1、高考资源网（） 您身边的高考专家三、实验与探究1.三类变量(自变量、因变量、无关变量)分析2教材中探究类实验的变量分析实验名称自变量因变量无关变量通过模拟实验探究膜的透性半透膜两侧溶液浓度差漏斗玻璃管液面的上升高度半透膜的种类、开始时的液面高度、温度等条件探究温度对淀粉酶活性的影响不同温度酶的活性(观测指标：加碘液后溶液颜色的变化)pH、底物量、酶量、试管的洁净程度、反应时间、操作程序等探究pH对过氧化氢酶活性的影响不同pH酶的活性(观测指标：气泡的数量或带火星的卫生香燃烧的猛烈程度)温度、底物量、酶量、试管的洁净程度、反应时间、操作程序等探究酵母菌的呼吸方式氧的有无CO2生成量(观测指标：澄
2、清石灰水的浑浊程度)；是否产生酒精(用酸性重铬酸钾检测)葡萄糖溶液的量、石灰水的量、温度、pH、锥形瓶的洁净程度等模拟探究细胞表面积与体积的关系细胞体积的大小物质运输的效率琼脂块的一致性、NaOH溶液的量、浸泡的时间、测量的准确性等续表实验名称自变量因变量无关变量探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度不同浓度的生长素类似物扦插枝条的生根数量或长度实验材料的一致性、生长素类似物浓度的准确性、处理时间的一致性等探究培养液中酵母菌数量的动态变化时间酵母菌种群数量培养液的成分、培养条件、空间等探究水族箱中的群落演替时间群落的变化水族箱的培养条件和环境等 1.对照原则对照实验是指除所控制因素不同外，其他
3、条件完全相同的实验。科学地设置对照实验，能够有效地排除其他因素干扰实验结果的可能性。设置对照组有4种方法：类型设置对照实验实例空白对照对照组不做任何处理验证甲状腺激素的作用，对照组动物不做任何处理，让其自然生长自身对照实验组和对照组都在同一个实验对象上进行植物细胞质壁分离和复原实验，在同一个装片中先后进行，对照组(正常的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞)和实验组(发生质壁分离和复原的细胞)是同一组细胞条件对照给实验对象施以某种处理，但这种处理不是实验假设所给定的实验变量，这种对照方法，通过得出两种相对立的结论，以验证实验结论的正确性在验证激素作用的实验中，甲组为实验组(饲喂甲状腺激素)，乙组为条件对照
4、组(饲喂甲状腺激素抑制剂)，不饲喂药剂的是空白对照组相互对照不单独设置对照组，而是几个实验组相互对照在探究细胞的遗传物质时，分别用35S和32P标记噬菌体2单一变量原则和等量原则即除自变量以外，应使实验组和对照组的无关变量保持相同且适宜。如探究光照强度对光合速率影响，唯一变量是光照强度，无关变量CO2、温度等要保持适宜且一致。3平行重复原则在实验设计中为了避免实验结果的偶然性，减小实验误差，必须对所做实验进行足够次数的重复，以获得多次实验结果的平均值，保证实验结果的准确性。如探究培养液中酵母菌数量动态变化的实验中，每次计数都要重复至少3次。4科学性原则在设计实验时必须有充分的科学依据，即实验目
5、的要明确，实验原理要正确，实验研究的材料和实验方法的选择要恰当，整个实验设计的思路和实验方法的确定都不能偏离实验原理、有关的生物学知识及其他学科领域的基本知识。(1)选材科学性：如鉴定还原糖的实验中不能以西瓜汁为实验材料，因为西瓜汁的红色会干扰颜色反应。(2)实验方法科学性：如使用双缩脲试剂时应先加入A液，再加入B液。注：实验设计时还有其他原则，如可行性原则，即从实验目的、实验原理到实验材料用品的选择、实验操作等，都要符合实验者的一般认知水平，满足现有的条件，具有进行实验和完成实验的可能性；简便性原则，即实验材料容易获得，实验装置简化，操作简便，效果明显并能在较短时间内完成等。1.验证性实验和
