高三生物考前三个月专题15常考实验技能.docx
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高三生物考前三个月专题15常考实验技能
常考实验技能
[直击考纲] 1.具备验证简单生物学事实的能力,并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理。
2.具有对一些生物学问题进行初步探究的能力,包括运用观察、实验与调查、假说—演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法。
3.能对一些简单的实验方案做出恰当的评价和修订。
考点46 准确理解应用实验基本原则
1.科学性原则:
包括实验原理、实验材料的选择、实验方法、实验结果处理的科学性,要有科学的思想和方法作指导。
典例1
某同学为了探究pH对人唾液淀粉酶活性的影响,设计了如下实验步骤:
①在A、B、C、D、E5支试管中分别加入pH5.0、6.0、7.0、8.0、9.0的适宜浓度缓冲液5mL,再分别加入质量分数为1%的淀粉溶液1mL。
②各试管中分别加入适当浓度的唾液稀释液1mL,摇匀。
③将5支试管加入70℃恒温水浴中,保温时间相同且合适。
④取出各试管,分别加入斐林试剂2mL,摇匀。
⑤观察各试管溶液的颜色,通过颜色深浅判断唾液淀粉酶作用的最适pH。
上述实验步骤中有2处错误,请更正并说明更正的理由(不考虑试剂的浓度和加入量、pH梯度以及实验重复次数),以便实验能得到正确的预期结果。
(1)________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)③中70℃应改为37℃。
因为人唾液淀粉酶作用的最适温度为37℃左右
(2)在观察各试管中溶液的颜色之前应将各试管放在50~65℃温水浴中一段时间。
因为在50~65℃温水浴条件下斐林试剂才能与还原糖反应显色
解析 解答本题时应全面考虑酶的最适条件以及斐林试剂的作用条件。
(1)唾液淀粉酶的最适温度是37℃左右,70℃时酶会变性失活。
(2)加入斐林试剂后,需要50~65℃温水浴加热才能看到砖红色沉淀。
典例2
保水剂是一类高分子聚合物,可提高土壤持水能力及水肥利用率。
某生物兴趣小组为探究“保水剂和氮肥对小麦光合作用的影响”,进行了以下实验:
材料用具:
相同土壤基质栽培的小麦幼苗若干,保水剂,氮肥等。
方法步骤:
①选取长势一致的小麦幼苗若干,平均分为A、B、C三组,分别施用适量的保水剂(60kg·hm-2)、氮肥(225kg·hm-2)、保水剂(60kg·hm-2)+氮肥(225kg·hm-2),置于相同的轻度干旱条件下培养,其他培养条件相同且适宜。
②在小麦灌浆期选择晴朗无风的上午,于10:
00~11:
00从每组选取相同数量的叶片,进行CO2吸收量及叶绿素含量的测定。
结果(均值)如下表:
组号
CO2吸收量
/μmol·m-2·s-1
叶绿素含量
/mg·g-1
A
10.66
3.07
B
13.04
3.02
C
15.91
3.05
实验结论:
适量的保水剂与氮肥配施有利于提高小麦光合作用强度。
(1)请指出上述方法步骤中的缺陷并改正:
步骤①________________________________________________________________________
________________________________________________________________________;
步骤②________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)如不考虑方法步骤中的缺陷,从影响光合作用的内在因素分析,保水剂与氮肥配施提高了CO2吸收量的原因可能是____________________________________________。
(3)实验测得的CO2吸收量________(大于、等于、小于)光合作用过程中CO2实际消耗量,理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
光合作用强度可通过测定CO2吸收量,也可以通过测定__________释放量计算。
答案
(1)没有对照组,应另设一组不施保水剂和氮肥的作为对照组 取材方法不科学,选取的叶片还应取自植株的相同部位
(2)提高了光合作用有关酶的含量与活性 (3)小于 实验测得的CO2吸收量是光合作用过程中CO2实际消耗量与呼吸作用CO2释放量之差 O2
解析
(1)本题实验步骤①缺少对照组;步骤②中,为了减小实验误差,取材时应取植株相同部位的叶片。
(2)影响光合作用的内在因素有自由水的含量,参与光合作用的物质ATP、NADPH的量及酶的活性等。
(3)本题中实测光合作用CO2吸收量等于植物光合作用实际CO2消耗量减去细胞呼吸CO2释放量,测定光合作用强度既可通过测定CO2吸收量,也可通过测定O2释放量进行计算。
2.平行重复原则:
控制某种因素的变化幅度,在同样情况下重复实验,观察其对实验结果的影响程度,从而揭示事物的本质特征。
其目的是为了使实验结果或数据更接近真实情况,避免偶然因素对实验的影响。
典例3
把引起50%左右的细胞发生初始质壁分离的浓度称为等渗浓度。
为了测定洋葱表皮细胞的等渗浓度,有人把大小一样的洋葱表皮细胞分别放入下面各组溶液中,并记录结果如下表:
培养皿
蔗糖溶液浓度
(mol·L-1)
发生初始质壁分离的细胞占
观察细胞数目的百分比
1
0.2
无
2
0.3
无
3
0.4
15%
4
0.5
40%
5
0.6
80%
6
0.7
99%
7
0.8
100%
请分析回答:
(1)该洋葱表皮细胞的等渗浓度为多少?
