1、核心素养微专题(四)科学方法系列(3)变量与对照1实验中三类变量的分析对三类变量的要求：自变量可操作、因变量可检测，无关变量可控制。2设置对照实验的目的及类型的判断(1)设置对照实验的目的：用以探究一个因素对特定对象的影响，通过比较实验结果而得出结论。(2)类型：对照实验通常要设置对照组和实验组。实验组是接受自变量处理的对象组，对照组(控制组)是不接受自变量处理的对象组。常用的对照类型有以下几种：空白对照对照组为不作任何处理的对象组。这里的不做处理，并非什么因素都不给予，而是针对实验所要研究的因素不给予，以体现实验因素的有无对实验结果的影响。自身对照实验与对照在同一个对象上进行，不另设对照组。
2、条件对照给对照组施以某种实验处理，但不是所研究的实验因素，以突出实验实施的处理因素与实验所研究因素的差异，从一个侧面衬托实验因素对实验结果所造成的影响。相互对照不单设对照组，而是几个实验组相互对照。3实验设计中必须坚持的单一变量原则即除自变量(实验变量)以外，应使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜，以确保实验变量的唯一性。如生物材料相同(大小、生理状况、年龄、性别等)、实验器具相同(型号、洁净程度等)、实验试剂相同(用量、浓度、使用方法等)和条件相同(保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等)。1实验过程中可以变化的因素称为变量。下列关于实验变量的说法，不正确的是()A一个实验只能有一个自变量
3、，而因变量可为多个B对实验结果不造成影响的变量称为无关变量C实验不一定有空白对照组，但一定有对照D一个实验的自变量可能是另一个实验的无关变量B解析：探究光照强度对光合作用的影响，自变量是光照强度，因变量是O2的释放量或CO2的吸收量，可见，一个实验只能有一个自变量，而因变量可为多个，A正确；除自变量外，实验过程中可能还会存在一些对实验结果造成影响的可变因素，这些变量称为无关变量，B错误；对照的目的是平衡和消除无关变量对实验结果的影响，因此实验不一定有空白对照组，但一定有对照，C正确；探究温度对酶活性的影响，自变量是温度的不同，而探究pH对酶活性的影响，自变量是pH不同，温度是无关变量之一，因此
4、一个实验的自变量可能是另一个实验的无关变量，D正确。2在一个研究全天气温变化的实验中，自变量和因变量分别是()A自变量是实验员，因变量是一天中的时间B自变量和因变量都是一天中的时间C自变量是温度，因变量是一天中的时间D自变量是一天中的时间，因变量是温度解析：研究全天气温变化的实验即研究温度随时间变化的实验，因此自变量是一天中的时间，因变量是温度，其余为无关变量。D3下列关于生物实验中“对照”及“变量”的相关叙述，正确的是()A检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质实验中，没有进行对照B探究pH对酶活性影响的实验与探究酶活性的最适pH实验，温度都属于无关变量，两实验的自变量、因变量相同，但实验组数设
5、置有所不同C观察紫色洋葱鳞片叶细胞质壁分离与复原实验中，滴加蔗糖和清水，属于自变量，原生质与细胞壁体积、位置变化为因变量，该实验也没有对照D探究温度对淀粉酶活性影响实验中，淀粉酶的浓度是自变量，不同温度条件下淀粉遇碘变蓝程度是因变量B解析：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质实验中，存在不加检测试剂的空白对照，A错误；探究pH对酶活性影响的实验与探究酶活性的最适pH实验，温度都属于无关变量，两实验的自变量、因变量相同，但实验组数设置有所不同，B正确；观察紫色洋葱鳞片叶细胞质壁分离与复原实验中，存在前后自身对照，C错误；探究温度对淀粉酶活性影响实验中，温度是实验的自变量，淀粉酶的浓度是无关变量，不
