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實驗方案的補充和完善 (經(jīng)典高考題)為了驗證葉片在光合作用和細胞呼吸過程中有氣體的產(chǎn)生和消耗①，請用所提供的實驗材料與用具，在給出的實驗步驟和預測實驗結(jié)果的基礎上，繼續(xù)完成實驗步驟的設計和預測實驗結(jié)果，并對你的預測結(jié)果進行分析。 實驗材料與用具：煙草幼苗、試管兩支、NaHCO3稀溶液(為光合作用提供原料)②、真空泵③、暗培養(yǎng)箱、日光燈④(實驗過程中光照和溫度等條件適宜，空氣中O2和CO2在水中的溶解量及無氧呼吸忽略不計)。 實驗步驟和預測實驗結(jié)果： (1)剪取兩小塊相同的煙草葉片，分別放入盛有等量蒸餾水和NaHCO3稀溶液⑤的兩支試管中。此時，葉片均浮在液面上。 (2)用真空泵抽去兩支試管內(nèi)液體中和葉肉細胞間隙中的氣體后，敞開試管口，可觀察到葉片均下沉到試管底部⑥。 (3)_____________________________________________________________________。 (4)______________________________________________________________________。 分析預測的結(jié)果：_________________________________________________________。 審題關鍵 信息①：這里的氣體是指O2或CO2，還是O2和CO2？如果把氣體理解成O2和CO2，設置實驗步驟就需要考慮光合作用能產(chǎn)生O2，光合作用能消耗CO2，有氧呼吸能產(chǎn)生CO2，有氧呼吸能消耗O2四種情況，相當復雜。 信息②：NaHCO3稀溶液是CO2的緩沖液，其作用是為光合作用提供原料，也能確保CO2保持相對穩(wěn)定，據(jù)此，①處氣體指的是O2。 信息③：真空泵在步驟(2)中已經(jīng)用到。 信息④：暗培養(yǎng)箱和日光燈兩種裝置，所給的實驗步驟中沒有用到，補充的實驗步驟中必須用到。暗培養(yǎng)箱對應于有氧呼吸能消耗O2；日光燈下對應于光合作用能產(chǎn)生O2，但是，先暗培養(yǎng)箱處理還是先日光燈處理，還無法判定。 信息⑤：含有等量蒸餾水和NaHCO3稀溶液的兩支試管形成對照實驗，蒸餾水組為對照組。 信息⑥：步驟(2)中葉片均下沉到試管底部，如果先暗培養(yǎng)箱處理就觀察不到明顯的現(xiàn)象，所以應該先光照處理，日光燈下產(chǎn)生O2能使葉片浮起來；然后再暗培養(yǎng)箱處理，消耗O2能使葉片沉到試管底部，從而確定后續(xù)實驗步驟。 答案　實驗步驟和預測實驗結(jié)果： (3)將這兩支試管放在日光燈下，光照一段時間。 結(jié)果：NaHCO3稀溶液中葉片上浮，蒸餾水中葉片仍在試管底部。 (4)再將這兩支試管放在暗培養(yǎng)箱中一段時間。 結(jié)果：NaHCO3稀溶液中葉片下沉，蒸餾水中葉片仍在試管底部。 分析預測的結(jié)果： (1)光照下，NaHCO3稀溶液中的葉片進行光合作用，釋放出的氧氣多于細胞呼吸消耗的氧氣，葉肉細胞中的氧氣增加，葉片上??；而蒸餾水中缺乏二氧化碳和氧氣，葉片不能進行光合作用和有氧呼吸，葉肉細胞間隙缺乏氣體，因此葉片仍位于試管底部。 (2)黑暗中，NaHCO3稀溶液中的葉片進行呼吸作用，消耗了葉肉細胞間隙中的氧氣，放出的二氧化碳溶于NaHCO3稀溶液中，葉肉細胞間隙缺乏氣體，葉片下沉；蒸餾水中缺乏氧氣，葉片不能進行有氧呼吸，葉肉細胞間隙仍缺乏氣體，因此葉片仍位于試管底部。 