2023高三二輪總復(fù)習(xí)生物-專項(xiàng)一-(七)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類

(七)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類[模板概述]實(shí)驗(yàn)探究型試題要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，選擇實(shí)驗(yàn)器材，安排實(shí)驗(yàn)步驟，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法及分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，主要考查學(xué)生是否理解實(shí)驗(yàn)原理和具備分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力，是否具有靈活運(yùn)用實(shí)驗(yàn)知識(shí)的能力，是否具有在不同情景下遷移知識(shí)的能力。其解題思維模板如下：第一步：審準(zhǔn)目的、原理和要求第二步：確定和處理三種變量第三步：編寫步驟，預(yù)測(cè)結(jié)果與結(jié)論(1)明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，弄清?shí)驗(yàn)類型是驗(yàn)證類還是探究類。(2)明確實(shí)驗(yàn)原理，理解實(shí)驗(yàn)依據(jù)。(3)明確實(shí)驗(yàn)中的問題要求和實(shí)驗(yàn)變量。確定處理自變量(實(shí)驗(yàn)變量)、因變量(反應(yīng)變量)、無關(guān)變量。(1)編寫步驟：①首先分組編號(hào)；②其次材料處理——不施加實(shí)驗(yàn)變量設(shè)為對(duì)照組，施加實(shí)驗(yàn)變量設(shè)為實(shí)驗(yàn)組，控制無關(guān)變量；③觀察或測(cè)量并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(2)預(yù)測(cè)結(jié)果與結(jié)論：表述方式因?qū)嶒?yàn)類型不同有所區(qū)別。典例剖析例題為了驗(yàn)證胰島素具有降低血糖的作用，以小鼠的活動(dòng)狀況為觀察指標(biāo)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)原理：胰島素具有降低血糖的作用。體內(nèi)胰島素含量過高時(shí)，引起血糖水平下降，機(jī)體出現(xiàn)活動(dòng)減少，甚至昏迷等低血糖癥狀，此癥狀可以通過補(bǔ)充葡萄糖溶液得到緩解。材料用具：正常小鼠4只、注射器、胰島素溶液、葡萄糖溶液、生理鹽水。(1)實(shí)驗(yàn)步驟：①將正常小鼠隨機(jī)均分成A、B兩組，觀察并記錄__________________________________。②給A組小鼠注射適量胰島素溶液，B組小鼠____________________________________________________________________________________________________________________。一段時(shí)間后，A組小鼠會(huì)出現(xiàn)四肢無力，活動(dòng)減少，甚至昏迷等低血糖癥狀，B組小鼠______________________________________________________________________________。③A組小鼠出現(xiàn)低血糖癥狀后，分別給A、B兩組小鼠________________________________。一段時(shí)間后，A組小鼠低血糖癥狀得到緩解，B組小鼠____________________________________________________________________________________________________________。(2)該實(shí)驗(yàn)過程可以說明__________________________________________________________。(3)分析小鼠注射胰島素溶液后出現(xiàn)低血糖癥狀的原因：____________________________________________________________________________________________________________。