专题02 实验设计类题型专项突破高考生物九大难点专项突破原卷版.docx
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专题02实验设计类题型专项突破高考生物九大难点专项突破原卷版
《2019届高考生物九大难点专项突破》
专题02实验设计类题目专项突破
（原卷版）
（一）考纲要求
高考注重考查学生对实验与实验探究能力的理解和应用，而对实验与探究能力的具体要求可以分为4个层次：
一是掌握“生物知识内容表”中所列的生物实验相关操作步骤和技能；二是要求考生运用所学试验方法和技能，对实验现象和结果进行分析、解释；三是具有对一些生物学问题进行初步探究的能力；四是能对一些简单的实验方案作出恰当的评价和修订。
（二）命题角度
结合考纲，综观多年高考实验题目，命题角度主要有如下几方面特点：
1、以教材所列实验为命题材料，考查学生对实验技术的掌握，对实验原理、实验程序等内容的分析、归纳和总结。
（本部分在专题一已归纳提升总结）
2、以给出的材料为基础，根据现有条件，设计实验程序、预测实验结果，并对实验结果进行合理的分析和解释。
该类试题能较好地反映考生综合素质（信息获取的能力、语言表达能力、实验创新能力、逻辑思维的严密性等），已成为当前命题热点。
（三）题型分析
高考题目中实验设计类题目选择题和非选择题均有涉及。
其中选择题通常是以图表的形式给出相关实验数据，让学生对实验结果进行处理，包括分析、描述、表达等；非选择题多是开放性题目，主要是从实验题目、方法和步骤等方面进行考察，考察考生的逻辑思维能力和语言表述能力。
本专题将以2015-2018五年间各地高考真题为突破口进行归纳，总结此类题型的解题思路和技法：
【典例1】（2018浙江新高考）某同学进行了2,4-D对插枝生根作用的实验，结果如图所示，其中丙是蒸馏水处理组。
下列叙述正确的是（）
A．图中纵坐标的名称只能用根数量表示
B．2，4-D的浓度是该实验的可变因素
C．由图中可知甲组的2，4-D浓度高于乙组
D．达到a点的生根效果，甲组处理时间比乙组长
【典例2】（2018全国I卷）已知药物X对细胞增值有促进作用，药物D可抑制药物X的作用。
某同学将同一瓶小鼠皮肤细胞平均分为甲、乙、丙三组，分别置于培养液中培养，培养过程中进行不同的处理（其中甲组未加药物），每隔一段时间测定各组细胞数，结果如图所示。
据图分析，下列相关叙述不合理的是
A．乙组加入了药物X后再进行培养
B．丙组先加入药物X，培养一段时间后加入药物D，继续培养
C．乙组先加入药物D，培养一段时间后加入药物X，继续培养
D．若药物X为蛋白质，则药物D可能改变了药物X的空间结构
【典例3】（2017全国I卷）通常，叶片中叶绿素含量下降可作为其衰老的检测指标。
为研究激素对叶片衰老的影响，将某植物离体叶片分组，并分别置于蒸馏水、细胞分裂素（CTK）、脱落酸（ABA）、CTK+ABA溶液中，再将各组置于光下。
一段时间内叶片中叶绿素含量变化趋势如图所示，据图判断，下列叙述错误的是（）
A．细胞分裂素能延缓该植物离体叶片的衰老
B．本实验中CTK对该植物离体叶片的作用可被ABA削弱
C．可推测ABA组叶绿体中NADPH合成速率大于CTK组
D．可推测施用ABA能加速秋天银杏树的叶由绿变黄的过程
【典例4】（2017江苏）研究小组探究了萘乙酸（NAA）对某果树扦插枝条生根的影响，结果如下图。
下列相关叙述正确的是
A．自变量是NAA，因变量是平均生根数
B．不同浓度的NAA均提高了插条生根率
C．生产上应优选320mg/LNAA处理插条
D．400mg/LNAA对生根数的增加具有促进效果
【典例5】（2016浙江）某研究小组进行了外施赤霉素和脱落酸对贮藏期马铃薯块茎发芽影响的实验，结果如下图所示。
下列叙述正确的是（）
A．为使马铃薯块茎提早发芽，可以外施脱落酸
B．为延长马铃薯块茎的贮藏时间，可以外施赤霉素
C．外施赤霉素后，马铃薯块茎从开始发芽到最大发芽率所需的时间更短
D．对照组马铃薯块茎中赤霉素含量与脱落酸含量的比值，第5周时大于实验开始时
【典例6】（2015江苏）瓶插鲜花鲜重的变化与衰败相关,鲜重累积增加率下降时插花衰败。