________________________________________________________________________。
(2)你认为用什么方法可以更精确地测定洋葱表皮细胞的等渗浓度?
写出你的设计思路。
(数据保留2位小数)
________________________________________________________________________。
答案
(1)从表中看到,当蔗糖溶液浓度分别为0.5mol·L-1和0.6mol·L-1时,有40%和80%的细胞发生初始质壁分离,根据题干的条件,故确定细胞液的等渗浓度为0.5~0.6mol·L-1
(2)分别配制浓度为0.52mol·L-1、0.54mol·L-1、0.56mol·L-1、0.58mol·L-1四组蔗糖溶液进行实验,再观察细胞发生初始质壁分离的百分比,百分比接近50%的蔗糖溶液的浓度即为细胞液的等渗浓度
典例4
某人拟利用下列材料用具设计实验,探究较低和较高氧气浓度对玉米光合速率的影响。
请帮助完成下列实验方案。
材料用具:
玉米幼苗3株,适宜浓度的完全培养液(含植物生长的全部必需无机盐离子),适宜浓度的NaHCO3溶液(维持CO2含量在大气水平),培养装置,照明灯,O2发生器等。
实验步骤:
①组装培养装置并编号为甲、乙、丙。
培养装置除规格满足实验需要并方便添加物质和取样分析外,还应________________。
②向甲、乙、丙中分别加入等量且适量的完全培养液和NaHCO3溶液,振荡摇匀,各放入1株玉米幼苗。
③向装置甲、乙中分别充入相同体积的4%O2和50%O2,丙组________________作为对照。
④在________条件下培养一段时间,实验过程中保持培养液的有氧环境。
⑤观察记录实验数据,比较得出结论。
结果与结论(略)。
讨论:
为尽量减少实验的偶然误差,对实验材料的处理应注意:
a.________________________________________________________________________;
b.________________________________________________________________________。
答案 ①透明且密闭 ③充入相同体积的21%O2 ④相同且适宜(的光照、温度等) 讨论:
a.幼苗应生长良好且长势一致 b.进行平行重复实验(或每组需用多株玉米幼苗进行实验)
解析 因为实验目的是探究较低和较高氧气浓度对玉米光合速率的影响,故装置要求是密闭并且透光。
向装置甲、乙中分别充入相同体积的4%O2和50%O2,为了对照,丙组应该充入相同体积的21%O2。
在对植物进行培养时,应提供相同且适宜的环境条件:
如光照、温度等。
讨论:
为尽量减少实验的偶然误差,要注意以下两个方面:
a.幼苗应生长良好且长势一致;b.进行平行重复实验(或每组需用多株玉米幼苗进行实验)。
3.对照原则:
即实验中设立对照组,使实验结果具有说服力。
通常,一个实验分为实验组和对照组。
实验组是接受自变量处理的对象组;对照组是不接受自变量处理的对象组。
常见对照类型分为空白对照、自身对照、条件对照和相互对照。
典例5
试判断下列实验分别是属于什么对照类型?
实验组和对照组分别是什么?
