高考生物二轮复习 第一部分 专题七 实验与实验探究 命题源16 实验设计与分析课件.ppt

命题源16实验设计与分析 专题七实验与实验探究 专题七实验与实验探究 最新考纲 1 具有对一些生物学问题进行初步探究的能力 包括运用观察 实验与调查 假说 演绎法 建立模型与系统分析等科学研究方法 2 能对一些简单的实验方案作出恰当的评价和修订 命题模型一生物实验设计应遵循的基本原则1 单因子变量原则和等量原则 1 理解实验控制中的变量对照的目的就在于消除无关变量对实验结果的影响 使实验结果只受实验变量的影响 2 平行重复原则 为了使实验结果或实验数据更接近真实情况 避免偶然因素对实验的影响 一般在实验组中控制相同条件下多设几组 以使得出的结论更准确 科学 如 探究植物生长调节剂对扦插枝条生根的作用 实验中 同浓度处理的插条要求做3 5根 然后求平均值 以排除个别偶然数据的干扰 2 对照性原则只有比较才能看出差异 只有通过对照才能验证我们的推论 因此 在实验设计中 要设置对照组 设置科学 合理的对照可以使实验方案简洁 明了 且使实验结论更有说服力 实验中的无关变量很多 必须严格控制 要平衡和消除无关变量对实验结果的影响 对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法 对照的四种类型 不给对照组以任何处理 如要验证甲状腺激素的作用 则对照组动物不作任何处理 让其自然生长 实验组和对照组都在同一实验对象上进行 植物细胞质壁分离和复原实验 在同一装片中先后进行 对照组即正常的洋葱表皮细胞 实验组即质壁分离和复原的细胞 是同一组细胞 给对象施以某种实验处理 但这种处理是作为对照意义的 或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的 在 动物激素饲喂小动物 的实验中 采用等组实验法 甲组为实验组 饲喂甲状腺激素 乙组为条件对照 饲喂甲状腺抑制剂 不单独设对照组 而是几个实验组相互对照 植物向重力生长的向性实验中将玉米种子放置在不同的方向 3 科学性原则实验是在人为控制条件下研究事物 对象 的一种科学方法 是依据假设 在人为条件下对实验变量的变化和结果进行捕获 解释的科学方法 科学研究的过程本身就是科学 并不是说研究的结论才是科学 因此 在实验设计中必须有充分的科学依据 科学性原则包括实验原理的科学性 实验材料选择的科学性 实验方法的科学性 实验结果处理的科学性 1 原理应用类 实验中的变量主要有自变量 因变量和无关变量 下列控制无关变量的操作错误的是 A 验证光合作用能产生淀粉的实验中 首先将实验植物做饥饿处理B 探究唾液淀粉酶最适pH的实验中 先将每一组温度控制在37 C 验证光合作用需要光照的实验中 将叶片的一半用黑纸包住D 探究唾液淀粉酶最适温度的实验中 每一组都加入等量的淀粉 C 解析 选项A 该实验中将实验植物进行饥饿处理 消耗植物原有的淀粉 防止对实验的干扰 选项B 该实验中 温度为无关变量 需控制到唾液淀粉酶适宜的温度下 选项C 该实验中 有无光照是自变量 选项D 该实验中淀粉的加入量为无关变量 用量要相同 2 实验流程类 将某植物 其叶片如图一所示 放置在黑暗中两天后 根据图二所示处理其中一块叶片 然后将整株植物置于阳光下4小时 取该叶片经酒精脱色处理后 滴加碘液显色 下列有关对该实验结果和现象的描述中正确的是 A Y和木塞夹着的叶片部分的对照实验能证明光合作用需要光B W和X两部分的对照实验能够证明光合作用的场所是叶绿体C X和Y两部分的对照实验能证明光合作用需要水D 该实验后的结果显示出X为蓝色 Y为棕黄色 图一正常叶片示意图 图二实验装置图 D 解析 Y处缺少二氧化碳 木塞夹着的叶片缺少光和二氧化碳 不能形成对照实验 不能证明光合作用需要光 A错误 W和X两部分对照实验能证明光合作用需要叶绿素 B错误 X和Y两部分对照实验能证明光合作用需要二氧化碳 