6、同温度条件下淀粉遇碘变蓝程度是因变量，D错误。科学探究系列(3)酶的相关实验探究(2019高考江苏卷)为探究玉米籽粒发芽过程中一些有机物含量的变化，研究小组利用下列供选材料用具进行了实验。材料用具：玉米籽粒；斐林试剂，双缩脲试剂，碘液，缓冲液，淀粉，淀粉酶等；研钵，水浴锅，天平，试管，滴管，量筒，容量瓶，显微镜，玻片，酒精灯等。请回答下列问题：(1)为了检测玉米籽粒发芽过程中蛋白质(肽类)含量变化，在不同发芽阶段玉米提取液中，分别加入_试剂，比较颜色变化。该实验需要选用的器具有_(填序号)。试管 滴管 量筒 酒精灯 显微镜(2)为了检测玉米籽粒发芽过程中淀粉含量变化，将不同发芽阶段的玉米籽粒纵
7、切，滴加_，进行观察。结果显示，胚乳呈蓝色块状，且随着发芽时间的延长，蓝色块状物变小。由此可得出的结论是_。解析：(1)检测蛋白质或多肽应该用双缩脲试剂；该实验需要用量筒量取一定量的蛋白质溶液、双缩脲试剂A液，需要用滴管滴加双缩脲试剂B液，但是该实验不需要加热，也不需要显微镜观察，故选。(2)检测淀粉应该用碘液；胚乳呈现蓝色块状，说明胚乳含有大量的淀粉，而随着时间的延长，蓝色块状物变小了，说明玉米发芽的过程中胚乳的淀粉逐渐减少了。答案：(1)双缩脲(2)碘液 玉米发芽过程中胚乳的淀粉逐渐减少(3)为了验证上述蓝色块状物变小是淀粉酶作用的结果，设计了如下实验；在14号试管中分别加入相应的提取液和
8、溶液(如下图所示)，40 温育30 min后，分别加入斐林试剂并60 水浴加热，观察试管内颜色变化。请继续以下分析：设置试管1作为对照，其主要目的是_。试管2中应加入的X是_的提取液。预测试管3中的颜色变化是_。若试管4未出现预期结果(其他试管中结果符合预期)，则最可能的原因是_。解析：(3)该实验的目的是验证上述蓝色块状物变小是淀粉酶的作用，在淀粉酶的作用下淀粉水解产生了还原糖，还原糖用斐林试剂检测会出现砖红色沉淀。1号试管加的是缓冲液和淀粉，作为对照实验，可以排除用于实验的淀粉溶液中含有还原糖。根据单一变量原则，1号试管加的是缓冲液作为对照，3号、4号实验组分别加了发芽玉米提取液、淀粉酶溶
9、液，则2号试管加的X溶液应该是发芽前玉米提取液。3号试管发芽玉米提取液中含有淀粉酶，催化淀粉水解产生了还原糖，因此其颜色由蓝色变成了砖红色；如果4号试管的颜色没有从蓝色变成砖红色，可能是因为淀粉酶已失活，不能催化淀粉水解。答案：(3)排除用于实验的淀粉溶液中含有还原糖发芽前玉米蓝色砖红色 淀粉酶已失活1鉴定酶本质的两种常用方法(1)试剂检测法从酶的化学本质上来讲，绝大多数的酶是蛋白质，极少数的酶是RNA。在高中教材中常见的一些酶，如淀粉酶、蛋白酶等，其化学本质都是蛋白质，所以对酶本质的鉴定常常是变相地考查蛋白质的鉴定方法。设计鉴定方案：项目实验组对照组材料待测酶溶液已知蛋白液(等量)试剂分别加
10、入等量的双缩脲试剂现象是否呈现紫色呈现紫色结论呈现紫色说明该酶的化学本质为蛋白质，否则该酶的化学本质不是蛋白质(2)酶解法酶必须保持正常的结构才能发挥催化作用，因此可以分别利用蛋白酶和RNA酶处理某酶，再观察其功能是否受影响来确定该酶的本质。设计鉴定方案：2“对照实验法”验证酶的高效性和专一性(1)验证酶的高效性项目实验组对照组材料等量的同一种底物试剂与底物相对应的酶溶液等量的无机催化剂现象反应速率很快，或反应用时短 反应速率缓慢，或反应用时长结论酶具有高效性(2)验证酶的专一性项目方案一方案二实验组对照组实验组对照组材料同种底物(等量)与酶相对应的底物另外一种底物试剂 与底物相对应的酶另外一
