从变量入手解答实验题.docx
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从变量入手解答实验题
高三复习实验专题
——从变量入手解答实验题
生物实验中常遇到的变量由实验变量、反应变量、无关变量和额外变量。
实验变量是实验中由实验者操纵的因素或条件，而反应变量是指由实验变量引起的变化结果，二者之间是前因后果的关系。
实验的目的就在于获得和解释实验变量和反应变量的前因与后果。
无关变量是指实验中除实验变量外的影响实验结果与现象的因素或条件。
由无关变量引起的变化结果就叫额外变量。
它们之间也是前因后果的关系。
但它们的存在对实验与反应变量的获得起干扰作用。
实验题的题型有多种多样，但不外乎考查：
目的的确定、原理的推导、实验设计、实验步骤、结果预测和分析等。
无论题型如何变化，都必须明确实验目的，及达到该目的所用的技术手段，即实验变量的操控和反应变量的观察分析，排除无关变量的干扰。
1、实验目的、实验假设：
实验目的、实验原理、实验变量，是实验题中审题必须明确的三要素。
实验目的的确定：
通过仔细审题，要明确该实验要解决的问题或者要探究、验证的“生物学事实”是什么。
题中一般描述实验过程，从题中找出实验变量和反应变量。
实验目的就是控制实验变量而能达到的实验目的或要解决的问题。
例题1．将鲜萝卜磨碎、过滤得到提取液。
在温度30℃的条件下，取等量提取液分别加到四支盛有pH分别为3、5、7、9的等量过氧氢溶液的试管中，结果每一支试管都产生气体，在相同时间内，分别测得实验中过氧化氢含量变化并绘制成下图所示曲线，请回答：
图呢？
（1）该实验的目的是 。
（2）该实验中的自变量是 ，因变量是
【分析】：
实验过程是用组织提取液催化过氧化氢产生氧气的反应。
该实验的变量是不同pH的过氧化氢溶液，而反应变量气体的产生量。
所以，实验目的应是：
探究不同pH值对酶活力的影响。
【答案】：
（1）探究不同pH值对酶活力的影响
（2）pH值 产生气泡得多少（过氧化氢酶的活力或者过氧化氢分解量）
实验假设：
结合实验目的，运用所学的生物学原理，对于提出的问题给予尝试性的推测或解释。
这种解释正确与否还必须经下面的实验研究去证实，但是这种假设必须是建立在正确的生物学知识基础之上，经过科学的逻辑推理得到的，必须具备合理性和可检验性。
例题2．请以将要开花的番茄苗为实验材料，设计简单实验，尝试探究植物生殖器官（花、果实、种子）生长对营养器官（根、茎、叶）生长的影响。
（1）探究课题：
。
（2）作出假设：
。
（3）实验设计：
实验自变量：
。
可以采取的检测标准：
。
【分析】：
实验变量——生殖器官的有无，反应变量——营养器管的生长状况。
试验目的——探究植物生殖器官生长对营养器官生长的影响；实验假设——生殖生长促进或抑制营养生长。
【答案】：
（1）探究植物生殖器官生长对营养器官生长的影响。
（2）生殖器官的生长对营养器官的生长具有抑制作用（或促进作用或无影响）
（3）生殖生长的有无 营养器官的生长状况（如繁茂）
例题3．用洋葱根尖作材料观察植物细胞有丝分裂的实验中，往往发现处于分裂期的细胞数量太少，再加上缺少显微镜观察的经验，许多同学的实验效果不佳。
针对这一问题，一小组同学进行了研究性学习，查阅相关资料后，他们初步判断根尖分生区细胞处于分裂期的比例与物种的遗传特性、根的生长长度、实验时取材时间可能都有关系，为探究这些问题，他们制定一些实验方案。
