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【名师导学】2014届新高考第一轮总复习课件:第八课时 第2、3节 生物膜的流动镶嵌模型、物质的跨膜运输


第八课时 第2、3节 生物膜的流动镶嵌模型、 物质的跨膜运输

物质出入细胞的方式

考点一

细胞膜结构和功能

【回扣教材】
蛋白质 磷脂分子 1.成分:___________、__________、糖类

贯穿 、____

【知识拓展】

一、细胞膜的成分及功能 1.体现细胞膜流动性的实例 细胞融合、变形虫变形、白细胞吞噬细菌(胞吞)、 分泌蛋白的分泌(胞吐)、温度改变时膜的厚度改变、 动物细胞吸水膨胀失水皱缩等。 2.提取细胞膜的实验 材料——哺乳动物成熟红细胞;优点:无核膜和 各种细胞器膜;原理方法:放入清水中吸水涨破,离 心分离提纯。 注意:不能用鸡的红细胞,必须用哺乳动物的成 熟红细胞。

二、生物膜的流动镶嵌模型 1.组成成分及其在膜中的分布(见下图)

2.结构特点:流动性 (1)原因:膜结构中的蛋白质分子和脂质分子是可 以运动的。

(2)表现:变形虫的变形运动、细胞融合、胞吞、 胞吐及载体对相应物质的转运等。 (3)影响因素: 主要受温度影响, 适当温度范围内, 随外界温度升高,膜的流动性增强,但温度高出一定 范围,则导致膜的破坏。

(4)实例 ①质壁分离和复原实验; ②变形虫捕食和运动时伪足的形成; ③白细胞吞噬细菌; ④胞吞与胞吐; ⑤受精时细胞的融合过程; ⑥动物细胞分裂时细胞膜的缢裂过程; ⑦细胞杂交时的细胞融合(如人鼠细胞融合)。

3.功能特点:选择透过性 (1)表现:植物根对矿质元素的选择性吸收,神经 细胞对 K+的吸收和对 Na+的排出,肾小管的重吸收 和分泌,小肠的吸收等。 决定 决定 (2)原因:遗传性――→载体种类、数量――→选 择性。 总之,膜的组成、结构和功能可表示为下图:

【典例精析】 【例 1】生物膜分子结构模型的探究历经了 100 多年的时间,目前仍在研究之中。在这期间,无数科 学家积极投身该项研究之中并各自取得一定的进展。 下列叙述正确的是( C ) A.19 世纪末,欧文顿对植物细胞的通透性进行 上万次实验,最终推测膜上含有蛋白质 B.1925 年,两位荷兰科学家抽提出蛙红细胞内 所有脂质,最终确定膜上的磷脂为双层 C. 1959 年, 罗伯特森获得细胞膜“暗—亮—暗” 的电镜照片,认为蛋白质分布于膜两侧 D.1972 年,桑格和尼克森提出流动镶嵌模型, 认为膜上所有磷脂和蛋白质都是运动的

【解析】欧文顿发现凡是可以溶于脂质的物质, 比不能溶于脂质的物质容易进出细胞,于是提出:膜 是由脂质组成的。 荷兰科学家从人的细胞中提取脂质, 在空气—水界面上铺展成单分子层,测得单分子层的 面积恰为红细胞表面积的 2 倍,故得出:细胞膜中的 脂质分子必然排列为连续的两层。罗伯特森在电镜下 看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构,并大胆 地提出生物膜的模型是由蛋白质—脂质—蛋白质三层 结构构成。生物膜的流动镶嵌模型认为大多数蛋白质 分子是可以运动的。

考点二

物质跨膜运输的方式及其影响因素

【回扣教材】 物质跨膜运输的方式 1.被动运输

自由扩散 (1)___________: 不需要载体和能量, 如水、 2、 CO
O2、甘油、乙醇、苯等。

载体 (2) 协 助 扩 散 : 需 要 ___________ , 但 不 需 要 ATP _______,如红细胞吸收葡萄糖。

3.物质跨膜运输的方式说明生物膜的结构特性 选择透过性 是________,功能特性是__________。 流动性 4.大分子物质以____________和________方式 胞吞 胞吐