思維導(dǎo)表完善如下表格第一步：審準(zhǔn)目的、原理和要求(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證胰島素具有降低血糖的作用；(2)實(shí)驗(yàn)原理：先注射胰島素，出現(xiàn)低血糖癥狀，再注射葡萄糖溶液，低血糖癥狀得到緩解第二步：確定和處理三種變量自變量：胰島素含量；因變量：小鼠的活動(dòng)情況；無關(guān)變量：所選正常小鼠的生理狀態(tài)、所使用的溶液的量第三步：編寫步驟，預(yù)測(cè)結(jié)果與結(jié)論步驟補(bǔ)充：②給A組小鼠注射適量胰島素溶液，B組應(yīng)注射等量生理鹽水；③分別給A、B兩組小鼠注射等量葡萄糖溶液；預(yù)測(cè)結(jié)果：②A組小鼠出現(xiàn)低血糖癥狀，B組小鼠的活動(dòng)狀況無變化；③A組小鼠的低血糖癥狀得到緩解，B組小鼠的活動(dòng)狀況仍無變化答案(1)①小鼠的活動(dòng)狀況②注射等量生理鹽水活動(dòng)狀況無變化③注射等量葡萄糖溶液活動(dòng)狀況無變化(2)胰島素具有降低血糖的作用(3)注射胰島素溶液后，小鼠體內(nèi)胰島素含量過高，引起血糖含量下降，小鼠組織細(xì)胞特別是腦組織細(xì)胞因血糖供應(yīng)減少、能量供應(yīng)不足而發(fā)生功能障礙，從而引起低血糖癥狀技法鏈接解答此類試題時(shí)要緊扣題意，仔細(xì)結(jié)合上下文進(jìn)行補(bǔ)充。其突破方法是：(1)補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)原理類：需深入分析題目中與實(shí)驗(yàn)原理有關(guān)的內(nèi)容，如對(duì)照組實(shí)驗(yàn)、重要實(shí)驗(yàn)步驟、重要實(shí)驗(yàn)裝置、完善實(shí)驗(yàn)裝置、完善實(shí)驗(yàn)所用的實(shí)驗(yàn)方法等，在此基礎(chǔ)上，聯(lián)系教材中相關(guān)聯(lián)的原理、知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行知識(shí)遷移，歸納出其原理。解決這類問題的基點(diǎn)是看我們能否對(duì)教材中基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的原理深刻理解，能否對(duì)其融會(huì)貫通，舉一反三，是否學(xué)會(huì)了類比遷移。(2)補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)步驟類：需根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定實(shí)驗(yàn)變量，審讀所提供的信息中是否準(zhǔn)確控制了實(shí)驗(yàn)變量，是否遵循對(duì)照原則、單一變量原則等。對(duì)此類問題的考查，主要是看學(xué)生是否知道實(shí)驗(yàn)變量的控制及實(shí)驗(yàn)原則的遵循。(3)預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果類：需認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮拖嚓P(guān)知識(shí)，確定自變量對(duì)因變量的影響。一定要辨別實(shí)驗(yàn)是屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)還是探究性實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)具有明確的結(jié)果；探究性實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果是未知的或不確定的，應(yīng)針對(duì)各種可能性分別加以考慮和分析，得到相關(guān)結(jié)論。無論是哪種情況，文字描述應(yīng)力求簡(jiǎn)練、準(zhǔn)確、科學(xué)。對(duì)應(yīng)訓(xùn)練1．(2022·天津南開中學(xué)高三一模)小鼠克隆胚胎著床后胎盤發(fā)育顯著異常可能是與克隆胚胎中H3K27me3印記基因過度表達(dá)有關(guān)，H3K27me3印記基因敲除極大提高了體細(xì)胞克隆的成功率，H3K27me3印記基因敲除的實(shí)驗(yàn)組克隆小鼠的體重與受精卵來源的小鼠一致，而對(duì)照組克隆小鼠的體重顯著高于受精卵來源的小鼠；實(shí)驗(yàn)組克隆小鼠的胎盤直徑和重量也顯著低于對(duì)照組克隆小鼠，而與受精卵來源的小鼠一致。下列相關(guān)分析錯(cuò)誤的是()A．克隆胚胎過大可能是克隆胚胎著床后成活率低的原因B．克隆胚胎過大的原因可能是克隆胚胎的胎盤過大C．H3K27me3印記基因過度表達(dá)抑制胎盤的發(fā)育D．