2020版高考生物第五單元細(xì)胞的生命歷程實驗素養(yǎng)提升2實驗設(shè)計的三大原則與三類“變量”分析學(xué)案中圖版.docx

實驗設(shè)計的三大原則與三類“變量”分析技能必備1.實驗設(shè)計遵循的三大基本原則(1)單一變量原則：即除自變量(實驗變量)以外，應(yīng)使實驗組與對照組的無關(guān)變量保持相同且適宜。如生物材料相同(大小、生理狀況、年齡、性別等)、實驗器具相同(型號、潔凈程度等)、實驗試劑相同(用量、濃度、使用方法等)和條件相同(保溫或冷卻、光照或黑暗、攪拌、振蕩等)。(2)對照原則：應(yīng)設(shè)置對照實驗，使實驗組與對照組的自變量不同(其他因素都相同)，以便減小實驗誤差。(3)平行重復(fù)原則：在實驗設(shè)計中為了避免實驗結(jié)果的偶然性，必須對所做實驗進(jìn)行足夠次數(shù)的重復(fù)，以獲得多次實驗結(jié)果的平均值，保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。2.三類變量(自變量、因變量、無關(guān)變量)分析3.教材中探究類實驗的變量分析實驗名稱自變量因變量無關(guān)變量探究溫度對淀粉酶活性的影響不同溫度(至少三種)酶的活性(加碘液后溶液顏色的變化)pH、底物量、酶量、試管的潔凈程度、反應(yīng)時間、操作程序等探究pH對過氧化氫酶活性的影響不同pH(至少三種)酶的活性(氣泡的數(shù)量或帶火星的衛(wèi)生香燃燒的猛烈程度)溫度、底物量、酶量、試管的潔凈程度、反應(yīng)時間、操作程序等探究酵母菌的呼吸方式氧氣的有無CO2生成量(澄清石灰水的混濁程度)；酒精產(chǎn)生(用重鉻酸鉀檢測)葡萄糖溶液、石灰水的量、溫度、pH、錐形瓶的潔凈程度等模擬探究細(xì)胞表面積與體積的關(guān)系瓊脂塊體積的大小物質(zhì)運輸?shù)男蔔aOH溶液的量、浸泡的時間、測量的準(zhǔn)確性等探究生長素類似物促進(jìn)插條生根的最適濃度不同濃度的生長素類似物扦插枝條的生根數(shù)量或長度實驗材料的一致性、生長素類似物濃度的準(zhǔn)確性、處理時間的一致性等探究培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量的動態(tài)變化時間酵母菌種群數(shù)量培養(yǎng)液的成分、培養(yǎng)條件、空間等探究水族箱中的群落演替時間群落的變化水族箱的培養(yǎng)條件和環(huán)境等技能展示1.(2019山西運城期中)下圖是高中生物探究性實驗設(shè)計的示意圖，相關(guān)敘述正確的是()A.圖中A處應(yīng)為“演繹推理”，比如孟德爾所做的測交實驗就屬于此過程B.圖中B處應(yīng)為“無關(guān)變量”，比如探究光照強(qiáng)度對光合速率的影響實驗中，溫度就是此變量C.圖中C處應(yīng)為“因變量”，比如探究酵母菌的呼吸方式實驗中，有無氧氣就是此變量D.圖中D處應(yīng)為“干擾因素”，比如葉肉細(xì)胞不適用于觀察線粒體解析圖中A處應(yīng)為“作出假設(shè)”，A錯誤；圖中B處應(yīng)為“因變量”，如探究光照強(qiáng)度對光合速率的影響實驗中，光合速率就是因變量，B錯誤；C處應(yīng)為“無關(guān)變量”，而探究酵母菌的呼吸方式實驗中，有無氧氣是自變量，C錯誤；圖中D處應(yīng)為“干擾因素”，如葉肉細(xì)胞不適用于觀察線粒體，D正確。