2019版生物高考大一轮复习 第三单元 细胞的能量代谢 实验技能二 实验方案的补充和完善学案 北师大版

实验技能二 实验方案的补充和完善(经典高考题)为了验证叶片在光合作用和细胞呼吸过程中有气体的产生和消耗，请用所提供的实验材料与用具，在给出的实验步骤和预测实验结果的基础上，继续完成实验步骤的设计和预测实验结果，并对你的预测结果进行分析。实验材料与用具：烟草幼苗、试管两支、NaHCO3稀溶液(为光合作用提供原料)、真空泵、暗培养箱、日光灯(实验过程中光照和温度等条件适宜，空气中O2和CO2在水中的溶解量及无氧呼吸忽略不计)。实验步骤和预测实验结果：(1)剪取两小块相同的烟草叶片，分别放入盛有等量蒸馏水和NaHCO3稀溶液的两支试管中。此时，叶片均浮在液面上。(2)用真空泵抽去两支试管内液体中和叶肉细胞间隙中的气体后，敞开试管口，可观察到叶片均下沉到试管底部。(3)_。(4)_。分析预测的结果：_。审题关键信息：这里的气体是指O2或CO2，还是O2和CO2？如果把气体理解成O2和CO2，设置实验步骤就需要考虑光合作用能产生O2，光合作用能消耗CO2，有氧呼吸能产生CO2，有氧呼吸能消耗O2四种情况，相当复杂。信息：NaHCO3稀溶液是CO2的缓冲液，其作用是为光合作用提供原料，也能确保CO2保持相对稳定，据此，处气体指的是O2。信息：真空泵在步骤(2)中已经用到。信息：暗培养箱和日光灯两种装置，所给的实验步骤中没有用到，补充的实验步骤中必须用到。暗培养箱对应于有氧呼吸能消耗O2；日光灯下对应于光合作用能产生O2，但是，先暗培养箱处理还是先日光灯处理，还无法判定。信息：含有等量蒸馏水和NaHCO3稀溶液的两支试管形成对照实验，蒸馏水组为对照组。信息：步骤(2)中叶片均下沉到试管底部，如果先暗培养箱处理就观察不到明显的现象，所以应该先光照处理，日光灯下产生O2能使叶片浮起来；然后再暗培养箱处理，消耗O2能使叶片沉到试管底部，从而确定后续实验步骤。答案实验步骤和预测实验结果：(3)将这两支试管放在日光灯下，光照一段时间。结果：NaHCO3稀溶液中叶片上浮，蒸馏水中叶片仍在试管底部。(4)再将这两支试管放在暗培养箱中一段时间。结果：NaHCO3稀溶液中叶片下沉，蒸馏水中叶片仍在试管底部。分析预测的结果：(1)光照下，NaHCO3稀溶液中的叶片进行光合作用，释放出的氧气多于细胞呼吸消耗的氧气，叶肉细胞中的氧气增加，叶片上浮；而蒸馏水中缺乏二氧化碳和氧气，叶片不能进行光合作用和有氧呼吸，叶肉细胞间隙缺乏气体，因此叶片仍位于试管底部。(2)黑暗中，NaHCO3稀溶液中的叶片进行呼吸作用，消耗了叶肉细胞间隙中的氧气，放出的二氧化碳溶于NaHCO3稀溶液中，叶肉细胞间隙缺乏气体，叶片下沉；蒸馏水中缺乏氧气，叶片不能进行有氧呼吸，叶肉细胞间隙仍缺乏气体，因此叶片仍位于试管底部。解析根据给出的用品有蒸馏水和NaHCO3稀溶液(为光合作用提供原料)，可以将其设计为一个实验变量：NaHCO3稀溶液可以为光合作用提供CO2，蒸馏水不能提供CO2，所以在有光的条件下，叶片在NaHCO3稀溶液中可以进行光合作用，在蒸馏水中则不能。再根据给出的实验用具有暗培养箱和日光灯，又可以设计出一个实验变量：在日光灯照射下叶片的光合作用和细胞呼吸同时都在进行，在暗培养箱中叶片只进行细胞呼吸。分析题目已给出的实验步骤(1)，找出其中的变量是把相同的叶片放入蒸馏水和NaHCO3稀溶液的不同环境中进行了平行对照。因此接下来我们要继续做的是利用好“光照黑暗”这个变量。(3)把两支试管都放在日光灯下，光照一段时间。结果：NaHCO3稀溶液中的叶片上浮，蒸馏水中的叶片仍在试管底部。以验证叶片在光合作用和细胞呼吸过程中有气体的产生和消耗。