流动性 进出细胞,这与细胞膜的__________有关,但不属于
跨膜运输。

【知识拓展】物质出入细胞的方式及影响因素 1.自由扩散、协助扩散和主动运输的比较
物质出入 细胞的方式 被动运输 自由扩散 运输方向 是否需要 载体 是否消耗 ATP 图例 O2、CO2、 举例 H2O、甘油、乙 醇、苯等出入细 胞 红细胞吸收葡 萄糖 协助扩散 高浓度→ 低浓度 不需要 不消耗 主动运输 高浓度→ 低浓度 需要 不消耗 低浓度→ 高浓度 需要 消耗

小肠吸收葡萄 糖、氨基酸、无 机盐等

2.胞吞、胞吐:是大分子和颗粒物质进出细胞的 方式, 这两种方式虽然最终通过了生物膜, 但实质上, 这些物质并没有真正地穿过生物膜。例如,白细胞吞 噬大肠杆菌、变形虫吞噬有机物颗粒、胰腺细胞分泌 胰岛素等。 3. 在细胞的生命活动过程中, 主动运输起到了重 要作用, 它使细胞能主动地从外界吸收被选择的物质, 供生命活动利用。同样,细胞也能利用主动运输把新 陈代谢产物排出细胞外。总之,细胞通过主动运输, 摄取、积累物质以及不断排出代谢废物,从而维持细 胞组成成分的相对稳定,保证生命活动的正常进行。

4.影响主动运输的因素: ①载体:是细胞膜上的一类蛋白质。 a.载体具有特异性,运输不同物质的载体不同, 不同生物细胞膜上的载体的种类和数目也不同。 b.载体具有饱和现象,当细胞膜上的载体全部 参与物质的运输时,细胞吸收该载体运载的物质的速 度不再随物质浓度的增大而增加。 ②能量:凡能影响细胞内产生能量的因素,都能 影响主动运输,如氧气浓度、温度等。

【总结提升】要确定某种物质的运输方式,必须 抓三个关键: ①分析被运输的物质是否通过细胞膜; ②明确被运输物质微粒的性质(大分子、小分子、 离子); ③分析物质通过细胞膜的转运方向(高浓度→低 浓度,低浓度→高浓度)、是否需要载体协助、是否需 要消耗 ATP。

【典例精析】 【例 2】(2012 安徽)蛙的神经元内、外 Na+浓度 分别是 15 mmol/L 和 120 mmol/L。 在膜电位由内负外 正转变为内正外负过程中有 Na+流入细胞,膜电位恢 复过程中有 Na+排出细胞。下列判断正确的是( A ) A.Na+流入是被动运输,排出是主动运输 B.Na+流入是主动运输,排出是被动运输 C.Na+流入和排出都是被动运输 D.Na+流入和排出都是主动运输

【解析】解答本题时首先要理解细胞内、外 Na+的分 布及膜电位的形成,能结合物质跨膜运输的特点对 Na+进出细胞的方式进行分析是解题的关键。静息电 位时,Na+浓度膜外高于膜内,受刺激时,Na+顺浓度 梯度由膜外运输到膜内, 不消耗能量, 属于被运动输, 故 B、D 两项错误;膜电位恢复为静息电位过程中, Na+由膜内运输到膜外,属于逆浓度梯度运输,消耗 能量,属于主动运输,故 C 项错误、A 项正确。

【例 3】(2012 浙江)人体肝细胞内 CO2 分压和 K+ 浓度高于细胞外,而 O2 分压和 Na+浓度低于细胞外, 上述四种物质中通过主动运输进入该细胞的是( C ) A.CO2 B.O2 C.K+ D.Na+

【解析】可通过肝细胞内外各物质的浓度的关 系来迅速作出判断,K+逆浓度从细胞外进入 到细胞内部,其跨膜运输的方式为主动运输。

课时练习八 一、选择题(每小题只有一个正确选项) 1.下图表示细胞膜的亚显微结构, 其中 a 和 b 为两种物质的运输方式,下列对细胞膜结构和功能的 叙述正确的是( C )

A.组成细胞膜的化学 元素是C、H、O、N B.由②可知细胞膜是 双层膜 C.a表示自由扩散, b表示主动运输 D.若Ⅰ侧为肠道,那么Ⅱ侧则是毛细血管腔

【解析】细胞膜的化学成分是蛋白质和磷脂,还 有少量糖类,含元素 C、H、O、N、P。细胞膜是单 层膜,具有磷脂双分子层。若Ⅰ侧为肠道,Ⅱ侧则是 小肠上皮细胞内部。