C错误 X处可光合作用 Y处不能 因此实验后的结果显示出X为蓝色 Y为棕黄色 D正确 3 实验分析类 科研小组研究不同密度 不同性别比例对雌性小白鼠的影响 进行了相关实验 实验结果如下图所示 下列相关叙述中 正确的是 A 影响小白鼠性成熟的因素只有性别比例B 实验中各雌性小白鼠的繁殖强度无明显差异C 高密度偏雌性组的低妊娠率可能与性成熟延缓有关D 偏雌性的性比率有利于该小白鼠种群数量的增长 C 解析 根据表格数据可知 影响小白鼠性成熟的因素除了性别比例以外 还有种群密度 A错误 实验中各雌性小白鼠的妊娠率从46 7 到100 说明各雌性小白鼠的繁殖强度有明显差异 B错误 高密度偏雌性组的性成熟率最低 说明高密度偏雌性组的低妊娠率可能与性成熟延缓有关 C正确 偏雌性组的雌鼠妊娠率在低密度组和高密度组都比较低 说明种群的出生率较低 且在高密度组幼鼠的存活率也最低 所以偏雌性的性比率不利于该小白鼠种群数量的增长 D错误 1 运用 因果法 分析实验变量的策略 1 自变量与因变量 自变量是实验中由实验者控制的因素或条件 因变量是实验中随实验变量变化而变化的量 通常 自变量是原因 因变量是结果 二者具有因果关系 2 无关变量与因变量 无关变量是实验中除自变量以外的影响实验现象或结果的因素或条件 无关变量所引起的变化和结果会对因变量有干扰作用 但不呈因果关系 因此必须控制无关变量以减少实验误差 2 与实验变量相关试题的解题策略 1 明确变量间的关系与要求自变量 实验变量 可操作性和可变性 无关变量 干扰变量 可控性因变量 反应变量 可测性 2 注意无关变量的平衡无关变量的平衡应包括 所用生物材料相同 数量 长度 生理状况等 所用实验器具相同 大小 型号等 所用实验试剂相同 成分 浓度等 所用处理方法相同 振荡 保温 光照等 押题1 2016 云南昆明质检 探究不同浓度的NAA对某植物插条生根的影响 实验结果如图 下列分析正确的是 A 实验中NAA浓度大小为X Z YB Y浓度为促进该植物生根的最适浓度C 实验结果说明NAA的生理作用不表现出两重性D 不加NAA的插条仍然生根 这是植物体内自身产生生长素作用的结果 D 解析 不加NAA的为一组对照组 与对照组比较 X浓度NAA处理后生根数量少于对照组 说明抑制生根 浓度较高 而Y和Z浓度NAA促进生根 浓度较低 但Y和Z的大小关系无法确定 A错误 虽然Y浓度NAA处理后生根效果最好 但该实验只设置了三种浓度 要确定最适浓度还需要进一步实验 B错误 该实验结果能证明NAA的作用具有两重性 C错误 植物体自身能产生生长素 不加NAA时 自身产生的生长素能促进生根 D正确 押题2 2015 安徽安庆模拟 为探究不同条件对植物光合作用速率和呼吸作用速率的影响 某实验小组做了如下实验 用8株有20片叶片 大小和长势相似的天竺葵盆栽植株 分别放在密闭的玻璃容器中 在不同实验条件下 利用传感器定时测定密闭容器中二氧化碳含量的变化 实验结果统计如下表 请分析回答下列问题 1 编号1 3 5 7可构成一个相对独立的实验组合 在该实验组合中 自变量是 该实验设计方案忽略了 某一无关变量 对实验结果的影响 2 编号2 4 6 8可构成另一个相对独立的实验组合 则该实验组合研究的主题是 3 编号1 3 5 7在实验前后二氧化碳含量的变化值的含义是 温度 二氧化碳浓度 温度对植物呼吸作用 强度 速率 的影响 净光合作用所消耗的二氧化碳量 4 若想确定天竺葵生长的最适光照强度 请在本实验的基础上写出进一步探究的实验思路 在温度30 左右改变光照强度 设置多个梯度光照强度进行实验 其他条件与原实验相同 测定比较单位时间内的二氧化碳吸收量 解析 1 分析表中数据可知 编号1 3 5 7装置中 光照条件 开始时二氧化碳量均相同 只有温度不同 因此自变量是温度 无关变量为二氧化碳浓度 各组在实验过程中应保持一致 但实验过程中不同温度下细胞呼吸强度不同 