新步步高版高考生物一轮复习 第九单元 实验探究专题 第33讲 实验探究讲义 浙科版Word格式.docx
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3．单一变量原则
（1）变量的种类
变量是指可被操纵的特定因素或条件。
根据其在实验中的作用可分为两大类：
①实验变量（自变量）与反应变量（因变量）。
实验变量是指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前因与后果。
②无关变量与额外变量。
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。
但对实验变量与反应变量的获得起干扰作用。
（2）变量的控制
控制变量是指控制其他因素不变，集中研究其中一个因素的变化，保证实验不受干扰或将干扰因素降到最低程度。
通过实验控制，尽量减少实验误差，以取得较为精确的实验结果。
①操纵实验变量的方法：
设法给研究对象施加干扰，造成研究对象的变化，从而使研究对象在被干扰状态中反映出某种现象和属性。
②检测反应变量的方法：
根据实验原理和实验条件确定观察、测量的指标和方法。
具体包括：
观察特异性的颜色变化、沉淀反应；
观察形态结构、生理变化；
测量生长发育速度；
测量生化反应速度。
③控制无关变量的方法（平衡控制）：
排除因实验对象的个体差异带来的影响；
设法创造稳定的相同的条件进行对照，以抵消或排除这些因素对实验对象的干扰；
设法提供适宜条件，以排除不利环境条件对实验对象的影响；
重复实验，排除偶然因素的干扰，减小实验误差。
不论一个实验有几个实验变量，都应确定一个实验变量，观测一个反应变量，这就是单一变量原则，它是处理实验中的复杂关系的准则之一。
4．平行重复原则
任何实验都必须能够重复，在同样条件下重复实验，实验结果应该是一致或相似的。
任何实验必须有足够实验次数，才能避免结果的偶然性，使得出的结论准确、科学。
在实验中，可以通过在一组实验中同时处理多个材料来体现重复性原则。
5．随机性原则
实验设计中的随机性原则是指被研究的样本是从总体中随机选取的。
这样做的原因有：
（1）可以消除或减少系统误差，使显著性测验有意义；
（2）平衡各种条件，避免实验结果中的偏差。
二、实验设计的要求与步骤
1．实验设计的要求
2．实验设计的一般步骤
实验步骤应用简洁科学的语言叙述，一般如下：
（1）分组编号：
根据实验要求选择适宜的材料和器材，选材应保持条件相同（如：
日龄相同、体重相近的雄性成年大白鼠）。
将实验分为实验组和对照组，可以分为两组，也可以分为若干组，每组进行明确的标记，如用甲、乙、丙或者用A、B、C或者用1、2、3，总之让人一看就知道，便于实验的观察、统计、比较和叙述。
常用语言模板：
①选择长势相同、大小相似的同种植物随机等量分组，分别编号为A、B、C等；
②取两支试管，分别编号为甲、乙，各加入等量的某溶液；
③选择年龄、体重（性别）、健康状况相同的某种动物随机等量分组，分别编号为1、2、3等。
（2）对照处理：
根据实验的要求分别对实验组和对照组进行处理，除实验变量外，对实验组和对照组的培养、饲养等条件应相同，即控制无关变量。
要注意能体现“单一变量”词语的准确使用，例如使用“等量”、“相同”、“适宜”等词语。
（3）培养（或饲养）、观察、记录：
对于植物实验和某些动物实验，分别进行实验处理后，要进行一段时间的培养才能出现结果。
而有些实验进行实验处理之后，在短时间内（1～2h）就可以观察出现的现象。
要仔细观察实验组与对照组出现的差异，记录实验现象和实验数据。
三、探究性实验与验证性实验的比较
1．区别
项目
探究性实验
验证性实验
概念
指实验者在不知晓实验结果的前提下，通过自己实验、探索、分析、研究得出结论，从而形成科学概念的一种认知活动
指实验者针对已知的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复性实验
实验目的
探究研究对象的未知属性、特征以及与其他因素的关系
验证已知对象的已知属性、特征以及与其他因素的关系
实验假设
假设一般采用“如果A，则B”的形式表达，是根据现有的科学理论、事实，对所要研究的对象设想出一种或几种可能性的答案、解释
因结论是已知的，故不存在假设问题
实验现象
未知
已知
实验结果预测
对应假设，分类讨论：
①实验组与对照组无显著差异，实验变量无影响；
②实验组比对照组好，实验变量有利；
③实验组比对照组差，实验变量不利（如果是相互对照，也分类讨论）
根据实验原理确定已知实验结果，并对实验结果进行准确描述
实验结论
根据可能的实验结果，进行分析
对应实验目的作出肯定结论
2．举例
实验名称
鉴定某人是否出现糖尿
验证某糖尿病患者尿液中含葡萄糖
实验原理
相同（本尼迪特试剂与可溶性还原糖作用呈现红黄色沉淀）