2. 下图是生物膜的流动镶嵌模型及物质跨膜运输 示意图,其中离子通道是一种通道蛋白,通道蛋白是 横跨生物膜的亲水性通道,具有选择性。①②③④对 应 d、c、b、a 四种物质的跨膜运输方式,甲、乙为构 成生物膜的分子。据图分析正确的是( B )

A.此结构可能是线粒体膜或叶绿体膜 B.甲构成生物膜基本支架,生物膜的结构特性主 要取决于甲,功能特性主要取决于乙 C.分别符合①②③④四种跨膜运输方式的有:组 织细胞吸收 O2、Na+进入神经细胞、根细胞吸收 Na+、 海带细胞吸收 I- D.很多研究成果有力支持“脂溶性物质易透过生 物膜,不溶于脂质的物质不易透过生物膜”这一事实。 这证明组成细胞膜的主要成分是甲和乙

3.维生素 D 比水溶性维生素优先通过细胞膜, 这是因为( ) A A.细胞膜以磷脂双分子层为基本骨架 B.磷脂双分子层内不同程度地镶嵌着蛋白质 C.细胞膜是选择透过性膜 D.细胞膜的结构特点是具有一定的流动性

4.右图表示物质跨膜运输的一种方式。据图分 析正确的是( A )

A.这种转运方式会出现饱和现象 B.乙醇是以这种方式进入细胞的 C.细胞产生的能量增加会提高物质的转运速率 D.若该图表示兴奋时动作电位形成的原理,则 图中的黑点可以表示为钾离子

【解析】此图中跨膜运输需要载体蛋白且顺浓度 梯度,故为协助扩散。因载体数量有限,故会出现饱 和现象, 正确; A 乙醇是以自由扩散方式进入细胞的, B 错;协助扩散不需要耗能,故 C 中不会提高转运速 率;图中黑点可表示 Na+,D 错。

5. 如图表示在一定范围内, 细胞膜外物质进入细 胞膜内的情况,曲线 a 表示细胞内物质的浓度,b 表 示细胞外物质的浓度,正确的是( A )

A.物质进入细胞的方式是主动运输 B.物质进入细胞的方式是自由扩散 C.物质运输速率与 b 的高低有关 D.该物质进入细胞不需消耗能量

【解析】由图分析得知,该物质能逆浓度不断进 入细胞膜内,故为主动运输;主动运输的速率与载体 蛋白和能量有关,而与细胞外物质的浓度无关;主动 运输需消耗能量。

6.一种聚联乙炔细胞膜识别器已问世,它是通 过物理力把类似于细胞膜上具有分子识别功能的物 质镶嵌到聚联乙炔囊泡中, 组装成纳米尺寸的生物传 感器。在接触到细菌、病毒时,可以发生颜色变化, 用以检测细菌、病毒。推测这类物质很可能含有( C ) A.磷脂分子 C.蛋白质分子 B.淀粉分子 D.核酸分子

【解析】这类物质位于细胞膜上,具有识别 功能,因此很可能是细胞膜上的糖蛋白分子。

7.下表是人体成熟红细胞中与血浆中的 K 和 Mg2 在不 同条件下的含量比较,据表分析不正确的是(
单位:mmol 处理前 细胞内 K
+ +





B

)

用鱼滕酮处 理后 血浆中 145 35

用乌本苷处 理后 细胞内 5 1.4 血浆中 11 1.8 细胞内 5 1.4 血浆中 13 35 5 1.4

Mg2

A.鱼滕酮对 K+的载体的生理功能有抑制作用,也抑 制了 Mg2+的载体的生理功能 B.鱼滕酮可能是通过抑制红细胞的有氧呼吸,从而影响 K+和 Mg2+的运输 C.乌本苷抑制 K 的载体的生理功能而不影响 Mg2 的载 体的生理功能 D.正常情况下血浆中 K 和 Mg2 均通过主动运输进入红 细胞
+ + + +

