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第2講 實驗設計與探究,對照性原則,單一變量原則,原理已知,多種,存在,隨機,對照,適宜,重復,觀察現(xiàn)象,變量處理(對變量進行不同處理),考點一,考點二,半透膜兩 側濃度差,漏斗玻璃管液面的 上升高度,不同溫度,酶的活性,pH、底物量、酶量,考點一,考點二,氧氣的有無,二氧化碳生成,考點一,考點二,細胞(瓊脂 塊)體積大 小,物質運輸效率,不同濃度 的生長素 類似物,生根數(shù)量或長度,時間,種群數(shù)量,時間,群落的演替,,,,,,考點一,考點二,例1：下列實驗操作能達到預期結果的是( ) A.在“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”實驗中,統(tǒng)計每一時期細胞數(shù)占計數(shù)細胞總數(shù)的比例,能比較細胞周期各時期的時間長短 B.在“探究細胞大小與物質運輸?shù)年P系”實驗中,計算紫紅色區(qū)域的體積與整個瓊脂塊的體積之比,能反映NaOH進入瓊脂塊的速率 C.在“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量變化”實驗中,培養(yǎng)期內共三次取樣測定密度,即可準確繪制酵母菌種群增長曲線 D.在“探究α-萘乙酸促進插條生根的最適濃度”實驗中,用高濃度組的α-萘乙酸溶液浸泡插條基部一天后,觀察生根情況以確定最適濃度,考點一,考點二,解析:計算紫紅色區(qū)域的體積與整個瓊脂塊體積之比,反映的是NaOH在瓊脂塊中的運輸效率,而不是運輸速率,故B項錯誤?！疤骄拷湍妇鷶?shù)量變化”實驗中,應定期進行多次取樣,僅取三次無法準確繪制增長曲線,故C項錯誤?！疤骄喀?萘乙酸促進生根最適濃度”實驗中,應設置多組具有一定濃度梯度的溶液分別進行實驗,而不是一種濃度,其中生根數(shù)量最多的一組對應的濃度即為最適濃度,故D項錯誤。細胞周期中時間越長的時期,在該時期的細胞數(shù)目越多,因此可用各個時期的細胞數(shù)占計數(shù)細胞總數(shù)的比例去比較各個時期的時間長短,故A項正確。 答案:A,,考點一,考點二,對點訓練1 (2015陜西寶雞九校聯(lián)考)下列有關實驗探究的敘述,正確的是( ) A.在探究溫度對酶活性影響的實驗中,溫度和pH是自變量 B.在“觀察DNA和RNA在細胞中的分布”實驗中,質量分數(shù)為8%的鹽酸的作用是改變細胞膜的通透性,并與DNA結合促進DNA水解 C.將重鉻酸鉀溶解在體積分數(shù)為95%的濃硫酸溶液中,配制成橙色的重鉻酸鉀溶液來鑒定呼吸作用中產(chǎn)生的CO2 D.鹽酸在“低溫誘導植物染色體數(shù)目的變化”和“觀察植物細胞有絲分裂”中的作用相同,考點一,考點二,解析:探究溫度對酶活性的影響時,溫度為自變量,pH為無關變量,A項錯誤;在觀察DNA和RNA的分布實驗中,鹽酸的作用是改變細胞膜的通透性,促進染色質中的DNA和蛋白質分開,便于DNA與染色劑結合,B項錯誤;酸性的重鉻酸鉀溶液可以用來鑒定無氧呼吸產(chǎn)生的酒精,C項錯誤;鹽酸在“低溫誘導植物染色體數(shù)目變化”實驗和“觀察植物細胞有絲分裂”實驗中,都是解離液的成分,促進植物細胞分離開來,D項正確。 答案:D,,考點一,考點二,1.驗證性實驗 驗證性實驗通常是考生設計實驗驗證已學過的或者題目中已明確告知的生物學原理、概念或性質,即所驗證的實驗目的或結論是確定的、已知的。該題型的一般解題思路如下。 (1)通過實驗目的確定自變量和因變量:試題往往通過“驗證(自變量)對(因變量)的”形式出現(xiàn),從中可確定自變量和因變量。 (2)分析實驗原理:通過自變量和因變量的關系找出可操作的觀測指標,思考如何設置自變量可達到目的。 (3)分析材料用具:要注意研究題目提供的材料用具的用途,對于補充完善類型的實驗,排除已經(jīng)用到的材料,重點關注題目中還沒有用到的材料用具,通過材料用具的用途可進一步確定實驗的設計思路。,考點一,考點二,(4)理順實驗步驟:實驗步驟往往有取材、分組編號、材料處理、觀察記錄幾個環(huán)節(jié)。 (5)描述實驗結果與結論:驗證性實驗的結果與結論是確定的、唯一的。