动物界中最大的门是什么门？

分类: 教育/科学 >> 科学技术

解析:

节肢动物门

为动物界种类最多的一门动物，与人类的生活、健康、经济等各方面有十分密切的关系。绝大多数种类陆栖；全身包被坚实的外骨骼，可防止体内水分的大量蒸发。有灵活的附肢、伸屈自如的体节以及发达的肌肉，藉以增强运动。还具备气管等空气呼吸器，能高效地进行呼吸；完全适应于陆上生活。在无脊椎动物中，登陆取得巨大成功的一门动物，其绝大多数种类演化成为真正的陆栖动物，占据了陆上所有生境。

（一）发达坚厚的外骨骼 节肢动物要在陆上存活，首先必须制止体内水分的大量蒸发，其包被身体的角质膜，也就是外骨骼，除防患躯体受到伤残外，正起着这种重要的作用。线形动物和环节动物虽都有角质膜，但颇纤薄，而节肢动物的却十分发达，坚硬厚实，自外而内，可分3层，分别称为上角质膜（上表皮）、外角质膜（外表皮）和内角质膜（内表皮）。角质膜主要由几丁质（甲壳质）和蛋白质形成，前者为含氮的多糖类化合物，是外骨骼的主要成分，而后者大部分为节肢蛋白。甲壳动物的外骨骼还含有大量的钙质，昆虫的却几乎无钙质。形成外骨骼的这些物质都由位于外骨骼内面的一层上皮细胞分泌而来。节肢动物的体壁包含角质膜、上皮以及最内的一层底膜。底膜很薄，紧贴于上皮之内，由结缔组织形成，来源不明(见图)。

各个体节通常包被四块外骨骼：背面一块称为背板（背甲），腹面一块称为腹板（腹甲），左右两侧的两块称为侧板（侧甲）。侧甲常见于甲壳动物中；昆虫腹节的侧板已完全退化，唯有翅亚纲的胸节具备侧板，但这些侧板均由附肢原肢的亚基节扩大演变而成，而非真正的体节外骨骼。

节肢动物外骨骼的发达，限制了身体的生长，因而发生蜕皮现象。昆虫等成熟以后不再蜕皮，而甲壳动物等却终生都可蜕皮，有些种类一生竟蜕皮30次以上。蜕皮前，动物停止摄食，上皮脱离旧外骨骼，并开始产生新外骨骼；同时又分泌蜕皮液于新旧外骨骼之间。蜕皮液内含几丁酶和蛋白酶，能将旧外骨骼逐渐分解溶化，其分解产物即被上皮细胞吸收，但新外骨骼却不受这些酶的影响。旧外骨骼由于分解溶化而渐次变薄，并在一定部位破裂，最后动物就从这裂缝内钻出，前肠和后肠内面的旧外骨骼也连在一起脱下；脱下的全部旧外骨骼往往完整地遗留在动物栖憩处。新外骨骼比旧外骨骼宽大，皱褶于旧外骨骼之下，一旦旧外骨骼脱去，动物由于吸水、吸气或肌肉伸张而身体膨胀，柔软、皱褶而又具弹性的新外骨骼便随之扩张，这样身体也就生长。再经过一段时间，新外骨骼渐渐增厚变硬，生长便停止（见图）。

在动物界，这种间歇性生长的效果并不差于连续性生长，例如家蚕的一龄幼虫（蚁蚕）每条平均体重仅000033g，约经一个月，共蜕皮4次，发育成五龄幼虫（熟蚕），其体重竟达3257g，与一龄幼虫相比，增重1万倍。

蜕皮受激素的控制。甲壳动物有Y器和X器各一对，前者也称蜕皮腺，位于脑的前方，是一种非神经性的内分泌器官，可分泌甲壳类蜕皮素，促使动物蜕皮。后者则位于眼柄内，由一簇神经分泌细胞组成，能分泌激素，以抑制蜕皮素的活动。昆虫在前胸内有一对胸腺，相当于甲壳动物的Y器。这对胸腺受前脑背面一群神经分泌细胞所产肽类激素的活化而分泌蜕皮素，促使未成熟的昆虫蜕皮。到成虫期，胸腺萎缩，昆虫也就不再蜕皮。此外昆虫还有一对咽侧体，位于脑后食管左右两侧，可分泌保幼激素，以抑制蜕皮和变态。

（二）高效的呼吸器官——气管 一部分环节动物以鳃作为专职的呼吸器官，而另一部分只在体表进行气体交换，并无任何独特的专职器官。在节肢动物中，水生种类也像一部分环节动物那样，以鳃呼吸。而鳃是体壁的外突物，如果暴露空气中，易使动物体内大量水分蒸发，危及生命。为数众多的陆栖节肢动物个体较大，活动又较剧烈，只通过体表的扩散性呼吸，不足以获得足够的氧气。特别由于体表被有坚厚的外骨骼，更不宜于扩散性呼吸，因此在漫长的适应过程中，陆栖节肢动物形成另一种呼吸器官，即气管。气管是体壁的内陷物，不会使体内水分大量蒸发，其外端有气门和外界相通，内端则在动物体内延伸，并一再分枝，布满全身，最细小的分枝一直伸入组织间，直接与细胞接触。一般动物的呼吸器官，无论鳃还是肺，都只起到交换气体的作用，对动物身体内部提供氧气和排放碳酸气都要通过血流的输送，唯独节肢动物的气管却可直接供应氧气给组织，也可直接从组织排放碳酸气，因此气管是动物界高效的呼吸器官。

（三）简单的开管式循环系统 与气管的高度发达有关，节肢动物的循环系统十分简单，由具备多对心孔的管状心脏和由心脏前端发出的一条短动脉构成。这条短动脉伸入头部，末端开口；无微血管相连。血液通过这条动脉离开心脏，就流泛在身体各部分的组织间隙中，因此节肢动物的循环系统是开管式的。后来这些血液由身体各部分的组织间隙逐渐汇集到体壁与内脏之间的混合体腔中，再通过心孔，回归心脏。混合体腔和环节动物的真体腔不同，后者由体腔囊逐渐生长扩大演变而成，腔外包围由中胚层发育而来的体腔膜。至于节肢动物在个体发育过程中虽然也像环节动物那样，由中胚层按节形成成对的体腔囊，但这些体腔囊并不扩大，其囊壁的中胚层细胞也不形成体腔膜，而分别发育成有关的组织和器官，囊内的真体腔因此和囊外的原始体腔合并成一个完整的混合体腔。混合体腔内充满血液，因此又称血体腔。直接浸润在血液中的肠道所吸收的养料可透过肠壁进入血液内，然后再随血流分送到身体各部分。昆虫等大多数节肢动物的血液就只输送养料，而氧气和碳酸气等的输导则全藉气管。