(1)“探究影响酶活性的因素”实验中:
1号试管加1mL蒸馏水;2号试管加1mL盐酸;3号试管加1mLNaOH溶液。
答案 属于空白对照。
对照组为1号试管,实验组为2号和3号试管。
(2)“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验。
答案 属于自身对照。
实验处理前的对象状况为对照组,实验处理后的对象变化为实验组。
(3)肺炎双球菌转化实验中以下两组实验:
①S型菌DNA+R型菌
S型菌落+R型菌落
②S型菌DNA+DNA酶+R型菌
R型菌落
答案 属于条件对照。
①为实验组,②为对照组。
(4)植物向重力性生长的向性实验中将玉米种子放置在不同的方向。
答案 属于相互对照。
没有单独的对照组,而是几个实验组相互对照。
(5)在“动物激素饲喂小动物”的实验中,甲组饲喂甲状腺激素,乙组饲喂甲状腺激素抑制剂,丙组不饲喂药剂。
答案 属于条件对照同时具备空白对照。
甲组为实验组,乙组为条件对照,丙组为空白对照。
典例6
为了证实“甲状腺激素及甲状腺抑制剂对蝌蚪发育的影响”,某同学制定下列方案:
a.取两个玻璃缸分别编号为1号、2号;
b.在两个玻璃缸中,分别加入等量(且适量)的水和新鲜水草,然后在每个玻璃缸中分别放入10条同时孵化出的发育状况相同的蝌蚪;
c.向1号缸投放含甲状腺激素的饲料,2号缸投放含甲状腺抑制剂的饲料;
d.每天分别向两缸中投放一些饲料;
e.每隔一段时间观察一次,观察时用小网将蝌蚪捞出放在培养皿中,再将培养皿放在坐标纸(1mm×1mm)上,观察并且测量蝌蚪的体长变化(前肢和后肢的生长情况,尾的变化等)。
上述实验设计方案中,有一些明显的设计缺陷或不足,请你修改并完善该设计方案。
(1)该设计方案的明显缺陷是_____________________________________,
因此,a过程应该为(只需陈述修改内容,下同)_________________________;c过程应该为______________________________。
(2)方案中存在着引起实验误差的不妥之处,d过程的不妥之处应该改为_________________________________________________。
答案
(1)缺少空白对照 再加1个玻璃缸,编为3号 在3号缸内投放普通的饲料,不加任何药剂
(2)“一些饲料”应改为“等量饲料”
解析 本题以“甲状腺激素促进幼小动物发育”的知识为背景,综合考查了实验设计的两个基本原则——“对照原则”和“控制单一变量原则”。
还考查了学生应用生物学基本知识分析和解决有关问题的能力。
本题应设三组实验,一组在饲料中加入甲状腺抑制剂,一组在饲料中加入甲状腺激素,一组只加入普通饲料。
通过实验结果比较,才能充分说明甲状腺激素和甲状腺抑制剂的生理作用,否则无法说明问题。
实验设计应遵循单一变量的原则,对实验条件要严格控制,如蝌蚪的大小,投放饲料和药剂的量,否则实验不易成功。
4.单一变量原则和等量原则:
二者是完全统一的,只不过强调的侧重点不同。
前者强调的是自变量的单一性,即实验组和对照组相比只能有一个变量;而后者强调的是除了自变量之外的一切对实验结果有影响的无关变量必须严格控制在适宜条件下的等量即相同,以平衡和消除无关变量对实验结果的影响。
典例7
某兴趣小组为验证2,4-D对插条生根的促进作用,进行了如下实验。
A.剪取同一杨树植株上长势与长度相同、部位相近且有3个芽的健壮枝条20根,随机均分为甲、乙两组;
B.甲组每根插条上都保留3个芽,乙组每根插条上的芽全部去除;
C.将甲组插条的下端插入适量蒸馏水中,乙组插条的下端插入等量适宜浓度的2,4-D溶液中。
两组均置于相同且适宜的环境中培养;
D.每天观察、记录插条上芽的数目。
请对上述实验进行分析:
(1)每组选取多根插条的目的是__________________________________。
(2)请指出该实验设计的两项不合理之处。
①________________________________________________________________________;
②________________________________________________________________________。
