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第第2讲讲实验设实验设计与探计与探究究对照性原则 单一变量原则 原理已知 多种 存在 随机 对照 适宜 重复 观察现象 变量处理(对变量进行不同处理)考点一考点二半透膜两侧浓度差 漏斗玻璃管液面的上升高度 不同温度 酶的活性 pH、底物量、酶量 考点一考点二氧气的有无 二氧化碳生成 考点一考点二细胞(琼脂块)体积大小 物质运输效率 不同浓度的生长素类似物 生根数量或长度 时间 种群数量 时间 群落的演替 考点一考点二例例1：下列实验操作能达到预期结果的是()A.在“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验中,统计每一时期细胞数占计数细胞总数的比例,能比较细胞周期各时期的时间长短B.在“探究细胞大小与物质运输的关系”实验中,计算紫红色区域的体积与整个琼脂块的体积之比,能反映NaOH进入琼脂块的速率C.在“探究培养液中酵母菌种群数量变化”实验中,培养期内共三次取样测定密度,即可准确绘制酵母菌种群增长曲线D.在“探究-萘乙酸促进插条生根的最适浓度”实验中,用高浓度组的-萘乙酸溶液浸泡插条基部一天后,观察生根情况以确定最适浓度考点一考点二解析:计算紫红色区域的体积与整个琼脂块体积之比,反映的是NaOH在琼脂块中的运输效率,而不是运输速率,故B项错误。“探究酵母菌数量变化”实验中,应定期进行多次取样,仅取三次无法准确绘制增长曲线,故C项错误。“探究-萘乙酸促进生根最适浓度”实验中,应设置多组具有一定浓度梯度的溶液分别进行实验,而不是一种浓度,其中生根数量最多的一组对应的浓度即为最适浓度,故D项错误。细胞周期中时间越长的时期,在该时期的细胞数目越多,因此可用各个时期的细胞数占计数细胞总数的比例去比较各个时期的时间长短,故A项正确。答案:A考点一考点二对点训练1(2015陕西宝鸡九校联考)下列有关实验探究的叙述,正确的是()A.在探究温度对酶活性影响的实验中,温度和pH是自变量B.在“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验中,质量分数为8%的盐酸的作用是改变细胞膜的通透性,并与DNA结合促进DNA水解C.将重铬酸钾溶解在体积分数为95%的浓硫酸溶液中,配制成橙色的重铬酸钾溶液来鉴定呼吸作用中产生的CO2D.盐酸在“低温诱导植物染色体数目的变化”和“观察植物细胞有丝分裂”中的作用相同考点一考点二解析:探究温度对酶活性的影响时,温度为自变量,pH为无关变量,A项错误;在观察DNA和RNA的分布实验中,盐酸的作用是改变细胞膜的通透性,促进染色质中的DNA和蛋白质分开,便于DNA与染色剂结合,B项错误;酸性的重铬酸钾溶液可以用来鉴定无氧呼吸产生的酒精,C项错误;盐酸在“低温诱导植物染色体数目变化”实验和“观察植物细胞有丝分裂”实验中,都是解离液的成分,促进植物细胞分离开来,D项正确。答案:D考点一考点二1.验证性实验验证性实验通常是考生设计实验验证已学过的或者题目中已明确告知的生物学原理、概念或性质,即所验证的实验目的或结论是确定的、已知的。该题型的一般解题思路如下。(1)通过实验目的确定自变量和因变量:试题往往通过“验证(自变量)对(因变量)的”形式出现,从中可确定自变量和因变量。(2)分析实验原理:通过自变量和因变量的关系找出可操作的观测指标,思考如何设置自变量可达到目的。(3)分析材料用具:要注意研究题目提供的材料用具的用途,对于补充完善类型的实验,排除已经用到的材料,重点关注题目中还没有用到的材料用具,通过材料用具的用途可进一步确定实验的设计思路。考点一考点二(4)理顺实验步骤:实验步骤往往有取材、分组编号、材料处理、观察记录几个环节。(5)描述实验结果与结论:验证性实验的结果与结论是确定的、唯一的。