為了探究人體吸入和呼出氣體中二氧化碳體積分數(shù)的變化，某同學(xué)依據(jù)“二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁”這一化學(xué)特性，設(shè)計并進行了實驗。實驗結(jié)果如圖甲所示，清晰地展示了這一變化過程。

實驗通常采用對比的方法：取兩個相同的集氣瓶，分別收集新鮮的空氣（模擬吸入氣體）和人體呼出的氣體。然后，向兩個集氣瓶中分別注入等量、等濃度的澄清石灰水，迅速蓋緊瓶蓋并振蕩，觀察并比較石灰水變渾濁的程度。

根據(jù)生物學(xué)知識，人體通過呼吸作用，在細胞中利用氧氣分解有機物，產(chǎn)生二氧化碳和水，并釋放能量。因此，當(dāng)空氣進入肺泡時，氧氣通過擴散作用進入血液，而血液中的二氧化碳則擴散到肺泡中，隨呼氣排出體外。這一氣體交換過程必然導(dǎo)致呼出氣體與吸入氣體在成分上產(chǎn)生差異。

圖甲所示的實驗結(jié)果直觀顯示：使呼出氣體中石灰水變渾濁的程度，遠大于使吸入氣體（空氣）中石灰水變渾濁的程度。渾濁程度越深，表明氣體中所含二氧化碳的濃度越高。由此可得出明確結(jié)論：人體呼出氣體中二氧化碳的體積分數(shù)，顯著高于吸入氣體（空氣）中二氧化碳的體積分數(shù)。

除了二氧化碳的變化，人體呼吸過程還伴隨著其他氣體成分的改變。最主要的差異是氧氣含量的減少，因為一部分氧氣被人體組織細胞消耗利用了。至于空氣中的主要成分氮氣以及微量的稀有氣體，由于它們在人體代謝過程中不參與反應(yīng)，因此吸入和呼出氣體中這些“其他氣體”的體積分數(shù)基本保持不變。整個實驗有力地驗證了人體呼吸作用的本質(zhì)是氣體交換，并揭示了新陳代謝活動對呼吸氣體成分的具體影響。