6、探究性实验的区分(1)根据语言描述快速区分验证性实验和探究性实验验证性实验探究性实验适用范围实验结果是已知的实验结果是未知的题目中常见提问语“请设计一个实验，验证”或“验证(自变量)对(因变量)的影响”或“验证(自变量)与(因变量)的关系”“请设计一个实验，探究”或“探究(自变量)对(因变量)的影响”或“探究(自变量)与(因变量)的关系”(2)验证性实验和探究性实验的比较验证性实验探究性实验实验目的验证研究对象的已知属性、特征以及与其他因素的关系探索研究对象的未知属性、特征以及与其他因素的关系实验假设因结论是已知的，因此不存在假设根据现有的科学理论、事实，对所要研究的对象设想出一种或几种可能性
7、的解释、答案实验原理因验证内容而异因探究内容而异实验过程实验步骤可以是曾经做过或尚未做过的，因验证内容而异因探究内容而异实验现象已知，应准确描述事先未知，可能出现多种现象实验结果的预测实验现象是确定的，要么是，要么不是分类讨论“如果出现结果会怎样，如果出现结果或又会怎样”。但有时也会出现“预测最可能的结果”的问题。此种情况应根据已有知识推测最合理的结果实验结论根据实验结果做出肯定或否定的结论，即结论是唯一的根据可能出现的结果，做出不同的结论，即结论不是唯一的2探究性实验的一般程序3实验程序详解(1)审目的变量法寻找实验目的根据试题提供的文字、表格或曲线信息找出自变量和因变量后，再寻找自变量和因
8、变量之间的关系，此即实验目的。探究性或验证性实验的“实验题目或目的”的描述。a句式一：“探究(或验证)自变量对因变量的影响”。b句式二：“探究(或验证)因变量与自变量之间的关系”。c句式三：“因变量与自变量之间关系的研究”。应用提示a有时实验中的自变量可能是一个，即单自变量，有时为多个，即多自变量。b对验证性实验来说，实验目的与实验结论是相对应的，即在书写实验结论时重复实验目的的相关语句即可。(2)定原理实验原理就是进行实验的理论依据，包括选择实验材料的依据、作出假设的依据、设置实验步骤的依据、分析现象和结果的依据(或原因)、确定观测指标的依据(或原因)。因此，要熟知教材实验中涉及的各种试剂的
9、选择依据及相应的生理过程，进而确定实验原理。实验原理可以从三个方面来书写a自变量作用的科学依据。实验中涉及的科学依据必须是经证明的科学理论，往往来源于教材，如胰岛素能降低血糖浓度，还原糖与斐林试剂水浴加热时产生砖红色沉淀等。b因变量观测指标。因变量观测指标是实验现象与结果出现的直接观测指标，如在验证甲状腺激素具有促进动物新陈代谢的作用时，甲状腺激素能促进新陈代谢，加速体内物质的氧化分解，从而使耗氧量和活动量加大，故因变量为动物新陈代谢速率，因变量观测指标为耗氧量和活动量。c因变量检测指标，如观察特异性颜色变化、溶液浑浊度等，观察形态结构、生理特征变化等，测量生长发育速度、生化反应速度等。实验原
10、理一般由三段组成：自变量和因变量的关系因变量的观测指标实验过程概括。在表述时一般使用陈述句而不用疑问句，用肯定句而不用否定句。(3)作假设假设的确定依据对探究性实验来说，假设是对所要研究的问题设想一种或几种可能的答案或解释，提出可能的实验原理。假设的描述a句式一：“如果现象，则结论”。b句式二：“当条件X存在时，事件P(实验现象)会发生”或“当条件X存在时，事件P(实验现象)不发生”或“当条件X存在时，对事件P(实验现象)没有影响”。应用提示假说的书写，往往针对实验目的以陈述句式进行表述。(4)设计实验方案，确定实验思路实验思路一般用一句话表述为“用某方法处理某材料，观察其对某方面的影响效果”
