届全国新高考生物冲刺复习 生物实验设计分析及答题技巧总结.docx

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届全国新高考生物冲刺复习生物实验设计分析及答题技巧总结

2021届全国新高考生物冲刺复习

生物实验设计分析及答题技巧总结

实验设计程序：

明确实验目的→分析实验原理→设计实验→进行实验→实验结果→得出结论。

一、实验目的

1.验证性实验：

寻找题干信息，一般写有“验证……”，即为该实验的实验目的。

2.探究性实验：

首先分析实验的自变量和因变量。

此类实验的实验目的一般书写为“探究‘自变量’对‘因变量’的影响”、“探究‘自变量’与‘因变量’的关系”、“探究‘自变量’的作用”等等。

例1．在复习“细胞膜”相关知识时，小明同学想自己设计实验验证“活细胞的细胞膜具有控制物质进出的作用”。

于是他在家中挑选相关的厨房用品作为实验用具，进行了以下的实验验证，请你按照实验设计的基本原则，补充完整小明同学的后续实验步骤，预测实验现象并分析原因。

（1）实验目的：

____________________。

（2）实验材料和用具：

4株大小、状态相似的苋菜，2只瓷碗，1个茶杯，1个电热水壶。

（3）实验步骤：

①：

将2个相同的碗，编号为甲、乙。

②：

向甲碗中倒入一满杯清水，____________________。

③：

________________________________________。

④：

________________________________________。

（4）预测实验现象：

__________________________________________________________。

【解析】：

（1）本题为验证性实验，因此实验的目的为“验证活细胞的细胞膜具有控制物质进出的作用”。

实验自变量为细胞死活状态，可用热水杀死植物细胞，达到控制自变量的目的。

因变量是细胞膜对物质的控制能力，可用叶片的颜色是否褪去、水是否变红作为观察指标。

在实验过程中要注意单一变量原则，其他无关变量要保持相同且适宜，如清水和开水的水量要保持一致。

（2）实验步骤：

①将2个相同的碗，编号为甲、乙。

②向甲碗中倒入一满杯清水，向乙碗中倒入一满杯已用电热水壶烧开的开水。

③分别向甲、乙两碗中放入2片红色苋菜叶。

④一段时间后，观察水和叶片颜色的变化。

（3）实验现象：

甲碗中的水和叶片颜色无明显变化；乙碗中的水呈现红色，叶片的红色褪去。

例2．下图是生物小组利用金鱼藻探究某环境因素对光合作用影响的实验装置，实验光照强度低于最适光照强度。

请分析回答下列问题

（1）金鱼藻中吸收光能的色素位于______________，若要分离其色素常用______________法。

（2）实验的自变量是______________，实验目的是______________________，实验过程采用冷光源的目的是_________________________。

【解析】

该实验装置为利用金鱼藻探究某环境因素对光合作用影响的实验装置，LED灯管从第1级升为第3级的过程光照强度逐渐减弱，故实验的自变量为光照强度，因变量为光合作用速率（或单位时间内气泡的产生速率），所以该实验的实验目的是探究光照强度对光合作用影响。

NaHCO3溶液的作用是为金鱼藻的光合作用提供CO2。

【答案】

（1）类囊体薄膜上纸层析

（2）光照强度探究光照强度对光合作用影响排除温度这一无关变量对实验结果的影响

二、实验假设

实验假设就是依据你要研究的对象或者说是研究目的作出推测假设通常有一种或几种答案或解释。

但是需要注意的是，要有理论依据的去提出假说，因为此类题目一般伴随着开放性问题，比如“你提出此假设的依据是什么”。

这类题型的答法：

“如果……现象，则……结论”。

例1．用浓度为2％的秋水仙素，处理植物分生组织5～6小时，能够诱导细胞内染色体加倍。

那么，用一定时间的低温（如4℃）处理水培的洋葱根尖时，是否也能诱导细胞内染色体加倍呢?

请对这个问题进行实验探究。

（1）针对以上问题，你作出的假设是：

_________________________。

你提出此假设的依据是_____________________________________。

【解析】

试题分析：

（1）提出的假设应该具有一定的科学根据，提出的假设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、着丝点的分裂），使细胞不能正常进行有丝分裂。

【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依据是低温能够影响酶的活性（或纺锤丝的形成、着丝点的分裂），使细胞不能正常进行有丝分裂

例2．动物细胞是否也能通过渗透作用吸水或失水?