产生的二氧化碳量也不同 该实验设计方案忽略了二氧化碳浓度变化对实验结果的影响 2 序号2 4 6 8装置中 光照强度为0 温度不同 因此序号2 4 6 8构成的实验可用来作为探究温度对植物呼吸作用速率的影响实验 3 序号1 3 5 7装置中 光照强度都为1000LX 植物在此光照下能进行光合作用和呼吸作用 因此二氧化碳的减少量是光合作用固定的二氧化碳与呼吸作用释放的二氧化碳的差值 即净光合作用所消耗的二氧化碳量 4 根据2 4 6 8中二氧化碳的变化量可分别计算出 10 20 30 和40 时 植物的呼吸速率分别是0 1 0 4 0 9 0 8 光照下 温度分别为10 20 30 和40 时的净光合作用速率分别为0 5 1 5 3 1 3 真光合作用速率等于净光合作用速率 呼吸作用速率 即真光合作用速率分别为0 6 1 9 4 3 8 可见温度为30 时 真光合作用速率最高 若探究光合作用的最适光照强度 需要在温度30 左右改变光照强度 设置多个梯度光照强度进行实验 其他条件与原实验相同 测定并比较单位时间内的二氧化碳的吸收量即可 命题模型二探究性和验证性实验的设计方案1 探究性和验证性实验的设计思路 2 探究性和验证性实验的设计流程 1 了解题目要求认真读题 从题中找出答案 2 写出实验名称指出是什么实验 判断出是验证性实验还是探究性实验 3 写出实验目的弄清该题要验证或探究的是什么样的生物学事实 即明确实验要解决什么问题 一般在题干中 验证 证明 探究 后的内容就是实验的目的 有些实验需要对其去粗取精 提炼要点 4 写出实验原理即完成该实验的理论依据是什么 这就需要分析实验中所涉及的生物学及相关学科中的知识 方法 以及所依据的科学原理 另外 提供的实验仪器的使用方法和原理也应考虑在内 此过程要求学生利用储备知识独立分析 运用 对所学知识运用要求较高 这是完成实验设计类题目的关键 5 设计实验操作过程大多数题目要求写出实验步骤 这是学生失分较多的地方 6 实验结果 结论的预测与分析有些实验的结果可以直接用肉眼观察出来 而很多实验是化学反应类型 肉眼观察不到 应该考虑加入指示剂 借助颜色变化或仪器辅助观察 实验结果可采用文字 表格 坐标曲线等方式描述 B 图2 A 正确使用该激素可改善光合产物的调配 减少棉铃脱落B 该激素能促进植物茎的伸长和果实的发育 且具有两重性C 若增设D组 激素处理叶片 则幼铃的脱落最显著D 实验中放射性物质中被标记的元素最可能是C 解析 从图中C组可以发现 用激素处理幼铃 能使幼铃的放射性强度增加 即光合产物增多 减少棉铃脱落 A正确 该激素是赤霉素 能促进植物茎伸长和果实的发育 但不具有两重性 B错误 若该激素处理植物的叶片 则光合产物主要存在于叶片中 很少调配到幼铃 则幼铃脱落最显著 C正确 光合作用的产生为O2和 CH2O O2主要以气体的形式释放 所以实验中被标记的元素最可能是C D正确 2 实验装置类 水生植物生长时要进行光合作用 请用下列简易装置来测量黑藻的光合作用强度 以单位时间内产生氧气的量表示 实验材料和用具 带单孔塞的玻璃瓶 量筒 0 1 的NaHCO3溶液 新鲜黑藻 大烧杯 乳胶管 U形玻璃细管 有刻度 温度计 沸水 清水等 1 黑藻光合作用过程中要经历多级能量的转换 其中最终转化成的能量是 2 实验装置里因缺少某成分 会影响光合作用的正常进行 应添加 使问题得以解决 有机物中稳定的化学能 0 1 的NaHCO3溶液 3 某同学利用此装置研究影响光合作用的因素 实验步骤 取两套上述装置 编号甲 乙 甲 乙两瓶内加入的新鲜黑藻茎段量 培养基质的成分等完全相同 连接好导管和U形管后 调节U形管的水面高度至固定刻度 将甲装置安放在大烧杯中 用 调至预设温度 乙装置作为对照组安放在装有自然温度的 的大烧杯中 将甲 乙两装置放在光照强度相同且适宜的条件下培养 并开始计时 一定量的沸水和清水勾兑 等量清水 一段时间后 