H3K27me3印記基因的表達(dá)產(chǎn)物可能影響早期胚胎滋養(yǎng)層細(xì)胞發(fā)育答案C解析克隆小鼠的體重顯著高于受精卵來源的小鼠，故克隆胚胎過大可能是克隆胚胎著床后成活率低的原因，A正確；實(shí)驗(yàn)組克隆小鼠的胎盤直徑和重量顯著低于對(duì)照組克隆小鼠，而與受精卵來源的小鼠一致，說明克隆胚胎過大的原因可能是克隆胚胎的胎盤過大，B正確；H3K27me3印記基因敲除的實(shí)驗(yàn)組，克隆小鼠的胎盤直徑和重量顯著低于對(duì)照組克隆小鼠，而與受精卵來源的小鼠一致，說明H3K27me3印記基因可促進(jìn)胎盤的發(fā)育，C錯(cuò)誤；H3K27me3印記基因可影響胎盤的發(fā)育，而胎盤是由滋養(yǎng)層細(xì)胞發(fā)育而來的，故其表達(dá)產(chǎn)物可能影響早期胚胎滋養(yǎng)層細(xì)胞的發(fā)育，D正確。2．(2022·江蘇揚(yáng)州高三模擬)科研人員研究乙烯對(duì)水稻和玉米黃化苗根、莖生長(zhǎng)的影響，得到如圖所示結(jié)果。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A．幾乎所有高等植物的組織細(xì)胞都能產(chǎn)生微量的乙烯B．對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組分別在無乙烯、含相同濃度乙烯的空氣中培養(yǎng)C．乙烯對(duì)水稻根、芽生長(zhǎng)的影響不能體現(xiàn)低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的特點(diǎn)D．乙烯對(duì)兩類植物的胚芽和胚根的生長(zhǎng)均有抑制作用答案D解析對(duì)照組在無乙烯空氣中正常培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)組在其他條件相同含乙烯的空氣中培養(yǎng)，B正確；由圖可知，乙烯對(duì)水稻根、芽生長(zhǎng)的影響不能體現(xiàn)低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的特點(diǎn)，C正確；由圖可知，乙烯對(duì)水稻的胚芽生長(zhǎng)具有一定的促進(jìn)作用，D錯(cuò)誤。3．(2022·湖北襄陽(yáng)五中模擬預(yù)測(cè))人體腸道菌群對(duì)機(jī)體健康具有重要作用?？蒲腥藛T利用長(zhǎng)爪沙鼠開展實(shí)驗(yàn)，對(duì)甲狀腺功能亢進(jìn)(甲亢)引起體溫偏高過程中腸道菌群的作用進(jìn)行研究，主要流程(見下圖1)及結(jié)果如圖所示(見下圖2)。下列相關(guān)敘述正確的是()A．甲亢動(dòng)物甲狀腺激素濃度一般高于正常值，導(dǎo)致安靜狀態(tài)下的代謝速率偏高，機(jī)體的產(chǎn)熱量大于散熱量B．圖1中Ⅰ、Ⅱ處所需的實(shí)驗(yàn)材料和處理分別為含有甲狀腺激素的食物、不移植菌群C．實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示第0周，B組鼠安靜狀態(tài)下的代謝速率顯著高于A組；第1～6周，B2組安靜狀態(tài)下的代謝速率低于B1組，可推測(cè)甲狀腺激素通過改變腸道菌群，提高代謝水平D．腸道菌群數(shù)量或種類不能作為進(jìn)一步驗(yàn)證上述推測(cè)的檢測(cè)指標(biāo)答案C解析由于甲亢動(dòng)物甲狀腺激素濃度高于正常值，甲狀腺激素可提高細(xì)胞代謝速率，導(dǎo)致機(jī)體產(chǎn)生更多的熱量，機(jī)體的產(chǎn)熱量與散熱量相等，甲亢動(dòng)物安靜狀態(tài)下體溫保持偏高不變，A錯(cuò)誤；探究實(shí)驗(yàn)需要遵循實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的等量原則、對(duì)照原則、單一變量原則等，故圖1中B組小鼠與A組小鼠對(duì)照，應(yīng)該飼喂含有甲狀腺激素的食物；B1與B2組對(duì)照，B2組應(yīng)該移植正常鼠腸道菌群，故圖1中Ⅰ、Ⅱ處所需的實(shí)驗(yàn)材料和處理分別為含有甲狀腺激素的食物、移植正常鼠腸道菌群，B錯(cuò)誤；由圖2實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，第0周，B組鼠安靜狀態(tài)下的代謝速率顯著高于A組；第1～6周，B2組安靜狀態(tài)下的代謝速率低于B1組，可推測(cè)甲狀腺激素通過改變腸道菌群，提高代謝水平，C正確；由C項(xiàng)可知，甲狀腺激素通過改變腸道菌群，提高代謝水平，故為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述推測(cè)，可檢測(cè)腸道菌群數(shù)量或腸道菌群種類，D錯(cuò)誤。4．1937年霍奇金以蛙坐骨神經(jīng)為材料，研究冷卻阻滯對(duì)動(dòng)作電位在神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)的影響，記錄距冷卻阻滯點(diǎn)不同距離處膜內(nèi)電位變化，結(jié)果如圖所示。