其中一组实验方案如下：
用清水培养洋葱的根，等到根的长度生长到4—5cm时，分别从上午8时开始每隔一小时选取一定数量的根尖进行固定、解离、漂洗、染色、制片观察，分别统计分裂期细胞数目，计算比例，以确定取材的最佳时间
（1）该方案的假设是
（2）该方案的实验目的是
分析：
实验变量——不同的取材时间；实验目的：
探究取材时间与跟尖分生区细胞处于分裂期细胞比例的关系，并给同学取材一个指导性意见，即何时取材，才会达到最佳效果。
【答案】：
（1）根尖分生区细胞处于分裂期的比例与实验时取材时间有关系（或无关系，但结果分析要求对应）
（2）确定取材的最佳时间（合理表述均可）
2、原理推导：
确定实验原理即利用题目给出的实验背景，结合所学的生物学知识确定该实验所依据的科学道理。
有了实验原理的指导，以下的实验设计就有了方向性。
（1）基本原理：
分析实验过程，找出实验变量和反应变量。
用生物学理论解释由于实验变量的改变引起反应变量变化的原因。
或实验过程所应用的技术原理。
如：
“叶绿素的提取和分离”实验的原理：
提取的原理——叶绿体中的色素可以溶解在有机溶剂中；分离的原理——不同色素在层析液中的溶解度不同。
例题4：
为了探究秋水仙素能否引起植物细胞发生染色体变异，请你利用下述材料设计一个简单的实验方案。
实验材料：
10粒小麦种子（假设发芽率为100%），一定浓度的秋水仙素溶液，蒸馏水以及必备的实验设备和药品。
说明实验原理：
【分析】实验变量——秋水仙素，反应变量——染色体变异。
解析秋水仙素引起染色体变异的原因——即实验原理。
实验原理：
秋水仙素抑制纺锤体的形成，导致染色体不分离，从而引起细胞内染色体发生变异。
例题5：
为了验证胰岛素具有降低血糖的作用，以小鼠活动状况为观察指标设计实验。
某同学的实验方案如下：
①将正常小鼠随机分成A、B两组，观察并记录其活动状况。
②A组小鼠注射适量胰岛素溶液，B组注射等量生理盐水。
一段时间后，A组小鼠会出现四肢无力，活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，B组活动状况无变化。
③A组小鼠出现低血糖症状后，分别给A、B两组小鼠注射等量葡萄糖溶液。
一段时间后，A组小鼠低血糖症状缓解，B组活动状况无变化。
该实验的原理是：
【分析】实验变量——胰岛素，反应变量——低血糖症状。
解析胰岛素导致血糖降低的原因——即原理
实验原理：
胰岛素一方面能促进血糖进入组织细胞，氧化供能和转化成其它物质，另一方面又能抑制糖元分解和非糖物质的转化。
（2）检测原理：
分析反应变量，找出观察反应变量的方法，得出该方法所涉及到的技术和原理。
如：
“质壁分离和复原实验”的原理，除了重点要描述“细胞内外浓度差”外，还需提及“细胞壁”和“原生质层”分离是由于它们的伸缩性能不同。
这是显微观察的原理；“观察有丝分裂”实验原理——检测原理是有丝分裂各时期染色体形态不同是识别各细胞时期的依据。
例5的实验结果是通过观察个体的活动状况才能得出结果的，所以实验原理还需加上：
机体出现活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，
（3）分析补充实验，说明补充实验的原理
如：