分别测量甲 乙两装置U形玻璃管 根据实验结果 比较在这段时间内甲 乙的光合作用强度 实验目的 研究 两边的液面差 下降和上升的高度 温度对黑藻光合作用强度 速率 的影响 解析 1 光合作用的能量转换中 最终转换的能量是储存在有机物中稳定的化学能 2 光合作用需要CO2 所以应在装置中添加0 1 的NaHCO3溶液 3 完善实验步骤时 要注意题干信息中实验目的 温度对黑藻光合作用强度 速率 的影响 分析出实验的自变量 温度 和因变量 两边的液面差 再结合实验器具 沸水 清水等 和实验设计的等量性原则才能科学地 准确地完善 3 实验探究类 为探究生物制剂Q对阿霉素所导致的心肌细胞凋亡是否具有保护作用 研究者提出了以下实验设计思路 第一步 进行实验分组 甲组加入培养液 心肌细胞 生理盐水 乙组加入培养液 心肌细胞 阿霉素 丙组加入培养液 心肌细胞 生物制剂Q 阿霉素 每组设置若干个重复样品 第二步 各组样品在相同且适宜的条件下培养一段时间后 在显微镜下观察记录细胞数 第三步 重复第二步若干次 统计分析各组样品的细胞存活率 请根据以上实验回答下列问题 1 本实验涉及的主要生物技术是 动物细胞培养 2 预测实验结果及结论 若 则生物制剂Q对阿霉素致心肌细胞凋亡具保护作用 若 则生物制剂Q对阿霉素致心肌细胞凋亡不具保护作用 3 分析与讨论 与实验动物相比 采用离体心肌细胞为实验材料 可以避免实验动物的心脏活动受 调节的影响 为了获得单个的心肌细胞悬浮液 需采用 消化组织中的胶原纤维和细胞外成分 上述分组时 还可增设 组 该组加入的物质有 存活率甲组 丙组 乙组 存活率甲组 乙组 丙组 神经 体液 胰蛋白酶 对照 培养液 心肌细胞 生物制剂Q 解析 1 该实验过程中用培养液培养心肌细胞 因此采用的技术为动物细胞培养 2 甲组为对照组 乙 丙组为实验组 根据实验目的看出阿霉素能导致心肌细胞凋亡 若生物制剂Q对阿霉素致心肌细胞凋亡具保护作用 则丙组心肌细胞存活率高于乙组 与甲组相似或小于甲组 若生物制剂Q对阿霉素致心肌细胞凋亡不具保护作用 则甲组心肌细胞存活率高于丙组 乙组和丙组存活率相等 3 心肌细胞离体培养 可以避免动物生命活动对细胞培养的影响 用胰蛋白酶处理动物组织获得单细胞 可以增加一组添加培养液 心肌细胞 生物制剂Q的一组作为对照 实验设计中 操作步骤 书写表达策略 1 分组编号 根据实验要求选择适宜的材料和器材 选材应保持条件相同 如 日龄相同 体重相近的雄性成年大白鼠 将实验分为实验组和对照组 可以分两组 也可以分若干组 每组进行明确的标记 如用甲 乙 丙 或者A B C 或者1 2 3 总之让人一目了然 便于实验的观察 统计 比较和叙述 常用语言 选择长势相同 大小相似的同种植物随机等量分组 分别编号为A B C 取两支试管 分别编号为甲 乙 各加入等量的某溶液 选择年龄 体重 性别 健康状况相同的某种动物随机等量分组 分别编号为1 2 3 2 实验处理 根据实验的要求分别对实验组和对照组进行处理 除实验变量外 对实验组和对照组的培养 饲养等条件应相同 即控制无关变量 要注意能体现 单一变量 的词语的准确使用 例如使用 等量 相同 适宜 等词语 3 培养 或饲养 观察 记录 对于植物实验和某些动物实验 分别进行实验处理后 要进行一段时间的培养 才能出现结果 而有些实验进行实验处理之后 在相对较短的时间内就可以观察到实验的现象 要仔细观察实验组与对照组出现的差异 记录实验现象和实验数据 押题1 2016 广东普宁月考 最近媒体曝光的毒胶囊事件中 问题胶囊铬超标 最高超标90倍 工业明胶中的六价铬是一种毒性很大的重金属 容易进入人体细胞 对肝 肾等内脏器官和DNA造成损伤 有资料称 重铬酸钾 含六价铬 0 1 0 5 g kg可使培养的细胞产生变异 某医院病理室为确诊一摄入过量重铬酸钾患者的肿瘤是良性还是恶性 切取了一小块肿瘤组织进行培养 请回答下列问题 1 培养之前 