【解析】从表中分析可知,在没有进行处理的时 候细胞内 K+和 Mg2+的浓度都比较高,而在用鱼滕酮 处理之后,K+和 Mg2+含量都减少了。说明鱼滕酮对 K+载体的生理功能和 Mg2+载体的生理功能都有抑制 作用;用乌本苷处理后,K+ 的吸收仍受到影响,而 Mg2+的吸收没受到影响,说明乌本苷抑制 K+载体的 生理功能而不影响 Mg2+载体的生理功能; 正常情况下 血浆中 K+和 Mg2+均通过主动运输进入红细胞;人体 成熟的红细胞通过无氧呼吸提供能量。

8. 下图表示一种物质的跨膜运输方式, 下列叙述 中正确的是(

D

)

A.该膜中载体也能运输蔗糖 B.碘以该方式进入海带细胞 C.该方式不会出现饱和现象 D.该方式发生在被运输物质从高浓度到低浓度 时

【解析】由图示可知:葡萄糖从胞外到胞内需载 体蛋白协助但不消耗 ATP,故其跨膜运输方式为协助 扩散;该运输方式是由高浓度到低浓度,会出现饱和 现象;因载体具有专一性,运输葡萄糖的载体不能运 输蔗糖;碘是以主动运输的方式进入胞内的。

9.下列关于物质跨膜运输的叙述正确的是( D ) A. 线粒体 DNA 上的基因所表达的酶与线粒体的 功能有关, 若线粒体 DNA 受损伤, 对神经细胞吸收 K


没有影响 B.相对分子质量比较小的物质或离子都可以通

过自由扩散进入细胞 C.胰岛 B 细胞分泌胰岛素时消耗能量,因此胰 岛素出入细胞属于主动运输 D.对离体培养的小肠上皮细胞进行紫外线处理, 结果吸收甘氨酸的功能丧失,最可能的原因是细胞膜 上的载体蛋白缺失或结构发生变化

【解析】神经细胞吸收 K+为主动运输,需耗能, 若线粒体 DNA 受损伤,将影响线粒体的功能,故对 神经细胞吸收 K+有影响,A 错; 离子和一些较大的分 子如葡萄糖不能通过自由扩散进入细胞,B 错;胰岛 素出入细胞需要耗能,但不需要载体蛋白和逆浓度梯 度,属于胞吞胞吐,不属于主动运输,C 错。

10.下列有关造血干细胞中物质运输的途径,可 能存在的是( 体 B.合成的细胞膜蛋白:高尔基体→核糖体→细 胞膜 C.转录的 mRNA:细胞核→细胞质基质→高尔 基体 D.合成的 DNA 聚合酶:核糖体→细胞质基质→ 细胞核 ) D A.吸收的葡萄糖:细胞膜→细胞质基质→线粒

11.下列物质进出细胞的过程与线粒体密切相关 的是( 交换

B

) ②细胞与内环境进行气体 ④小

①酒精被胃黏膜吸收 肠绒毛上皮细胞吸收氨基酸 A.①② B.③④ C.②③④

③肾小管壁上皮细胞吸收原尿中的 Na+

D.①②③④

【解析】线粒体主要为细胞的各项生命活动提供 能量,在所述的生理过程中,酒精被胃黏膜吸收为自 由扩散,细胞与内环境进行气体交换也是自由扩散, 肾小管壁上皮细胞吸收 Na+和小肠绒毛上皮细胞吸收 氨基酸为主动运输,需要消耗能量。

12.下图表示了人、鼠细胞融合过程,研究中分别将 带有绿色荧光能与人细胞膜上 HLA 抗原特异结合的抗体 和带有红色荧光能与小鼠细胞膜上 H-2 抗原特异结合的 抗体加入细胞培养液,对人、鼠细胞进行标记。下列有关 该实验的叙述不正确的是( C )

A.要使实验现象明显,可以适当提高细胞培养液的 温度 B.选取不同生物细胞进行融合是因为不同生物细胞 表面抗原差异较大 C.实验表明不同种细胞可以杂交,而同种生物细胞 不能进行融合 D.实验结果可以直接证明细胞膜上的蛋白质分子可 以运动

【解析】由于不同细胞的细胞膜结构基本相似, 因而同种或不同种生物细胞都可以相互融合;人鼠细 胞融合实验中,采用了免疫荧光标记法,如果采用同 种生物细胞,由于膜上的蛋白质相似程度很大,导致 难以观察,采用异种生物细胞可以避免这种局限性, 但是并非同种生物细胞不可以融合。