（四）异律分节和身体的分部 在演化的历史过程中，节肢动物登陆以后，顺应陆上多变的环境，增强了运动，发展了有关的结构，趋利避害，使它们立于不败之地。节肢动物身体自前而后分为许多体节，这对运动的增强至关重要。虽然环节动物的身体也分节，但为同律分节，而节肢动物却是异律分节，体节发生分化，其机能和结构互不相同。身体最前一节称为顶节，最末一节称为尾节， 位于其腹面或末端，因此又称肛节（顶节和尾节也出现于环节动物，顶节就是环节动物的口前叶）。这2节都小，非胚带分节形成，不是真正的体节；2节之间才是真正的体节。节数因种类而不同，最多可超过200节。机能和结构相同的体节常组合在一起，形成体部。通过体节的组合，有的类群如昆虫，身体分为头、胸和腹三体部，头部是感觉中心，胸部为运动中心，腹部成为营养和生殖的中心。有的如蜘蛛、虾、蟹等，身体却分为头胸部和腹部。还有的如蜈蚣，身体又分为头部和躯干部。总之，体节既分化，又组合，从而增强运动，提高了动物对环境条件的趋避能力。

（五）分节的附肢 节肢动物每一体节几乎都有一对附肢，这对于运动的增强起了十分重要的作用。一部分环节动物虽已具备疣足，但疣足小，运动力不强，它是体壁的中空突起，本身及其与躯干部相连处均无活动关节。节肢动物的附肢是实心的，内有发达的肌肉，不但与身体相连处有活动关节，并且本身也分节，十分灵活，这种附肢称为节肢，其各节称为肢节。节肢的灵活性和运动力都远远超过疣足。就结构而言，节肢基本上可分两种类型，即双枝型和单枝型；前者可能较为原始，例如虾类腹部的游泳足等。这类附肢由原肢及其顶端发出的内肢和外肢三部分构成。原肢是附肢的基干，连接身体，原分3节，基部一节名为前基节，也称亚基节，中间一节是基节，顶端一节叫做底节，其中前基节，有时还包括基节，常与身体愈合而不明显。原肢内外两侧常有突起，内侧的称为内叶，外侧的称为外叶。靠近口的几对节肢的内叶具有十分坚厚的角质膜，且常带齿或刺，用来捣碎食物，特称颚基、小颚突起或咀嚼板。由前基节或基节发出的外叶有时十分发达，往往分枝，具备宽广的表面面积，用来呼吸。这种外叶特称上肢或鞭鳃（肢鳃）。内肢由原肢顶端的内侧发出，一般有4～5肢节。外肢则由原肢外侧发出，肢节数较多（见图）。

至于单枝型节肢原由双枝型演变而来，其外肢已完全退化，只保留了原肢和内肢，例如昆虫的3对步足。

（六）强劲有力的横纹肌 肌肉的发达是动物增强运动的关键，扁形动物、线形动物和环节动物虽都具备由中胚层发育而来的肌纤维，但均为平滑肌，且分散布列于皮肌囊内。节肢动物的肌纤维却是横纹肌，肌原纤维多，伸缩力强，同时肌纤维 成肌肉束，其两端着生在坚厚的外骨骼上。通过外骨骼的杠杆作用，还调整和放大了肌肉运动，以增强效能。节肢动物的肌肉束往往按节成对排列，相互拮抗。每个体节有躯干肌和附肢肌两种，躯干肌包括一对背纵肌和一对腹纵肌，前者收缩时，促使身体伸直或向上弯曲，而后者收缩时，却使身体下弯。每只附肢一般有3对附肢肌，可使附肢朝前后、上下、内外各种不同方位活动（见图）。

（七）灵敏的感觉器和发达的神经系统 在增强运动器官的同时，节肢动物还必须发展感觉器官和神经系统，方能及时感知陆上多样和多变的环境因子，迅速作出反应。节肢动物有触觉器、化感器和视觉器等3种主要感觉器官，这些器官都十分发达。就视觉器而言，除单眼外，还具备结构复杂的复眼；复眼不仅能感知光线的强弱，还可形成物像，下面将详细阐述。随着感觉器官的发达，神经系统也就不断增强。虽然节肢动物的中枢神经系统像环节动物一样，基本上仍然保持梯型，但神经节有十分明显的愈合趋势，这自然和体节的组合有关。神经节的愈合提高了神经系统传导 、整合信息和指令运动等的机能，更有利于陆栖生活。节肢动物头部内位于消化道上方的前3对神经节愈合为脑，分别形成前脑、中脑与后脑3部分，这比环节动物只由一对神经节演变成的脑自然要发达得多了。节肢动物处在消化道下方的头部后3对神经节也同样愈合，形成一个食道下神经节（咽下神经节）。

（八）独特的消化系统和新出现的马氏管 动物加强运动，能量消耗增大，必然要提高养料的需求量，这样也就促进了消化系统的发达。节肢动物捕食、摄食以及碎食的结构都明显强于环节动物。一部分种类还有十分发达的中肠突出物，便于体内储存养料，这对于陆栖生活至关重要。昆虫虽无中肠突出物，却在肠道周围和体壁内面有许多脂肪细胞，代行养分储存的功能。对陆生动物来说，保存体内水分是十分重要的，绝大多数节肢动物都有6个直肠垫，能从将要排出的食物残渣中回收水分，并将其输送到血体腔内，以维持体内水分的平衡。