确定矿质元素是植物必须的矿质元素实验，实验过程除了“缺素培养液中的植物表现出缺素症状，”往往还需补充：
“加入适量的该元素后，症状消失”。
例5的③是补充实验，所以原理还因补充：
低血糖症状可通过补充葡萄糖溶液得到缓解。
（4）知识迁移，推导原理：
找出实验变量与课本相关知识点的联系，确定实验原理
例6：
CCTV—2于2005年4月7日报道，卫生部4月6日发布了《苏丹红危险性报告评估》，报道中提到苏丹红一号是一种人工色素（工业染料）它在人体内代谢生成相应的胺类。
科研人员欲采用一定的技术手段探究苏丹红是否对人体有危害。
请回答：
（1）根据所学的动物细胞工程知识，你认为采取下列哪种技术手段最合适：
A．动物细胞融合 B．动物细胞培养 C．胚胎移植 D．核移植
（2）根据上述选择，请你设计一个实验来探究“苏丹红一号”是否对人体有危害。
[1]该实验的原理是 。
【分析】实验变量——苏丹红，反应变量——人体有害，但不可以用人体作实验，只能用细胞培养法，观察培养细胞是否发生变异。
所以，原理就应借鉴动物细胞培养技术的应用之一——检测有毒物质的原理。
【答案】原理：
许多致畸、致癌物质加入动物细胞培养液后，培养细胞会发生染色体结构和数目的变异。
根据变异细胞占观察培养细胞的百分数，可以判断某种物质的毒性。
3、实验设计：
实验设计是为达到实验目的，而选择出最恰当的实验方法。
实验设计不同于实验步骤的描述，无需详细描述实验步骤，但需明确实验目的，以及完成该实验所必须控制的实验变量。
例题7：
一课题小组在探究“甲细菌和乙细菌的生长关系”时做了以下实验：
实验一：
把甲细菌接种到基本培养基上→不产生甲细菌的菌落；
实验二：
把乙细菌接种到基本培养基上→不产生乙细菌的菌落；
实验三：
把甲细菌和乙细菌同时接种到基本培养基上→产生了新的菌落、甲细菌的菌落和乙细菌的菌落。
根据上述实验现象，该课题小组得出了以下结论：
①甲细菌在代谢中可产生乙细菌生长必需的物质、乙细菌在代谢中可产生甲细菌生长必需的物质；②甲细菌和乙细菌间会产生基因重组导致变异的发生
（1）请设计相关实验来继续探究结论①是否科学。
① 。
② 。
（2）请设计相关实验来继续探究结论②是否科学。
① 。
② 。
【分析】实验目的“探究甲、乙两细菌生长关系”。
根据题目结论给出两种可能关系，其一是“甲乙细菌通过产生代谢产物而发生关系”，其二“甲乙两细菌通过基因重组而发生关系”。
验证前者的实验变量是——两种细菌产生的代谢产物；而后者的实验变量可借鉴艾弗里的实验原理，则变量是——两种细菌的DNA。
【答案】
（1）①把甲细菌接种到培养过乙细菌的基本培养基上
②把乙细菌接种到培养过甲细菌的基本培养基上
（2）①把甲细菌接种到含有乙细菌DNA的基本培养基上
②把乙细菌接种到含有甲细菌DNA的基本培养基上
例8：
某同学用如下三组实验探究温度对酶活性的影响。
5min后把酶溶液分别倒入同一水槽中的另一试管，摇匀后在原温度下维持5min后，各滴加1—2滴碘液。
某学生按要求操作，结果发现：
（1）在0℃的试管中溶液颜色变蓝，原因是 。
（2）在60℃的试管中溶液颜色不变蓝，原因是 。
（3）在100℃的试管中反复滴加碘液，每一次溶液的颜色均由蓝色变为无色。
对该结果，有的同学认为，100℃高温下酶可能仍有活性，有的同学认为高温下淀粉与碘的复合物不稳定。
现提供必要的器材和试剂（可根据你的实验需要自行选择），请你设计一个实验对两种不同的假设加以验证。
