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命題源16實驗設計與分析 專題七實驗與實驗探究 專題七實驗與實驗探究 最新考綱 1 具有對一些生物學問題進行初步探究的能力 包括運用觀察 實驗與調查 假說 演繹法 建立模型與系統(tǒng)分析等科學研究方法 2 能對一些簡單的實驗方案作出恰當?shù)脑u價和修訂 命題模型一生物實驗設計應遵循的基本原則1 單因子變量原則和等量原則 1 理解實驗控制中的變量對照的目的就在于消除無關變量對實驗結果的影響 使實驗結果只受實驗變量的影響 2 平行重復原則 為了使實驗結果或實驗數(shù)據(jù)更接近真實情況 避免偶然因素對實驗的影響 一般在實驗組中控制相同條件下多設幾組 以使得出的結論更準確 科學 如 探究植物生長調節(jié)劑對扦插枝條生根的作用 實驗中 同濃度處理的插條要求做3 5根 然后求平均值 以排除個別偶然數(shù)據(jù)的干擾 2 對照性原則只有比較才能看出差異 只有通過對照才能驗證我們的推論 因此 在實驗設計中 要設置對照組 設置科學 合理的對照可以使實驗方案簡潔 明了 且使實驗結論更有說服力 實驗中的無關變量很多 必須嚴格控制 要平衡和消除無關變量對實驗結果的影響 對照實驗的設計是消除無關變量影響的有效方法 對照的四種類型 不給對照組以任何處理 如要驗證甲狀腺激素的作用 則對照組動物不作任何處理 讓其自然生長 實驗組和對照組都在同一實驗對象上進行 植物細胞質壁分離和復原實驗 在同一裝片中先后進行 對照組即正常的洋蔥表皮細胞 實驗組即質壁分離和復原的細胞 是同一組細胞 給對象施以某種實驗處理 但這種處理是作為對照意義的 或者說這種處理不是實驗假設所給定的實驗變量意義的 在 動物激素飼喂小動物 的實驗中 采用等組實驗法 甲組為實驗組 飼喂甲狀腺激素 乙組為條件對照 飼喂甲狀腺抑制劑 不單獨設對照組 而是幾個實驗組相互對照 植物向重力生長的向性實驗中將玉米種子放置在不同的方向 3 科學性原則實驗是在人為控制條件下研究事物 對象 的一種科學方法 是依據(jù)假設 在人為條件下對實驗變量的變化和結果進行捕獲 解釋的科學方法 科學研究的過程本身就是科學 并不是說研究的結論才是科學 因此 在實驗設計中必須有充分的科學依據(jù) 科學性原則包括實驗原理的科學性 實驗材料選擇的科學性 實驗方法的科學性 實驗結果處理的科學性 1 原理應用類 實驗中的變量主要有自變量 因變量和無關變量 下列控制無關變量的操作錯誤的是 A 驗證光合作用能產(chǎn)生淀粉的實驗中 首先將實驗植物做饑餓處理B 探究唾液淀粉酶最適pH的實驗中 先將每一組溫度控制在37 C 驗證光合作用需要光照的實驗中 將葉片的一半用黑紙包住D 探究唾液淀粉酶最適溫度的實驗中 每一組都加入等量的淀粉 C 解析 選項A 該實驗中將實驗植物進行饑餓處理 消耗植物原有的淀粉 防止對實驗的干擾 選項B 該實驗中 溫度為無關變量 需控制到唾液淀粉酶適宜的溫度下 選項C 該實驗中 有無光照是自變量 選項D 該實驗中淀粉的加入量為無關變量 用量要相同 2 實驗流程類 將某植物 其葉片如圖一所示 放置在黑暗中兩天后 根據(jù)圖二所示處理其中一塊葉片 然后將整株植物置于陽光下4小時 取該葉片經(jīng)酒精脫色處理后 滴加碘液顯色 下列有關對該實驗結果和現(xiàn)象的描述中正確的是 A Y和木塞夾著的葉片部分的對照實驗能證明光合作用需要光B W和X兩部分的對照實驗能夠證明光合作用的場所是葉綠體C