请对这个问题进行实验探究：

（1）针对上面的问题，你作出的假设是：

_________________________，请说出该假设的主要依据是________________________________________________。

（2）选用__________作为实验材料，既便于取材又利于观察。

（3）除取材工具外，需准备的溶液有：

蒸馏水、___________________、9%NaCl溶液；需用的观察器具是___________________。

（4）设计你的实验组合：

_______________________________________________________。

（5）如果实验结果是________________________________________________________________，将为你的假设提供有力的证据。

【解析】

（1）实验小组要对“动物细胞是否也能通过渗透作用吸水和失水”进行实验探究，因此实验假设是动物细胞能通过渗透作用吸水或失水，作出该假设的依据是动物细胞具有发生渗透作用的条件，即细胞膜有选择透过性，水分子能自由通过，当细胞与外界溶液接触时，膜两侧具有浓度差。

（2）动物细胞在吸水时，细胞体积会增大甚至破裂；失水时，细胞体积会缩小，所以为了便于取材和观察，最好选用红细胞作为实验材料。

（3）除取材工具外，需准备的溶液有：

蒸馏水、生理盐水、9%NaCl；需用的观察器具主要有：

显微镜。

（4）实验组合为：

取三支试管，1号试管加入生理盐水，2号试管加入蒸馏水，3号试管加入9%NaCl。

（5）预期的实验结果：

1号红细胞形态不变，2号红细胞涨破，3号红细胞皱缩。

【答案】动物细胞能通过渗透作用吸水或失水细胞膜具有选择透过性，水分子能自由通过红细胞生理盐水显微镜取三支试管，1号试管加入生理盐水，2号试管加入蒸馏水，3号试管加入9%NaCl1号红细胞形态不变，2号红细胞涨破，3号红细胞皱缩

三、实验原理

实验基本原理是实验设计所依据的理论根据，是实验设计的依据和思路。

所以，要求大家掌握生物教材中涉及的各种试剂的选择依据及相应生理过程，进而确定实验原理。

例1．细胞学研究常用“染色排除法”鉴别细胞的生命力。

例如，用台盼蓝染液处理动物细胞时，活细胞不着色，死细胞则被染成蓝色。

（1）“染色排除法”依据的原理是：

__________。

（2）某同学为验证“染色排除法”的原理，用紫色洋葱内表皮及台盼蓝染液等进行相关实验。

实验器材及材料：

显微镜、计时器、镊子、刀片、滴管、载玻片、盖玻片、盐酸、水、台盼蓝、洋葱

完成实验步骤：

取洋葱鳞片叶内表皮，分成甲乙两组；_________________。

预测实验结果：

_________________。

【解析】

（1）“染色排除法”的原理是活细胞的膜具有选择透过性，因此科研上鉴别死细胞和活细胞，可以用“染色排除法”。

（2）完成实验步骤：

取洋葱鳞片叶内表皮，分成甲乙两组，甲组将洋葱鳞片叶内表皮用盐酸杀死，乙组对洋葱鳞片叶表皮不做处理，用相同浓度的台盼蓝溶液染色相同时间，然后制作洋葱鳞片叶内表皮细胞的临时装片，使用显微镜观察并记录实验结果。

预测实验结果：

甲组鳞片叶被染成蓝色，乙组叶不被染色。

【答案】活细胞的细胞膜具有选择透过性（控制物质进出细胞）甲组将洋葱鳞片叶内表皮用盐酸杀死，乙组对洋葱鳞片叶表皮不做处理，用相同浓度的台盼蓝溶液染色相同时间，然后制作洋葱鳞片叶内表皮细胞的临时装片，使用显微镜观察并记录实验结果预测实验结果：

甲组鳞片叶被染成蓝色乙组叶不被染色

例2．现有A、B、C三瓶外观一样但没有标签的溶液，已知三种溶液是质量浓度为0.1g/mL的蔗糖溶液、0.3g/mL的蔗糖溶液和0.1g/mL的葡萄糖溶液。

某同学利用如图所示的装置设计了两组实验。

（注：

图中半透膜允许溶剂和葡萄糖分子通过，不允许蔗糖分子通过）

实验Ⅰ：

同时将等量的A液和B液分别放入U形管的左、右两侧，一段时间后，左侧的液面升高；

实验Ⅱ：

将等量的B液和C液分别放入U形管的左、右两侧，一段时间后，液面发生了下列变化：

右侧先升高后降低。

（1）本实验应用的原理是________________。

（2）根据实验现象得出结论：

A液是________________，B液是________________。

【解析】

（1）渗透作用发生的条件是要有半透膜和膜两侧有浓度差，所以该实验的原理是渗透作用。

（2）实验Ⅰ中左侧液面升高，所以左侧浓度大，为0．3g/mL的蔗糖溶液，右侧为0．1g/mL的蔗糖溶液。

实验Ⅱ将等量的B液和C液分放入U形管的左、右两侧，一段时间后，液面发生了下列变化：

先右高于左，后左高于右，可知C为葡萄糖溶液。

原因是左侧是0.1g/mL的蔗糖溶液，右侧是0.1g/mL的葡萄糖溶液，虽然质量浓度相同，但葡萄糖溶液摩尔浓度高，所以水分子向右侧流，由于葡萄糖分子能透过半透膜，所以葡萄糖分子会进入左侧，使左侧溶质分子增多，摩尔浓度增大，进而水分子向左侧流动的多，所以液面发生了下列变化：