11、。描述实验思路的要点是答出自变量、因变量、对照思想、检测指标，而不是具体可操作性的设计。在控制无关变量时，实验思路中只要提到“相同且适宜”即可，具体操作时不同的实验可以采用不同的方法去控制。(5)实施实验方案，确定实验步骤步骤一：实验前的准备取材、分组、编号(共性处理)选材的句式：“选取年龄、性别相同，健康且发育状况相同的同种动物”“选取长势相同、大小相似的同种植物”“取两支(或多支)洁净程度等方面相同的试管”等。分组的句式：“随机均分(等分)为X组”。编号的句式：“编号为A、B组”或“编号为甲、乙组”。步骤二：实验中的处理相同处理和不同处理(变量控制)方法第一，不施加实验变量(自然条件或模拟
12、自然条件)的设为对照组；施加实验变量的设为实验组(或是相互对照组)。第二，控制无关变量，即其他条件相同适宜，试剂等量且适量。语言描述可通过“适量”和“等量”表达出来。如“在A、B两组均加入等量的”；A组加适量的(实验处理)，B组加等量的(对照处理)；每组都在其他条件相同且适宜。步骤三：实验后的观测方法反应(生化鉴定类)或培养(生理实验类)相同时间后，观察指标(颜色变化、沉淀反应；形态结构、生理特征变化等)或测定指标(生长发育速度、生化反应速度等)并记录数据。语言描述“一段时间后，观察(现象)或测量(数据)，做好记录(并计算出平均值)”。步骤三主要是针对实验结果的处理，以描述因变量怎样检测。(6
13、)得结论探究性实验探究性实验的结果及结论是不唯一的，解题时要把各种可能的结果全部列出。具体分析流程如下：验证性实验验证性实验的结果与相应结论只需考虑一种情况。一般只有一个结果和一个相应的结论，且结论就在题目中，如“验证”“证明”等。 “五看法”评价实验设计1.下图是高中生物探究性实验设计的示意图，相关叙述正确的是()A图中A处应为“演绎推理”，比如孟德尔所做的测交实验就属于此过程B图中B处应为“无关变量”，比如探究光照强度对光合速率的影响实验中，温度就是此变量C图中C处应为“因变量”，比如探究酵母菌的呼吸方式实验中，有无氧气就是此变量D图中D处应为“干扰因素”，比如叶肉细胞不适用于观察线粒体答
14、案D解析图中A处应为“做出假设”，A错误；图中B处应为“因变量”，探究光照强度对光合速率的影响实验中，温度是无关变量，B错误；图中C处应为“无关变量”，探究酵母菌的呼吸方式实验中，有无氧气就是自变量，C错误；图中D处应为“干扰因素”，比如叶肉细胞不适用于观察线粒体，因为叶肉细胞中含有叶绿体，会对实验颜色产生干扰，D正确。2(2019北京测试)对照实验是生物科学探究中常用的实验方法之一，设置对照实验的方法也多种多样。下列关于对照实验的说法，错误的是()A“低温诱导植物染色体数目加倍”的实验中，作为对照的常温组也要用卡诺氏液处理B“探究生长素类似物促进扦插枝条生根的最适浓度”的预实验中，不需要设置
15、对照实验C“探究血浆维持pH相对稳定”的实验中，清水组和缓冲液组都作为对照组D沃泰默探究狗胰液分泌调节的实验中，将稀盐酸注入狗的血液能起对照作用答案B解析“低温诱导植物染色体数目加倍”的实验中，自变量是温度，而无关变量应保持相同，因此作为对照的常温组也要用卡诺氏液处理，A正确；“探究生长素类似物促进扦插枝条生根的最适浓度”的预实验中，需要设置生长素类似物浓度为零的对照组，进行对照实验，以辨别各实验组所用的生长素类似物浓度对扦插枝条生根所起的是促进作用还是抑制作用，B错误；“探究血浆维持pH相对稳定”的实验原理是：通过比较自来水、缓冲液(如Na2HPO4、KH2PO4等溶液，在加入酸或碱时，能使