下列相關(guān)敘述正確的是()A．實(shí)驗(yàn)中坐骨神經(jīng)應(yīng)始終置于無菌水中B．實(shí)驗(yàn)刺激和測(cè)量的部位應(yīng)選擇神經(jīng)元軸突C．冷卻阻滯不影響細(xì)胞膜上鈉離子通道的開放D．本研究還可證明神經(jīng)纖維上興奮的傳導(dǎo)是雙向的答案B解析實(shí)驗(yàn)中坐骨神經(jīng)應(yīng)始終置于任氏液中，A錯(cuò)誤；軸突較長(zhǎng)易操作，并且神經(jīng)沖動(dòng)的傳導(dǎo)主要通過軸突，所以實(shí)驗(yàn)刺激和測(cè)量的部位應(yīng)選擇神經(jīng)元軸突，B正確；據(jù)圖分析，冷卻阻滯點(diǎn)不同距離處膜內(nèi)電位不同，所以冷卻阻滯影響細(xì)胞膜上鈉離子通道的開放，C錯(cuò)誤；本研究只研究了一個(gè)方向的興奮的傳導(dǎo)，不能證明神經(jīng)纖維上興奮的傳導(dǎo)是雙向的，D錯(cuò)誤。5．(2022·江蘇南通高三一模)中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)篩選出一種具有新冠病毒特異性中和活性的中和抗體CB6。他們將9只恒河猴分為對(duì)照組、預(yù)防組和治療組。對(duì)照組注射安慰劑；預(yù)防組在感染新冠病毒前一天，注射抗體CB6；治療組在感染病毒后第一天和第三天，注射相同劑量的抗體CB6。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A．恒河猴感染病毒后身體不適不屬于反射B．CB6對(duì)預(yù)防新冠病毒感染具有良好的效果C．前4天對(duì)照組中病毒滴度的增加是免疫系統(tǒng)被破壞所導(dǎo)致的D．實(shí)驗(yàn)表明恒河猴的免疫系統(tǒng)對(duì)新冠病毒有較好的防御功能答案C解析恒河猴感染病毒后身體可能會(huì)引起發(fā)燒等不適癥狀，該過程屬于免疫反應(yīng)的結(jié)果而非反射，A正確；與對(duì)照組相比，預(yù)防組和治療組均注射過CB6抗體，感染的第二天以后，兩組的咽拭子病毒數(shù)量低于對(duì)照組，說明CB6對(duì)預(yù)防新冠病毒感染具有良好的效果，B正確；病毒侵入機(jī)體后，機(jī)體的特異性免疫過程需要一定時(shí)間，故前4天對(duì)照組中病毒滴度的增加是由于此時(shí)漿細(xì)胞、抗體等數(shù)量不足，病毒增殖造成的；若免疫系統(tǒng)被破壞，4天后病毒數(shù)量不會(huì)降低，C錯(cuò)誤；據(jù)圖可知，對(duì)照組雖未注射CB6抗體，但其體內(nèi)的病毒數(shù)量在第7天時(shí)降至與預(yù)防組和治療組同等的水平，說明恒河猴的免疫系統(tǒng)對(duì)新冠病毒有較好的防御功能，D正確。6．科研人員研究了CO2和溫度兩種生態(tài)因子對(duì)壇紫菜(一種海洋藻類植物)的生長(zhǎng)和光合生理特征的影響。實(shí)驗(yàn)過程如下：①?gòu)暮Ｔ屦B(yǎng)殖基地采集新鮮、健康、形狀等一致的壇紫菜葉狀體(約5～8cm)，帶回實(shí)驗(yàn)室暫養(yǎng)3～4天備用；②將2g藻體放入3L天然過濾海水中，均分于12個(gè)相同錐形瓶中。設(shè)置溫度為15℃和25℃，CO2濃度為390μmol/mol(近似空氣中的CO2濃度)和700μmol/mol的四組實(shí)驗(yàn)，每種處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)；③除表中條件外，在其他相同且在適宜條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)第7天進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下，請(qǐng)回答下列問題：組別色素390μmol/mol700μmol/mol15℃25℃15℃25℃葉綠素(mg/g鮮重)0.4800.4760.7630.741類胡蘿卜素(mg/g鮮重)0.2250.2740.3270.337(1)采集海藻養(yǎng)殖基地的壇紫菜葉狀體帶回實(shí)驗(yàn)室暫養(yǎng)3～4天后，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的目的是__________________________。(2)該實(shí)驗(yàn)的自變量有____________________________。實(shí)驗(yàn)中“其他相同且適宜”的條件屬于__________變量，這些變量需保持相同的原因是__________________________，需保持適宜的好處是__________________________。