X和Y兩部分的對照實驗能證明光合作用需要水D 該實驗后的結果顯示出X為藍色 Y為棕黃色 圖一正常葉片示意圖 圖二實驗裝置圖 D 解析 Y處缺少二氧化碳 木塞夾著的葉片缺少光和二氧化碳 不能形成對照實驗 不能證明光合作用需要光 A錯誤 W和X兩部分對照實驗能證明光合作用需要葉綠素 B錯誤 X和Y兩部分對照實驗能證明光合作用需要二氧化碳 C錯誤 X處可光合作用 Y處不能 因此實驗后的結果顯示出X為藍色 Y為棕黃色 D正確 3 實驗分析類 科研小組研究不同密度 不同性別比例對雌性小白鼠的影響 進行了相關實驗 實驗結果如下圖所示 下列相關敘述中 正確的是 A 影響小白鼠性成熟的因素只有性別比例B 實驗中各雌性小白鼠的繁殖強度無明顯差異C 高密度偏雌性組的低妊娠率可能與性成熟延緩有關D 偏雌性的性比率有利于該小白鼠種群數(shù)量的增長 C 解析 根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知 影響小白鼠性成熟的因素除了性別比例以外 還有種群密度 A錯誤 實驗中各雌性小白鼠的妊娠率從46 7 到100 說明各雌性小白鼠的繁殖強度有明顯差異 B錯誤 高密度偏雌性組的性成熟率最低 說明高密度偏雌性組的低妊娠率可能與性成熟延緩有關 C正確 偏雌性組的雌鼠妊娠率在低密度組和高密度組都比較低 說明種群的出生率較低 且在高密度組幼鼠的存活率也最低 所以偏雌性的性比率不利于該小白鼠種群數(shù)量的增長 D錯誤 1 運用 因果法 分析實驗變量的策略 1 自變量與因變量 自變量是實驗中由實驗者控制的因素或條件 因變量是實驗中隨實驗變量變化而變化的量 通常 自變量是原因 因變量是結果 二者具有因果關系 2 無關變量與因變量 無關變量是實驗中除自變量以外的影響實驗現(xiàn)象或結果的因素或條件 無關變量所引起的變化和結果會對因變量有干擾作用 但不呈因果關系 因此必須控制無關變量以減少實驗誤差 2 與實驗變量相關試題的解題策略 1 明確變量間的關系與要求自變量 實驗變量 可操作性和可變性 無關變量 干擾變量 可控性因變量 反應變量 可測性 2 注意無關變量的平衡無關變量的平衡應包括 所用生物材料相同 數(shù)量 長度 生理狀況等 所用實驗器具相同 大小 型號等 所用實驗試劑相同 成分 濃度等 所用處理方法相同 振蕩 保溫 光照等 押題1 2016 云南昆明質檢 探究不同濃度的NAA對某植物插條生根的影響 實驗結果如圖 下列分析正確的是 A 實驗中NAA濃度大小為X Z YB Y濃度為促進該植物生根的最適濃度C 實驗結果說明NAA的生理作用不表現(xiàn)出兩重性D 不加NAA的插條仍然生根 這是植物體內自身產(chǎn)生生長素作用的結果 D 解析 不加NAA的為一組對照組 與對照組比較 X濃度NAA處理后生根數(shù)量少于對照組 說明抑制生根 濃度較高 而Y和Z濃度NAA促進生根 濃度較低 但Y和Z的大小關系無法確定 A錯誤 雖然Y濃度NAA處理后生根效果最好 但該實驗只設置了三種濃度 要確定最適濃度還需要進一步實驗 B錯誤 該實驗結果能證明NAA的作用具有兩重性 C錯誤 植物體自身能產(chǎn)生生長素 不加NAA時 自身產(chǎn)生的生長素能促進生根 D正確 押題2 2015 安徽安慶模擬 為探究不同條件對植物光合作用速率和呼吸作用速率的影響 某實驗小組做了如下實驗 用8株有20片葉片 大小和長勢相似的天竺葵盆栽植株 分別放在密閉的玻璃容器中 在不同實驗條件下 利用傳感器定時測定密閉容器中二氧化碳含量的變化 