实验步骤：
①操作：
。
预测实验结果与结论：
。
②操作：
。
预测实验结果与结论：
【答案】
（1）温度太低，淀粉酶活性很低，淀粉几乎未分解。
（2）温度适宜，淀粉酶催化淀粉彻底水解。
（3）①在上述（经加酶100℃处理的）试管的溶液中加入斐林试剂，混匀后沸水浴2分钟。
观察实验结果。
如果出现砖红色沉淀，结论是在100℃时淀粉酶仍有活性；如果不出现砖红色沉淀，结论是高温下淀粉酶已失去活性。
②另取两支试管分别加入2ml可溶性淀粉溶液和1ml蒸馏水，置于100℃水槽中水浴5min；然后将蒸馏水加入淀粉溶液中，继续水浴5min；在100℃下加入碘液1—2滴，混匀。
观察实验结果。
如果先出现蓝色，再变为无色，结论是高温下淀粉与碘的复合物不稳定；如果出现蓝色且不再褪色，结论是高温下淀粉与碘的复合物稳定。
4、实验步骤
例9：
“酸生长”学说认为：
生长素通过促进细胞分泌H+，进而促进细胞伸长。
为了验证酸对细胞伸长有促进作用，现提供六种不同PH值的系列缓冲液（PH5.0~6.0）、黑暗中萌发的小麦种子（如图）若干、镊子、刀片、刻度尺、带盖的青霉素小瓶等器材和试剂，请完成实验设计并回答相关问题：
⑴实验设计：
①实验材料的处理：
选择长势一致的小麦幼苗若干，用镊子取下并切取图中的 段，放入 中侵洗2h，作为实验材料。
②方法步骤：
A、
B、
【分析】
（1）确定实验变量和反应变量、分组等：
确定实验变量：
实验变量确定的正确与否直接关系到实验操作的准确性。
如：
研究甲状腺激素对生命活动的影响，则实验组与对照组的处理分别是：
一批健康小狗摘除甲状腺，实验组注射适量的甲状腺激素，对照组注射等量的生理盐水；
如：
研究甲状腺与动物生长的关系，则实验组的处理方法：
一批健康的小狗，实验组摘除甲状腺，对照组也做相同的手术，但不摘除甲状腺。
本题实验目的——验证酸对细胞伸长有促进作用，所以实验变量是酸的有无或不同浓度的酸液；
确定分组：
分组包括器材分组和材料分组，器材分组应参照仪器如仪器数量、系列试剂，应注意试剂“等量”原则；材料分组要注意“随机、等量”等原则。
本题为试剂分组——六种不同PH的缓冲液，因不含PH7的液体，所以要加设蒸馏水为空白对照组。
为描述方便还需给予编号。
确定反应变量：
实验目的——验证酸对细胞伸长有促进作用，实验结果细胞有无生长是如何观察得出的？
可参照仪器——刻度尺，所以应是测量实验前后或与对照组相比较后看根的长度。
（2）实验步骤描述：
A．分组描述：
为了使文字描述简洁，必须对材料或仪器进行分组，分组要注意等量、随机原则。
B．平行描述：
无论如何分步，每一步均要描述所有的实验分组，即使该组未进行任何操作，也需附上——该组不进行任何操作。
C．单一变量：
整个实验中只能有一个步骤实验各分组有所不同，其他步骤一般要相同，而且实验的无关变量应相同且适宜。
【答案】所以例9的实验步骤为：
一、取7个青霉素小瓶，1－7给以编号，1－6不同ph的缓冲液2ml，7加2ml蒸馏水；
二、将实验材料吸干表面水分后，每瓶投入10段
三、将各小瓶加盖后置于适宜条件下培养。
四、定时取出各瓶中胚芽鞘切段，用刻度尺测量切段的长度并记录
5、预测实验结果：
预测实验结果即在该实验特定的变量作用下，运用已有的生物学知识，经过科学的分析和推理，给出一种或几种可能的实验结果。
一般来说，验证性实验是“不需要”预测实验结果的，因为实验结果是“已知的”。