先右高于左，后左高于右。

【答案】渗透作用0.3g/mL的蔗糖溶液0.1g/mL的蔗糖溶液

四、实验思路

实验思路不需要写出具体的可操作的实验步骤，只需一个大致的实验设计过程。

比如：

用某种方法处理某种材料，观察其对某方面的影响效果。

例1．（2019年新课标全国卷Ⅰ）将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸（ABA）含量增高，叶片气孔开度减小，回答下列问题。

（1）经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力_______________________。

（2）与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会_______________________，出现这种变化的主要原因是_________________。

（3）有研究表明：

干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的，请以该种植物的ABA缺失突变体（不能合成ABA）植株为材料，设计实验来验证这一结论，要求简要写出实验思路和预期结果。

______

【解析】

（1）经干旱处理后，根细胞的溶质浓度增大，渗透压增大，对水分子吸引力增大，植物根细胞的吸水能力增强。

（2）据题干条件可知干旱处理后该植物的叶片气孔开度减小，导致叶片细胞吸收CO2减少，暗反应减弱，因此光合速率会下降；

（3）根据题意分析可知，实验目的为验证干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的，故实验应分为两部分：

①证明干旱条件下植物气孔开度变化不是缺水引起的；②证明干旱条件下植物气孔开度减小是ABA引起的。

该实验材料为ABA缺失突变体植株（不能合成ABA），自变量应分别为①正常条件和缺水环境、②植物体中ABA的有无，因变量均为气孔开度变化，据此设计实验。

①取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度，预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。

可说明缺水环境不影响ABA缺失突变体植株气孔开度变化，即干旱条件下植物气孔开度变化不是缺水引起的。

②将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度，预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。