随着代谢作用的兴旺，节肢动物产生了新的排泄器官，即马氏管。虽然环节动物的后管肾仍然保留于一小部分节肢动物中，但大部分种类已丧失这种器官，代之而营排泄的乃是马氏管。这是从中肠与后肠之间发出的多数细管，直接浸浴在血体腔内的血液中，能吸收大量尿酸等蛋白质的分解产物，使之通过后肠，与食物残渣一起由 排出。

关于蜉蝣目在昆虫纲中的系统发育地位有多种观点（详见Kluge 2000）。这些观点基本都是围绕“古翅类”的单系性展开的。

“古翅类Palaeoptera”是1922年首次提出的（见Kluge 2000），包括蜉蝣目、蜻蜓目和一些已灭绝的古生代昆虫，与新翅类Neoptera对应。就现存的蜉蝣目与蜻蜓目来看，以下一些特征是古翅类共有和独有的：成虫停息时翅不能折叠覆盖于腹部背面，而只能竖立或平伸于体背；翅具复杂的闰脉；前后翅的形状及脉相是一致的；成虫触角刚毛状；幼期水生；稚虫下颚的内外颚叶愈合，腹部具鳃（全部蜉蝣及部分蜻蜓）等（Hennig,1969; Kukalová-Peck,1991，1997; Wheeler et al,2001）。

然而，以上特征只是古翅类的鉴别特征，不一定是蜉蝣和蜻蜓的共有衍征。对现生所有古翅类共有衍征的不同认识导致三种观点（Hennig,1981; Kristensen,1981; Soldán,1997;Wheeler et al,2001）。

第一种观点

认为古翅类是一单系群，即蜻蜓和蜉蝣具有一系列共有衍征组成姐妹群。Hennig （1981）提出了它们的四项共有衍征：翅具复杂的闰脉、成虫触角刚毛状、幼期水生、稚虫下颚的内外颚叶愈合。然而，这四项共有衍征中的每一项都有人提出过疑问，其中以Kristensen （1981）的批评最典型：复杂的翅脉很可能为祖征，触角的形态及水生习性平行演化的可能性非常大，而下颚的特征可能不符合蜉蝣的共同模式。

第二种观点

认为蜻蜓目与蜉蝣目没有共有衍征，不是姐妹群关系。而是蜉蝣目与（蜻蜓目+新翅类）形成姐妹群关系。Kristensen （1981）举出了蜻蜓目与新翅类七方面的共有衍征：成虫期不蜕皮、通入中后胸的足与翅内的气管来自两个体节、腹部气孔的闭合肌与气孔骨片直接相连、R脉与Rs脉共柄、雌虫的生殖孔单个、中唇舌不发达、头胸部部分肌肉消失。另外，有一系列特征可将蜉蝣目与其它有翅类区别开来（Soldán 1997），如稚虫上颚的滑动关节、腹末具长而分节的中尾丝、翅具肩横脉（subcostal brace 或humeral crossvein brace）以及臀脉A与后肘脉CuP的连接点处形成脉弱点（bulla）、雌虫端滋养式卵巢、精子鞭毛轴丝为9+9+0型（Baccetti et al 1969）。这种观点也受到部分分子证据的支持（Wheeler 1989; Wheeler et al 2001）。但是，这一观点受到Kukalová-Peck （1997）逐条批驳，另外这一意见的最主要提倡者Kristensen 的观点在1991年发生了变化。并且，从Wheeler et al （2001）意见来看，仅从18S rDNA序列得出的结果支持第一种观点，而将形态与分子证据合并分析后，却得出了第二种观点。笔者认为，这可能与形态特征选择有关，因为用于分析的特征是从有关文献中摘录出的，而支持第二种观点的形态特征相对较多。另外，由于现生蜻蜓非常特化（如捕食习性、交尾方式等），自有衍征非常多，有时与其它昆虫很难比较。同时，蜉蝣目具一系列祖征（同时可能也是现生昆虫中仅有的一些特征），它们可能都是一些区别特征，有时很难用于系统发育研究。

第三种观点

认为蜉蝣目与新翅类的关系较近，形成姐妹群，它们各自与蜻蜓目的关系较远 (Boudreaux 1979，见Kristensen 1981和Wheeler et al 2001）。Boudreaux（1979）举出了蜉蝣目与新翅类的三个共有衍征：成虫胸部发达的背纵肌、稚虫翅芽的折叠方式、雄虫直接将精子传到雌虫生殖孔。Kristensen对此一一作了评论，指出这些特征要么是祖征（如背纵肌），要么是自有新征（如蜻蜓稚虫的翅芽）或异源同形（如精子的传送方式）。支持这种观点的意见较少。另外，石虫丙 、蜉蝣以及蜻蜓的交尾方式都很复杂但形式各异（见郑乐怡、归鸿1999），因此，笔者认为，精子传送方式有待于进一步研究，异源同形的可能极大。

总结

以上三种观点各自都有一些证据，同时也都受到各种批评。仔细分析各观点的支持证据，可以看出，这些特征都是现生昆虫类群所具有的，而现生昆虫大多是高度特化的类群，一些原始特征已经很难辨认。就蜉蝣来看，其成虫翅基骨片已无法辨认。同时，又由于长期进化，许多中间过渡类型绝灭，有翅类内各目之间的特征间隔相对较明显，有时很难进行对比。再者昆虫种类繁多，各种适应型都可能出现，对每种意见都可能找到相反的情况。

　第Ⅰ卷 选择题(共48分)

　一、选择题 (本题共12小题，每小题4分，共48分。有的小题只有一个选项正确，有的小题有几个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)

　1下面所列举的物理学家及他们的贡献，其中正确的是( )

　A笛卡尔对牛顿第一定律的建立做出了贡献

　B牛顿通过扭秤实验测定出了万有引力恒量G

　C法拉第首先提出了电场的概念且采用了电场线描述电场

　D安培首先总结了电路中电流与电压和电阻的关系

　2大型汽车上坡时，司机一般都将变速挡换到低速挡位上，而小型汽车上坡时，司机一般加大油门，这样做主要是为了 ( )

　A节省燃料 B后者使汽车获得较大的功率

　C前者使汽车获得较大的牵引力 D后者使汽车获得较大的牵引力

　3如图所示，一质量为m、电荷量为q的带电液滴以速度v沿与水平面成角的方向斜向上进入匀强电场，在电场中做直线运动，则液滴向上运动过程中( )