实验步骤
相同（取尿液后加本尼迪特试剂热水浴加热，观察实验现象）
出现或不出现红黄色沉淀
出现红黄色沉淀
预期实验结果
若出现红黄色沉淀，证明此人出现糖尿；
若不出现红黄色沉淀，证明此人不出现糖尿
糖尿病患者尿液中含葡萄糖
题组一 突破实验目的
1．下图表示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。
该实验的目的是_____________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 探究CO2浓度与光合速率的关系
解析 此类试题实验目的的确认方法是首先确定实验的自变量和因变量，再寻找自变量和因变量之间的关系，此即实验的目的。
⇒实验目的
2．为了探究某物质（X）的作用，研究者提出了以下实验思路：
（1）实验分组
甲组：
培养液＋Y细胞＋3H－TdR（3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷）＋生理盐水。
乙组：
培养液＋Y细胞＋3H－TdR＋X（用生理盐水配制）每组设置若干个重复样品。
（2）分别测定两组的CRD（细胞内的放射性强度），求每组的平均值。
（3）将各样品在相同且适宜的条件下培养合适时间后，测定其CRD，求每组平均值并进行统计分析。
（要求与说明：
答题时用X、CRD、3H－TdR表示相关名词；
Y细胞是能增殖的高等动物体细胞。
）
请回答：
实验目的：
__________________________________________________________
答案 探究X对Y细胞增殖（DNA合成）的影响
解析 该实验的自变量为某物质（X）的有无，因变量为细胞内的放射性强度。
3H－TdR是用来合成DNA的原料，若细胞分裂旺盛，则细胞内的放射性强度的平均值（CRD）就比较高。
所以该实验的目的是探究X对Y细胞增殖（DNA合成）的影响。
变量法寻找实验目的
（1）根据题目信息，直接写出实验目的。
此类题目中往往含有“验证×
×
”或“探究×
”的字眼，此即为该实验的目的。
（2）根据实验装置或实验现象，推断实验目的。
此类试题首先确定实验的自变量和因变量，再寻找自变量和因变量之间的关系，此即实验的目的。
题组二 突破实验假设
3．正常子宫内膜上皮细胞具有合成某种细胞周期蛋白（简称P蛋白）的能力，该蛋白可促进子宫内膜上皮细胞的增殖。
雌激素能促进子宫内膜上皮细胞的增殖。
雌激素是通过什么途径来促进子宫内膜上皮细胞增殖的呢？
某科研小组发现雌激素能诱导P蛋白的合成。
据此，科研小组作出了“雌激素通过诱导P蛋白的合成来促进这些细胞的增殖”的假设，并设计了相应的实验方案。
请回答相关问题：
（1）该实验需要哪两种功能不同的细胞作实验材料？
________________________________________________________________________；
（2）该实验对照组的培养液中是否需要加入雌激素？
________________。
（3）预测可能的实验结果及结论：
_____________________________________________
（4）该实验的目的是__________________________________________________________
答案
（1）不能合成P蛋白的子宫内膜上皮细胞 正常（或能合成P蛋白的）子宫内膜上皮细胞
（2）需要 （3）①如果对照组的增殖细胞数目明显大于实验组，说明雌激素通过促进P蛋白合成来促进子宫内膜上皮细胞的增殖；
②如果两组的增殖细胞数目无显著差异，说明雌激素对子宫内膜上皮细胞增殖的作用与P蛋白无关
（4）研究雌激素是否通过诱导P蛋白的合成来促进子宫内膜上皮细胞的增殖
解析 分析该题的实验目的，发现其中可以提取出两个自变量：
有无雌激素、是否能合成P蛋白；
该选哪一个作为本题的自变量，
（1）给出提示，如果变量为有无雌激素，那么只能用具有同种功能的细胞来研究，故本题目的变量应该为能否合成P蛋白。
故可分析出需要的材料为能否合成P蛋白的细胞。
（2）同样在一个实验中只能遵循一个自变量，故实验组和对照组需要做相同的处理，即均需要加入雌激素。
（3）该实验中不能合成P蛋白的组为实验组，能合成P蛋白的组为对照组。
因为实验前不知其结果，故该实验应该为探究性实验，应写出所有可能的结果。
可推测二者之间有关或者无关，将两种结果充实后即为答案。
（4）实验目的应围绕实验探究的内容，且要能够体现所反映的自变量，故为研究雌激素是否通过诱导P蛋白的合成来促进子宫内膜上皮细胞的增殖。
实验假设的确定方法
（1）假设的确定依据
对探究性实验来说，假设对所要研究的对象设想一种或几种可能的答案或解释，即提出可能的实验原理。