13.下图表示某生物膜结构,图中 A、B、C、D、 E、F 分别表示某些物质,a、b、c、d 表示物质跨膜 运输的方式。下列几种相关叙述中,错误的是( C )

A.该生物膜很可能是细胞膜,因为有糖蛋白 D B.a→d 中,属于被动运输的是 b 和 c C.若该生物膜是肝细胞膜,进食 6 小时后,c 代表的激素胰岛素分泌会增加 D.因为组成生物膜的分子是运动的,所以生物 膜具有流动性的结构特点

【解析】物质 A、B、C、D 分别是蛋白质、磷脂、 细胞分泌物及糖蛋白,其中蛋白质和磷脂是构成生物 膜的主要成分。因为具有糖蛋白,所以图中的生物膜 是细胞膜。a 和 d 需要载体和能量,所以这两种运输 属于主动运输,b 和 c 属于被动运输。进食 6 小时后, 血糖浓度要相对降低,此时胰高血糖素分泌会增加, 而不是胰岛素分泌增加。生物膜的组成分子是运动 的,所以生物膜具有流动性的结构特点。

14.科学家在研究钠通过细胞膜的运输方式时, 做了下述实验:先向枪乌贼神经纤维里注入微量的放 射性同位素 24Na,注入的总量为 2.2 个单位,不久可 测得神经纤维周围溶液中存在 24Na。如果在神经纤维 膜外溶液中先后加入某药物和 ATP,测得周围溶液中
24

Na 的量如图中实线所示。据图作出下列推断,错误

的是( A )

A.加入某药物后,溶液中 24Na 的量不再增加, 加入 ATP 后,细胞中 24Na 的量增加 B.若将纵坐标改为“细胞内 24Na 的量”,则对 应图中虚线所示的曲线 C.神经纤维排出 24Na 需要消耗 ATP,说明其运 输方式是主动运输 D. “某药物”的作用机理是抑制细胞呼吸

【解析】钠离子主要分布在细胞外,其排出细胞 的方式为主动运输。加入某药物后抑制了细胞呼吸, 能量不足,主动运输停止,使得溶液中钠离子的量不 再发生变化; 加入 ATP 后, 钠离子继续由神经细胞内 通过主动运输进入溶液中,使溶液中钠离子的量增 加,故 A 错。
w

二、非选择题 15.下图甲表示物质出入细胞膜的方式,图乙表 示法囊藻细胞内外不同离子的相对浓度,请据图分析 作答:

(1)图甲 a~e 的五种过程中,代表被动运输的是 b b、c、d ____________;可能代表氧气运输过程的是_______; 葡萄糖从小肠腔进入小肠上皮细胞的过程是

a ___________。

(2)图乙中,K+和 Cl-在细胞内含量高,而 Ca2+ 和 Mg2+在细胞内含量较低。这一事实表明细胞对离

选择性 子的吸收具有___________;法囊藻细胞吸收的各种
离子数量与海水中相应离子的数量不成正比例,这与 运载各种离子的载体数量 法囊藻细胞膜上的________________________有关。

(3)细胞吸收 K+和 Cl-的方式,对应于图甲中的

a ____________ , Na + 的 排 出 方 式 对 应 于 图 甲 中 的

e ________ , 这 对 活 细 胞 生 命 活 动 的 意 义 是 能保证细胞按照生命活动的需要主动地选择吸收 ______________________________________________ 营养物质,排出代谢废物和对细胞有害的物质 _____________________________________________,
这种吸收方式的实现,必须依赖的生理活动是 呼吸作用 __________________。

(4)由在人工生态环境下培养实验得知, 法囊藻对 矿质元素离子的吸收活动,使周围溶液的 pH 有降低 的 趋 势 , 对 此 现 象 的 正 确 解 释 是

由于细胞对离子的选择性吸收,使周围环境溶 ______________________________________________ 液中的离子浓度发生改变而导致H+浓度增高 __________________________________________。

【解析】依据甲图中糖蛋白的分布确定膜外侧与 内侧,根据是否需要载体和能量等条件识别物质跨膜 运输的方式;乙图中不同离子膜内外的浓度差较大, 细胞只有通过主动运输才能维持这种状况。