實驗結果統(tǒng)計如下表 請分析回答下列問題 1 編號1 3 5 7可構成一個相對獨立的實驗組合 在該實驗組合中 自變量是 該實驗設計方案忽略了 某一無關變量 對實驗結果的影響 2 編號2 4 6 8可構成另一個相對獨立的實驗組合 則該實驗組合研究的主題是 3 編號1 3 5 7在實驗前后二氧化碳含量的變化值的含義是 溫度 二氧化碳濃度 溫度對植物呼吸作用 強度 速率 的影響 凈光合作用所消耗的二氧化碳量 4 若想確定天竺葵生長的最適光照強度 請在本實驗的基礎上寫出進一步探究的實驗思路 在溫度30 左右改變光照強度 設置多個梯度光照強度進行實驗 其他條件與原實驗相同 測定比較單位時間內的二氧化碳吸收量 解析 1 分析表中數(shù)據(jù)可知 編號1 3 5 7裝置中 光照條件 開始時二氧化碳量均相同 只有溫度不同 因此自變量是溫度 無關變量為二氧化碳濃度 各組在實驗過程中應保持一致 但實驗過程中不同溫度下細胞呼吸強度不同 產(chǎn)生的二氧化碳量也不同 該實驗設計方案忽略了二氧化碳濃度變化對實驗結果的影響 2 序號2 4 6 8裝置中 光照強度為0 溫度不同 因此序號2 4 6 8構成的實驗可用來作為探究溫度對植物呼吸作用速率的影響實驗 3 序號1 3 5 7裝置中 光照強度都為1000LX 植物在此光照下能進行光合作用和呼吸作用 因此二氧化碳的減少量是光合作用固定的二氧化碳與呼吸作用釋放的二氧化碳的差值 即凈光合作用所消耗的二氧化碳量 4 根據(jù)2 4 6 8中二氧化碳的變化量可分別計算出 10 20 30 和40 時 植物的呼吸速率分別是0 1 0 4 0 9 0 8 光照下 溫度分別為10 20 30 和40 時的凈光合作用速率分別為0 5 1 5 3 1 3 真光合作用速率等于凈光合作用速率 呼吸作用速率 即真光合作用速率分別為0 6 1 9 4 3 8 可見溫度為30 時 真光合作用速率最高 若探究光合作用的最適光照強度 需要在溫度30 左右改變光照強度 設置多個梯度光照強度進行實驗 其他條件與原實驗相同 測定并比較單位時間內的二氧化碳的吸收量即可 命題模型二探究性和驗證性實驗的設計方案1 探究性和驗證性實驗的設計思路 2 探究性和驗證性實驗的設計流程 1 了解題目要求認真讀題 從題中找出答案 2 寫出實驗名稱指出是什么實驗 判斷出是驗證性實驗還是探究性實驗 3 寫出實驗目的弄清該題要驗證或探究的是什么樣的生物學事實 即明確實驗要解決什么問題 一般在題干中 驗證 證明 探究 后的內容就是實驗的目的 有些實驗需要對其去粗取精 提煉要點 4 寫出實驗原理即完成該實驗的理論依據(jù)是什么 這就需要分析實驗中所涉及的生物學及相關學科中的知識 方法 以及所依據(jù)的科學原理 另外 提供的實驗儀器的使用方法和原理也應考慮在內 此過程要求學生利用儲備知識獨立分析 運用 對所學知識運用要求較高 這是完成實驗設計類題目的關鍵 5 設計實驗操作過程大多數(shù)題目要求寫出實驗步驟 這是學生失分較多的地方 6 實驗結果 結論的預測與分析有些實驗的結果可以直接用肉眼觀察出來 而很多實驗是化學反應類型 肉眼觀察不到 應該考慮加入指示劑 借助顏色變化或儀器輔助觀察 實驗結果可采用文字 表格 坐標曲線等方式描述 B 圖2 A 正確使用該激素可改善光合產(chǎn)物的調配 減少棉鈴脫落B 該激素能促進植物莖的伸長和果實的發(fā)育 且具有兩重性C 若增設D組 激素處理葉片 則幼鈴的脫落最顯著D 實驗中放射性物質中被標記的元素最可能是C 