(3)实验设计改正后,甲组起________________作用。
答案
(1)减少实验误差(排除偶然因素对该实验结果的影响或排除无关变量的影响)
(2)①甲、乙两组插条上芽的数量不等(或没有控制好变量) ②观察、记录插条上芽的数量不对(或观察记录的指标不对) (3)对照
解析
(1)每组选取多根插条的目的是减少实验误差(排除偶然因素对该实验结果的影响或排除无关变量的影响)。
(2)依据实验设计的等量原则和单一变量原则分析该实验设计的两项不合理之处依次是甲、乙两组插条上芽的数量不等(或没有控制好变量);观察、记录插条上芽的数量不对(或观察记录的指标不对)。
(3)实验设计改正后,甲组起对照作用。
典例8
某学生准备验证酵母菌既能进行有氧呼吸,也能进行无氧呼吸,并设计了下列对照实验,请你帮助他完成有关内容。
(1)实验目的:
验证酵母菌的细胞呼吸方式。
(2)材料用具:
酵母菌培养液、质量浓度为0.19g/mL的葡萄糖溶液、液体石蜡油、蒸馏水、保温瓶、温度计、棉花。
(3)实验步骤:
①将质量浓度为0.19g/mL的葡萄糖溶液加热后冷却备用。
②取3个保温瓶,编号为A、B、C,并将C瓶设置为对照。
③在3个保温瓶中分别加入等量的________________。
④A瓶中再加入________________________________,B瓶中再加入____________________________,C瓶中再加入________________________________。
⑤在3个保温瓶中均放入温度计,用棉花轻轻塞上瓶口,并保证保温瓶通气。
⑥24小时后观察并记录3个保温瓶中温度的变化。
(4)实验结果及分析:
C瓶温度________,A瓶温度________(填“高于”、“低于”或“等于”)B瓶温度,原因是____________________________________________。
(5)实验结论:
__________________________________。
答案 (3)③葡萄糖溶液 ④适量的酵母菌培养液和液体石蜡油 与A瓶所加酵母菌培养液等量的酵母菌培养液 与A瓶所加酵母菌培养液等量的蒸馏水 (4)不变 低于 酵母菌无氧呼吸释放的能量比有氧呼吸释放的能量少 (5)酵母菌的细胞呼吸方式有有氧呼吸和无氧呼吸两种(或兼性厌氧)
解析 本实验的目的是验证酵母菌的细胞呼吸方式,故控制好单一变量(有氧或无氧环境)是实验的关键;具体表达实验步骤时,要注意体现出等量原则。
对于实验结果的分析,由于酵母菌有氧呼吸释放的能量比无氧呼吸释放的能量多,故作为实验组的A、B两瓶温度不同,且B瓶温度较高。
考点47 明确实验目的、原理,做出适当假设
1.实验目的——要探究或者验证的某一事实或者做了该实验后,要解决什么问题
(1)实验目的的书写与表达:
实验目的的内容包含:
研究对象、研究现象(因变量)和作用于对象的因素(自变量),格式为“探究(验证)×××(自变量)对×××(因变量)的影响”或“探究(验证)×××(自变量)与×××(因变量)的关系”等。
典例1
在用生长素促进植物枝条生根的实践过程中,发现枝条生根情况不一,分析其原因,认为可能与生长素的浓度有关。
请据此拟定一个相关研究课题的实验目的:
________________________________________________________________________。
答案 探究生长素浓度对植物枝条生根的影响(或探究生长素浓度与植物枝条生根的关系)
解析 首先要确定自变量和因变量。
由该题信息可知,自变量是“生长素浓度”,因变量为“枝条生根情况”,然后再依据名称模式写出课题实验目的名称,可以表述为“探究生长素浓度对植物枝条生根的影响”或“探究生长素浓度与植物枝条生根的关系”。
(2)实验目的的确认方法:
①根据题目信息,直接写出实验目的
典例2
甲型流感病毒正在全球范围内扩散,严重危害人体健康。
某学校生物兴趣小组的同学通过查阅资料发现,常见的流感病毒都是RNA病毒,同时提出疑问:
甲型流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA?