解析　根據(jù)給出的用品有蒸餾水和NaHCO3稀溶液(為光合作用提供原料)，可以將其設計為一個實驗變量：NaHCO3稀溶液可以為光合作用提供CO2，蒸餾水不能提供CO2，所以在有光的條件下，葉片在NaHCO3稀溶液中可以進行光合作用，在蒸餾水中則不能。再根據(jù)給出的實驗用具有暗培養(yǎng)箱和日光燈，又可以設計出一個實驗變量：在日光燈照射下葉片的光合作用和細胞呼吸同時都在進行，在暗培養(yǎng)箱中葉片只進行細胞呼吸。分析題目已給出的實驗步驟(1)，找出其中的變量是把相同的葉片放入蒸餾水和NaHCO3稀溶液的不同環(huán)境中進行了平行對照。因此接下來我們要繼續(xù)做的是利用好“光照—黑暗”這個變量。(3)把兩支試管都放在日光燈下，光照一段時間。結(jié)果：NaHCO3稀溶液中的葉片上浮，蒸餾水中的葉片仍在試管底部。以驗證葉片在光合作用和細胞呼吸過程中有氣體的產(chǎn)生和消耗。以上是光合作用和細胞呼吸都進行時氣體的產(chǎn)生和消耗情況，只有細胞呼吸時氣體的產(chǎn)生和消耗如何驗證呢？(4)再將這兩支試管放在暗培養(yǎng)箱中一段時間。結(jié)果：NaHCO3稀溶液中的葉片下沉，蒸餾水中的葉片仍在試管底部。實驗設計中(3)把兩支試管都放在日光燈下與(4)再將這兩支試管放在暗培養(yǎng)箱中進行了前后對照。 結(jié)果分析：在有光的條件下，NaHCO3稀溶液中的葉片進行光合作用的同時也進行細胞呼吸，但光合作用放出的O2多于細胞呼吸消耗的O2，葉肉細胞間隙中的O2量增加，葉片比重減小，葉片上浮。再將其放在暗培養(yǎng)箱中后，葉片光合作用停止，不再釋放O2，但細胞呼吸仍在進行，消耗了葉肉細胞間隙中的O2，放出的CO2溶于NaHCO3稀溶液中，葉肉細胞間隙缺乏氣體，比重增加，葉片下沉。 錯解例析 錯例1：(3)將這兩支試管放在日光燈下，光照一段時間。 結(jié)果：NaHCO3稀溶液中葉片上浮，蒸餾水中葉片仍在試管底部，說明光合作用產(chǎn)生了氣體。 (4)再將這兩支試管放在暗培養(yǎng)箱中一段時間。 結(jié)果：NaHCO3稀溶液中葉片下沉，蒸餾水中葉片仍在試管底部，說明細胞呼吸消耗了氣體。 錯因分析：沒有看清題目要求，要求寫出預測的實驗結(jié)果，并不是實驗結(jié)論，因此應只描述出結(jié)果即可，不需要畫蛇添足。 錯例2：(3)將這兩支試管放在暗培養(yǎng)箱中一段時間。結(jié)果：NaHCO3稀溶液中葉片下沉，蒸餾水中葉片仍在試管底部。 (4)再將這兩支試管放在日光燈下，光照一段時間。NaHCO3稀溶液中葉片上浮，蒸餾水中葉片仍在試管底部。 錯因分析：實驗步驟顛倒，導致第(3)步?jīng)]有明顯的實驗現(xiàn)象，實驗失敗。 實驗方案的完善題型屬于半開放試題，在解決這類試題時要充分獲取題目中所給的信息，包括實驗要求和實驗用具，并注意模仿或借鑒題干中已給出的實驗方法和步驟，在全面掌握實驗整體思路和方法的基礎上再去補充和完善實驗。具體操作如下： 1．聯(lián)系實驗原理、讀懂實驗目的，構(gòu)思實驗的整體思路。 2．結(jié)合對照實驗的一般步驟(下圖)，簡化已給出的實驗步驟、對比尋找缺陷。 3．模仿補充實驗步驟 (1)當已給實驗步驟有多個變量時，通過拆分法，減少實驗變量，遵循單一變量原則，構(gòu)建多組實驗，模式如圖： 例如：要驗證光合作用需要葉綠體和光照兩個條件，已給出的實驗步驟為：“1號試管加入葉綠體的蔗糖懸浮液5mL，并給予光照處理”。