答案D2.(2019安徽皖南八校模考)下表是探究溫度對纖維素酶活性的影響實驗設(shè)計及結(jié)果，據(jù)表分析，以下說法錯誤的是()試管纖維素懸液/mL222纖維素酶液/mL111反應(yīng)溫度/304050班氏試劑/mL222磚紅色深淺注：“”的多少代表顏色深淺。A.該實驗的自變量為溫度B.該實驗的因變量是還原糖的生成量C.纖維素被水解成了還原糖D.該纖維素酶的最適溫度為40 解析由表中數(shù)據(jù)可知，該實驗中溫度是自變量，A正確；還原糖生成量通過顏色深淺體現(xiàn)出來，這與溫度不同有關(guān)，是因變量，B正確；溶液中出現(xiàn)磚紅色沉淀是因為纖維素被水解成了還原糖，C正確；組與組的溫度相比，40 較適宜，但實際上該纖維素酶最適溫度可能高于或低于40 ，故通過本實驗不能說明該纖維素酶的最適溫度為40 ，D錯誤。答案D3.(2019江西金太陽全國大聯(lián)考)某生物興趣小組對粳稻、秈稻和雜交稻三種水稻品種中的H2O2酶活性進(jìn)行了實驗研究，實驗結(jié)果如下表所示。請回答下列問題：(1)本實驗的目的是探究_。設(shè)計實驗時，各實驗組應(yīng)遵循_原則。(2)分析表中數(shù)據(jù)可知，在一定濃度范圍內(nèi)，Cd2、Cu2都能抑制H2O2酶的活性，且相同濃度的Cu2的抑制作用_(填“大于”“小于”或“等于”)Cd2。Cd2、Cu2對H2O2酶活性的影響主要取決于_(填“植物類型”或“重金屬種類和濃度”)。(3)Cd2、Cu2等重金屬離子影響了H2O2酶的_，從而引起酶活性的改變。答案(1)不同濃度的Cd2和Cu2對不同水稻品種中H2O2酶活性的影響單一變量、對照、重復(fù)(2)大于重金屬種類和濃度(3)空間結(jié)構(gòu)亮劍高考3有關(guān)酶的實驗探究(時間：15分鐘)規(guī)律方法依據(jù)實驗?zāi)康臏?zhǔn)確選取實驗材料和檢測指標(biāo)實驗?zāi)康膶嶒灢牧蠙z測指標(biāo)(試劑)備注高效性過氧化氫與過氧化氫酶、Fe3O2產(chǎn)生的快慢或多少與無機(jī)催化劑對比專一性淀粉、蔗糖與淀粉酶班氏試劑不能用碘液溫度對酶活性的影響淀粉和淀粉酶碘液不能用班氏試劑pH對酶活性的影響過氧化氫與過氧化氫酶O2產(chǎn)生的快慢或多少不選用淀粉和淀粉酶方法體驗1.(2018豫西南示范性高中聯(lián)考)下列與酶有關(guān)的實驗設(shè)計中，正確的是()A.探究溫度對酶活性的影響時，應(yīng)將酶和底物充分混合后再設(shè)置一系列的溫度梯度B.探究底物濃度對胃蛋白酶活性的影響時，各實驗組的pH應(yīng)控制在7左右C.可用麥芽糖酶、麥芽糖、淀粉和班氏試劑等來驗證酶具有專一性D.探究溫度對淀粉酶活性的影響實驗中，應(yīng)加入碘液以檢測各組淀粉的剩余量解析探究溫度對酶活性的影響時，應(yīng)將酶和底物各自保溫達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后再混合，A錯誤；探究底物濃度對胃蛋白酶活性的影響時，pH為無關(guān)變量，應(yīng)保持相同且適宜，故各實驗組的pH應(yīng)控制在1.5左右，B錯誤；麥芽糖及其水解產(chǎn)物葡萄糖都是還原糖，都能和班氏試劑反應(yīng)產(chǎn)生磚紅色沉淀，因此不能用麥芽糖酶、麥芽糖、淀粉和班氏試劑等來驗證酶具有專一性，C錯誤；探究溫度對淀粉酶活性的影響實驗中，不同溫度條件下淀粉的剩余量不同，加入碘液后的藍(lán)色深淺不同，D正確。