以上是光合作用和细胞呼吸都进行时气体的产生和消耗情况，只有细胞呼吸时气体的产生和消耗如何验证呢？(4)再将这两支试管放在暗培养箱中一段时间。结果：NaHCO3稀溶液中的叶片下沉，蒸馏水中的叶片仍在试管底部。实验设计中(3)把两支试管都放在日光灯下与(4)再将这两支试管放在暗培养箱中进行了前后对照。结果分析：在有光的条件下，NaHCO3稀溶液中的叶片进行光合作用的同时也进行细胞呼吸，但光合作用放出的O2多于细胞呼吸消耗的O2，叶肉细胞间隙中的O2量增加，叶片比重减小，叶片上浮。再将其放在暗培养箱中后，叶片光合作用停止，不再释放O2，但细胞呼吸仍在进行，消耗了叶肉细胞间隙中的O2，放出的CO2溶于NaHCO3稀溶液中，叶肉细胞间隙缺乏气体，比重增加，叶片下沉。错解例析错例1：(3)将这两支试管放在日光灯下，光照一段时间。结果：NaHCO3稀溶液中叶片上浮，蒸馏水中叶片仍在试管底部，说明光合作用产生了气体。(4)再将这两支试管放在暗培养箱中一段时间。结果：NaHCO3稀溶液中叶片下沉，蒸馏水中叶片仍在试管底部，说明细胞呼吸消耗了气体。错因分析：没有看清题目要求，要求写出预测的实验结果，并不是实验结论，因此应只描述出结果即可，不需要画蛇添足。错例2：(3)将这两支试管放在暗培养箱中一段时间。结果：NaHCO3稀溶液中叶片下沉，蒸馏水中叶片仍在试管底部。(4)再将这两支试管放在日光灯下，光照一段时间。NaHCO3稀溶液中叶片上浮，蒸馏水中叶片仍在试管底部。错因分析：实验步骤颠倒，导致第(3)步没有明显的实验现象，实验失败。实验方案的完善题型属于半开放试题，在解决这类试题时要充分获取题目中所给的信息，包括实验要求和实验用具，并注意模仿或借鉴题干中已给出的实验方法和步骤，在全面掌握实验整体思路和方法的基础上再去补充和完善实验。具体操作如下：1.联系实验原理、读懂实验目的，构思实验的整体思路。2.结合对照实验的一般步骤(下图)，简化已给出的实验步骤、对比寻找缺陷。3.模仿补充实验步骤(1)当已给实验步骤有多个变量时，通过拆分法，减少实验变量，遵循单一变量原则，构建多组实验，模式如图：例如：要验证光合作用需要叶绿体和光照两个条件，已给出的实验步骤为：“1号试管加入叶绿体的蔗糖悬浮液5 mL，并给予光照处理”。那么，补充的实验步骤应为：“2号试管加入叶绿体的蔗糖悬浮液5 mL，并遮光处理；3号试管加入蔗糖溶液5 mL，并给予光照处理”。(2)当自变量到因变量的逻辑推理因中间环节被忽视而难以得出结论时，再加入某些因素处理进行设计，予以进一步确认实验结果的发生是自变量处理所致，模式如图：例如：要验证胰岛素具有降低血糖的作用，给出的实验是：A组小鼠注射适量的胰岛素溶液，B组小鼠注射等量的生理盐水；一段时间后，A组小鼠出现四肢无力、活动减少、甚至昏迷等症状，B组小鼠活动状况无变化。以上实验还难以说明胰岛素具有降低血糖的作用，还应补充实验步骤：给出现症状的A组小鼠补充一定量的葡萄糖后，症状消失。这样才能进一步说明胰岛素是通过降低血糖导致了该症状的出现，实验才更有说服力。1.为研究雄性家兔体内睾酮(ST，一种雄性激素)与生长激素(GH)含量的关系，某研究小组进行了以下实验(手术过程不影响结果)，请补充完成方案并回答问题。研究课题：雄性家兔ST含量对GH含量的影响。一、实验假设：_。二、实验步骤：(1)将1月龄体重相同的健康雄性家兔分为甲、乙两组，每组6只。测定和记录每只家兔血液中_。(2)甲组兔切除性腺，乙组兔_。(3)在相同且适宜的条件下饲养1个月，测定和记录_。