那么，補充的實驗步驟應為：“2號試管加入葉綠體的蔗糖懸浮液5mL，并遮光處理；3號試管加入蔗糖溶液5mL，并給予光照處理”。 (2)當自變量到因變量的邏輯推理因中間環(huán)節(jié)被忽視而難以得出結(jié)論時，再加入某些因素處理進行設計，予以進一步確認實驗結(jié)果的發(fā)生是自變量處理所致，模式如圖： 例如：要驗證胰島素具有降低血糖的作用，給出的實驗是：A組小鼠注射適量的胰島素溶液，B組小鼠注射等量的生理鹽水；一段時間后，A組小鼠出現(xiàn)四肢無力、活動減少、甚至昏迷等癥狀，B組小鼠活動狀況無變化。以上實驗還難以說明胰島素具有降低血糖的作用，還應補充實驗步驟：給出現(xiàn)癥狀的A組小鼠補充一定量的葡萄糖后，癥狀消失。這樣才能進一步說明胰島素是通過降低血糖導致了該癥狀的出現(xiàn)，實驗才更有說服力。 1．為研究雄性家兔體內(nèi)睪酮(ST，一種雄性激素)與生長激素(GH)含量的關系，某研究小組進行了以下實驗(手術過程不影響結(jié)果)，請補充完成方案并回答問題。 研究課題：雄性家兔ST含量對GH含量的影響。 一、實驗假設：______________________________________________________。 二、實驗步驟： (1)將1月齡體重相同的健康雄性家兔分為甲、乙兩組，每組6只。測定和記錄每只家兔血液中_____________________________________________________________________。 (2)甲組兔切除性腺，乙組兔____________________。 (3)在相同且適宜的條件下飼養(yǎng)1個月，測定和記錄___________________________。 三、結(jié)果預測： 測定時間 ST濃度(μg/mL) GH濃度(μg/mL) 甲組 乙組 甲組 乙組 前測 m1 m1 n1 n1 后測 ＜m2 m2 ＞n2 n2 四、分析討論： (1)要使實驗更嚴謹，在上述步驟之后，還應給甲組家兔注射_______________，乙組家兔注射_______________，然后測定和記錄每只家兔血液中的GH濃度，并求各組的__________。 (2)與后測比，進一步實驗處理后甲組GH濃度________，乙組GH濃度不變。 (3)根據(jù)預測結(jié)果，請舉出能促進雄性幼年家兔體重增加的一種處理方法：________________。 答案　實驗假設：ST含量的增加能使GH含量下降 實驗步驟：(1)ST和GH的濃度 (2)不切除性腺(不做處理) (3)每只家兔血液中ST和GH的濃度 分析討論：(1)適量ST溶液　等量生理鹽水　平均值 (2)下降 (3)切除性腺(或閹割)(其他合理答案也可) 解析　由實驗數(shù)據(jù)可知該實驗目的：探究ST與GH的含量的關系。 實驗步驟：(1)分組，測定和記錄每只家兔血液中原有ST和GH的濃度。 (2)對兩組家兔的處理：甲組切除性腺，乙組為對照組即不切除性腺。 (3)在相同的條件下飼養(yǎng)1個月后，依次測定和記錄每只家兔血液中ST和GH的濃度。 分析討論： (1)要使實驗更嚴謹，可再給甲組家兔注射適量ST溶液，乙組家兔注射等量生理鹽水，然后測定和記錄每只家兔血液中的GH濃度，求兩組的平均值。 (2)由后測數(shù)據(jù)可得進一步實驗處理后的結(jié)果：甲組GH濃度下降，乙組GH濃度不變。 (3)由實驗數(shù)據(jù)可得，促進雄性幼年家兔體重增加的一種處理方法：切除性腺(或閹割)。 