（2）假设的描述
①句式一：
“如果……现象，则……结论”。
②句式二：
“当条件X存在时，事件P（实验现象）会发生”或“当条件X存在时，事件P（实验现象）不发生”或“当条件X存在时，对事件P（实验现象）没有影响”。
题组三 突破实验原理
4．根据提供的实验材料及用具，食品卫生质量检验人员设计了一个检测稻米新鲜程度的简易实验：
根据过氧化氢酶活性的强弱来鉴别稻米是新稻米还是陈稻米。
材料、用具：
新稻米、待测稻米、质量分数为1%的愈创木酚（氧气存在时被氧化成红褐色物质，与氧浓度呈正相关）等。
实验步骤：
第一步：
取两支具塞试管，分别编号为A和B；
A管内放入适量的新稻米，B管内放入等量的待测稻米。
第二步：
用移液管分别往两支试管内加入等量且适量的质量分数为1%的愈创木酚溶液，浸没稻米，盖上试管塞，充分摇匀，静置一段时间后，弃掉多余液体。
第三步：
将两支试管中浸有1%愈创木酚的稻米分别倒入两个对应编号的培养皿中，用镊子摊开，然后，用移液管吸取体积分数为1%的过氧化氢分别滴入培养皿内的稻米中，使所有稻米都浸有过氧化氢。
第四步：
一段时间后，用放大镜观察两培养皿中稻米的颜色变化。
预期结果及结论：
A培养皿中的新稻米呈红褐色。
若B培养皿中的待测稻米颜色很浅或几乎无色，则是陈稻米；
若待测稻米颜色也呈红褐色，则是新稻米。
请依据实验目的和实验流程，正确分析预期结果及结论，准确书写相应的实验原理：
________________________________________________________________________
答案 植物体内的过氧化氢酶在有过氧化氢存在时，能使某些酚类物质（如愈创木酚）氧化成红褐色物质，其颜色的深浅与酶活性呈正相关
解析 实验原理可以依据已知的实验目的和材料书写，也可以在实验完成后，根据实验的过程和步骤等来书写。
其内容一方面侧重于写出为什么这样操作，另一方面侧重于写出为什么出现这样的现象。
这里面涵盖了：
自变量作用的科学依据，操作自变量的原理和因变量获得的原理等。
依据实验目的可知，本实验的自变量为“过氧化氢酶活性的强弱”，再结合实验材料用具可知，因变量为“质量分数为1%的愈创木酚氧化后的颜色变化”。
因此，实验原理可概括为：
①植物体内的过氧化氢酶在有过氧化氢存在时，能使愈创木酚氧化成红褐色物质；
②愈创木酚氧化后颜色的深浅与酶活性呈正相关。
三段法析实验原理
（1）实验原理一般由三段组成。
自变量和因变量的关系＋因变量的观测指标＋实验具体过程描述。
（2）自变量的作用（反应）原理，即“为什么这么做”。
要密切关注实验目的及题干信息，注意充分利用题干的提示或联系教材基础知识进行准确描述。
（3）因变量的检测原理（或操作原理、现象原理），即“为什么出现这样的现象”。
可参考题中相关实验步骤。
题组四 突破实验变量的控制
5．下表为某探究实验的步骤，请分析并回答下列问题：
序号
加入试剂或处理方法
试管
A
B
C
a
b
c
1
可溶性淀粉溶液
2mL
/
新鲜唾液淀粉酶溶液
1mL
2
保温5min
37℃
60℃
0℃
3
将a试管中的溶液加入A试管，b试管中的溶液加入B试管，c试管中的溶液加入C试管，摇匀
4
5
滴入______，摇匀
2滴
6
观察现象并记录
（1）此探究实验的课题名称是_______________________________________________。
（2）在此实验中，因变量应该用__________检测。
A、B、C三支试管，哪支试管中酶的活性最高？
__________________________。
（3）实验结束后，将B试管所处温度降到适宜温度，现象是________________________________________________________________________。
（4）有人建议用淀粉酶探究温度对酶活性的影响，用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响，试说明这样建议的理由。
___________________________________________________
答案
（1）探究温度对淀粉酶活性的影响
（2）碘—碘化钾溶液 A （3）没有变化 （4）酸能使淀粉水解；
过氧化氢随温度升高分解加快，都会对实验结果造成干扰
解析 由表可知，温度是自变量，所以本实验探究的内容是温度对酶活性的影响。
可溶性淀粉在唾液淀粉酶的作用下可被分解为还原糖，应该用碘—碘化钾溶液来检测。
唾液淀粉酶的最适温度是37℃，所以A试管中酶的活性最高。
B试管原温度是60℃，酶已失活，降到适宜温度也不可能恢复活性。
因为淀粉在酸性条件下会分解，过氧化氢不稳定，在高温下也会自行分解成水和氧气，从而不能正确表现酶活性。
题组五 突破实验步骤
