师：同学们，今天我们要学习高一人教版生物学必修一第四章第一节被动运输第一课时。通过前面的学习，我们知道细胞是一个开放的系统，细胞膜作为系统的边界，不仅是将细胞内外隔开的屏障，也是控制物质进出细胞的门户。那么，细胞膜是怎样控制物质输入和输出的呢？下面我们先来看一个简单的模拟装置。
这个装置中会用到玻璃纸，玻璃纸是一种半透膜。所谓半透膜，是指某些物质可以通过，而另一些物质不能通过的多孔性薄膜。物质能否通过半透膜取决于物质分子的大小。在这个装置里，水分子可以自由透过玻璃纸，而蔗糖分子则不能。我们用玻璃纸密封住长颈漏斗的漏斗口，往漏斗内注入蔗糖溶液，然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中，使漏斗管内外的液面高度相等。
静置一段时间后会出现什么现象呢？我们观察到，静置一段时间后，漏斗管内的液面会逐渐升高。同学们请思考一下，为什么会出现这样的现象呢？提示一下，在这个装置中只有两种物质，水和蔗糖分子，到底是哪种物质使漏斗管内液面升高呢？前面说过蔗糖分子是不可以透过玻璃纸的，但水分子可以自由通过，所以是水进入到了漏斗管内，从而使液面升高。
那是什么原因使得水进入到了漏斗内呢？物理课上我们学过，物质会从相对含量多的区域向相对含量少的区域转移。如果没有半透膜，蔗糖分子就会从相对含量多的区域转移到相对含量少的区域，这种现象叫做扩散作用。那么扩散现象的发生条件是什么呢？就是物质在区域间存在着浓度差。在装置中，玻璃纸两侧水分子的相对含量如何呢？漏斗内是蔗糖溶液，而烧杯中是清水，相对于清水而言，蔗糖溶液的浓度更高。而溶液是由溶质和溶剂组成的，溶质分子数量越多，意味着溶剂分子的相对含量就越少。所以相对而言，蔗糖溶液的水分子相对含量较低，清水的水分子相对含量更高，因此烧杯中的水分子会通过半透膜向漏斗内扩散，从而导致漏斗液面升高。我们将这种水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散现象称为渗透作用。
既然水分子可以自由透过玻璃纸，那么水分子只是向漏斗内扩散，而没有从漏斗向烧杯扩散吗？事实上，半透膜两侧的水分子都能够自由进出。但由于蔗糖溶液中水的相对含量，即单位体积中的水分子数比烧杯中的水的相对含量低，因此烧杯中的水扩散到漏斗中的速度比漏斗中的水扩散到烧杯中的速度相对更快些，导致漏斗中水量增加，液面上升。
如果漏斗管足够长的话，管内的液面会无限升高吗？半透膜两侧的水分子相对含量的差异使得水分子向漏斗内扩散，但随着水分子扩散数量增加，漏斗内液面不断升高，此时与烧杯液面间存在着高度差。由于重力作用，管中的水柱会产生压力，使水分子向漏斗外扩散。所以如果漏斗管足够长，当管内的液面上升到一定高度之后，管中的水柱产生的压力将加快漏斗中水分向外扩散的速度，最终达到平衡，液面将不再上升。
那如果用一层纱布代替玻璃纸，静置一段时间后，漏斗内液面还会升高吗？纱布与玻璃纸不同，纱布的空隙很大，除了水分子可以自由通过之外，蔗糖分子也可以自由通过。此时纱布两侧溶液中水分子的相对含量相同，烧杯中的水分子就不会向漏斗内扩散，漏斗内液面也就不会升高。将半透膜玻璃纸换成纱布之后，渗透作用也就不能发生了，这说明渗透作用的发生需要什么条件呢？没错，渗透作用的发生需要具有半透膜，这也符合渗透作用的概念——水分子或其他溶质分子通过半透膜的扩散。
那如果继续用玻璃纸，但是将烧杯中的清水换成与漏斗内相同浓度的蔗糖溶液，结果又会怎样呢？虽然具有了半透膜，但是半透膜两侧的蔗糖溶液浓度相同，即水分子的相对含量相同，所以烧杯中的水分子就不会向漏斗内扩散，漏斗内液面也将保持不变。这一现象又说明了渗透作用的发生需要什么条件呢？渗透作用的发生需要半透膜两侧的溶液存在着浓度差。在存在浓度差的情况下，水分子的扩散方向是怎样的呢？水分子会从相对含量高的一侧向相对含量低的一侧扩散。由此，我们可以对渗透作用的概念进行补充，即水分子或其他溶剂分子通过半透膜从相对含量高的一侧向相对含量低的一侧扩散。