三、结果预测：测定时间ST浓度(g/mL)GH浓度(g/mL)甲组乙组甲组乙组前测m1m1n1n1后测m2m2n2n2四、分析讨论：(1)要使实验更严谨，在上述步骤之后，还应给甲组家兔注射_，乙组家兔注射_，然后测定和记录每只家兔血液中的GH浓度，并求各组的_。(2)与后测比，进一步实验处理后甲组GH浓度_，乙组GH浓度不变。(3)根据预测结果，请举出能促进雄性幼年家兔体重增加的一种处理方法：_。答案实验假设：ST含量的增加能使GH含量下降实验步骤：(1)ST和GH的浓度(2)不切除性腺(不做处理)(3)每只家兔血液中ST和GH的浓度分析讨论：(1)适量ST溶液等量生理盐水平均值(2)下降(3)切除性腺(或阉割)(其他合理答案也可)解析由实验数据可知该实验目的：探究ST与GH的含量的关系。实验步骤：(1)分组，测定和记录每只家兔血液中原有ST和GH的浓度。(2)对两组家兔的处理：甲组切除性腺，乙组为对照组即不切除性腺。(3)在相同的条件下饲养1个月后，依次测定和记录每只家兔血液中ST和GH的浓度。分析讨论：(1)要使实验更严谨，可再给甲组家兔注射适量ST溶液，乙组家兔注射等量生理盐水，然后测定和记录每只家兔血液中的GH浓度，求两组的平均值。(2)由后测数据可得进一步实验处理后的结果：甲组GH浓度下降，乙组GH浓度不变。(3)由实验数据可得，促进雄性幼年家兔体重增加的一种处理方法：切除性腺(或阉割)。2.(2017马鞍山模拟)必需氨基酸的种类和含量是评价奶粉营养价值高低的主要标准。赖氨酸是人体内的必需氨基酸，缺乏则会影响人体内蛋白质的合成，导致营养不良。赖氨酸是否也是小白鼠体内的必需氨基酸？请根据给出的实验原理利用以下材料用具进行探究。材料用具：20只生长发育状况相同的正常幼年小白鼠，分装在不同试剂瓶中的20种氨基酸，不含蛋白质和氨基酸的食物，称量器(如天平)等。 (1)实验原理：必需氨基酸是动物体内不能合成的、只能从食物中获取的氨基酸。当动物体内缺乏必需氨基酸时，会出现营养不良，体重增加缓慢等现象。 (2)实验步骤配食：配制食物A：取一定量的不含蛋白质和氨基酸的食物，加入含量和比例适宜的20种氨基酸；配制食物B：_；分组：_，分别称其体重；饲喂：在相同且适宜的环境中饲喂两组小鼠，甲组每天饲喂食物A，_；观察：_。(3)结果预测及结论： _；_。答案(2)另取等量的不含蛋白质和氨基酸的食物，加入除赖氨酸以外的19种氨基酸，其含量和比例与食物A中相同 将20只小白鼠随机均分成甲、乙两组乙组每天饲喂等量的食物B 分别测量甲、乙两组小白鼠的体重，并计算体重增加量(3)若两组小白鼠营养状况和体重基本相同，说明赖氨酸不是小白鼠的必需氨基酸若乙组小白鼠出现营养不良、体重减轻等症状，甲组正常，说明赖氨酸是小白鼠的必需氨基酸解析实验步骤：配食：配食时，是否含有赖氨酸是自变量，其他19种氨基酸和食物中其他成分的含量和比例是无关变量，无关变量应保持一致且适宜，所以取一定量的不含蛋白质和氨基酸的食物，加入含量和比例适宜的20种氨基酸配制成食物A，作为对照组；另取等量的不含蛋白质和氨基酸的食物，加入除赖氨酸以外的19种氨基酸，其含量和比例与食物A中相同，配制成食物B，作为实验组。分组：将20只小白鼠平均分成甲、乙两组，分别称量其体重，记录并计算平均值。饲喂：饲喂过程中是否含有赖氨酸的食物是自变量，其他的培养条件是无关变量，无关变量应保持一致且适宜，因此甲组每天饲喂适量的食物A，乙组每天饲喂与食物A等量的食物B，两组小白鼠其他饲养条件相同且适宜。观测：分别测量甲、乙两组小白鼠的体重，并计算体重增加量。实验结果预测及结论：若两组小白鼠营养状况和体重基本相同，说明赖氨酸不是小白鼠的必需氨基酸；若乙组小白鼠出现营养不良、体重减轻等症状，甲组正常，说明赖氨酸是小白鼠的必需氨基酸。6