答案D2.(2018河南安陽市二模)某學(xué)習(xí)小組在學(xué)習(xí)了用過氧化氫酶探究pH對酶活性影響的實驗后，進(jìn)行了以下實驗：取3支潔凈的試管，依次編號為13，分別向各試管中加入2 mL的過氧化氫溶液，再分別向13號試管加入1 mL的HCl溶液、蒸餾水和NaOH溶液，使其pH分別為2、7、12，最后向各試管中均加入2滴的新鮮肝臟研磨液。結(jié)果發(fā)現(xiàn)2號和3號試管都有大量氣泡產(chǎn)生，而1號試管幾乎無氣泡產(chǎn)生。3號試管的實驗現(xiàn)象與預(yù)期不符，該小組同學(xué)查閱資料后認(rèn)為，pH也可能影響過氧化氫自身的分解，為驗證此假設(shè)他們又進(jìn)行了下表所示實驗。請回答下列問題：酸性(pH2)中性(pH7)堿性(pH12)試管編號abcdef步驟一向1 mL HCl溶液中滴加2滴新鮮肝臟研磨液向1 mL HCl溶液中滴加2滴蒸餾水向1 mL蒸餾水中滴加2滴新鮮肝臟研磨液B向1 mL NaOH溶液中滴加2滴新鮮肝臟研磨液C步驟二向各試管中加入2 mL過氧化氫溶液單位時間氣泡量無A大量少量大量大量(1)上表所示實驗的自變量除pH外，還有_。表中的A、B、C分別表示_、_、_。(2)從表中實驗方案可推測該小組認(rèn)為3號試管中實驗現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是_。解析(1)從題意分析可知，表中所示實驗的自變量是pH、(過氧化氫)酶的有無(或是否添加新鮮肝臟研磨液)。從表中b號試管加入的試劑推測可知，d和f試管的操作步驟分別是向1 mL蒸餾水中滴加2滴蒸餾水、向1 mL NaOH溶液中滴加2滴蒸餾水，a試管無氣泡產(chǎn)生，因此推測現(xiàn)象A也是無氣泡產(chǎn)生。(2)從表中b、d和e試管可推f知，該小組設(shè)計此實驗的目的是探究實驗一中出現(xiàn)3號試管的現(xiàn)象的原因，該小組認(rèn)為出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因可能是堿性環(huán)境下，NaOH會促進(jìn)過氧化氫分解。答案(1)(過氧化氫)酶的有無(或是否添加新鮮肝臟研磨液)無向1 mL蒸餾水中滴加2滴蒸餾水向1 mL NaOH溶液中滴加2滴蒸餾水(2)堿性環(huán)境下，NaOH會促進(jìn)過氧化氫分解(答案合理即可)3.(2019福州市期末)為驗證酶的專一性，某同學(xué)擬進(jìn)行如下一組實驗，回答下列問題：(1)依據(jù)下表加入試劑：試管號1%淀粉溶液/mL222%蔗糖溶液/mL22淀粉酶/mL11蒸餾水/mL11(2)各試管置于適宜溫度水浴處理一定時間后，加入班氏試劑1 mL，此時各試管應(yīng)_處理23分鐘后，觀察是否有_的產(chǎn)生。(3)為相互印證，還應(yīng)增加一組實驗，應(yīng)選擇的酶試劑為_，其他試劑和操作方法都不作改變。(4)本實驗選擇淀粉、蔗糖為底物，只用一種試劑就能檢測是否發(fā)生了酶促反應(yīng)，原因是_。解析(2)使用班氏試劑檢測還原糖需要進(jìn)行水浴加熱，在水浴加熱條件下，二者反應(yīng)顯磚紅色。