解析 從圖中C組可以發(fā)現(xiàn) 用激素處理幼鈴 能使幼鈴的放射性強度增加 即光合產(chǎn)物增多 減少棉鈴脫落 A正確 該激素是赤霉素 能促進植物莖伸長和果實的發(fā)育 但不具有兩重性 B錯誤 若該激素處理植物的葉片 則光合產(chǎn)物主要存在于葉片中 很少調配到幼鈴 則幼鈴脫落最顯著 C正確 光合作用的產(chǎn)生為O2和 CH2O O2主要以氣體的形式釋放 所以實驗中被標記的元素最可能是C D正確 2 實驗裝置類 水生植物生長時要進行光合作用 請用下列簡易裝置來測量黑藻的光合作用強度 以單位時間內產(chǎn)生氧氣的量表示 實驗材料和用具 帶單孔塞的玻璃瓶 量筒 0 1 的NaHCO3溶液 新鮮黑藻 大燒杯 乳膠管 U形玻璃細管 有刻度 溫度計 沸水 清水等 1 黑藻光合作用過程中要經(jīng)歷多級能量的轉換 其中最終轉化成的能量是 2 實驗裝置里因缺少某成分 會影響光合作用的正常進行 應添加 使問題得以解決 有機物中穩(wěn)定的化學能 0 1 的NaHCO3溶液 3 某同學利用此裝置研究影響光合作用的因素 實驗步驟 取兩套上述裝置 編號甲 乙 甲 乙兩瓶內加入的新鮮黑藻莖段量 培養(yǎng)基質的成分等完全相同 連接好導管和U形管后 調節(jié)U形管的水面高度至固定刻度 將甲裝置安放在大燒杯中 用 調至預設溫度 乙裝置作為對照組安放在裝有自然溫度的 的大燒杯中 將甲 乙兩裝置放在光照強度相同且適宜的條件下培養(yǎng) 并開始計時 一定量的沸水和清水勾兌 等量清水 一段時間后 分別測量甲 乙兩裝置U形玻璃管 根據(jù)實驗結果 比較在這段時間內甲 乙的光合作用強度 實驗目的 研究 兩邊的液面差 下降和上升的高度 溫度對黑藻光合作用強度 速率 的影響 解析 1 光合作用的能量轉換中 最終轉換的能量是儲存在有機物中穩(wěn)定的化學能 2 光合作用需要CO2 所以應在裝置中添加0 1 的NaHCO3溶液 3 完善實驗步驟時 要注意題干信息中實驗目的 溫度對黑藻光合作用強度 速率 的影響 分析出實驗的自變量 溫度 和因變量 兩邊的液面差 再結合實驗器具 沸水 清水等 和實驗設計的等量性原則才能科學地 準確地完善 3 實驗探究類 為探究生物制劑Q對阿霉素所導致的心肌細胞凋亡是否具有保護作用 研究者提出了以下實驗設計思路 第一步 進行實驗分組 甲組加入培養(yǎng)液 心肌細胞 生理鹽水 乙組加入培養(yǎng)液 心肌細胞 阿霉素 丙組加入培養(yǎng)液 心肌細胞 生物制劑Q 阿霉素 每組設置若干個重復樣品 第二步 各組樣品在相同且適宜的條件下培養(yǎng)一段時間后 在顯微鏡下觀察記錄細胞數(shù) 第三步 重復第二步若干次 統(tǒng)計分析各組樣品的細胞存活率 請根據(jù)以上實驗回答下列問題 1 本實驗涉及的主要生物技術是 動物細胞培養(yǎng) 2 預測實驗結果及結論 若 則生物制劑Q對阿霉素致心肌細胞凋亡具保護作用 若 則生物制劑Q對阿霉素致心肌細胞凋亡不具保護作用 3 分析與討論 與實驗動物相比 采用離體心肌細胞為實驗材料 可以避免實驗動物的心臟活動受 調節(jié)的影響 為了獲得單個的心肌細胞懸浮液 需采用 消化組織中的膠原纖維和細胞外成分 上述分組時 還可增設 組 該組加入的物質有 存活率甲組 丙組 乙組 存活率甲組 乙組 丙組 神經(jīng) 體液 胰蛋白酶 對照 培養(yǎng)液 心肌細胞 生物制劑Q 解析 1 該實驗過程中用培養(yǎng)液培養(yǎng)心肌細胞 