,考點一,考點二,例2：研究發(fā)現(xiàn)豚鼠血清對人淋巴瘤細胞有抑制作用,而對正常細胞無影響。進一步研究發(fā)現(xiàn),發(fā)揮作用的物質是L-天冬酰胺酶,它能將L-天冬酰胺分解,而淋巴瘤細胞自身不能合成該氨基酸,增殖被抑制。 (1)為驗證該酶對兩種細胞的影響,某興趣小組進行了以下實驗。 實驗材料:正常細胞、淋巴瘤細胞、培養(yǎng)基(含細胞生長所需的物質)、L-天冬酰胺酶 實驗步驟: a.分組。 實驗組:培養(yǎng)基+L-天冬酰胺酶+淋巴瘤細胞 對照組:培養(yǎng)基+ b.適宜條件下培養(yǎng)后,觀察細胞生長狀態(tài)、檢測L-天冬酰胺含量。,考點一,考點二,結果分析: 該實驗利用了酶的 特性;表中①應為 ;對照組細胞內L-天冬酰胺含量正常的原因是 。 (2)患者多次靜脈注射該外源性酶后療效降低,是因為發(fā)生了 反應;該酶口服無效,原因是 。 (3)根據(jù)實驗結果,你認為理想的抗腫瘤藥物應該具有的特性是 。,考點一,考點二,解析:(1)為探究L-天冬酰胺酶對淋巴瘤細胞和正常細胞的影響,對照組應除換用正常細胞外,其余均與實驗組相同,即培養(yǎng)基+L-天冬酰胺酶+正常細胞,通過比較兩種細胞的生長狀態(tài)做出判斷。該實驗利用了酶的專一性,培養(yǎng)基中L-天冬酰胺被酶分解,而淋巴瘤細胞又不能產(chǎn)生L-天冬酰胺,故其生長狀態(tài)應為抑制。正常細胞則因能產(chǎn)生L-天冬酰胺而生長不受影響。(2)外源性酶進入人體后會刺激機體產(chǎn)生特異性免疫反應,多次注射后會發(fā)生更強的特異性免疫反應而導致療效降低。酶的化學本質是蛋白質,口服后會在消化道內被蛋白酶水解。(3)據(jù)實驗結果分析,理想的抗腫瘤藥物應該能專一性作用于腫瘤細胞,而對其他正常細胞沒有影響。 答案:(1)L-天冬酰胺酶+正常細胞 專一性 抑制 能合成L-天冬酰胺(有合成L-天冬酰胺的酶) (2)免疫(拮抗) 酶被分解失活 (3)對腫瘤細胞有專一性殺傷作用,對正常細胞無影響,,考點一,考點二,考點一,考點二,考點一,考點二,2.探究性實驗 探究性實驗指實驗者在不知曉實驗結果的前提下,通過自己實驗、探索、分析、研究得出結論,從而形成科學概念的一種認知活動。通常的設計思路如下。 (1)通過實驗目的確定自變量和因變量。從試題提出的問題“探究(自變量)對(因變量)的”找出自變量和因變量。 (2)做出實驗假設:根據(jù)現(xiàn)有的(或題目提供的)科學理論和事實對所研究的對象設想一種或幾種可能的解釋。 (3)分析材料用具:與驗證性實驗思路相同。 (4)理順實驗步驟:與驗證性實驗思路相同。 (5)反推正寫實驗結果(現(xiàn)象)、結論:先假設某種情形存在會出現(xiàn)什么結果,回答問題時反過來寫:如果出現(xiàn)什么結果(現(xiàn)象),則某種情形成立。常見的結果結論有三種情況:對實驗變量有利,起促進作用;對實驗變量不利,起抑制作用;對實驗變量無影響。有些題目要求寫出“最可能的結果結論”,則依據(jù)已有的知識推測最合理的那一種情形即可。,考點一,考點二,例3：(2015北京理綜,29)為探索治療機體對某種藥物依賴的有效途徑,我國科研人員進行了如下研究。 (1)將大鼠置于自身給藥箱中(如圖)。當大鼠按壓非給藥桿時指示燈不亮,藥泵不給藥;按壓給藥桿時指示燈亮,藥泵通過靜脈導管向大鼠注射一定量藥物。燈亮時,光刺激大鼠視網(wǎng)膜,引起視神經(jīng)細胞產(chǎn)生 ,傳至末梢,釋放 ,作用于突觸 上的受體。信息傳至視中樞。產(chǎn)生視覺,多次重復訓練后,大鼠在光信號與給藥之間建立聯(lián)系。當單位時間內大鼠按壓給藥桿的次數(shù)達到一定程度時,即可被視為對該藥物形成依賴,以下將這種大鼠簡稱D鼠。,考點一,考點二,(2)研究發(fā)現(xiàn),D鼠相關腦區(qū)內酶A含量和活性均明顯升高,為探討酶A活性對藥物依賴的影響,在兩組D鼠相關腦區(qū)注射酶A活性抑制劑或生理鹽水后,再分別放入自身給藥箱,記錄單位時間內兩組D鼠 。與對照組相比,若抑制劑組的D鼠 ,則表明抑制酶A的活性可以降低D鼠對藥物的依賴。 (3)研究者設計了一種能與編碼酶A的mRNA互補結合的,含22個核苷酸的RNA,它能進入細胞,促進編碼酶A的mRNA降解,將這種小RNA用溶劑M溶解后,注射到D鼠相關腦區(qū),引起酶A含量明顯下降,D鼠對藥物的依賴降低。進行本實驗時,要同時進行一個對照處理。將一段小RNA用 (填“生理鹽水”或“蒸餾水”或“溶劑M”)溶解,注射到D鼠的相關腦區(qū)。這段小RNA的最佳設計為:與實驗組使用的小RNA相比,其核苷酸的 (多選,只填序號)。 a.種類相同 b.種類不同 c.數(shù)目相同 d.數(shù)目不同 e.序列完全相同 f.序列完全不同 若此對照組D鼠相關腦區(qū)內酶A含量無明顯變化,則可以證明 等因素對實驗組結果無影響。,考點一,考點二,解析:本題主要考查神經(jīng)調節(jié)的有關知識及實驗分析。 (1)神經(jīng)細胞能夠接受外界刺激產(chǎn)生興奮,興奮傳至神經(jīng)末梢時,會引起神經(jīng)末梢的突觸小體釋放神經(jīng)遞質到突觸間隙中,神經(jīng)遞質作用于突觸后膜上的受體,這樣興奮就從一個神經(jīng)元傳遞到另一個神經(jīng)元。 (2)本實驗中,要探究酶A活性對藥物依賴的影響,從題目分析可知,當大鼠對藥物形成依賴后,表現(xiàn)為單位時間內按壓給藥桿的次數(shù)達到一定程度,并且其腦內酶A含量和活性均明顯升高。若想觀察到酶A活性對藥物依賴性的影響,可向兩組D鼠相關腦區(qū)注射酶A活性抑制劑或生理鹽水后,再觀察兩組D鼠對給藥桿的按壓次數(shù)變化,所以需要記錄在單位時間內兩組D鼠對給藥桿的按壓次數(shù)。其后的實驗結果說明,抑制酶A活性后,降低了D鼠對藥物的依賴,所以抑制劑組的D鼠表現(xiàn)為對給藥桿的按壓次數(shù)減少。,考點一,考點二,(3)設計對照實驗時,要遵循單一變量原則,所以對照組用的RNA應該和設計的RNA所使用的核苷酸種類和數(shù)目相同,但為了保證兩種RNA不一樣,故兩種RNA的核苷酸序列要完全不同。并且對照組的RNA也要用溶劑M處理。當溶劑M、不能和編碼酶A的mRNA形成互補結合的小RNA、給藥方法等因素對實驗結果無影響時,對照組D鼠相關腦區(qū)內酶A含量無明顯變化。 答案:(1)興奮(神經(jīng)沖動) 神經(jīng)遞質 后膜 (2)按壓給藥桿的次數(shù) 按壓給藥桿的次數(shù)明顯少 (3)溶劑M a、c、f 溶劑M、不能和編碼酶A的mRNA形成互補結合的小RNA、給藥方法,,考點一,考點二,考點一,考點二,考點一,考點二,對點訓練2 1.某校生物興趣小組將體重、大小和年齡相同的成年小鼠分成甲、乙、丙三組,分別進行如下表所示的兩步連續(xù)實驗,下列有關該實驗的敘述錯誤的是( ),考點一,考點二,A.該實驗可驗證胰島素和胰高血糖素的功能以及它們在調節(jié)血糖過程中的拮抗作用 B.該實驗的對照有同組內的自身對照,甲、乙兩組間的相互對照,沒有必要再設計丙組作為空白對照組 C.該實驗所用的胰島素溶液和胰高血糖素溶液應是由生理鹽水與相應激素配制而成的 D.該實驗同一步所用的三種溶液用量必須相等,同一組前后兩步所用溶液用量可以不等 解析:本實驗通過空白對照、相互對照和自身前后對照,可驗證胰島素和胰高血糖素的功能以及它們在調節(jié)血糖過程中的拮抗作用;丙組的空白對照可排除所注射溶液中的溶劑的作用;實驗設計中要注意遵循等量原則,排除無關變量對實驗結果的影響。 答案:B,,,考點一,考點二,2.在探究活動中采集和處理實驗材料是十分重要的一環(huán)。下列有關材料選擇及處理的敘述,不正確的是( ) A.探索淀粉酶對淀粉和蔗糖的專一性作用時,需用沸水浴加熱后再將酶與反應物混合,否則用斐林試劑進行鑒定時現(xiàn)象不明顯 B.利用干酵母探究細胞呼吸方式時,需先將酵母細胞活化,否則實驗現(xiàn)象不明顯 C.利用豬肝組織塊探究酶的高效性時,需先進行研磨,否則會影響氣泡產(chǎn)生的速率 D.利用天竺葵探究光合作用是否產(chǎn)生淀粉時,需先進行黑暗處理,否則影響實驗結果,考點一,考點二,解析:沸水浴加熱會使酶變性失活,A項不正確。干酵母的活性比較低,因此在做實驗前需先進行活化;研磨豬肝組織塊,可增加過氧化氫酶和底物的接觸面積,使實驗現(xiàn)象明顯;對天竺葵進行暗處理的目的是消耗掉貯存的淀粉,防止對實驗造成干擾;B、C、D三項均正確。 答案:A,,