这个角度看,说疾病都是基因病,是有一定道理的。然而,这种观点过于绝对化,人类的疾病并不都是由基因的缺陷引起的,如由大肠杆菌引起的腹泻,就不是基因病。
(二)练习
基础题
1.(1)×;(2)×;(3)×。
2.列表总结遗传病的类型和实例。
人类遗传病的类型定义实例
单基因
遗传病显性遗传病由显性致病基因引起的遗传病多指、并指等
隐性遗传病由隐性致病基因引起的遗传病白化病、苯丙酮尿症等
多基因遗传病受两对以上的等位基因控制的遗传病原发性高血压等
染色体异常遗传病由染色体异常引起的遗传病21三体综合征等
拓展题
提示:该女性不一定携带白化病基因;她未出生的孩子可能患白化病。
由该女性的弟弟是白化病的事实可知其弟弟的基因型为aa,因而推测其父母的基因型为Aa,则该女性的基因型有两种可能:AA和Aa,AA的概率为1/3,Aa的概率为2/3。该女性携带白化病基因的概率为2/3,根据她丈夫携带白化病基因的情况,其后代携带白化病基因和患白化病的可能性分为三种可能:(1)丈夫不含有白化病基因;(2)丈夫含有一个白化病基因;(3)丈夫是白化病患者。遗传咨询师需要根据该女性的丈夫是否是白化病患者,或者是否有家族遗传病史来作出判断,提供遗传咨询。
自我检测的答案和提示
一、概念检测
判断题
1.×。
2.√。
3.×。
4.×。
5.×。
6.√。
选择题
B。
识图作答题
1.雌;含有两条х染色体。
2.4;2。
画概念图
二、知识迁移
由女方X染色体上携带一对隐性致病基因患有某种遗传病可知,该女性的基因型为XaXa。由男方表现型正常可知其基因型为XAY。该夫妇生下患病胎儿的概率为1/2,如果生下的是男孩,则100%患有这种遗传病,如果生下的是女孩,则100%携带有这种遗传病的致病基因。
三、技能应用
提示:野生型链孢霉能在基本培养基上生长,用X射线照射后的链孢霉不能在基本培养基上生长,说明X射线照射后的链孢霉产生了基因突变,有可能不能合成某种物质,所以不能在基本培养基上生长。在基本培养基中添加某种维生素后,X射线照射后的链孢霉又能生长,说明经X射线照射后的链孢霉不能合成该种维生素。
四、思维拓展
1.酶①或酶⑤。
2.酶③。
3.提示:由这个例子可以看出,白化病等遗传病是由某些缺陷基因引起的,这些基因的产物可能是参与代谢途径的重要的酶。基因可以通过控制酶的合成调控生物体内物质的代谢途径,从而控制生物体的性状。
第六章从杂交育种到基因工程
第1节杂交育种与诱变育种
(一)问题探讨
提示:此节问题探讨意在结合学生的生活经验,引导学生思考相关的育种方法。教师可充分发挥学生的主观能动性,让学生积极参与讨论。
(二)思考与讨论一
杂交育种只能利用已有基因的重组,按需选择,并不能创造新的基因。杂交后代会出现性状分离现象,育种进程缓缦,过程繁琐。这些都是杂交育种方法的不足。
(三)思考与讨论二
诱变育种的优点是能够提高突变率,在较短的时间内获得更多的优良变异类型。诱变育种的局限性是诱发突变的方向难以掌握,突变体难以集中多个理想性状。要想克服这些局限性,可以扩大诱变后代的群体,增加选择的机会。
(四)练习
基础题
1.B。
2.B。
3.基因突变;X射线;紫外线;激光。
拓展题
提示:可采用杂交育种的方法,遗传图解可参考教科书插图6?1绘制。优点是育种的目的性较强,能够获得具有优良性状、淘汰不良性状的品种。缺点是育种周期长,过程繁琐。
第2节基因工程及其应用
(一)问题探讨
提示:此节“问题探讨”以基因工程菌的实例,引导学生思考基因工程的原理。为启发学生思考,教师可引导学生回忆前面学过的遗传学知识,如不同生物的DNA在结构上的统一性、几乎所有的生物都共用一套遗传密码等。
(二)练习
基础题
1.基因工程的操作通常包括以下4步:(1)获得目的基因(外源基因);(2)目的基因与运载体结合,形成重组DNA分子;(3)将重组DNA分子导入受体细胞;(4)目的基因的检测与表达。
2.
3.常用的运载体有质粒、噬菌体、农杆菌、动植物病毒等。
拓展题
1.提示:这是因为在基因水平上,人和细菌的遗传机制是一致的。细菌和人的遗传物质都是DNA,都使用同一套遗传密码子,都遵循中心法则。因此,通过基因重组,细菌能够合成人体的某些蛋白质。
2.提示:例如,可以向客户说明农场具备相应的安全检测设施和措施,已经领取了农业转基因生物安全证书,产品中所含有的成分都是自然界天然存在的物质,产品经过试用表明对人体无害等。
3.提示:例如,“转基因土豆──肝炎患者的希望!!”等。
自我检测的答案和提示
一、概念检测
连线题
1─B,2─C,3─E,4─D,5─F,6─A。
判断题
1.×。
2.√。
3.√。
4.√。
画概念图
二、知识迁移
提示:此题是一道开放性题目,答案从略。
三、技能应用
提示:这是一幅具有讽刺意味的卡通图。画面中两位研究人员在培养室中面对人工栽培的人形大头菜,说道:“看来我们把太多的人基因转移到大头菜里了。”暗示他们已能够运用基因工程技术随心所欲地把人的基因转入蔬菜中生产出“人形”大头菜。本题属于开放型题目,手法夸张,教师应启发学生充分发挥想像力,运用本章所学知识对此作出评价,并且认识到理智地运用科学技术成果的必要性。
四、思维拓展
提示:很多生物的基因组目前并不清楚,因此,寻找目的基因仍是十分艰巨的工作。此外,基因的提取、分离和转移需要昂贵的仪器设备。而杂交育种和诱变育种作为常规育种方法,操作简便易行,是基因工程技术所不能取代的。 文章来源:http://m.jab88.com/j/63883.html
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