11、种酶同一种酶(等量)现象发生反应不发生反应发生反应不发生反应结论酶具有专一性酶具有专一性提醒：若底物选择淀粉和蔗糖，用淀粉酶来验证酶的专一性时，检测底物是否被分解的试剂“宜”选用斐林试剂，“不宜”选用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。设计方案设计方案提醒：若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测底物被分解的试剂“宜”选用碘液，“不宜”选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。在探究pH对酶活性影响时，“宜”保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与底物接触，“不宜”在未达到预设pH前，让反应物与酶接触。4关于酶特性实验题
12、的解题方法(1)认真审题，准确找出变量，围绕变量设置对照。探究酶作用的专一性时，应围绕底物或酶设置变量；探究酶作用的高效性时，应围绕无机催化剂和酶制剂这一单一变量设置对照。(2)设置实验步骤时，应注意以下四点：根据试题要求，确定单一变量，依据实验变量进行合理分组；根据实验材料，结合实验原理，确定实验现象的观测手段；除自变量外，确保其他实验条件相同且适宜；合理确定操作程序，确保程序合理。1下表为与酶特性有关实验的步骤及操作，代表加入某种水解酶，代表加入一种检验试剂。下列有关该实验的叙述正确的是()步骤项目试管甲乙1注入可溶性淀粉溶液2 mL2注入蔗糖溶液2 mL32 mL2 mL4适宜的温度下保
13、温5 min52 mL2 mL6酒精灯隔水加热1 min7现象观察A.本实验的目的是验证酶具有高效性B代表的水解酶是淀粉酶或蔗糖酶C本实验可选用碘液作为检测试剂，此时步骤6可以省略D步骤1和3甲试管均加入2 mL液体，是为了排除无关变量的干扰解析：验证酶具有高效性时，自变量应为催化剂的类型，需将酶与无机催化剂的催化效率进行比较，而本实验的目的是验证酶具有专一性，A错误；无论为淀粉酶还是蔗糖酶，都只有一种底物被水解，因此该实验能证明酶具有专一性，B正确；碘液无法检测蔗糖是否被水解，应选用斐林试剂且需要酒精灯隔水加热，C错误；步骤1和2中，甲、乙两试管中加入液体的量相等，步骤3和5中，每一步中加入
14、的液体量也相等，这些是为了排除无关变量干扰，而步骤1加入的底物量与步骤3的酶量相等，是保证在合理的浓度和用量下，反应能顺利进行，D错误。答案：B2有关探究温度或pH对酶活性影响的实验，下列叙述正确的是()A过氧化氢酶是作为探究温度对酶活性影响的良好实验材料B探究pH对酶活性的影响时，底物的量应该足够多C低温和pH较小时酶活性均很弱的原因相同D不同酶的最适温度和pH一般不同，根本原因是不同的酶具有不同的空间结构B解析：过氧化氢加热易分解，故过氧化氢酶不适宜作为探究温度对酶活性影响的材料，A错误；探究pH对酶活性的影响时，底物的量属于无关变量，应该保证相同且足够多，B正确；低温使酶活性降低，但酶的
15、空间结构不发生变化，pH较小时，酶空间结构发生不可逆改变，永久失活，C错误；不同酶的最适温度和pH一般不同，根本原因是控制不同的酶的基因不同，D错误。3某兴趣小组在生物实验室中发现一酶试剂，由于标签受损，无法确定该酶的具体种类，可能是淀粉酶也可能是蔗糖酶。为判断该酶的具体种类和作用条件，该小组成员给出了以下建议，其中不合理的是()A取部分酶和少量淀粉溶液混合，一段时间后，滴加碘液检测B取部分酶和少量蔗糖溶液混合，一段时间后，利用斐林试剂检测C若已确定是淀粉酶，可使用斐林试剂作检测剂探究温度对酶活性的影响D若已确定是蔗糖酶，可利用蔗糖来研究pH对酶活性的影响C解析：酶具有专一性，淀粉酶能分解淀粉