下图为细胞分裂素和蔗糖对插花鲜重的影响,下列叙述错误的是（）
A．蔗糖和细胞分裂素都有延缓衰败的作用
B．蔗糖可为花的呼吸作用提供更多的底物
C．同时添加蔗糖和细胞分裂素更利于插花保鲜
D．第5天花中脱落酸的含量应该是清水组最低
【典例7】（2018江苏）如图为一种植物扦插枝条经不同浓度IAA浸泡30min后的生根结果（新生根粗细相近），对照组为不加IAA的清水。
下列叙述正确的是
A．对照组生根数量少是因为枝条中没有IAA
B．四组实验中，300mg/LIAA诱导茎细胞分化出根原基最有效
C．100与300mg/LIAA处理获得的根生物量相近
D．本实验结果体现了IAA对根生长作用的两重性
【典例8】（2017江苏）为了探究一种新型碱性纤维素酶的去污效能，研究性学习小组进行了相关实验，结果如下图。
由图中实验结果能直接得出的结论是（）
A．碱性纤维素酶对污布类型2的去污力最强
B．不同类型洗衣粉影响碱性纤维素酶的去污力
C．碱性纤维素酶对污布类型2、3的去污力不同
D．加大酶用量可以显著提高洗衣粉的去污力
【典例9】（2016江苏）过氧化物酶能分解H2O2，氧化焦性没食子酸呈橙红色。
为探究白菜梗中是否存在过氧化物酶，设计实验如下表。
下列相关叙述正确的是
A．1号管为对照组，其余不都是实验组
B．2号管为对照组，其余都为实验组
C．若3号管显橙红色，无需对照就能证明白菜梗中存在过氧化物酶
D．若4号管不显橙红色，可证明白菜梗中无过氧化物酶
【典例10】（2015新课标II）将三组生理状态相同的某植物幼根分别培养在含有相同培养液的密闭培养瓶中，一段时间后，测定根吸收某一矿质元素离子的量。
培养条件及结果见下表：
培养瓶中气体
温度（℃）
离子相对吸收量（%）
空气
17
100
氮气
17
10
空气
3
28
下列分析正确的是（）
A．有氧条件有利于该植物幼根对该离子的吸收
B．该植物幼根对该离子的吸收与温度的变化无关
C．氮气环境中该植物幼根细胞吸收该离子不消耗ATP
D．与空气相比，氮气环境有利于该植物幼根对该离子的吸收
【典例11】（2015浙江）不同处理对某植物性别分化的影响如表所示，下列叙述正确的是（）
A．根产生的赤霉素能促进雌株形成
B．叶产生了促进雌株形成的细胞分裂素
C．若对完整植株使用赤霉素合成抑制剂，则雌株数量增多
D．赤霉素和细胞分裂素对性别分化的作用是不相互对抗的
生物实验的变量原则
实验设计中除了上述的对照原则外，另一重要原则即为变量原则。
⑴变量类型
①自变量指实验中由实验者所操纵、给定的因素或条件。
②因变量指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。
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。
③无关变量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。
⑵单一变量（单因子变量）控制原则
无论一个实验有几个实验变量，都应确定一个实验变量对应观测一个反应变量，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。
单因子变量原则要求在实验组和对照组的实验中都只能有一个变量，这样得出的实验结果与单一变量之间就能形成一一对应关系，便于观察实验结果，便于分析实验结果是由什么因素造成。
例如：
我们在做“植物的向性运动”有重力与单侧光两个实验变量，必须要有各自实验和变化结果，常见的错误就是在有光的条件下进行重力实验变量，影响了实验结果的准确性。
（3）无关变量要一致（等量原则）
不同的实验组或实验组和对照组，除了实验变量可以不同外，其它实验条件都应完全一样或相等。
如“唾液淀粉酶水解淀粉”实验中，试管的洁净程度、唾液新鲜程度、温度处理时间长短等，均为无关变量。
在实验设计和操作中，要尽量减少无关变量，而且不同的实验组中无关变量应完全相同，这样就避免实验结果的差异是由于无关变量引起的可能性，便于清晰地研究自变量与因变量的关系。
【典例12】（2017北京选编）疟原虫是一种单细胞动物。
它能使人患疟疾，引起周期性高热、寒战和出汗退热等临床症状，严重时致人死亡。