考点一考点二例例2：研究发现豚鼠血清对人淋巴瘤细胞有抑制作用,而对正常细胞无影响。进一步研究发现,发挥作用的物质是L-天冬酰胺酶,它能将L-天冬酰胺分解,而淋巴瘤细胞自身不能合成该氨基酸,增殖被抑制。(1)为验证该酶对两种细胞的影响,某兴趣小组进行了以下实验。实验材料:正常细胞、淋巴瘤细胞、培养基(含细胞生长所需的物质)、L-天冬酰胺酶实验步骤:a.分组。实验组:培养基+L-天冬酰胺酶+淋巴瘤细胞对照组:培养基+b.适宜条件下培养后,观察细胞生长状态、检测L-天冬酰胺含量。考点一考点二结果分析:该实验利用了酶的特性;表中应为;对照组细胞内L-天冬酰胺含量正常的原因是。(2)患者多次静脉注射该外源性酶后疗效降低,是因为发生了反应;该酶口服无效,原因是。(3)根据实验结果,你认为理想的抗肿瘤药物应该具有的特性是。考点一考点二解析:(1)为探究L-天冬酰胺酶对淋巴瘤细胞和正常细胞的影响,对照组应除换用正常细胞外,其余均与实验组相同,即培养基+L-天冬酰胺酶+正常细胞,通过比较两种细胞的生长状态做出判断。该实验利用了酶的专一性,培养基中L-天冬酰胺被酶分解,而淋巴瘤细胞又不能产生L-天冬酰胺,故其生长状态应为抑制。正常细胞则因能产生L-天冬酰胺而生长不受影响。(2)外源性酶进入人体后会刺激机体产生特异性免疫反应,多次注射后会发生更强的特异性免疫反应而导致疗效降低。酶的化学本质是蛋白质,口服后会在消化道内被蛋白酶水解。(3)据实验结果分析,理想的抗肿瘤药物应该能专一性作用于肿瘤细胞,而对其他正常细胞没有影响。答案:(1)L-天冬酰胺酶+正常细胞专一性抑制能合成L-天冬酰胺(有合成L-天冬酰胺的酶)(2)免疫(拮抗)酶被分解失活(3)对肿瘤细胞有专一性杀伤作用,对正常细胞无影响考点一考点二考点一考点二考点一考点二2.探究性实验探究性实验指实验者在不知晓实验结果的前提下,通过自己实验、探索、分析、研究得出结论,从而形成科学概念的一种认知活动。通常的设计思路如下。(1)通过实验目的确定自变量和因变量。从试题提出的问题“探究(自变量)对(因变量)的”找出自变量和因变量。(2)做出实验假设:根据现有的(或题目提供的)科学理论和事实对所研究的对象设想一种或几种可能的解释。(3)分析材料用具:与验证性实验思路相同。(4)理顺实验步骤:与验证性实验思路相同。(5)反推正写实验结果(现象)、结论:先假设某种情形存在会出现什么结果,回答问题时反过来写:如果出现什么结果(现象),则某种情形成立。常见的结果结论有三种情况:对实验变量有利,起促进作用;对实验变量不利,起抑制作用;对实验变量无影响。有些题目要求写出“最可能的结果结论”,则依据已有的知识推测最合理的那一种情形即可。考点一考点二例例3：(2015北京理综,29)为探索治疗机体对某种药物依赖的有效途径,我国科研人员进行了如下研究。(1)将大鼠置于自身给药箱中(如图)。当大鼠按压非给药杆时指示灯不亮,药泵不给药;按压给药杆时指示灯亮,药泵通过静脉导管向大鼠注射一定量药物。灯亮时,光刺激大鼠视网膜,引起视神经细胞产生,传至末梢,释放,作用于突触上的受体。信息传至视中枢。产生视觉,多次重复训练后,大鼠在光信号与给药之间建立联系。当单位时间内大鼠按压给药杆的次数达到一定程度时,即可被视为对该药物形成依赖,以下将这种大鼠简称D鼠。考点一考点二(2)研究发现,D鼠相关脑区内酶A含量和活性均明显升高,为探讨酶A活性对药物依赖的影响,在两组D鼠相关脑区注射酶A活性抑制剂或生理盐水后,再分别放入自身给药箱,记录单位时间内两组D鼠。与对照组相比,若抑制剂组的D鼠,则表明抑制酶A的活性可以降低D鼠对药物的依赖。(3)研究者设计了一种能与编码酶A的mRNA互补结合的,含22个核苷酸的RNA,它能进入细胞,促进编码酶A的mRNA降解,将这种小RNA用溶剂M溶解后,注射到D鼠相关脑区,引起酶A含量明显下降,D鼠对药物的依赖降低。