该兴趣小组为探究甲型流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA而设计了实验步骤,请为该实验拟定一个实验目的。
实验目的是________________________________________________________________________。
答案 探究甲型流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA
解析 题目中含有“探究”字眼,也有“提出疑问”,因此很容易据此找到实验目的,即探究甲型流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA。
②根据实验装置或实验现象,推断实验目的
典例3
如图装置表示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不同钟罩内,完善下面图解,体验分析思路:
实验目的:
________________________________________________________________________。
答案 CO2浓度 光合速率 探究CO2浓度与光合速率的关系
③根据实验步骤反推实验目的
典例4
Ⅰ.某小组同学以菠菜的绿叶为材料,制备了完整叶绿体悬浮液。
将制备的叶绿体悬浮液均分为两组,一组为实验组,另一组为对照组,并仅在实验组中加入了适量磷酸(Pi)。
在适宜温度和光照等条件下,用14C标记的14CO2供其进行光合作用,然后追踪检测放射性,结果发现实验组14C标记化合物的量及(CH2O)/C3比值均明显高于对照组。
该实验的目的是________________________________________________________________________。
Ⅱ.该小组同学从生长状况相同的棉花叶片上剪出大小、部位相同的若干圆叶片,抽取叶片细胞内的气体,平均分成若干份,然后,置于不同浓度的NaHCO3溶液中(如图所示),给予相同的一定强度光照,测量圆叶片上浮至液面所需时间,其记录结果绘成曲线如图。
请据此回答。
该实验的目的是____________________________________。
Ⅲ.另一组同学将新鲜萝卜磨碎、过滤得到提取液。
在温度为30℃的条件下,取等量提取液分别加到四个盛有pH分别为3、5、7、9的100mL体积分数为3%的过氧化氢溶液的烧杯中,结果每一个烧杯都产生气体,然后,将加入四个烧杯中提取液的量减半,重复上述实验。
在相同时间内,分别测得两次实验中过氧化氢的含量变化并绘制成如图所示曲线,请回答:
该实验的目的是________________________________________________________。
该实验中的自变量是____________________________,因变量是_______________________。
答案 Ⅰ.探究Pi对光合作用(暗反应)的影响 Ⅱ.探究CO2浓度对光合作用速率的影响 Ⅲ.探究过氧化氢在不同pH条件及不同量的提取液条件下分解的快慢(或探究等量的提取液在不同pH条件下对过氧化氢分解的影响及同种不同量提取液在相同pH条件下对过氧化氢分解的影响) pH的大小和提取液的量 单位时间产生气泡的多少(或单位时间内过氧化氢的减少量)
解析 Ⅰ.该实验分成两组,且仅在实验组中加入适量的磷酸,由此可知,本实验的自变量是磷酸的有无,结果是14C标记化合物的量及(CH2O)/C3比值不同。
在光合作用过程中,CO2中的碳元素先进入C3再进入(CH2O),(CH2O)是光合作用(暗反应)的产物,所以该实验的目的是探究磷酸对光合作用(暗反应)的影响。
Ⅱ.将棉花叶片的圆叶片,置于不同浓度的NaHCO3溶液中,给予相同的一定强度光照,测量圆叶片上浮至液面所需时间,实验的自变量是二氧化碳浓度,实验目的是探究CO2浓度对光合作用速率的影响。
Ⅲ.本实验自变量为pH的大小和提取液的量(酶数量),因变量为过氧化氢分解速率。
故实验目的为探究过氧化氢在不同pH条件及不同量的提取液条件下分解的快慢。
(3)从“实验目的”中审读提炼信息
典例5
阅读下列各实验目的,试分析各实验中的实验类型、生物学事实、自变量、因变量、无关变量。
①探究叶绿体色素对不同波长光的吸收情况
答案 实验类型为探究类;生物学事实——色素对光的吸收;自变量为光质;因变量为合成淀粉的量(检测观察指标为叶片的颜色变化);无关变量为植物的发育状况、光照时间、环境温度和植物中已有的有机物。
②探究叶色暗绿是否由缺磷造成类胡萝卜素缺乏所致
答案 实验类型为探究类;生物学事实——叶色暗绿(色素与叶色的关系);自变量为磷的有无;因变量为叶色是否暗绿;无关变量为所选植物叶片的生理状态、选取数量、培养条件。
③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
答案 实验类型为验证类;生物学事实——胰岛素的作用及调节血糖的过程;自变量为胰岛素的有无;因变
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