　A电场力不可能小于mgcos B液滴的动能一定不变

　C液滴的机械能一定变化 D液滴的电势能一定不变

　4酒精测试仪的工作原理如图所示，其中P是半导体型酒精气体传感器，该传感器电阻r的倒数与酒精气体的浓度C成正比，R0为定值电阻。以下关于电压表示数的倒数(1U)与酒精气体浓度的倒数(1C)之间关系的图象，正确的是( )

　5如图(a)所示，用一水平外力F拉着一个静止在倾角为的光滑斜面上的物体，逐渐增大F，物体做变加速运动，其加速度a随外力F变化的图象如图(b)所示，若重力加速度g取10m/s2。根据图(b)中所提供的信息可以计算出( )

　A物体的质量

　B斜面的倾角

　C物体能静止在斜面上所施加的最小外力

　D加速度为6m/s2时物体的速度

　6如图所示，ab是半径为R的圆的一条直径，该圆处于匀强电场中，场强大小为E，方向平行于圆平面。在圆周平面内，将一带正电q的小球从a点以相同的动能抛出，抛出方向不同时，小球会经过圆周上不同的点，在这些所有的点中，经过 c点时小球的动能最大。已知cab=30，若不计重力和空气阻力，则电场的方向为 ( )

　A沿ab B沿ac C沿Oc D沿bc

　7如图所示是固定在桌面上的C形木块，abcd为光滑圆轨道的一部分，a为轨道的最高点，de面水平。将质量为m的小球在d点正上方h高处释放，小球自由下落到d处切入轨道运动，则( )

　A在h一定的条件下，释放小球后小球能否到a点，与小球质量有关

　B改变h的大小，就可使小球在通过a点后可能落回轨道之内，也可能落在de面上

　C无论怎样改变h的大小，都不可能使小球在通过a点后又落回轨道内

　D要使小球通过a点的条件是在a点的速度v0

　8在竖直平面内，一根光滑金属杆弯成如图所示形状，相应的曲线方程为y=25cos(kx+23)(单位：m)，式中k=1m-1。将一光滑小环套在该金属杆上，开始时小环静止于金属杆的最低点，给小环以v0=10m/s的水平初速度沿杆向右运动。取重力加速度g=10m/s2，关于小环的运动，下列说法正确的是( )

　A金属杆对小环不做功

　B小环沿x轴方向的分运动为匀速运动

　C小环能到达金属杆的最高点

　D小环不能到达金属杆的最高点

　9如图所示，虚线AB和CD分别为椭圆的长轴和短轴，相交于O点，两个等量异种点电荷分别处于椭圆的两个焦点M、N上，下列说法中正确的是( )

　AA、B两处电势、场强均相同

　BC、D两处电势、场强均相同

　C在虚线AB上O点的场强最大

　D带负电的试探电荷在O处的电势能小于在B处的电势能

　10嫦娥二号卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨，进入地月转移轨道，于2010年10月11日上午11时32分，在北京航天飞行控制中心的精确控制下，嫦娥二号卫星成功实施第三次近月制动，顺利进入轨道高度为100公里的圆形环月工作轨道。已知嫦娥二号绕月运动的周期约为118分钟，月球绕地球运动的轨道半径与嫦娥二号绕月球运动的轨道半径之比约为220。利用上述数据以及日常的天文知识，可估算出地球对嫦娥二号绕月运动时的万有引力与此时月球对它的万有引力的比值约为 ( )

　A2 B02 C210-2 D210-3

　11如图所示，匀强电场中三点A、B、C是一个三角形的三个顶点，ABC=CAB=30，BC=23m，已知电场线平行于△ABC所在的平面，一个带电荷量q=-210-6C的点电荷由A移到B的过程中，电势能增加1210-5J，由B移到C的过程中电场力做功610-6J，下列说法正确的是( )

　AB、C两点的电势差UBC=3V

　BA点的电势低于B点的电势

　C负电荷由C移到A的过程中，电势能增加

　D该电场的场强为1V/m

　12如图所示的电路中，灯泡A和灯泡B原来都是正常发光的。现在突然发现灯泡A比原来变暗了些，灯泡B比原来变亮了些，则电路中出现的故障可能是( )

　AR3断路

　BR1短路

　CR2断路

　DR1、R2同时短路

　第Ⅱ卷 非选择题(共62分)

　二、非选择题 (7题，共62分)

　13(4分)用游标卡尺测得某样品的长度如图(甲)所示，其示数L= cm;用螺旋测微器测得该样品的外径如图(乙)所示，其示数D= mm。

　14(6分)在用伏安法测电池电动势和内电阻的实验中，若线路器材接触良好，电表也完好，某同学按图连接好电路合上开关以后，发现电流表示数很大，电压表示数为零，移动滑动变阻器的触头，两电表的示数均无变化，产生这样故障的原因可能是 ;若移动变阻器的触头时，电流表示数几乎为零，电压表示数不变化，产生这样故障的原因可能是 ;若在实验中出现两电表的示数正常，但移动变阻器的触头时，两电表的示数不变化，产生这样的故障原因可能是 。

　15(8分)在描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中，小灯泡标有38V、114W字样;

　电压表V量程5V，内阻约为5k

　直流电源E的电动势45V，内阻不计;

　开关S及导线若干;

　其它供选用的器材还有：

　电流表A1量程250mA，内阻约为2

　电流表A2量程500mA，内阻约为1

　滑动变阻器R1阻值0～10

　滑动变阻器R2阻值0～2k。

　为了使调节方便，测量的准确度高：

　①实验中应选用电流表 ，滑动变阻器 。

　②在虚线框内画出实验电路图。

　③由正确实验操作得到的数据描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图(甲)所示，将本实验用的小灯泡接入如图(乙)所示的电路，电源电压恒为6V，定值电阻R3=30。电流表A读数为045A，此时小灯泡消耗的实际功率为 W。(不计电流表A的内阻)。