(3)根據(jù)酶的專一性，淀粉酶可以引起淀粉水解，但不能引起蔗糖水解，而蔗糖酶可以引起蔗糖水解，不能引起淀粉水解，因此，為相互印證，還應(yīng)設(shè)置一組添加有蔗糖酶的實驗，其他試劑和操作方法都不改變。(4)淀粉和蔗糖都是非還原糖，但它們的水解產(chǎn)物都是還原糖，因此，通過班氏試劑可以檢測是否發(fā)生了酶促反應(yīng)。答案(2)水浴加熱磚紅色沉淀 (3)蔗糖酶(4)淀粉和蔗糖都不是還原糖，但淀粉和蔗糖的酶促水解產(chǎn)物都是還原糖4.(2019湖北黃岡調(diào)研)為探究溫度對過氧化氫酶活性的影響，科研人員以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的酵母菌液作為酶源，進(jìn)行如下探究實驗：設(shè)計如圖所示的實驗裝置。實驗組注射器A內(nèi)吸入體積分?jǐn)?shù)為1%的過氧化氫溶液5 mL，注射器B內(nèi)吸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的酵母菌液2 mL。對照組注射器A內(nèi)吸入體積分?jǐn)?shù)為1%的過氧化氫溶液5 mL，注射器B內(nèi)吸入蒸餾水2 mL。用乳膠管連接注射器A和B，在乳膠管上夾上止水夾。設(shè)置溫度梯度：0 、10 、20 、30 、40 、50 、60 ，將實驗組和對照組裝置分別在相應(yīng)溫度下保溫10 min。打開止水夾，將注射器A中的過氧化氫溶液勻速推至注射器B中，立即關(guān)閉止水夾，記錄注射器B中活塞所處的刻度。5 min后再次記錄刻度，計算刻度變化量，重復(fù)3次。將對照組和實驗組在各溫度條件下獲得的3次實際實驗數(shù)據(jù)作相應(yīng)處理，繪制如圖所示曲線。請回答下列問題：(1)步驟中設(shè)置對照組的目的_。步驟中將實驗組裝置分別在相應(yīng)溫度下先保溫10 min的目的是_。步驟中的“相應(yīng)處理”是指_。(2)有人認(rèn)為，本實驗不宜采用過氧化氫溶液作為“探究溫度對酶活性的影響”的實驗材料。你_(填“同意”或“不同意”)他的觀點，請簡要說明理由：_。(3)經(jīng)反復(fù)嘗試，該實驗選擇體積分?jǐn)?shù)為1%的過氧化氫溶液較合理。若過氧化氫溶液濃度過高，可能帶來的影響是_。(4)有人認(rèn)為，以酵母菌液作為過氧化氫酶源不是很嚴(yán)謹(jǐn)，原因是_。解析(1)由題意“探究溫度對過氧化氫酶活性的影響”可知，該實驗的自變量是溫度，因變量是酶的活性。分析實驗步驟可知因變量可用注射器的刻度變化量表示。步驟中設(shè)置對照組的目的是排除無關(guān)變量對過氧化氫分解的影響。為了控制單一變量且保證酵母菌液和過氧化氫溶液在混合前達(dá)到需控制的溫度，步驟中實驗組裝置應(yīng)該分別在相應(yīng)溫度下先保溫10 min。多次實驗的數(shù)據(jù)應(yīng)以其平均值作為最終的實驗結(jié)果參考。(2)據(jù)圖分析，實驗組：在實驗所設(shè)溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，酶的活性逐漸升高，30 時酶的活性最高，而超過30 后酶的活性又逐漸降低，直至完全失活。同時，對照組實驗結(jié)果表明過氧化氫在060 之間未發(fā)生明顯的分解，因此可以采用過氧化氫溶液作為“探究溫度對酶活性的影響”的實驗材料。(3)步驟中選擇體積分?jǐn)?shù)為1%的過氧化氫溶液