临床应用青蒿素治疗疟疾取得了巨大成功，但其抗疟机制尚未完全明了。
我国科学家进行了如下实验。
组别
实验材料
实验处理
实验结果
（线粒体膜电位的相对值）
1
疟原虫的线粒体
不加入青蒿素
100
2
加入青蒿素
60
3
仓鼠细胞的线粒体
不加入青蒿素
100
4
加入青蒿素
97
（1）1、2组结果表明_________________；由3、4组结果可知青蒿素对仓鼠细胞线粒体膜电位无明显影响。
据此可以得出的结论是____________________。
（2）将实验中仓鼠细胞的线粒体替换为_______________，能为临床应用青蒿素治疗疟疾提供直接的细胞生物学实验证据。
【典例13】（2016全国卷II）BTB是一种酸碱指示剂。
BTB的弱碱性溶液颜色可随其中CO2浓度的增高而由蓝变绿再变黄。
某同学为研究某种水草的光合作用和呼吸作用，进行了如下实验：
用少量的NaHCO3和BTB加水配制成蓝色溶液，并向溶液中通入一定量的CO2使溶液变成浅绿色，之后将等量的绿色溶液分别加入到7支试管中。
其中6支加入生长状况一致的等量水草，另一支不加水草，密闭所有试管。
各试管的实验处理和结果见下表。
试管编号
1
2
3
4
5
6
7
水草
无
有
有
有
有
有
有
距日光灯的距离（cm）
20
遮光*
100
80
60
40
20
50min后试管中溶液的颜色
浅绿色
X
浅黄色
黄绿色
浅绿色
浅蓝色
蓝色
*遮光是指用黑纸将试管包裹起来，并放在距日光灯100cm的地方。
若不考虑其他生物因素对实验结果的影响，回答下列问题：
（1）本实验中，50min后1号试管的溶液是浅绿色，则说明2至7号试管的实验结果是由引起的；若1号试管的溶液是蓝色，则说明2至7号试管的实验结果是（填“可靠的”或“不可靠的”）。
（2）表中X代表的颜色应为（填“浅绿色”、“黄色”或“蓝色”），判断依据是。
（3）5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化，说明在此条件下水草。
【典例14】（2016全国卷III选编）为了探究某地夏日晴天中午时气温和相对湿度对A品种小麦光合作用的影响，某研究小组将生长状态一致的A品种小麦植株分为5组，1组在田间生长作为对照组，另4组在人工气候室中生长作为实验组，并保持其光照和CO2浓度等条件与对照组相同。
于中午12︰30测定各组叶片的光合速率，各组实验处理及结果如表所示：
回答下列问题：
（1）根据本实验结果，可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是，其依据是；并可推测，（填“增加”或“降低”）麦田环境的相对湿度可降低小麦光合作用“午休”的程度。
（2）在实验组中，若适当提高第组的环境温度能提高小麦的光合速率，其原因是
。
【典例15】（2015天津选编）白粉菌和条锈菌能分别导致小麦感白粉病和条锈病，引起减产，采用适宜播种方式可控制感病程度。
下表是株高和株型相近的小麦A、B两品种在不同播种方式下的实验结果
实验
编号
接种方式
植株密度（x106株/公顷）
白粉病
感染程度
条锈病
感染程度
单位面积
产量
A品种
B品种
I
单播
4
0
—
+++
+
II
单播
2
0
—
++
+
III
混播
2
2
+
+
+++
IV
单播
0
4
+++
—
+
V
单播
0
2
++
—
++
注：
“+”的数目表示感染程度或产量高低；“—”表示未感染。
据表回答：
（1）抗白粉病的小麦品种是_______________,判断依据是______________________
（2）设计Ⅳ、Ⅴ两组实验，可探究____________________________________________
（3）Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ三组相比，第Ⅲ组产量最高，原因是________________________________
【典例20】（2015四川选编）进食可刺激胃腺细胞分泌胃液，胃液中含有胃酸及胃蛋白酶，有利于消化。
哺乳动物进食时，食物尚未进入胃内就可引起胃液分泌，称为头期胃液分泌。