　16(10分)如图所示，在足够长的光滑绝缘水平直线轨道上方h高度的P点，固定电荷量为+Q的点电荷。一质量为m、电荷量为-q的物块(可视为质点)，从轨道上的A点以初速度v0沿轨道向右运动，且始终不离开轨道。已知点电荷产生的电场在A、B两点的电势分别为1、2，PA连线与水平轨道的夹角为60。试求：

　(1)物块在A点时的加速度大小;

　(2)物块在运动过程中的最大速度。

　17(10分)如图所示，水平放置的平行板电容器与电压恒定的直流电源相连，两极板间距离d=10cm。电容器的电容C=2pF。距下极板4cm处有一质量m=001kg的不带电小球由静止落下。小球和下极板碰撞后带上了q=1010-8C的电荷，反跳的高度为8cm，如果小球和下板碰撞时没有机械能损失，试求该电容器的带电量。(取g=10m/s2)

　18(10分)磕头虫是一种不用足跳但又善于跳高的小甲虫。当它腹朝天、背朝地躺在地面上时，将头用力向后仰，拱起体背，在身下形成一个三角形空区，然后猛然收缩体内背纵肌，使重心迅速向下加速，背部猛烈撞击地面，地面反作用力便将其弹向空中。弹射录像显示，磕头虫拱背后重心向下加速(视为匀加速)的距离大约为h1=08mm，弹射最大高度为h2=24cm。而人原地起跳方式是，先屈腿下蹲，然后突然蹬地向上加速，假想人的加速度与磕头虫加速过程的加速度大小相等，如果加速过程(视为匀加速)重心上升高度为H1=04m，求人离地后重心上升的最大高度H2。(空气阻力不计，设磕头虫撞击地面和弹起的速率相等)

　19(14分) 如图所示，在长为2L、宽为L的ABCD区域内有一半的空间存在场强为E、方向平行于BC边的匀强电场，现有一个质量为m，电量为e的电子，以平行于AB边的速度v0从区域的左上角A点射入该区域，不计电子所受的重力，则：

　(1)当无电场的区域位于左侧时(如图甲)，求电子射出ABCD区域时的动能;

　(2)当无电场区域的左边界距AD的距离为x时(如图乙)，要使这个电子能从区域的右下角的C点射出，电子的初速度v0应满足什么条件。

　参考答案：

　第Ⅱ卷 非选择题(共62分)

　二、非选择题(7题，共62分)

　13(4分)用游标卡尺测得某样品的长度如图(甲)所示，其示数L= 3035 cm;用螺旋测微器测得该样品的外径如图(乙)所示，其示数D= 3205～3208 mm。

　14(6分)在用伏安法测电池电动势和内电阻的实验中，若线路器材接触良好，电表也完好，某同学按图连接好电路合上开关以后，发现电流表示数很大，电压表示数为零，移动滑动变阻器的触头，两电表的示数均无变化，产生这样故障的原因可能是 滑动变阻器或电压表被短路(2分) ;若移动变阻器的触头时，电流表示数几乎为零，电压表示数不变化，产生这样故障的原因可能是 滑动变阻器断路(2分) ;若在实验中出现两电表的示数正常，但移动变阻器的触头时，两电表的示数不变化，产生这样的故障原因可能是 滑动变阻器被接成了定值电阻(2分) 。

　15(8分)在描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中，小灯泡标有38V、114W字样;

　电压表V量程5V，内阻约为5k

　直流电源E的电动势45V，内阻不计;

　开关S及导线若干;

　其它供选用的器材还有：

　电流表A1量程250mA，内阻约为2

　电流表A2量程500mA，内阻约为1

　滑动变阻器R1阻值0～10

　滑动变阻器R2阻值0～2k。

　为了使调节方便，测量的准确度高：

　①实验中应选用电流表 A2 ，滑动变阻器 R1 。

　②在虚线框内画出实验电路图。

　②略(电流表外接，滑动变阻器接成分压式) (4分)

　③由正确实验操作得到的数据描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图(甲)所示，将本实验用的小灯泡接入如图(乙)所示的电路，电源电压恒为6V，定值电阻R3=30。电流表A读数为045A，此时小灯泡消耗的实际功率为 050(2分) W。(不计电流表A的内阻)。

　16(10分)如图所示，在足够长的光滑绝缘水平直线轨道上方h高度的P点，固定电荷量为+Q的点电荷。一质量为m、电荷量为-q的物块(可视为质点)，从轨道上的A点以初速度v0沿轨道向右运动，且始终不离开轨道。已知点电荷产生的电场在A、B两点的电势分别为1、2，PA连线与水平轨道的夹角为60。试求：

　(1)物块在A点时的加速度大小;

　(2)物块在运动过程中的最大速度。

　解析(1)A点距+Q的距离r=hsin60

　物块在A点所受库仑力F=kQqr2

　物块在A点时的加速度大小a=Fcos60m=3kQq8mh2

　(2)物块运动至B点时速度最大，设为vm，根据动能定理有

　q(1)=12mv2m-12mv20

　解得：vm=v20+2q(1)m

　17(10分)如图所示，水平放置的平行板电容器与电压恒定的直流电源相连，两极板间距离d=10cm。电容器的电容C=2pF。距下极板4cm处有一质量m=001kg的不带电小球由静止落下。小球和下极板碰撞后带上了q=1010-8C的电荷，反跳的高度为8cm，如果小球和下板碰撞时没有机械能损失，试求该电容器的带电量。(取g=10m/s2)

　解析设两极板间场强为E，根据动能定理有

　mgh1-mgh2+qEh2=0

　解得：E=50106V/m

　两板间的电势差 U=Ed=5105V

　电容器的带电量 Q=CU=1010-6C

　18(10分)磕头虫是一种不用足跳但又善于跳高的小甲虫。当它腹朝天、背朝地躺在地面上时，将头用力向后仰，拱起体背，在身下形成一个三角形空区，然后猛然收缩体内背纵肌，使重心迅速向下加速，背部猛烈撞击地面，地面反作用力便将其弹向空中。弹射录像显示，磕头虫拱背后重心向下加速(视为匀加速)的距离大约为h1=08mm，弹射最大高度为h2=24cm。而人原地起跳方式是，先屈腿下蹲，然后突然蹬地向上加速，假想人的加速度与磕头虫加速过程的加速度大小相等，如果加速过程(视为匀加速)重心上升高度为H1=04m，求人离地后重心上升的最大高度H2。(空气阻力不计，设磕头虫撞击地面和弹起的速率相等)