6．大蒜含有各种抗氧化物质，如维生素A、C、E，以及硒，能清除各种自由基，有保护心脏的作用。
大蒜切开或压碎后，其含有的蒜素半胱氨酸经酵素（如胱硫醚连接酶）的作用，会分解并产生多种呛鼻气味的硫化物（如硫化氢），具有降低胆固醇的作用。
蒜素半胱氨酸能减轻心肌梗塞症状，使梗塞面积、心室肥大减小，心肌收缩力增强。
实验结果显示经蒜素半胱氨酸处理的动物，左心室肌细胞内胱硫醚连接酶的活性增加，血浆里的硫化氢量增加，死亡率大大降低。
根据上文，回答下列问题：
（1）大蒜保护心脏的主要作用是___________________________________________
（2）某实验小组阅读该文后，想进行与此相关的实验探究，以下为实验报告的部分内容，请予以完善。
①拟定课题名称：
_______________________________________________________。
②实验自变量是________________________________；
实验观察指标（因变量）是________________________________________________________________________。
③实验过程：
取九只小鼠，结扎部分冠状动脉后，随机分成三组，编号为A、B、C。
A组小鼠不做处理，作为______________________________________________；
B组小鼠_________________________________________________________________；
C组小鼠________________________________________________________________。
在____________________________的情况下，饲养三组小鼠。
一段时间后，解剖观察小鼠心肌梗塞情况。
（3）由以上材料我们得到如下生活启示：
食用大蒜的正确方法是（ ）
①生吃 ②熟食 ③整瓣直接食用 ④切片或压碎后放置一段时间后食用 ⑤煮熟 ⑥烤熟
A．①③B．②⑤C．①④D．②⑥
答案
（1）抗氧化，清除自由基；
产生硫化氢，降低胆固醇
（2）①探究大蒜对心肌梗塞的缓解效果（其他合理答案也可） ②是否饲喂大蒜或蒜素半胱氨酸 心肌梗塞面积、心室肥大程度、心肌收缩力强度（答出两点即可） ③对照组 饲喂含一定量大蒜的饲料 饲喂等量的含一定量蒜素半胱氨酸的饲料 其他条件相同且适宜 （3）C
解析 解答本题需要具备两方面的能力：
一是处理题干信息的能力，要理顺蒜素半胱氨酸、酵素和硫化物之间的关系，要明确蒜素半胱氨酸的作用；
二是根据提供的信息提出实验课题并设计实验步骤的能力。
（1）从题干中可知大蒜的作用是抗氧化，清除各种自由基，且能产生硫化氢，降低胆固醇。
（2）根据题干中“蒜素半胱氨酸能减轻心肌梗塞症状”的信息，可以拟定“探究大蒜对心肌梗塞的缓解效果”的课题。
根据实验拟定的课题，可知该实验的自变量是有无蒜素半胱氨酸或是否饲喂大蒜。
因变量可以从题干中找出：
心肌梗塞面积、心室肥大程度、心肌收缩力强度。
实验过程第一步是分组。
第二步是控制变量：
一组不作任何处理，一组饲喂含大蒜的饲料，一组饲喂含有蒜素半胱氨酸的饲料。
第三步要对无关变量进行控制，实验组和对照组要保持一致，需要观察的实验结果是小鼠的心肌梗塞情况（心肌梗塞面积、心室肥大程度、心肌收缩力强度）。
（3）由题干可知，食用大蒜的正确方法是生吃，可以切片或压碎后放置一段时间后食用。
“四步法”规范书写实验步骤
（1）材料分组编号（设置对照实验）。
（2）对不同的对象施以不同的处理（控制自变量）。
（3）给以相同且适宜的条件（控制无关变量）。
（4）实验结果的观察与记录（因变量的预测）。
题组六 突破预测实验结果，获得实验结论
7．某同学进行实验，甲图为实验开始状态，乙图为实验结束状态。
请在乙图所示实验结果的基础上继续实验，探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜。
增添的实验材料：
蔗糖酶溶液、本尼迪特试剂、试管、滴管、水浴锅等。
（1）设计出继续实验的简要步骤：
①________________________________________________________________________
②________________________________________________________________________
（2）预测实验现象并作出结论：
_______________________________________________________________
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