该过程受神经调节和神经－体液调节的共同调控，如图所示。
为探究两种调节机制对头期胃液分泌的影响，有人用同一只狗连续进行了以下实验：
步骤
实验条件
4小时胃液分泌量
1
假饲
+++++++++
2
切除胃窦，再假饲
+
3
假饲，并注射一定量的胃泌素
（控制胃泌素的注射剂量，使胃液分泌量与步骤1相当）
+++++++++
4
只注射与步骤3相同剂量的胃泌素，但不假饲
++++
（假饲是让狗吃肉，但吞下的肉从食道上的人工瘘口掉出，不进入胃；“+”数量表示胃液分泌量多少）
（1）步骤2中胃液的分泌是＿＿＿＿＿调节的结果。
（2）步骤3的目的是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（3）步骤4是为了确定在＿＿＿调节作用下的胃液分泌量。
（4）重复上述实验均得到相同结果，表明在头期胃液分泌的两种调节机制中，＿＿＿的作用效应更大；二者共同作用效应＿＿＿（大于/小于/等于）各自单独作用效应之和。
【典例16】（2015重庆）小麦的穗发芽影响其产量和品质。
某地引种的红粒小麦的穗发芽率明显低于当地白粒小麦。
为探究淀粉酶活性与穗发芽率的关系，进行了如下实验。
（1）取穗发芽时间相同、质量相等的红、白粒小麦种子，分别加蒸馏水研磨、制成提取液（去淀粉），并在适宜条件下进行实验。
实验分组、步骤及结果如下：
步骤①中加入的C是____，步骤②中加缓冲液的目的是______。
显色结果表明：
淀粉酶活性较低的品种是____；据此推测：
淀粉酶活性越低，穗发芽率越__。
若步骤③中的淀粉溶液浓度适当减小，为保持显色结果不变，则保温时间应____。
（2）小麦淀粉酶包括α－淀粉酶和β－淀粉酶，为进一步探究其活性在穗发芽率差异中的作用，设计了如下实验方案：
X处理的作用是使____。
若Ⅰ中两管显色结果无明显差异，且Ⅱ中的显色结果为红粒管颜色显著____白粒管（填“深于”或“浅于”），则表明α－淀粉酶活性是引起这两种小麦穗发芽率差异的主要原因。
会观察、分析和解释实验产生的现象、数据，并得出合理的实验结论是独立完成实验的重要组成部分。
实验结果推断处理型实验题是历年高考生物的常考题型。
解答此类题时，应充分利用实验条件和现象，动用恰当的生物学原理进行推断、分析、阐述，得出科学结论，要注意遵照实验设计的各种原则，找准对照关系，并运用专业术语作答，切记不能扩大实验结论。
【典例17】（2018全国卷II）为研究垂体对机体生长发育的作用，某同学用垂体切除法进行实验。
在实验过程中，用幼龄大鼠为材料，以体重变化作为生长发育的检测指标。
回答下列问题：
（1）请完善下面的实验步骤
①将若干只大鼠随机分为A、B两组后进行处理，A组（对照组）的处理是___________，B组的处理是_____________。
②将上述两组大鼠置于相同的适宜条件下饲养。
③_______。
④对所得数据进行统计处理与分析
（2）实验结果与分析
B组大鼠生长发育的状况不如A组，出现这种差异的原因是由于B组的处理使大鼠缺失了来源于垂体的_________激素和________激素。
【典例18】（2017全国I）根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型，有些病毒对人类健康会造成很大危害，通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。
假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换，请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型，简要写出
（1）实验思路，
（2）预期实验结果及结论即可。
（要求：
实验包含可相互印证的甲、乙两个组）
（1）实验思路________________________________________________________________________；
（2）预期实验结果________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________。