　解析设磕头虫加速下降的加速度大小为a，弹起时的速率为v1，则有

　v21=2ah1

　v21=2gh2

　设人离地时的速率为v2，则有

　v22=2aH1

　v22=2gH2

　解得：H2=120m

　19(14分) 如图所示，在长为2L、宽为L的ABCD区域内有一半的空间存在场强为E、方向平行于BC边的匀强电场，现有一个质量为m，电量为e的电子，以平行于AB边的速度v0从区域的左上角A点射入该区域，不计电子所受的重力，则：

　(1)当无电场的区域位于左侧时(如图甲)，求电子射出ABCD区域时的动能;

　(2)当无电场区域的左边界距AD的距离为x时(如图乙)，要使这个电子能从区域的右下角的C点射出，电子的初速度v0应满足什么条件。

　解析(1)电子先做匀速运动，进入电场后做类平抛运动，设电子恰好从C点射出电场。

　电子在电场中运动的加速度a=eEm

　设电子在电场中的运动时间为t，则有

　L=v0t

　L=12at2

　解得：v0=eEL2m

　①当v0eEL2m时，电子从电场的下边界射出电场

　射出电场时的动能 Ek=12mv20+eEL

　②v0eEL2m时，电子从电场的右边界射出电场

　射出电场时沿电场方向的位移 y=12at2=eEL22mv20

　射出电场时的动能 Ek=12mv20+eEy=12mv20+(eEL)22mv20

　(2)电子先做类平抛运动，接着做匀速直线运动，最后做类斜下抛运动。

　设电子整个运动时间为t1，则有

　2L=v0t1

　L=12a(t12)2+axv0t12

　解得：v0=eE(2x+L)2m

胸部由3节组成，由前向后依次分别称为前胸(prothorax)、中胸(mesothorax)和后胸(metathoraX)。每一胸节各具足1对，分别称为前足(fore leg)、中足(median leg)和后足(hind leg)。大多数昆虫在中、后胸上还各具有1对翅(wings)，分别称为前翅(fore wings)和后翅(hind wings)。中、后胸具翅，故又称为具翅胸节(pterothorax)。

无翅昆虫和全变态类的幼虫，胸部各节比较简单，各节大小、形状和构造都很相似。在有翅昆虫中，胸部因要承受足和翅的强大肌肉的牵引力，所以各胸节常常高度骨化，形成发达的背板、腹板和侧板。各胸节发达程度，与其上着生的翅和足的发达程度有关。 大部分幼虫和较原始种类的成虫，其背板为一块完整的骨板，不再分片，因而称为原背板(nolum)。

前胸背板(pronotum)在各类昆虫中变异很大。如蝗虫类的前胸背板呈马鞍形，两侧向下扩展，几乎盖住整个侧板。但前胸不发达的昆虫，前胸背板通常仅仅是一狭条骨片。

具翅胸节的背板结构相似，由3条次生沟将背板分为几块骨片。这3条次生沟 是：

1、 前脊沟(antecostal sulcus) 由初生分节的节间褶发展而来，其内的前内脊发达，形成悬骨，是背纵肌着生的地方。

2、 前盾沟(prescutal sulcus) 位于前脊沟后的一条横沟。

3、 盾间沟(Scutoscutellar sulcus) 通常呈“八”形的沟，位于背板后部，内脊较强大，盾间沟的地位和形状很不固定，有的甚至全部消失。

由上述3条次生沟将具翅胸节背板划分成4块骨片，即

1、端背片(acrotergite)：是前脊沟前的一块狭条骨片。在翅发达的胸节，其后一节的端背片常向前扩展与前一节的背板紧接，而在前脊沟的后面发生一条窄小的膜质带，这一端背片就形成了前一节的后背片(postnotum)。

2、前盾片(prescutum)：是前脊沟与前盾沟间的狭片，其大小和形状变化很大。 3、盾片(scutum)：是前盾沟与盾间沟之间的骨片，通常很大。

4、小盾片(scutellum)：是盾间沟后的一块小形骨片，通常呈三角形。

具翅胸节盾片两侧缘前后各有一突起，称为前背翅突(anterior notal wing process)和后背翅突，它们分别与翅基第1腋片和第3或第4腋片相接，作为翅基的支点。小盾片两侧与翅后缘的腋索相交接。前盾片也常向外或腹面突出，与侧板的前侧片相接，形成翅前桥(prealare)。后背片与侧板的后侧片相接，形成翅后桥(postalare)。具翅胸节背板上的沟和所划分的骨片，在各类昆虫中变化甚大。

最多两对昆虫的翅和鸟类的翅不同，不是由前肢改变功能而来。生物学家们在昆虫化石及昆虫比较形态学等方面的研究基础上，对翅源提出了多种假说。主要有侧背板翅源说(paranotaltheorg)、气管鳃翅源说(tracheal gill theorg)和侧板翅源说 (pleuron theorg)等；，其中被较为广泛接受的是侧背板翅源说。侧背板翅源说认为，翅最先由胸部背板两侧向外扩展，与侧板近背面扩展部分形成侧背叶(paranotum)，侧背叶发展成翅。侧背叶不能活动，仅起滑翔作用。在进化过程中，侧背叶基部膜质化，并形成关节，通过背纵肌和背腹肌收缩而活动，形成飞行器官。翅既然是体壁向外扩展的叶状物，所以，翅尽管很薄，其构造基本与体壁相同。翅是由两层体壁愈合并膜质化而成的，有的皮细胞层也消失，两层体壁间分布的气管，形成了翅脉(vein)。在翅脉的空隙中，有神经分布，血液也沿翅脉循环。翅面上还有感觉器及毛、鳞片等体壁的衍生物。 前胸的侧背叶不能发育成为飞行器官，是由于前胸前方没有供背纵肌着生的内脊，所以只在中、后胸上各发生l对翅，即前翅和后翅。