16、pH的变化减弱)和生物材料在加入酸或碱后的pH的变化，推测生物体是如何维持pH稳定的，可见该实验中，清水组和缓冲液组都作为对照组，C正确；沃泰默探究狗胰液分泌调节的实验流程是：是直接将稀盐酸注入狗的上段小肠肠腔内，是直接将稀盐酸注入狗的血液中，切除通向该段小肠的神经，只留血管，在小肠内注入稀盐酸，三组实验相互对照，D正确。3下图表示3株脱淀粉(经充分“饥饿”处理)的长势相同的同种植株放在透光的钟罩内，定期检测O2含量。写出该实验目的的推导过程：_。答案实验目的：4为了验证胰岛素具有降低血糖的作用，以小鼠的活动状况为观察指标设计实验。某同学的实验方案如下：将正常小鼠随机分成A、B两组，观察并记录
17、其活动状况。A组小鼠注射适量胰岛素溶液，B组小鼠注射等量生理盐水。一段时间后，A组小鼠会出现四肢无力，活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，B组小鼠活动状况无变化。A组小鼠出现低血糖症状后，分别给A、B两组小鼠注射等量葡萄糖溶液。一段时间后，A组小鼠低血糖症状缓解，B组小鼠活动状况无变化。该实验方案可以说明胰岛素具有降低血糖的作用。请回答：该实验的原理：_。答案胰岛素具有降低血糖的作用。体内胰岛素含量过高引起血糖下降，机体出现活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，此症状可以通过补充葡萄糖溶液得到缓解5用质量分数为2%的秋水仙素处理植物分生组织56 h，能够诱导细胞内染色体数目加倍。那么，用一定时间的低温(
18、如4 )处理水培的洋葱根尖(2n16)，是否也能诱导细胞内染色体数目加倍呢？请对这个问题进行实验探究。针对以上的问题，你作出的假设是_。你提出此假设的依据是_。答案用一定时间的低温处理水培的洋葱根尖能够诱导细胞内染色体加倍低温能够影响酶的活性(或纺锤丝的形成)，使细胞不能正常进行有丝分裂解析提出的假设应该具有一定的科学根据，应该是最有可能的而不是随意猜测，所以探究的课题在题干中也应具有一定的指向性。因此针对题干问题，作出的假设是：用一定时间的低温处理水培的洋葱根尖能够诱导细胞内染色体加倍。依据是低温能够影响酶的活性(或纺锤丝的形成)，使细胞不能正常进行有丝分裂。6(2019山东潍坊一模)酶是活
19、细胞产生的一类有机物，在细胞代谢中发挥重要的作用。请回答与酶有关的问题：(1)真核细胞内酶的合成场所有_，细胞内酶的合成_(填“能”或“不能”)影响生物的性状。(2)酶的特性可通过实验进行验证。现有质量分数为10%的淀粉溶液、质量分数为10%的蔗糖溶液、质量分数为10%的麦芽糖溶液、蔗糖酶溶液、清水；半透膜(只允许水分子通过)；长颈漏斗、烧杯、底部中央可放置半透膜的U形管各一个。请根据渗透作用的原理，选用一套装置以及实验材料设计实验，实验现象能支持酶的催化作用具有专一性，要体现等量原则等实验设计的基本原则。请写出最合理的实验思路及实验预期。_。答案(1)细胞核、核糖体能(2)实验思路：在底部中
