提能點(diǎn)(一)　實(shí)驗(yàn)中的變量類(lèi)型及控制方法分析

專(zhuān)題二十九

綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與分析提能點(diǎn)(一)實(shí)驗(yàn)中的變量類(lèi)型及

控制方法分析1.變量的類(lèi)型變量是指可被操控的特定因素或條件。據(jù)其在實(shí)驗(yàn)中的作用可分為兩大類(lèi)：(1)自變量與因變量自變量指實(shí)驗(yàn)中由實(shí)驗(yàn)者所操控的因素或條件；因變量指實(shí)驗(yàn)中由于自變量變化而引起的變化和結(jié)果。通常自變量是原因，因變量是結(jié)果，二者具有因果關(guān)系。實(shí)驗(yàn)的目的在于獲得和解釋這種前因后果。例如在“探究pH對(duì)過(guò)氧化氫酶的影響”的實(shí)驗(yàn)中，所給定的pH分別為5.0、6.0、7.0、8.0的緩沖液就是自變量，而由于pH條件的變化，過(guò)氧化氫酶催化過(guò)氧化氫分解的反應(yīng)速率也隨之變化，這就是因變量，該實(shí)驗(yàn)的目的在于獲得和解釋pH變化(自變量)與酶的活性變化(因變量)的因果關(guān)系。(2)無(wú)關(guān)變量與額外變量無(wú)關(guān)變量指實(shí)驗(yàn)中除自變量以外，可能還會(huì)存在一些可變因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，這些變量稱(chēng)為無(wú)關(guān)變量；額外變量也稱(chēng)干擾變量，指實(shí)驗(yàn)中由于無(wú)關(guān)變量所引起的變化和結(jié)果，額外變量會(huì)對(duì)因變量有干擾作用。例如上述實(shí)驗(yàn)中除自變量(不同pH的緩沖液)以外，試管潔凈程度、過(guò)氧化氫酶的濃度和純度、過(guò)氧化氫溶液的濃度、試劑溶液的劑量、實(shí)驗(yàn)操作程序、實(shí)驗(yàn)處理的時(shí)間長(zhǎng)短等，都屬于無(wú)關(guān)變量，要求對(duì)4組不同pH的緩沖液的實(shí)驗(yàn)是等同、均衡、穩(wěn)定的。如果無(wú)關(guān)變量中的任何一個(gè)或幾個(gè)因素或條件，對(duì)4個(gè)實(shí)驗(yàn)組的給定不等同、不均衡、不穩(wěn)定，則會(huì)在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中產(chǎn)生額外變量，出現(xiàn)干擾，造成誤差。2.變量的控制控制變量法是指控制其他因素不變，集中研究其中一個(gè)因素的變化，保證實(shí)驗(yàn)不受干擾或?qū)⒏蓴_因素降低到最低程度。通過(guò)控制變量，盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差，以取得較為精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。操控自變量的方法控制其他因素不變，而只改變其中一個(gè)因素(自變量)，使其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響檢測(cè)因變量的方法根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)條件確定觀察、測(cè)量的指標(biāo)和方法。具體指標(biāo)：觀察特定的顏色變化、沉淀反應(yīng)；觀察形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理變化；測(cè)量生長(zhǎng)發(fā)育速度；測(cè)量生化反應(yīng)速度等控制無(wú)關(guān)變量的方法(平衡控制)排除因?qū)嶒?yàn)對(duì)象的個(gè)體差異帶來(lái)的影響；設(shè)法創(chuàng)造穩(wěn)定的相同的條件進(jìn)行對(duì)照，以抵消或排除這些因素對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的干擾；設(shè)法提供適宜條件，以排除不利環(huán)境條件對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的影響續(xù)表不論一個(gè)實(shí)驗(yàn)有幾個(gè)實(shí)驗(yàn)變量，都應(yīng)確定一個(gè)實(shí)驗(yàn)變量對(duì)應(yīng)觀測(cè)一個(gè)因變量，這就是單一變量原則，它是處理實(shí)驗(yàn)中復(fù)雜關(guān)系的準(zhǔn)則之一。[例1]