C

节肢动物门的主要特征

为动物界种类最多的一门动物，与人类的生活、健康、经济等各方面有十分密切的关系。绝大多数种类陆栖；全身包被坚实的外骨骼，可防止体内水分的大量蒸发。有灵活的附肢、伸屈自如的体节以及发达的肌肉，藉以增强运动。还具备气管等空气呼吸器，能高效地进行呼吸；完全适应于陆上生活。在无脊椎动物中，登陆取得巨大成功的一门动物，其绝大多数种类演化成为真正的陆栖动物，占据了陆上所有生境。

（一）发达坚厚的外骨骼 节肢动物要在陆上存活，首先必须制止体内水分的大量蒸发，其包被身体的角质膜，也就是外骨骼，除防患躯体受到伤残外，正起着这种重要的作用。线形动物和环节动物虽都有角质膜，但颇纤薄，而节肢动物的却十分发达，坚硬厚实，自外而内，可分3层，分别称为上角质膜（上表皮）、外角质膜（外表皮）和内角质膜（内表皮）。角质膜主要由几丁质（甲壳质）和蛋白质形成，前者为含氮的多糖类化合物，是外骨骼的主要成分，而后者大部分为节肢蛋白。甲壳动物的外骨骼还含有大量的钙质，昆虫的却几乎无钙质。形成外骨骼的这些物质都由位于外骨骼内面的一层上皮细胞分泌而来。节肢动物的体壁包含角质膜、上皮以及最内的一层底膜。底膜很薄，紧贴于上皮之内，由结缔组织形成，来源不明

各个体节通常包被四块外骨骼：背面一块称为背板（背甲），腹面一块称为腹板（腹甲），左右两侧的两块称为侧板（侧甲）。侧甲常见于甲壳动物中；昆虫腹节的侧板已完全退化，唯有翅亚纲的胸节具备侧板，但这些侧板均由附肢原肢的亚基节扩大演变而成，而非真正的体节外骨骼。

节肢动物外骨骼的发达，限制了身体的生长，因而发生蜕皮现象。昆虫等成熟以后不再蜕皮，而甲壳动物等却终生都可蜕皮，有些种类一生竟蜕皮30次以上。蜕皮前，动物停止摄食，上皮脱离旧外骨骼，并开始产生新外骨骼；同时又分泌蜕皮液于新旧外骨骼之间。蜕皮液内含几丁酶和蛋白酶，能将旧外骨骼逐渐分解溶化，其分解产物即被上皮细胞吸收，但新外骨骼却不受这些酶的影响。旧外骨骼由于分解溶化而渐次变薄，并在一定部位破裂，最后动物就从这裂缝内钻出，前肠和后肠内面的旧外骨骼也连在一起脱下；脱下的全部旧外骨骼往往完整地遗留在动物栖憩处。新外骨骼比旧外骨骼宽大，皱褶于旧外骨骼之下，一旦旧外骨骼脱去，动物由于吸水、吸气或肌肉伸张而身体膨胀，柔软、皱褶而又具弹性的新外骨骼便随之扩张，这样身体也就生长。再经过一段时间，新外骨骼渐渐增厚变硬，生长便停止

在动物界，这种间歇性生长的效果并不差于连续性生长，例如家蚕的一龄幼虫（蚁蚕）每条平均体重仅000033g，约经一个月，共蜕皮4次，发育成五龄幼虫（熟蚕），其体重竟达3257g，与一龄幼虫相比，增重1万倍。

蜕皮受激素的控制。甲壳动物有Y器和X器各一对，前者也称蜕皮腺，位于脑的前方，是一种非神经性的内分泌器官，可分泌甲壳类蜕皮素，促使动物蜕皮。后者则位于眼柄内，由一簇神经分泌细胞组成，能分泌激素，以抑制蜕皮素的活动。昆虫在前胸内有一对胸腺，相当于甲壳动物的Y器。这对胸腺受前脑背面一群神经分泌细胞所产肽类激素的活化而分泌蜕皮素，促使未成熟的昆虫蜕皮。到成虫期，胸腺萎缩，昆虫也就不再蜕皮。此外昆虫还有一对咽侧体，位于脑后食管左右两侧，可分泌保幼激素，以抑制蜕皮和变态。

（二）高效的呼吸器官——气管 一部分环节动物以鳃作为专职的呼吸器官，而另一部分只在体表进行气体交换，并无任何独特的专职器官。在节肢动物中，水生种类也像一部分环节动物那样，以鳃呼吸。而鳃是体壁的外突物，如果暴露空气中，易使动物体内大量水分蒸发，危及生命。为数众多的陆栖节肢动物个体较大，活动又较剧烈，只通过体表的扩散性呼吸，不足以获得足够的氧气。特别由于体表被有坚厚的外骨骼，更不宜于扩散性呼吸，因此在漫长的适应过程中，陆栖节肢动物形成另一种呼吸器官，即气管。气管是体壁的内陷物，不会使体内水分大量蒸发，其外端有气门和外界相通，内端则在动物体内延伸，并一再分枝，布满全身，最细小的分枝一直伸入组织间，直接与细胞接触。一般动物的呼吸器官，无论鳃还是肺，都只起到交换气体的作用，对动物身体内部提供氧气和排放碳酸气都要通过血流的输送，唯独节肢动物的气管却可直接供应氧气给组织，也可直接从组织排放碳酸气，因此气管是动物界高效的呼吸器官。

（三）简单的开管式循环系统 与气管的高度发达有关，节肢动物的循环系统十分简单，由具备多对心孔的管状心脏和由心脏前端发出的一条短动脉构成。这条短动脉伸入头部，末端开口；无微血管相连。血液通过这条动脉离开心脏，就流泛在身体各部分的组织间隙中，因此节肢动物的循环系统是开管式的。后来这些血液由身体各部分的组织间隙逐渐汇集到体壁与内脏之间的混合体腔中，再通过心孔，回归心脏。混合体腔和环节动物的真体腔不同，后者由体腔囊逐渐生长扩大演变而成，腔外包围由中胚层发育而来的体腔膜。至于节肢动物在个体发育过程中虽然也像环节动物那样，由中胚层按节形成成对的体腔囊，但这些体腔囊并不扩大，其囊壁的中胚层细胞也不形成体腔膜，而分别发育成有关的组织和器官，囊内的真体腔因此和囊外的原始体腔合并成一个完整的混合体腔。混合体腔内充满血液，因此又称血体腔。直接浸润在血液中的肠道所吸收的养料可透过肠壁进入血液内，然后再随血流分送到身体各部分。昆虫等大多数节肢动物的血液就只输送养料，而氧气和碳酸气等的输导则全藉气管。