20、央放置半透膜的U形管两侧分别加入等量的质量分数为10%的蔗糖溶液和质量分数为10%的麦芽糖溶液，再在两侧各加等量的蔗糖酶溶液，适宜温度下一段时间后，观察两侧液面的变化。实验预期：蔗糖溶液一侧液面明显升高，则支持酶的催化作用具有专一性(或：麦芽糖溶液一侧液面明显降低，则支持酶的催化作用具有专一性)解析(1)酶的本质绝大多数是蛋白质，少数是RNA，因此真核细胞内酶的合成场所有细胞核和核糖体，酶具有催化作用，细胞内酶的合成能影响细胞内的化学反应，从而影响生物的性状。(2)根据题目要求及材料用具，实验中应将等体积的质量分数为10%的蔗糖溶液和麦芽糖溶液置于U形管半透膜的两侧，根据都加入等量蔗糖酶溶液后
21、液面的变化判断酶的催化作用。因为酶的催化具有专一性，1分子的蔗糖被蔗糖酶分解为1分子的葡萄糖和1分子的果糖，溶质数量多，溶液浓度高，水分会由麦芽糖侧进入到蔗糖溶液一侧，导致蔗糖溶液一侧液面升高。7甘薯和马铃薯都富含淀粉，但甘薯吃起来比马铃薯甜，为探究其原因，某兴趣小组以甘薯的块根和马铃薯的块茎为材料，在不同温度、其他条件相同的情况下处理30 min 后，测定甘薯块根中还原糖含量如表所示，而马铃薯块茎中不含有还原糖。处理温度()0102030405060708090甘薯还原糖含量(mg/g)22.123.325.837.640.547.454.768.945.328.6(1)由表可见，温度为70
22、 时甘薯还原糖含量最高，这是因为_。(2)请你推测马铃薯块茎中不含有还原糖的最可能原因是_。(3)为了确认马铃薯不含还原糖的原因，请完成以下实验：实验原理：_；_。备选材料与用具：甘薯提取液(去淀粉和还原糖)，马铃薯提取液(去淀粉)，1%醋酸洋红溶液，斐林试剂，双缩脲试剂，质量分数为3%的淀粉溶液和质量分数为3%的蔗糖溶液等。实验步骤：第一步：取A、B两支试管，在A管中加入甘薯提取液，B管中加入等量的马铃薯提取液。第二步：70 水浴保温5 min后，在A、B两支试管中各加入_。第三步：70 水浴保温5 min后，在A、B两支试管中再各加入_。第四步：_。实验现象：_。实验结论：_。答案(1)7
23、0 是淀粉酶的最适温度(2)马铃薯中不含淀粉酶(3)淀粉酶水解淀粉产生还原糖还原糖与斐林试剂反应产生砖红色沉淀等量质量分数为3%的淀粉溶液等量的斐林试剂水浴加热A试管有砖红色沉淀，B试管为蓝色(无明显变化)马铃薯不含还原糖的原因是因为其不含淀粉酶解析分析表格：表格表示在不同温度，其他条件相同的情况下测定的还原糖含量，温度在070 时，随着温度的升高，甘薯还原糖的含量逐渐增多；温度超过70 后，随着温度的升高，甘薯还原糖的含量逐渐减少。(1)根据题意分析可知：温度为70 时甘薯还原糖含量最高，说明单位时间内分解的淀粉最多，因此推测此时淀粉酶的催化作用最强，故70 是相关酶的最适温度。(3)实验原
24、理：颜色反应，即还原糖与斐林试剂反应，产生砖红色沉淀；淀粉在淀粉酶的作用下，能够水解并产生还原糖。在实验过程中，要控制无关变量。所以加入淀粉溶液、斐林试剂的量要相等；要使实验效果明显，必须进行水浴加热约2 min，产生砖红色沉淀。实验结果：因A管中加入的是甘薯提取液，含有淀粉酶，所以能将淀粉水解成还原糖，使A管中出现砖红色沉淀；而B管中加入的是马铃薯提取液，不含淀粉酶，所以不能将淀粉水解成还原糖，因此B管中仍为蓝色。8某同学由温度能影响酶的活性联想到温度能否影响甲状腺激素的活性，为了探究这一问题，他做了一个实验，实验步骤如下：取三只相同的洁净玻璃缸，编上号(A、B、C)，分别装上等量的蒸馏水、