乙酰膽堿酯酶能催化神經(jīng)遞質(zhì)(乙酰膽堿)的水解，使神經(jīng)遞質(zhì)在完成神經(jīng)興奮的傳遞任務(wù)之后，盡快分解。許多有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑能專(zhuān)門(mén)抑制乙酰膽堿酯酶的活性。在有機(jī)磷的作用下，乙酰膽堿不能很快分解，肌肉細(xì)胞就會(huì)處于持續(xù)興奮中，表現(xiàn)為震顫不已，直到死亡。為驗(yàn)證有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑對(duì)乙酰膽堿酯酶的活性具有抑制作用，請(qǐng)依據(jù)所給材料，補(bǔ)充完成下列實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)材料：剝制好的兩個(gè)相同的青蛙神經(jīng)—肌肉標(biāo)本、適宜的放電裝置、有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑、生理鹽水、培養(yǎng)皿等。本實(shí)驗(yàn)的自變量是____________________。實(shí)驗(yàn)過(guò)程：①取兩個(gè)培養(yǎng)皿，編號(hào)1、2，各加入等量的生理鹽水，分別將青蛙神經(jīng)—肌肉標(biāo)本浸泡在生理鹽水中。②同時(shí)用電刺激兩神經(jīng)—肌肉標(biāo)本的神經(jīng)纖維，可以觀察到的現(xiàn)象是____________________。③在1號(hào)培養(yǎng)皿中滴加一定量的________________，2號(hào)培養(yǎng)皿中滴加______________。④一段時(shí)間后，同時(shí)給兩神經(jīng)—肌肉標(biāo)本的神經(jīng)纖維施加適當(dāng)?shù)碾姶碳?，觀察到的現(xiàn)象是1號(hào)標(biāo)本震顫不已(或持續(xù)收縮)，2號(hào)標(biāo)本____________。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑對(duì)乙酰膽堿酯酶的活性具有抑制作用。[解析]

根據(jù)題意可知，實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)證有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑對(duì)乙酰膽堿酯酶的活性具有抑制作用，所以實(shí)驗(yàn)的自變量為是否添加有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑。②同時(shí)用電刺激兩神經(jīng)—肌肉標(biāo)本的神經(jīng)纖維，可以觀察到的現(xiàn)象是肌肉收縮后再舒張。③在1號(hào)培養(yǎng)皿中滴加一定量的有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑，在2號(hào)培養(yǎng)皿中滴加等量的生理鹽水，形成對(duì)照。④一段時(shí)間后，同時(shí)給兩神經(jīng)—肌肉標(biāo)本的神經(jīng)纖維施加適當(dāng)?shù)碾姶碳?，觀察到的現(xiàn)象是1號(hào)標(biāo)本持續(xù)收縮，2號(hào)標(biāo)本正常收縮和舒張。[答案]

是否添加有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑②肌肉收縮后再舒張③有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑等量的生理鹽水④正常收縮和舒張1.為了探究光強(qiáng)度和CO2濃度對(duì)植物光合強(qiáng)度的影響，某校同學(xué)進(jìn)行了下列有關(guān)實(shí)驗(yàn)探究。以下是兩組同學(xué)用相同方法、相同裝置對(duì)A、B兩種植物進(jìn)行探究得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：甲組：A植物在不同條件下單位時(shí)間內(nèi)O2釋放量/mL|針|對(duì)|訓(xùn)|練|CO2濃度燈泡的功率(單位：W)2050751002003000.1%3.416.028.240.556.556.50.03%2.311.219.827.627.527.6乙組：B植物在不同條件下單位時(shí)間內(nèi)O2釋放量/mLCO2濃度燈泡的功率(單位：W)2050751002003000.1%2.69.119.555.775.6102.60.03%1.88.418.954.275.2101.8分析上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并回答下列問(wèn)題：(1)甲組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案中確定的自變量是________________，實(shí)驗(yàn)中他們必須控制的最重要的一個(gè)無(wú)關(guān)變量是________。(2)對(duì)比分析甲、乙兩組同學(xué)獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，你認(rèn)為在CO2濃度降低時(shí)，對(duì)________(填“A”或“B”)植物光合強(qiáng)度影響更大。(3)分析上表數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)A植物在燈泡功率為100W、CO2濃度為0.03%時(shí)，采取________________措施有利于顯著提高光合強(qiáng)度。(4)上表中測(cè)得的O2釋放量并非光合作用實(shí)際產(chǎn)生的氧氣量，這是因?yàn)開(kāi)__________________________。解析：(1)由題表可知，甲組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案中自變量是光強(qiáng)度和CO2濃度，因此實(shí)驗(yàn)的其他變量均為無(wú)關(guān)變量，包括溫度、含水量等條件，其中實(shí)驗(yàn)裝置可能引起溫度變化，故必須控制好溫度，使之穩(wěn)定。(2)對(duì)比分析甲、乙兩組同學(xué)獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，A植物在光強(qiáng)度逐漸增大的情況下，低濃度CO2條件與高濃度CO2條件O2釋放量差距越來(lái)越大，而B(niǎo)植物基本沒(méi)有差距，因此在CO2濃度降低時(shí)，對(duì)A植物光合強(qiáng)度影響更大。(3)分析題表數(shù)據(jù)可知，當(dāng)A植物在燈泡功率為100W、CO2濃度為0.03%時(shí)，增加燈泡功率，O2釋放量無(wú)變化，而此光強(qiáng)度下CO2濃度為0.1%時(shí)的O2釋放量卻明顯較高，因此增大CO2濃度能顯著提高光合強(qiáng)度。(4)植物光合作用產(chǎn)生的O2