下面我们对渗透作用进行简单的归纳：渗透作用发生的对象是水等溶剂分子，本质是发生扩散，作用方向是水等溶剂分子从相对含量高到相对含量低移动，这里的相对含量是指溶剂分子的含量。而我们一般描述溶液时通常用溶质的浓度来表示。由于溶液是由溶质和溶剂组成的，所以水的相对含量高就意味着溶质的浓度低。所以我们也可以说成是溶剂分子从溶液浓度低的一侧向溶液浓度高的一侧扩散。此外，渗透作用的发生条件有两个，一是具有半透膜，二是半透膜两侧存在着浓度差。
下面我们将更换渗透装置的溶液，看看同学们是否真正掌握渗透作用的概念。装置中a是质量分数为10%的蔗糖溶液，装置b是质量分数为10%的葡萄糖溶液。两种溶液之间存在着半透膜，其中水分子可以自由通过，而蔗糖分子和葡萄糖分子则不能自由通过。请问装置中的水分子将会向哪个方向扩散呢？分析水分子的扩散方向，首要判断的是半透膜两侧溶液的浓度大小，从而分析出水分子的相对含量高低。两种溶液的质量浓度相同，但是质量浓度是指单位体积中溶液中的溶质的质量，并非溶质分子的数量。而我们要分析水分子的相对含量高低，就必须要从单位体积溶液中溶质分子的数量进行反推，也就是说我们需要将质量浓度转换成物质的量浓度来进行分析。
通过前面的学习，我们知道蔗糖是二糖，葡萄糖是单糖，所以蔗糖的相对分子质量更大。在质量浓度相同的情况下，蔗糖溶液的物质的量浓度相对更低，即单位体积内溶液的蔗糖分子的数量更少，也就是水分子的相对含量更高。由于水分子有从相对含量高扩散到相对含量低的机制，所以水分子从蔗糖溶液移动到葡萄糖溶液的数量要多于从葡萄糖溶液移动到蔗糖溶液的数量。从宏观上来看，水分子就是从蔗糖溶液移动到葡萄糖溶液的。所以同学们在分析水等溶剂分子的扩散方向的时候，一定要注意半透膜两侧的浓度差，当中的浓度是指物质的量浓度，而不是质量浓度。
在分析完模拟的渗透装置之后，下面我们来分析一下水分是如何进出动物细胞的。首先我们来观察一下，将哺乳动物成熟红细胞置于不同浓度的外界溶液中，细胞的形态会有什么改变呢？为什么细胞形态会出现这样的改变呢？水分子的移动方向又是如何呢？
当外界溶液浓度低于细胞质浓度时，由于细胞质的水分子含量相对较少，水分子会从外界溶液移动到细胞质中，即细胞吸水，所以就会膨胀，如果吸水过多，就会胀破。反之，当外界溶液浓度高于细胞质浓度时，细胞质的水分子含量相对较多，水分子就会从细胞质移动到外界溶液中，即细胞失水，所以细胞就会皱缩。而当外界溶液浓度等于细胞质浓度时，由于两者的水分子相对含量相同，所以单位时间内进出细胞的水分子数量相等，即水分子进出动态平衡，细胞形态不变。
那在红细胞内，血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？这些有机物相当于渗透装置当中的什么物质呢？红细胞中的血红蛋白是大分子有机物，不能透过细胞膜，所以它相当于渗透装置当中的蔗糖分子。那红细胞当中的什么结构相当于渗透装置当中的半透膜呢？那就是能够控制物质进出细胞的细胞膜。那红细胞吸水或失水又是取决于什么条件呢？从表格当中我们可以看出，红细胞吸水或失水取决于红细胞内外溶液的浓度差。且一般情况下浓度差越大，红细胞吸水或失水就越多。由此我们可以归纳出，动物细胞会与外界溶液构成一个渗透系统，水分子就是通过渗透作用进出动物细胞的。而在动物细胞当中，相当于半透膜的是细胞膜，水分进出细胞则取决于细胞质与外界溶液之间的浓度差。