可说明干旱条件下植物气孔开度减小是ABA引起的。

【答案】增强降低气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少

实验思路：

取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。

预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。

将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。

预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。

2．（2019年新课标全国卷Ⅲ）氮元素是植物生长的必需元素，合理施用氮肥可提高农作物的产量。

回答下列问题。

（1）植物细胞内，在核糖体上合成的含氮有机物是___________，在细胞核中合成的含氮有机物是___________，叶绿体中含氮的光合色素是______。

（2）农作物吸收氮元素的主要形式有铵态氮（NH4﹢）和硝态氮（NO3﹣）。

已知作物甲对同一种营养液（以硝酸铵为唯一氮源）中NH4﹢和NO3﹣的吸收具有偏好性（NH4﹢和NO3﹣同时存在时，对一种离子的吸收量大于另一种）。

请设计实验对这种偏好性进行验证，要求简要写出实验思路、预期结果和结论________。

【解析】

（1）核糖体是蛋白质的合成场所，故在植物的核糖体上合成的含氮有机物是蛋白质。

细胞核内可以进行DNA复制和转录，复制的产物是DNA，转录的产物是RNA，其组成元素均为C、H、O、N、P，故细胞核内合成的含氮化合物是核酸即DNA、RNA。

叶绿体中的色素分为叶绿素和类胡萝卜素两大类，前者含有N，后者不含N。

（2）要验证作物甲对NH4+和NO3-吸收具有偏好性，可以把甲放在以硝酸铵为唯一氮源的培养液中进行培养，通过测定培养前后铵态氮和硝态氮的含量变化即可以得出结论。

因此实验思路为：

配制营养液（以硝酸铵为唯一氮源），用该营养液培养作物甲，一段时间后，检测营养液中NH4﹢和NO3﹣剩余量。

可用假设法推理，假设作物甲偏好吸收NO3﹣，则营养液中NO3﹣的剩余量较少；假设作物甲偏好吸收NH4﹢，则营养液中NH4﹢的剩余量较少。

因此，预期结果和结论为：

若营养液中NO3﹣剩余量小于NH4﹢剩余量，则说明作物甲偏好吸收NO3﹣；若营养液中NH4﹢剩余量小于NO3﹣剩余量，则说明作物甲偏好吸收NH4﹢。

【答案】蛋白质核酸叶绿素

实验思路：

配制营养液（以硝酸铵为唯一氮源），用该营养液培养作物甲，一段时间后，检测营养液中NH4﹢和NO3﹣剩余量。

预期结果和结论：

若营养液中NO3﹣剩余量小于NH4﹢剩余量，则说明作物甲偏好吸收NO3﹣；若营养液中NH4﹢剩余量小于NO3﹣剩余量，则说明作物甲偏好吸收NH4﹢。

五、实验步骤

根据实验目的和提出的假设，确定实验的基本思路，确定选材、装置及实验对照等。

并且设计实验的具体方法和步骤，按照设计的方案进行操作。

（一）共性处理实验材料：

取材、分组、编号

比如：

取若干生长状况相似的材料均分为若干组，并编号为A、B、C或者甲、乙、丙……

大家可根据具体实验灵活的进行语言描述。

比如：

植物“选择长势相同、大小相似的同种植物（或者同种植物的相同部位）随机等量分组，分别编号为A、B、C……”；动物“选择生理状况相似，健康的某种动物随机等量分组，分别编号为A、B、C……”；溶液“取三支试管，分别编号为A、B、C……，各加入等量的某溶液”。

（二）单一变量原则，对照处理各组材料。

对照组：

不施加实验变量；实验组：

施加实验变量。

除此之外，大家注意要控制无关变量，保证其他条件相同且适宜，试剂等量且适量。

（三）相同条件培养相同时间

（四）观察记录实验结果

比如：

将某某放在相同且适宜的环境中培养一段时间后，观察（颜色变化、沉淀反应、形态结构、生理特征变化等）或测定（生长发育速度、生化反应速度等）……记录数据并进行相关处理。

例1．已知2H2O2=2H2O+O2↑，可以通过观察反应过程中O2的生成速度（即气泡从溶液中释放的速度）来判断H2O2分解反应的速度。

请用所给的实验材料和用具设计实验，使其能同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性。

要求写出实验步骤，预测实验结果，得出结论，并回答问题。

实验材料与用具：

适宜浓度的H2O2溶液，蒸馏水，3.5%FeCL3溶液，0.01%过氧化氢酶溶液，恒温水浴锅，试管。

（1）实验步骤：

①___________________________________放入37℃恒温水浴锅中保温适当时间；

②___________________________________________________________________；

③__________________________________________________________________。

（2）实验结果预测及结论：

整个实验中不同处理的试管中O2的释放速度从慢到快依次是_________________________________________。

由此可得出的结论是_________________________________________。

（3）如果仅将实验中的恒温水浴改为1000C，重做上述实验，O2释放的速度最快的是____________，原因是_____________________________________________。

【解析】

分析题干信息可知，该实验的目的是验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性，验证酶的催化作用实验的自变量为是否加入过氧化氢酶，验证酶的高效性是催化剂的种类，即过氧化氢酶和FeCl3溶液，因变量是O2的生成速度，其他属于无关变量，无关变量应保持一致且适宜，然后按照实验设计的对照原则和单一变量原则设计和完善实验，并预期实验结果获取结论。

（1）由实验目的分析可知，实验分组为三组，按照实验设计的照原则和单一变量原则，实验步骤如下：

①取3支试管编号为甲、乙、丙，各加入等量且适量的H2O2溶液，放入37℃恒温水浴锅中保温适当时间；

②甲管加入适量的蒸馏水，乙管加入等量的3.5% FeCl3溶液，丙管加入等量的0.01%的过氧化氢酶溶液；

③观察气泡从溶液中释放的速度。

（2）预期结果及结论：

整个实验中，不同处理的试管中O2的释放速度从快到慢依次是加蒸馏水的试管、加FeCl3溶液的试管、加酶溶液的试管，由此说明氧化氢酶具有催化作用和高效性。

（3）由于过氧化氢酶的活性受温度影响，高温会使过氧化氢酶失去活性，无机催化剂比过氧化氢酶耐高温，因此如果仅将实验中的恒温水浴改为100℃，重做上述实验，O2释放的速度最快的是加FeCl3溶液的试管。

【答案】取3支试管，各加入等量且适量的H2O2溶液分别向上述3支试管中加入等量且适量的蒸馏水、FeCl3溶液和过氧化氢酶溶液观察各管中气泡产生的快慢加蒸馏水的试管、加FeCl3溶液的试管、加酶溶液的试管酶具有催化作用和高效性加FeCl3溶液的试管在此温度下，FeCl3催化作用加快，而过氧化氢酶因高温变性而失去了活性