(3)影響圖中曲線日變化的主要生理過程是____________________________；由曲線可判斷，21：00時(shí)，壇紫菜葉狀體細(xì)胞中產(chǎn)生ATP的場(chǎng)所有__________________________。(4)若要得到葉綠素a，需將壇紫菜進(jìn)行研磨過濾，然后用____________法分離色素；由表可知，在15℃和25℃兩種生長(zhǎng)溫度條件下，CO2濃度增加時(shí)，葉綠素和類胡蘿卜素含量______；在相同CO2濃度條件下，溫度改變時(shí)，藻體中葉綠素和類胡蘿卜素含量__________________。答案(1)使壇紫菜適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境(2)溫度、CO2濃度無關(guān)排除無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加明顯(3)光合作用與細(xì)胞呼吸細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體(4)紙層析增加變化不明顯解析(1)本實(shí)驗(yàn)自變量是CO2濃度和溫度，為避免其他因素的影響，采集海藻養(yǎng)殖基地的壇紫菜葉狀體帶回實(shí)驗(yàn)室暫養(yǎng)3～4天后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，目的是使壇紫菜葉狀體適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)環(huán)境，避免其他因素干擾。(2)實(shí)驗(yàn)過程中要控制無關(guān)變量，如營(yíng)養(yǎng)液的鹽濃度、光照強(qiáng)度、光照周期等要保持相同且適宜。這些變量需保持相同的原因是排除無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。需保持適宜的好處是使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加明顯。(3)曲線橫坐標(biāo)表示時(shí)間變化，縱坐標(biāo)是pH，隨著時(shí)間變化，壇紫菜葉狀體的呼吸作用和光合作用強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，引起培養(yǎng)液中pH發(fā)生變化。21：00時(shí)，壇紫菜葉狀體進(jìn)行光合作用和呼吸作用，細(xì)胞中產(chǎn)生ATP的場(chǎng)所有細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體。(4)光合色素可通過紙層析法分離得到。結(jié)合表中數(shù)據(jù)，在15℃和25℃兩種生長(zhǎng)溫度條件下，CO2濃度增加時(shí)，葉綠素和類胡蘿卜素含量增加，其他適宜條件處理后，葉綠素和類胡蘿卜素含量均增加；在相同CO2濃度培養(yǎng)條件下，25℃相對(duì)15℃，藻體中光合色素含量變化不明顯。7．為研究藥物A對(duì)裸鼠(先天胸腺缺陷鼠)移植瘤細(xì)胞周期的影響，請(qǐng)根據(jù)以下提供的材料和用具，以細(xì)胞周期中不同DNA含量的細(xì)胞數(shù)為測(cè)定指標(biāo)，完善實(shí)驗(yàn)分組設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)思路，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄表并進(jìn)行分析與討論：材料與用具：裸鼠、人乳腺癌細(xì)胞、藥物A溶液、生理鹽水、流式細(xì)胞儀(可根據(jù)細(xì)胞中DNA含量的不同對(duì)細(xì)胞分別計(jì)數(shù))、注射器等。要求與說明：裸鼠日常飲食在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中不做要求；藥物每天提供一次，10天后測(cè)定。(1)實(shí)驗(yàn)思路：①取生理狀況相似的同性別健康裸鼠若干只，每只注射適量且等量的人乳腺癌細(xì)胞，一段時(shí)間后獲得人乳腺癌移植瘤成功的裸鼠10只。②將10只裸鼠隨機(jī)均分為兩組，各組裸鼠分別腹腔注射______________________________。每只裸鼠給藥頻次均為______________________________________。③取出每組小鼠的移植瘤細(xì)胞，用流式細(xì)胞儀分析____________________________________的細(xì)胞數(shù)目，記錄結(jié)果。④_________________________________________________