（四）异律分节和身体的分部 在演化的历史过程中，节肢动物登陆以后，顺应陆上多变的环境，增强了运动，发展了有关的结构，趋利避害，使它们立于不败之地。节肢动物身体自前而后分为许多体节，这对运动的增强至关重要。虽然环节动物的身体也分节，但为同律分节，而节肢动物却是异律分节，体节发生分化，其机能和结构互不相同。身体最前一节称为顶节，最末一节称为尾节，肛门位于其腹面或末端，因此又称肛节（顶节和尾节也出现于环节动物，顶节就是环节动物的口前叶）。这2节都小，非胚带分节形成，不是真正的体节；2节之间才是真正的体节。节数因种类而不同，最多可超过200节。机能和结构相同的体节常组合在一起，形成体部。通过体节的组合，有的类群如昆虫，身体分为头、胸和腹三体部，头部是感觉中心，胸部为运动中心，腹部成为营养和生殖的中心。有的如蜘蛛、虾、蟹等，身体却分为头胸部和腹部。还有的如蜈蚣，身体又分为头部和躯干部。总之，体节既分化，又组合，从而增强运动，提高了动物对环境条件的趋避能力。

（五）分节的附肢 节肢动物每一体节几乎都有一对附肢，这对于运动的增强起了十分重要的作用。一部分环节动物虽已具备疣足，但疣足小，运动力不强，它是体壁的中空突起，本身及其与躯干部相连处均无活动关节。节肢动物的附肢是实心的，内有发达的肌肉，不但与身体相连处有活动关节，并且本身也分节，十分灵活，这种附肢称为节肢，其各节称为肢节。节肢的灵活性和运动力都远远超过疣足。就结构而言，节肢基本上可分两种类型，即双枝型和单枝型；前者可能较为原始，例如虾类腹部的游泳足等。这类附肢由原肢及其顶端发出的内肢和外肢三部分构成。原肢是附肢的基干，连接身体，原分3节，基部一节名为前基节，也称亚基节，中间一节是基节，顶端一节叫做底节，其中前基节，有时还包括基节，常与身体愈合而不明显。原肢内外两侧常有突起，内侧的称为内叶，外侧的称为外叶。靠近口的几对节肢的内叶具有十分坚厚的角质膜，且常带齿或刺，用来捣碎食物，特称颚基、小颚突起或咀嚼板。由前基节或基节发出的外叶有时十分发达，往往分枝，具备宽广的表面面积，用来呼吸。这种外叶特称上肢或鞭鳃（肢鳃）。内肢由原肢顶端的内侧发出，一般有4～5肢节。外肢则由原肢外侧发出，肢节数较多

至于单枝型节肢原由双枝型演变而来，其外肢已完全退化，只保留了原肢和内肢，例如昆虫的3对步足。

（六）强劲有力的横纹肌 肌肉的发达是动物增强运动的关键，扁形动物、线形动物和环节动物虽都具备由中胚层发育而来的肌纤维，但均为平滑肌，且分散布列于皮肌囊内。节肢动物的肌纤维却是横纹肌，肌原纤维多，伸缩力强，同时肌纤维集合成肌肉束，其两端着生在坚厚的外骨骼上。通过外骨骼的杠杆作用，还调整和放大了肌肉运动，以增强效能。节肢动物的肌肉束往往按节成对排列，相互拮抗。每个体节有躯干肌和附肢肌两种，躯干肌包括一对背纵肌和一对腹纵肌，前者收缩时，促使身体伸直或向上弯曲，而后者收缩时，却使身体下弯。每只附肢一般有3对附肢肌，可使附肢朝前后、上下、内外各种不同方位活动

（七）灵敏的感觉器和发达的神经系统 在增强运动器官的同时，节肢动物还必须发展感觉器官和神经系统，方能及时感知陆上多样和多变的环境因子，迅速作出反应。节肢动物有触觉器、化感器和视觉器等3种主要感觉器官，这些器官都十分发达。就视觉器而言，除单眼外，还具备结构复杂的复眼；复眼不仅能感知光线的强弱，还可形成物像，下面将详细阐述。随着感觉器官的发达，神经系统也就不断增强。虽然节肢动物的中枢神经系统像环节动物一样，基本上仍然保持梯型，但神经节有十分明显的愈合趋势，这自然和体节的组合有关。神经节的愈合提高了神经系统传导刺激、整合信息和指令运动等的机能，更有利于陆栖生活。节肢动物头部内位于消化道上方的前3对神经节愈合为脑，分别形成前脑、中脑与后脑3部分，这比环节动物只由一对神经节演变成的脑自然要发达得多了。节肢动物处在消化道下方的头部后3对神经节也同样愈合，形成一个食道下神经节（咽下神经节）。

（八）独特的消化系统和新出现的马氏管 动物加强运动，能量消耗增大，必然要提高养料的需求量，这样也就促进了消化系统的发达。节肢动物捕食、摄食以及碎食的结构都明显强于环节动物。一部分种类还有十分发达的中肠突出物，便于体内储存养料，这对于陆栖生活至关重要。昆虫虽无中肠突出物，却在肠道周围和体壁内面有许多脂肪细胞，代行养分储存的功能。对陆生动物来说，保存体内水分是十分重要的，绝大多数节肢动物都有6个直肠垫，能从将要排出的食物残渣中回收水分，并将其输送到血体腔内，以维持体内水分的平衡。

随着代谢作用的兴旺，节肢动物产生了新的排泄器官，即马氏管。虽然环节动物的后管肾仍然保留于一小部分节肢动物中，但大部分种类已丧失这种器官，代之而营排泄的乃是马氏管。这是从中肠与后肠之间发出的多数细管，直接浸浴在血体腔内的血液中，能吸收大量尿酸等蛋白质的分解产物，使之通过后肠，与食物残渣一起由肛门排出。