16.2003 年诺贝尔化学奖授予了美国的两位科学 家,以表彰他们在细胞膜通道(水通道和离子通道)方 面作出的贡献。这两位科学家的研究工作对彻底揭开 水和离子跨膜运输的机理以及疾病的治疗具有重大的 意义。 请回答下列问题: (1)组成水通道和离子通道的物质是在核糖体上 合成的,可见水通道和离子通道实际上是由细胞膜上 蛋白质 的_______________形成的, 细胞膜上的这些物质在磷

镶嵌、嵌入或贯穿 脂双分子层上的排列方式是 ____________________。

(2)物质进入细胞都要通过细胞膜, 在用呼吸抑制 剂处理细胞后,脂肪酸、Na+进入细胞的速度会明显

Na+ 减慢的是_________。
(3)大分子物质如蛋白质分子通过细胞膜的方式 胞吞或胞吐 是_________________________,该过程直接消耗的

ATP 能源物质是__________________。

(4)物质通过细胞膜与膜的流动性有密切关系, 为 了探究温度对膜的流动性的影响,有人做了下述实 验:分别用红色和绿色荧光剂标记人和鼠细胞膜上的 蛋白质,然后让两个细胞在 37℃条件下融合并培养, 40 分钟后, 融合的细胞膜上红色和绿色的荧光均匀相 间分布。

①有人认为该实验不够严密,其原因是缺少 对照 ________实验。 ②本实验可以通过在相同时间,不同温度下培养 后,观察红色和绿色荧光物质在细胞膜上的分布情况 来 判 断 实 验 结 果 , 还 可 以 通 过 比 较 红色和绿色的荧光在细胞膜上均匀分布 ______________________________________________ 时所需的时间的长短 _________________________来判断实验结果。 ③ 该 实 验 可 能 得 出 的 结 论 是 ______________________________________________ 在一定范围内,随着温度的升高,细胞 膜的流动性会加快 ______________________________。

【解析】组成水通道和离子通道的物质是在核糖 体上合成的,由此可推断出它们的化学本质是蛋白 质。物质在进出细胞膜时,有些是主动运输,有些是 被动运输,它们的区别是是否需要消耗能量;脂肪酸 进入细胞膜的运输方式是自由扩散,不需要消耗能 量,而 Na+进入细胞膜的方式是主动运输,需要消耗 能量,当用呼吸抑制剂处理细胞后会影响能量的产 生,也就影响到 Na+的运输。一些大分子物质进出细 胞膜时,是以胞吞或胞吐的方式进行的,这个过程与 细胞膜的流动性有关,需要消耗能量。研究某一变量 对实验的影响一定要注意给出对照。实验是观察流动 性,所以实验指标选用观察红色和绿色的荧光在细胞 膜上均匀分布时所需的时间的长短比较好。

17.某实验小组要对“低温是否会影响物质的跨 膜运输”进行实验探究,设计了如下实验。 实验步骤: ①准备渗透装置两套,分别编号为 1、2。 ②在两组烧杯中分别加入等量的水,在长颈漏斗 中分别加入等量的同一浓度的蔗糖溶液,保持管内外 液面高度相等。

③对两组装置进行不同处理:1 组用水浴锅加热 至 37℃,2 组在烧杯外加冰块降温。 ④两组装置同时开始实验,几分钟后观察记录漏 斗的液面刻度变化。 请分析回答下列问题: (1)本 实 验是 通 过测 定水 分子 通过 膜 的扩 散 即 渗透 _________作用速率来进行探究的。

(2)

















渗透系统所处的不同温度环境 _______________________________; 为了直观地表示
相对速率,用______________________作为因变量。 漏斗液面高度的变化 (3)该实验可能的结果与结论:

1组漏斗的液面比2组高 ①若__________________________,则说明低温
会影响物质的跨膜运输且运输速率减慢。 ②若__________________________,则说明低温 2组漏斗的液面比1组高 会影响物质的跨膜运输且运输速率加快。

1、2组漏斗的液面高度相同 ③若____________________________,则说明温
度高低并不影响物质的跨膜运输。

【解析】该实验是通过处于不同温度条件的渗透 系统中漏斗液面高度的变化,探究温度对物质跨膜运 输的影响,因此自变量应为渗透系统所处的不同温度 环境,因变量是漏斗内液面高度的变化。


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