例2．某研究小组为了验证甲状腺激素对垂体的反馈调节机制，做了如下相关实验：

步骤①：

将多只生长状况相同的成年健康小鼠平均分成A、B、C三组；

步骤②：

A组小鼠注射一定剂量的药物Ⅰ（抑制下丘脑神经内分泌细胞功能）和药物Ⅱ（抑制甲状腺细胞分泌功能）；B组小鼠注射一定剂量的药物Ⅰ和药物Ⅲ（促进甲状腺细胞分泌功能）；C组小鼠注射等量的__________（不同药物只是限制对应区域的功能，对其他区域无影响）。

步骤③：

一段时间后，_________________________________，并求平均值。

请回答下列问题：

（1）甲状腺分泌的甲状腺激素通过___________运输到垂体，并被垂体细胞膜上的___________识别，从而发挥作用。

（2）完善上述步骤②与③的实验操作：

步骤②中，C组小鼠注射等量的_________________________________。

步骤③中，一段时间后，_______________________________________。

（3）小鼠注射药物I的目的是____________________________________________。

【解析】

（1）甲状腺分泌的甲状腺激素通过体液运输到垂体，并被靶细胞即垂体细胞膜上的特异性受体识别，从而发挥作用；

（2）实验设计遵循对照性原则、单一变量原则和等量性原则，验证甲状腺激素对垂体的反馈调节机制，本实验的单一变量：

加药物Ⅱ和药物Ⅲ，设置两组实验组，加生理盐水的为对照组。

实验中的步骤②应为药物I和生理盐水，A组中药物II抑制甲状腺细胞分泌功能，则甲状腺激素含量较低，则垂体分泌的促甲状腺激素量增加；B组中药物Ⅲ能促进甲状腺细胞分泌功能，则甲状腺激素含量较高，会反过来抑制垂体分泌的促甲状腺激素，则促甲状腺激素量降低，C组是空白对照组，甲状腺激素处于A和B两组之间，一段时间后测定每组小鼠体内促甲状腺激素（TSH）的含量，故三组实验结果TSH的含量：

A组>C组>B组；

（3）本实验是验证甲状腺激素对垂体的反馈调节机制，因此需要排除下丘脑的影响因素，防止因甲状腺激素含量变化引起促甲状腺激素释放激素分泌量的不同，进而影响垂体的分泌，所以小鼠注射药物I。

【答案】体液特异性受体药物I和生理盐水测定每组小鼠体内促甲状腺激素（TSH）的含量防止因甲状腺激素含量变化引起促甲状腺激素释放激素分泌量的不同，进而影响垂体的分泌。

（其他合理答案也可给分）

六、实验结果和结论

实验结果是从实验中得出的数据或现象，可观测或可记录，而实验结论是对实验结果分析后得出的结论。

（一）验证性实验：

验证性实验结论一般就在题目中，就是“验证……”、“证明……”等后面的文字。

（二）探究性实验：

探究性实验结果和结论不是唯一的，所以要求大家把各种可能的结果全部列出。

一般描述为“若出现某实验结果，则说明某实验结论”。

例1.艾弗里等人通过实验证实了在上述细菌转化过程中，起转化作用的是DNA．请利用DNA酶做试剂，选择适当的材料用具，设计实验方案，验证“促进R型细菌转化成S型细菌的物质是DNA”，并预测实验结果，得出实验结论。

①实验设计方案：

第一步：

从S型细菌中提取DNA，制备符合要求的培养基如下。

第二步：

_____；

第三步：

_____；

②预测实验结果并得出结论：

实验结果：

_____。

结论：

_____。

【解析】

①第二步：

将R型细菌分别接种到三组培养基上。

第三步：

将接种后的培养装置放在适宜温度下培养一段时间，观察菌落生长情况。

②实验结果：

由于A中没有加任何提取物，C中的DNA分子被DNA酶水解，所以A、C组中未出现S型细菌；由于B组中加入了提取出的S型细菌DNA，所以B组培养基中出现S型细菌。

结论：

促进R型细菌转化成S型细菌的物质是DNA。

【答案】第二步：

将R型细菌分别接种到三组培养基上。

第三步：

将接种后的培养装置放在适宜温度下培养一段时间，观察菌落生长情况。

实验结果：

A、C组中未出现S型细菌；只有B组培养基中出现S型细菌，结论：

促进R型细菌转化成S型细菌的物质是DNA

例2．核膜在细胞有丝分裂的前期解体，到末期又重新形成。

对新形成的核膜的来源有两种不同观点：

一种观点认为亲代细胞核膜解体后的碎片参加了子代细胞核膜的重建；另一种观点认为子代细胞核膜是由内质网膜重新形成的。