肿瘤组织必须先用 等处理成单个细胞 胰蛋白酶 或胶原蛋白酶 2 某科研单位研制出一种新型治癌药物X 但不知对此类肿瘤是否有疗效 现提供以下实验材料 培养瓶 CO2培养箱 含有肿瘤细胞的培养液 生理盐水 光学显微镜 药物X等 请你完成相关实验步骤加以探究 步骤一 取两只培养瓶 编号1号 2号 两瓶中装入等量的 步骤二 1号培养瓶中加入 2号培养瓶中加入 步骤三 步骤四 一段时间后取出用 观察并记录细胞分裂生长情况 含有肿瘤细胞的培养液 一定量的药物X 等量的生理盐水 答案无先后顺序 充分振荡摇匀后将培养瓶放入CO2培养箱中 在相同且适宜条件下培养 光学显微镜 3 写出 2 的预期实验结果及相应结论 若1号培养瓶的细胞数目相比2号培养瓶的细胞数目显著减少 则说明药物X对此类肿瘤有疗效 说明 要与 步骤二 答案顺序相符 若1号培养瓶的细胞数目相比2号培养瓶的细胞数目无显著差异 则说明药物X对此类肿瘤无疗效 说明 要与 步骤二 答案顺序相符 解析 1 胰蛋白酶可使组织中的细胞分离成单个细胞 2 实验设计原则 等量性原则 对照性原则 单一变量性原则 由题干知该实验的目的是探究一种新型治癌药物X的疗效 所以自变量是加不加药物X 再结合动物细胞培养知识 即可确定该实验的操作步骤为 步骤一 取两只培养瓶 编号1号 2号 两瓶中装入等量的含有肿瘤细胞的培养液 步骤二 1号培养瓶中加入一定量的药物X 2号培养瓶中加入等量的生理盐水 步骤三 充分振荡摇匀后将培养瓶放入CO2培养箱中 在相同且适宜条件下培养 步骤四 一段时间后取出用光学显微镜观察并记录细胞的数目 3 预期实验结果及相应结论 若1号培养瓶的细胞数目相比2号培养瓶的细胞数目显著减少 则说明药物X对此类肿瘤有疗效 若1号培养瓶的细胞数目相比2号培养瓶的细胞数目无显著差异 则说明药物X对此类肿瘤无疗效 押题2 2016 江苏扬州质检 大蒜含有各种抗氧化物质 如维生素A C与E以及硒 能清除各种自由基 有保护心脏的作用 大蒜含有各种含硫的氨基酸如蒜素半胱氨酸 切开或压碎后 蒜素半胱氨酸经酵素 如胱硫醚连接酶 的作用 会分解并产生多种呛鼻气味的硫化物 如硫化氢 具有降低胆固醇的作用 蒜素半胱氨酸能减轻心肌梗塞症状 梗塞面积 心室肥大减小 心肌收缩力增强 实验结果显示经蒜素半胱氨酸处理的动物 左心室肌细胞内胱硫醚连接酶的活性增加 血浆里的硫化氢量增加 死亡率大为降低 根据上文 回答下列问题 1 大蒜保护心脏的主要作用是什么 举出两点 抗氧化作用 产生硫化氢 具有降低胆固醇的作用 2 某实验小组阅读该文后 想进行与此相关的实验探究 以下为实验报告的部分内容 请予以完善 拟定课题名称 实验自变量为 实验观察指标 因变量 是 探究大蒜对心肌梗塞的缓解效果 其他合理答案也可 自变量 是否饲喂大蒜或注射蒜素半胱氨酸 因变量 心肌梗塞面积 心室肥大程度 心肌收缩力 答出两点即可 实验过程 第一步 取九只小鼠 结扎冠状动脉后 随机分成三组 编号为A B C 第二步 A组小鼠不做处理 其作用是 B组小鼠 C组小鼠 第三步 在其他条件相同且适宜的情况下 饲养三组小鼠 一段时间后 解剖观察小鼠心肌梗塞情况 第二步 对照组 饲喂含一定量大蒜的饲料 饲喂等量的含一定量蒜素半胱氨酸的饲料 解析 1 由题干信息可知 大蒜含有各种抗氧化物质 如维生素A C与E以及硒 能清除各种自由基 有保护心脏的作用 大蒜含有各种含硫的氨基酸如蒜素半胱氨酸 切开或压碎后 会分解并产生多种硫化物 如硫化氢 具有降低胆固醇的作用 2 通过实验第三步可知 本实验的目的是探究大蒜对心肌梗塞的缓解效果 实验自变量是是否饲喂或注射蒜素半胱氨酸 实验观察指标 即因变量 是心肌梗塞面积 心室肥大程度 心肌收缩力等 不做任何处理的A组为对照组 B C均为实验组 一组饲喂含一定量大蒜的饲料 另一组饲喂等量的含一定量蒜素半胱氨酸的饲料 综合三者的结果可以说明 大蒜中的蒜素半胱氨酸具有缓解心肌梗塞的作用