进行本实验时,要同时进行一个对照处理。将一段小RNA用(填“生理盐水”或“蒸馏水”或“溶剂M”)溶解,注射到D鼠的相关脑区。这段小RNA的最佳设计为:与实验组使用的小RNA相比,其核苷酸的(多选,只填序号)。a.种类相同b.种类不同 c.数目相同 d.数目不同e.序列完全相同 f.序列完全不同若此对照组D鼠相关脑区内酶A含量无明显变化,则可以证明等因素对实验组结果无影响。考点一考点二解析:本题主要考查神经调节的有关知识及实验分析。(1)神经细胞能够接受外界刺激产生兴奋,兴奋传至神经末梢时,会引起神经末梢的突触小体释放神经递质到突触间隙中,神经递质作用于突触后膜上的受体,这样兴奋就从一个神经元传递到另一个神经元。(2)本实验中,要探究酶A活性对药物依赖的影响,从题目分析可知,当大鼠对药物形成依赖后,表现为单位时间内按压给药杆的次数达到一定程度,并且其脑内酶A含量和活性均明显升高。若想观察到酶A活性对药物依赖性的影响,可向两组D鼠相关脑区注射酶A活性抑制剂或生理盐水后,再观察两组D鼠对给药杆的按压次数变化,所以需要记录在单位时间内两组D鼠对给药杆的按压次数。其后的实验结果说明,抑制酶A活性后,降低了D鼠对药物的依赖,所以抑制剂组的D鼠表现为对给药杆的按压次数减少。考点一考点二(3)设计对照实验时,要遵循单一变量原则,所以对照组用的RNA应该和设计的RNA所使用的核苷酸种类和数目相同,但为了保证两种RNA不一样,故两种RNA的核苷酸序列要完全不同。并且对照组的RNA也要用溶剂M处理。当溶剂M、不能和编码酶A的mRNA形成互补结合的小RNA、给药方法等因素对实验结果无影响时,对照组D鼠相关脑区内酶A含量无明显变化。答案:(1)兴奋(神经冲动)神经递质后膜(2)按压给药杆的次数按压给药杆的次数明显少(3)溶剂Ma、c、f溶剂M、不能和编码酶A的mRNA形成互补结合的小RNA、给药方法考点一考点二考点一考点二考点一考点二对点训练21.某校生物兴趣小组将体重、大小和年龄相同的成年小鼠分成甲、乙、丙三组,分别进行如下表所示的两步连续实验,下列有关该实验的叙述错误的是()考点一考点二A.该实验可验证胰岛素和胰高血糖素的功能以及它们在调节血糖过程中的拮抗作用B.该实验的对照有同组内的自身对照,甲、乙两组间的相互对照,没有必要再设计丙组作为空白对照组C.该实验所用的胰岛素溶液和胰高血糖素溶液应是由生理盐水与相应激素配制而成的D.该实验同一步所用的三种溶液用量必须相等,同一组前后两步所用溶液用量可以不等解析:本实验通过空白对照、相互对照和自身前后对照,可验证胰岛素和胰高血糖素的功能以及它们在调节血糖过程中的拮抗作用;丙组的空白对照可排除所注射溶液中的溶剂的作用;实验设计中要注意遵循等量原则,排除无关变量对实验结果的影响。答案:B考点一考点二2.在探究活动中采集和处理实验材料是十分重要的一环。下列有关材料选择及处理的叙述,不正确的是()A.探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的专一性作用时,需用沸水浴加热后再将酶与反应物混合,否则用斐林试剂进行鉴定时现象不明显B.利用干酵母探究细胞呼吸方式时,需先将酵母细胞活化,否则实验现象不明显C.利用猪肝组织块探究酶的高效性时,需先进行研磨,否则会影响气泡产生的速率D.利用天竺葵探究光合作用是否产生淀粉时,需先进行黑暗处理,否则影响实验结果考点一考点二解析:沸水浴加热会使酶变性失活,A项不正确。干酵母的活性比较低,因此在做实验前需先进行活化;研磨猪肝组织块,可增加过氧化氢酶和底物的接触面积,使实验现象明显;对天竺葵进行暗处理的目的是消耗掉贮存的淀粉,防止对实验造成干扰;B、C、D三项均正确。答案:A
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