16、，蔗糖酶不能分解淀粉，取部分酶和少量淀粉溶液混合，一段时间后，滴加碘液检测，若溶液不变蓝，说明淀粉被分解了，加入的酶应是淀粉酶，若溶液变蓝，说明加入的酶是蔗糖酶，A不符合题意；蔗糖酶能分解蔗糖，淀粉酶不能分解蔗糖，蔗糖属于非还原糖。取部分酶和少量蔗糖溶液混合，一段时间后，利用斐林试剂检测，若水浴加热后出现砖红色沉淀，说明蔗糖被分解形成了还原糖，则加入的酶是蔗糖酶，若溶液不出现砖红色沉淀，说明加入的酶是淀粉酶，B不符合题意；探究温度对酶活性的影响，不能用斐林试剂检测，因为其使用过程中需要加热，会改变实验的预设温度，C符合题意；蔗糖酶可分解蔗糖，不同pH对酶的活性影响不同，若已确定是蔗糖酶，可利用
17、蔗糖来研究pH对酶活性的影响，D不符合题意。4.如图表示在最适pH条件下，温度与反应速率的关系，请回答下列问题：(1)如果在图中a点再提高反应速率，可以改变的外界因素是_。酶比无机催化剂具有高效性的原因是_。(2)图中_点更适合酶的保存，原因是_。(3)若此酶为淀粉酶，现有淀粉酶溶液、蔗糖酶溶液、淀粉溶液、斐林试剂、碘液等，请设计实验验证淀粉酶具有专一性，请写出实验思路。解析：(1)据题图分析可知，图中a点处于最适pH和最适温度条件下，若要再提高反应速率，可以提高酶的浓度(或反应物浓度)。酶比无机催化剂具有高效性的原因是酶降低活化能的作用更显著。(2)图中c点温度较低，酶的结构稳定，抑制酶的活
18、性，更适合保存。(3)若要验证淀粉酶具有专一性，可将适量且等量的淀粉溶液分为两组，其中一组加入淀粉酶溶液，另一组加入等量的蔗糖酶溶液，振荡摇匀，一段时间后再分别加入等量斐林试剂，5065 水浴加热后观察两组溶液的颜色变化。答案：(1)酶的浓度(或反应物浓度)酶降低活化能的作用更显著(2)cc点温度较低，酶的结构稳定，抑制酶的活性，更适合保存(3)将适量且等量的淀粉溶液分为两组，其中一组加入淀粉酶溶液，另一组加入等量的蔗糖酶溶液，振荡摇匀，一段时间后再分别加入等量斐林试剂，5065 水浴加热后，观察两组溶液的颜色变化。5普通淀粉酶的最适温度在4060 之间，而极端耐热淀粉酶在100 仍能保持较高
19、的活性，因此在生产上具有更为广泛的应用前景。请回答有关问题：(1)要鉴定该酶的化学本质，可将该酶液与_混合，若反应液呈_色，则该酶的化学本质为蛋白质。(2)测定淀粉酶活性时，应选择_作为该酶作用的底物，反应液中应加入_溶液以维持其酸碱度稳定。(3)设计实验测定极端耐热淀粉酶起催化作用的最适温度。此实验中除自变量和因变量外，还需要考虑_(指出两点即可)等因素。结合题目信息，简要写出测定该酶催化作用最适温度的实验思路。解析：(1)大多数酶是蛋白质，少数是RNA，要鉴定该酶的化学本质，可将该酶液与双缩脲试剂混合，若反应液呈紫色，则该酶的化学本质为蛋白质。(2)测定淀粉酶活性时，根据酶的专一性，应选择
20、淀粉作为该酶作用的底物，反应液中应加入(酸碱)缓冲溶液以维持其酸碱度稳定。(3)此实验中除自变量和因变量外，无关变量需要保持相同且适宜，因此还需要考虑底物淀粉溶液的浓度和数量、pH及添加试剂的量、实验操作顺序等因素。测定该酶催化作用最适温度的实验思路：在40 和100 之间每隔一定温度设置一个实验组，其他实验条件适宜且保持一致，以反应液和碘液发生颜色反应的程度为指标确定最适温度。答案：(1)双缩脲试剂 紫(2)淀粉(酸碱)缓冲(3)底物淀粉溶液的浓度和数量、pH及添加试剂的量、实验操作顺序等在40 和100 之间每隔一定温度设置一个实验组，其他实验条件适宜且保持一致。以反应液和碘液发生颜色反应的程度为指标确定最适温度。