探究性实验一般有多种可能的预测结果。
如对“实验四比较过氧化氢酶和Fe3+催化效率”这个实验进行结果预测时，有以下3种可能：
①过氧化氢酶的催化效率高于Fe3+的催化效率；②Fe3+的催化效率高于过氧化氢酶的催化效率；③过氧化氢酶的催化效率与Fe3+的催化效率基本相同。
根据酶具有高效性的特点，①是最可能的结果。
遵循完整性原则（将所有的可能性排列出来，并排除不符合实际的情况）。
（1）验证性实验：
验证性实验，一般给出实验目的、试剂和有关用品，要求学生据此设计实验或补充不完整的实验，来验证某一事实或原理。
其特点是先有结论，然后用实验来验证结论。
重在考查学生实验设计能力和对操作步骤的分析能力和理解能力，以及对实验结果的预测和归纳总结能力。
验证实验的结论一般是明确、肯定，只有实验假设成立和不成立两种结果。
例10：
赤霉素能促进豌豆茎节间的伸长，生长素也可以促进茎的伸长。
某同学设计了如下的实验来验证：
赤霉紊与生长素具有协同作用。
实验器材：
可选择的实验器材有生长状况相同的豌豆幼苗若干、培养皿若干、培养液、一定浓度的生长素、一定浓度的赤霉素、刻度尺、刀片等
实验步骤：
第一步：
取生长状况相同的豌豆幼苗，从豌豆幼苗的同一部位用刀片切取等长的茎段若干段；
第二步：
第三步：
第四步：
实验结果的预期、说明：
【分析】：
题目明确指出了“赤霉素能促进豌豆茎节间的伸长，生长素也可以促进茎的伸长”。
“某同学设计了实验来验证：
赤霉素与生长素具有协同作用。
”这是一个验证实验，在这样的实验中，已经说明实验变量的作用，在预期结果的时候，就没必要预期多种情况了。
如果本题只说通过实验来探究赤霉素与生长素的作用，则一定要预期多种情况。
实验目的：
赤霉素和生长素都能促进茎的生长，它们在促进茎的生长方面具有协同作用。
实验变量：
赤霉素、生长素的有无。
反应变量：
比较经赤霉素、生长素处理后的茎与未经处理的茎，在实验前后茎的长度变化情况。
确定分组：
必须设加赤霉素、生长素的试验组和空白对照组，但考虑到要验证二者的协同作用，即“对同一个生理过程都发挥相同的作用，从而达到增强效应的结果，”所以需加设一同时加赤霉素和生长素的实验组。
【参考答案】
第二步：
将豌豆茎段平均分成4个组，分别放入盛有培养液的培养皿中编号1，2，3，4；
第三步：
1组培养液中不加激素；2组培养液中加入一定浓度的赤霉素；3组培养液中加入一定浓度的生长素；4组培养液中加入一定浓度的赤霉素和生长素。
在相同条件下培养。
第四步：
一段时间后测量计算茎切段伸长的平均值。
实验结果的预期、说明：
2组的茎段比4组的茎段短，比1组的茎段长；3组的茎段比4组的茎段短，比1组的茎段长。
说明：
赤霉素和生长素都能够促进茎的伸长，并且两种激素对茎的伸长具有协同作用。
例12：
已知适宜浓度的生长素能促进细胞的纵向伸长。
科学工作者经大量研究后，对其用机理的解释之一是“酸生长”学说。
“酸生长”学说认为：
生长素通过促进细胞分泌H+，进而促进细胞伸长。
请设计实验以验证“酸生长”学说中H+分泌与细胞伸长的关系。
实验材料与药品：
10mol／L生长素溶液、pH值为5．O、9．O的缓冲液、黑暗中萌发的小麦种子若干、镊子、刀片、刻度尺、培养皿等器材和试剂，请完成相关实验设计
实验步骤：
①材料处理：
选择长势一致的小麦幼苗若干，用镊子取下胚芽鞘并切掉 ，平均分成三组。