25、河水、自来水。取发育状况不同的15只蝌蚪，分成三等份，分别放入A、B、C号玻璃缸中，三只玻璃缸放在相同的适宜外界条件下培养。每天同时向A、B、C号玻璃缸中分别投入普通饲料、常温下的甲状腺制剂拌匀的饲料、用80 温水处理1小时的甲状腺制剂拌匀的饲料。过几天比较蝌蚪的发育状况。(1)在实验步骤、中各有一处错误或不妥之处，请改正：_(2)预测实验现象及结论：a若B玻璃缸内蝌蚪发育最快，而A、C玻璃缸内蝌蚪发育状况相同，说明_。b若B玻璃缸内蝌蚪发育最快，C玻璃缸内次之，A玻璃缸最慢，说明_。c若B、C玻璃缸内蝌蚪发育状况相同，而A玻璃缸内较慢，说明_。答案(1)应该在三个缸中加同样水质的水(比如都是
26、河水)取发育状况相同的15只蝌蚪等量的饲料(2)a.高温使甲状腺激素失活b说明高温使甲状腺激素活性减弱c说明高温对甲状腺激素活性没有影响解析该实验有两组对照实验，一组是A与B对照，实验变量是甲状腺激素，通过蝌蚪发育情况来确定甲状腺激素对蝌蚪生长发育的影响；另一组是B与C对照，实验变量是温度，通过蝌蚪发育情况来确定温度对甲状腺激素生理活性的影响。9离子的跨膜运输是神经兴奋传导与传递的基础。兴奋在突触传递过程中，前、后膜内外离子的移动如下图所示。请回答问题：(1)当兴奋传导到突触前膜时，引起突触前膜对Na通透性的变化趋势为_。在此过程中Na离子的过膜方式是_。(2)引起突触前膜上Ca2通道打开的原
27、因是_。(3)图中至表示兴奋引发的突触传递过程。图中过程表示_。(4)为研究细胞外Na浓度对突触传递的影响，向细胞外液适度滴加含Na溶液，当神经冲动再次传来时，膜电位变化幅度增大，原因是_。(5)在突触部位胞内的钙离子主要来自于胞外。为证明细胞内钙离子浓度可影响神经递质的释放量，提出可供实验的两套备选方案。方案一：施加钙离子通道阻断剂，然后刺激突触前神经细胞，检测神经递质的释放量。再在该实验体系中适度增加细胞外液中的钙离子浓度，然后刺激突触前神经细胞，检测神经递质的释放量。方案二：适度增加细胞外液中的钙离子浓度，然后刺激突触前神经细胞，检测神经递质的释放量。另取一组实验材料施加钙离子通道阻断剂
28、，然后刺激突触前神经细胞，检测神经递质的释放量。比较上述两个方案的优劣，并陈述理由。答案(1)突然增加，达到一定水平后迅速降低(停止)协助扩散(2)神经冲动带来的膜电位变化(3)进入到胞内的钙离子会促进囊泡内的神经递质释放到突触间隙(4)膜两侧钠离子浓度差增加，过膜的钠离子数目增加(5)方案二优于方案一。方案一：施加钙离子通道阻断剂后，然后刺激突触前神经细胞，检测神经递质的释放量，能够反映细胞内钙离子浓度较低时对神经递质释放的影响。而在钙离子通道阻断剂存在的条件下，增加细胞外液的钙离子浓度无法改变细胞内的钙离子浓度，不能反映细胞内钙离子浓度较高时对神经递质释放的影响。因此实验方案有缺陷。方案二
29、：能反映细胞内钙离子浓度较高和较低时分别对神经递质释放的影响。实验方案设计较全面，实验结果较明确。解析(1)兴奋前后，突触前膜对Na和K的通透性不同，当兴奋传到突触前膜时，对Na通透性增强，Na顺着浓度梯度由外向内被动运输。(2)当兴奋时，突触前膜的Ca2通透性也增强，神经冲动的传导引起Ca2通道打开。(3)从图中可知：过程表示Ca2参与突触小泡向突触前膜的移动及释放递质过程。(4)动作电位由Na内流引起，外界溶液中Na浓度增加，兴奋时Na向细胞内的扩散速度和数目增加，电位变化幅度加大。(5)方案一：先施加Ca2通道阻断剂后，即使增加Ca2浓度，也无法加快Ca2的通过。方案二：先增加Ca2浓度，观察神经递质释放量的变化，再施加Ca2通道阻断剂，然后观察神经递质的释放量，前后对照方案更加严密。- 17 - 版权所有高考资源网