因此采用的技術為動物細胞培養(yǎng) 2 甲組為對照組 乙 丙組為實驗組 根據(jù)實驗目的看出阿霉素能導致心肌細胞凋亡 若生物制劑Q對阿霉素致心肌細胞凋亡具保護作用 則丙組心肌細胞存活率高于乙組 與甲組相似或小于甲組 若生物制劑Q對阿霉素致心肌細胞凋亡不具保護作用 則甲組心肌細胞存活率高于丙組 乙組和丙組存活率相等 3 心肌細胞離體培養(yǎng) 可以避免動物生命活動對細胞培養(yǎng)的影響 用胰蛋白酶處理動物組織獲得單細胞 可以增加一組添加培養(yǎng)液 心肌細胞 生物制劑Q的一組作為對照 實驗設計中 操作步驟 書寫表達策略 1 分組編號 根據(jù)實驗要求選擇適宜的材料和器材 選材應保持條件相同 如 日齡相同 體重相近的雄性成年大白鼠 將實驗分為實驗組和對照組 可以分兩組 也可以分若干組 每組進行明確的標記 如用甲 乙 丙 或者A B C 或者1 2 3 總之讓人一目了然 便于實驗的觀察 統(tǒng)計 比較和敘述 常用語言 選擇長勢相同 大小相似的同種植物隨機等量分組 分別編號為A B C 取兩支試管 分別編號為甲 乙 各加入等量的某溶液 選擇年齡 體重 性別 健康狀況相同的某種動物隨機等量分組 分別編號為1 2 3 2 實驗處理 根據(jù)實驗的要求分別對實驗組和對照組進行處理 除實驗變量外 對實驗組和對照組的培養(yǎng) 飼養(yǎng)等條件應相同 即控制無關變量 要注意能體現(xiàn) 單一變量 的詞語的準確使用 例如使用 等量 相同 適宜 等詞語 3 培養(yǎng) 或飼養(yǎng) 觀察 記錄 對于植物實驗和某些動物實驗 分別進行實驗處理后 要進行一段時間的培養(yǎng) 才能出現(xiàn)結果 而有些實驗進行實驗處理之后 在相對較短的時間內就可以觀察到實驗的現(xiàn)象 要仔細觀察實驗組與對照組出現(xiàn)的差異 記錄實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù) 押題1 2016 廣東普寧月考 最近媒體曝光的毒膠囊事件中 問題膠囊鉻超標 最高超標90倍 工業(yè)明膠中的六價鉻是一種毒性很大的重金屬 容易進入人體細胞 對肝 腎等內臟器官和DNA造成損傷 有資料稱 重鉻酸鉀 含六價鉻 0 1 0 5 g kg可使培養(yǎng)的細胞產(chǎn)生變異 某醫(yī)院病理室為確診一攝入過量重鉻酸鉀患者的腫瘤是良性還是惡性 切取了一小塊腫瘤組織進行培養(yǎng) 請回答下列問題 1 培養(yǎng)之前 腫瘤組織必須先用 等處理成單個細胞 胰蛋白酶 或膠原蛋白酶 2 某科研單位研制出一種新型治癌藥物X 但不知對此類腫瘤是否有療效 現(xiàn)提供以下實驗材料 培養(yǎng)瓶 CO2培養(yǎng)箱 含有腫瘤細胞的培養(yǎng)液 生理鹽水 光學顯微鏡 藥物X等 請你完成相關實驗步驟加以探究 步驟一 取兩只培養(yǎng)瓶 編號1號 2號 兩瓶中裝入等量的 步驟二 1號培養(yǎng)瓶中加入 2號培養(yǎng)瓶中加入 步驟三 步驟四 一段時間后取出用 觀察并記錄細胞分裂生長情況 含有腫瘤細胞的培養(yǎng)液 一定量的藥物X 等量的生理鹽水 答案無先后順序 充分振蕩搖勻后將培養(yǎng)瓶放入CO2培養(yǎng)箱中 在相同且適宜條件下培養(yǎng) 光學顯微鏡 3 寫出 2 的預期實驗結果及相應結論 若1號培養(yǎng)瓶的細胞數(shù)目相比2號培養(yǎng)瓶的細胞數(shù)目顯著減少 