②平均分组的胚芽鞘放人编号为1、2、3的培养皿中，加不同试剂，置于适宜温度下培养。
③一定时间后测量各组胚芽鞘平均长度，并进行若干次重复实验。
并记录结果．
根据上述内容，在答题卷上填写下表（验证实验结果表明，酸化学说正确）
组别
处理方法
结果
1
1O只胚芽鞘+10mol／L生长素溶液
2
胚芽鞘生长不明显
3
【分析】：
实验目的：
验证生长素产生的H+促进了细胞的伸长。
实验变量：
H+有无，而不是生长素的有无。
反应变量：
胚芽鞘的生长情况。
实验分组：
根据题意设定胚芽鞘+生长素溶液的组，以确定生长素能促进细胞的生长；设定胚芽鞘+H+溶液的组，以确定H+能促进细胞的生长；设定胚芽鞘+生长素+非酸性的缓冲液，已确定促进细胞生长与生长素的其他成分无关。
【答案】
（1）尖端
（2）填写下表
组别
处理方法
预测结果
1
10只胚芽鞘+10mol／L生长素溶液
胚芽鞘生长明显
2
10只胚芽鞘+l0mol／L生长素溶液+pH值为9.0的缓冲液
胚芽鞘生长不明显
3
10只胚芽鞘+pH值为5．O的缓冲液
胚芽鞘生长明显
（2）探究性实验：
探究实验的结果往往有多种可能性，应描述多种合乎生物学原理的可能性结果。
例13：
为探究二氧化硫对植物叶片的影响，请根据所给材料和用具（品）设计出实验的方法和步骤，预测可能的实验结果，并分别得出相应的结论。
材料用品：
长势相同的2株盆栽黄瓜幼苗，小烧杯1个，大小相同的玻璃罩2个，玻璃板2块（比玻璃罩略大）、稀硫酸、凡士林和水。
已完成的实验步骤：
称取一定量的亚硫酸钠（亚硫酸钠与稀硫酸反应生成二氧化硫），并对幼苗、玻璃罩和玻璃板进行标号。
在小烧杯中加入稀硫酸2mL，在l号和2号玻璃板边缘涂上凡士林。
待完成的实验步骤：
（1）
（2）
（3）
可能的实验结果和相应的实验结论：
（1）
（2）
（3）
【分析】本题“为探究二氧化硫对植物叶片的影响”，并没有说明二氧化硫对植物叶片的影响具体是什么。
可以理解为叶片的形态。
实验变量是：
SO2有无，反应变量是：
叶片的形态。
由于是探究性实验，则可能性的实验结果——SO2抑制植物的生长；不影响；促进生长。
【参考答案待完成的实验步骤】
（1）将1号和2号幼苗分别放在l号和2号玻璃板中央，将小烧杯放在1号幼苗旁；
（2）将称好的亚硫酸钠迅速投入到小烧杯中，立即扣上玻璃罩，同时将2号幼苗用2号玻璃罩扣上；
（3）将上述实验装置放在向阳处，定期观察其叶片的变化。
可能的实验结果和相应的实验结论：
（1）1号和2号幼苗的叶片均正常或异常（或答差异不显著），说明该种植物叶片不受二氧化硫的影响（或二氧化硫的量不够）（注：
将“异常”答成“变黑、发黄”或“出现病症”“受到伤害”均给分，下同）。
（2）l号幼苗的叶片异常，2号幼苗的叶片正常（或答差异显著），说明二氧化硫对植物的叶片有伤害作用。
（3）1号幼苗的叶片正常，2号幼苗的叶片异常（或答差异显著），说明一定浓度的二氧化硫对叶片生长有益。
例14.请设计实验探究：
小肠粘膜是否在稀盐酸作用下产生了引起胰液分泌的某种物质．
实验材料和仪器：
正常小狗2只、稀盐酸、生理盐水、研磨工具、小刀、过滤工具、注射器等等．
第一步：
切下一段狗的小肠、刮下黏膜．
（1）
（2）
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