2．必需氨基酸的種類和含量是評價奶粉營養(yǎng)價值高低的主要標準。賴氨酸是人體內(nèi)的必需氨基酸，缺乏則會影響人體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成，導致營養(yǎng)不良。賴氨酸是否也是小白鼠體內(nèi)的必需氨基酸？請根據(jù)給出的實驗原理利用以下材料用具進行探究。 材料用具：20只生長發(fā)育狀況相同的正常幼年小白鼠，分裝在不同試劑瓶中的20種氨基酸，不含蛋白質(zhì)和氨基酸的食物，稱量器(如天平)等。 (1)實驗原理：必需氨基酸是動物體內(nèi)不能合成的、只能從食物中獲取的氨基酸。當動物體內(nèi)缺乏必需氨基酸時，會出現(xiàn)營養(yǎng)不良，體重增加緩慢等現(xiàn)象。 (2)實驗步驟 ①配食：配制食物A：取一定量的不含蛋白質(zhì)和氨基酸的食物，加入含量和比例適宜的20種氨基酸；配制食物B： ________________________________________________________________________； ②分組：________________，分別稱其體重； ③飼喂：在相同且適宜的環(huán)境中飼喂兩組小鼠，甲組每天飼喂食物A，__________________； ④觀察：________________________________________________________________________。 (3)結(jié)果預測及結(jié)論： ①________________________________________________________________________； ②________________________________________________________________________。 答案　(2)①另取等量的不含蛋白質(zhì)和氨基酸的食物，加入除賴氨酸以外的19種氨基酸，其含量和比例與食物A中相同 ②將20只小白鼠隨機均分成甲、乙兩組 ③乙組每天飼喂等量的食物B ④分別測量甲、乙兩組小白鼠的體重，并計算體重增加量 (3)①若兩組小白鼠營養(yǎng)狀況和體重基本相同，說明賴氨酸不是小白鼠的必需氨基酸?、谌粢医M小白鼠出現(xiàn)營養(yǎng)不良、體重減輕等癥狀，甲組正常，說明賴氨酸是小白鼠的必需氨基酸 解析　實驗步驟：①配食：配食時，是否含有賴氨酸是自變量，其他19種氨基酸和食物中其他成分的含量和比例是無關變量，無關變量應保持一致且適宜，所以取一定量的不含蛋白質(zhì)和氨基酸的食物，加入含量和比例適宜的20種氨基酸配制成食物A，作為對照組；另取等量的不含蛋白質(zhì)和氨基酸的食物，加入除賴氨酸以外的19種氨基酸，其含量和比例與食物A中相同，配制成食物B，作為實驗組。 ②分組：將20只小白鼠平均分成甲、乙兩組，分別稱量其體重，記錄并計算平均值。 ③飼喂：飼喂過程中是否含有賴氨酸的食物是自變量，其他的培養(yǎng)條件是無關變量，無關變量應保持一致且適宜，因此甲組每天飼喂適量的食物A，乙組每天飼喂與食物A等量的食物B，兩組小白鼠其他飼養(yǎng)條件相同且適宜。 ④觀測：分別測量甲、乙兩組小白鼠的體重，并計算體重增加量。 實驗結(jié)果預測及結(jié)論：若兩組小白鼠營養(yǎng)狀況和體重基本相同，說明賴氨酸不是小白鼠的必需氨基酸；若乙組小白鼠出現(xiàn)營養(yǎng)不良、體重減輕等癥狀，甲組正常，說明賴氨酸是小白鼠的必需氨基酸。