則說明藥物X對此類腫瘤有療效 說明 要與 步驟二 答案順序相符 若1號培養(yǎng)瓶的細胞數(shù)目相比2號培養(yǎng)瓶的細胞數(shù)目無顯著差異 則說明藥物X對此類腫瘤無療效 說明 要與 步驟二 答案順序相符 解析 1 胰蛋白酶可使組織中的細胞分離成單個細胞 2 實驗設計原則 等量性原則 對照性原則 單一變量性原則 由題干知該實驗的目的是探究一種新型治癌藥物X的療效 所以自變量是加不加藥物X 再結合動物細胞培養(yǎng)知識 即可確定該實驗的操作步驟為 步驟一 取兩只培養(yǎng)瓶 編號1號 2號 兩瓶中裝入等量的含有腫瘤細胞的培養(yǎng)液 步驟二 1號培養(yǎng)瓶中加入一定量的藥物X 2號培養(yǎng)瓶中加入等量的生理鹽水 步驟三 充分振蕩搖勻后將培養(yǎng)瓶放入CO2培養(yǎng)箱中 在相同且適宜條件下培養(yǎng) 步驟四 一段時間后取出用光學顯微鏡觀察并記錄細胞的數(shù)目 3 預期實驗結果及相應結論 若1號培養(yǎng)瓶的細胞數(shù)目相比2號培養(yǎng)瓶的細胞數(shù)目顯著減少 則說明藥物X對此類腫瘤有療效 若1號培養(yǎng)瓶的細胞數(shù)目相比2號培養(yǎng)瓶的細胞數(shù)目無顯著差異 則說明藥物X對此類腫瘤無療效 押題2 2016 江蘇揚州質檢 大蒜含有各種抗氧化物質 如維生素A C與E以及硒 能清除各種自由基 有保護心臟的作用 大蒜含有各種含硫的氨基酸如蒜素半胱氨酸 切開或壓碎后 蒜素半胱氨酸經(jīng)酵素 如胱硫醚連接酶 的作用 會分解并產(chǎn)生多種嗆鼻氣味的硫化物 如硫化氫 具有降低膽固醇的作用 蒜素半胱氨酸能減輕心肌梗塞癥狀 梗塞面積 心室肥大減小 心肌收縮力增強 實驗結果顯示經(jīng)蒜素半胱氨酸處理的動物 左心室肌細胞內胱硫醚連接酶的活性增加 血漿里的硫化氫量增加 死亡率大為降低 根據(jù)上文 回答下列問題 1 大蒜保護心臟的主要作用是什么 舉出兩點 抗氧化作用 產(chǎn)生硫化氫 具有降低膽固醇的作用 2 某實驗小組閱讀該文后 想進行與此相關的實驗探究 以下為實驗報告的部分內容 請予以完善 擬定課題名稱 實驗自變量為 實驗觀察指標 因變量 是 探究大蒜對心肌梗塞的緩解效果 其他合理答案也可 自變量 是否飼喂大蒜或注射蒜素半胱氨酸 因變量 心肌梗塞面積 心室肥大程度 心肌收縮力 答出兩點即可 實驗過程 第一步 取九只小鼠 結扎冠狀動脈后 隨機分成三組 編號為A B C 第二步 A組小鼠不做處理 其作用是 B組小鼠 C組小鼠 第三步 在其他條件相同且適宜的情況下 飼養(yǎng)三組小鼠 一段時間后 解剖觀察小鼠心肌梗塞情況 第二步 對照組 飼喂含一定量大蒜的飼料 飼喂等量的含一定量蒜素半胱氨酸的飼料 解析 1 由題干信息可知 大蒜含有各種抗氧化物質 如維生素A C與E以及硒 能清除各種自由基 有保護心臟的作用 大蒜含有各種含硫的氨基酸如蒜素半胱氨酸 切開或壓碎后 會分解并產(chǎn)生多種硫化物 如硫化氫 具有降低膽固醇的作用 2 通過實驗第三步可知 本實驗的目的是探究大蒜對心肌梗塞的緩解效果 實驗自變量是是否飼喂或注射蒜素半胱氨酸 實驗觀察指標 即因變量 是心肌梗塞面積 心室肥大程度 心肌收縮力等 不做任何處理的A組為對照組 B C均為實驗組 一組飼喂含一定量大蒜的飼料 另一組飼喂等量的含一定量蒜素半胱氨酸的飼料 綜合三者的結果可以說明 大蒜中的蒜素半胱氨酸具有緩解心肌梗塞的作用