【典例19】（2015浙江）现有一种细菌M，能够合成某种酶，并能分泌到细胞外。
为了研究其培养时间与细胞数、细胞外酶浓度和总酶浓度的变化关系，请根据以下提供的实验材料写出实验思路，并预测实验结果。
实验材料：
若干个培养瓶、培养液、细菌M
（要求与说明：
实验仅设一组；实验仪器、试剂、用具及操作不做要求；实验条件适宜），请回答：
（1）实验思路：
①_____________________________________________________________；
②_______________________________________________________________________________；
③_________________________________________________________________________________。
（2）预测实验结果（设计一个坐标系，并绘制预测的细胞数、细胞外酶浓度和总酶浓度的变化曲线）；
（3）测定总酶浓度时，应对细胞做_________处理。
探究型实验设计的规律技巧
探究型实验设计过程包括提出问题、作出假设，制定实验方案，检验假设。
高中种常见的两类形式一是全程探究型实验，二是补充实验过程。
（一）全程探究型实验
实验设计一般按照如下步骤进行:
（1）明确实验目的（同实验假设）;
（2）联系教材相关知识；（3）确定实验思路；（4）设计实验步骤；（5）对实验结果预期进行分析讨论；（6）得出正确结论。
实验步骤的叙述技巧是：
（一般是三段式）
第一步：
实验材料的选择、分组与搭配，体现无关变量相同。
第二步：
实验组、对照组的不同处理，体现实验变量的处理差异。
第三步：
“培养、经过一段时间后”观察、测定或观察、测定实验结果，体现获得的反应变量是什么。
2、叙述要求
（1）分步叙述，要有标号如1，2，3……等或ABCD……等（也可采用表格方式）；
（2）研究对象或器皿要有标记（编号）如ABCD……；
（3）说明对材料的选择和处理；
（4）对部分实验条件要有量、时间等描述：
如37℃水浴中保温5min，加入等量……。
3、准确地表达实验结果（预测实验结果）和结论
无论是实验的步骤还是实验的结果与结论，叙述务必条理化、层次化、简明扼要。
曲线、图解务必规范。
（二）补充过程类实验
高考题目多以此类题目为主，考查的内容主要有：
作出假设、制定计划、预测结果和进行评价等。
解答此类题目之前必须认真审题，了解实验设计的目的是什么。
分析题干中提供的信息有两个目的：
一是透过背景材料找出该实验涉及的知识点；二是确定解决问题的方法。
【典例19】（2015安徽选编）科研人员探究了不同温度（25℃和0.5℃）条件下密闭容器内蓝莓果实的CO2生成速率的变化，结果见图l和图2。
（1）由图可知，与25℃相比，0.5℃条件下果实的CO2生成速率较低，主要原因是；随着果实储存时间的增加，密闭容器内浓度越来越高，抑制了果实的细胞呼吸。
该实验还可以通过检测浓度变化来计算呼吸速率。
（2）某同学拟验证上述实验结果，设计如下方案：
①称取两等份同一品种的蓝莓果实，分别装入甲、乙两个容积相同的瓶内，然后密封。
②将甲、乙瓶分别置于25℃和0.5℃条件下储存，每隔一段时间测定各瓶中的CO2浓度。
③记录实验数据并计算CO2生成速率。
为使实验结果更可靠，请给出两条建议，以完善上述实验方案（不考虑温度因素）。
a．；
b．。
【典例22】（2015海南）生产果汁时，用果胶酶处理果泥可提高果汁的出汁率。
回答下列相关问题：
（1）某同学用三种不同的果胶酶进行三组实验，各组实验除酶的来源不同外，其他条件都相同，测定各组的出汁量，据此计算各组果胶的活性的平均值并进行比较。
这一实验的目的是___________________。
（2）现有一种新分离出来的果胶酶，为探究其最适温度，某同学设计了如下实验：
取试管16支，分别加入等量的果泥、果胶酶、缓冲液，混匀，平均分为4组，分别置于0℃、5℃、10℃、40℃下保温相同时间，然后，测定各试管中的出汁量并计算各组出汁量的平均值。
该实验温度设置的不足之处有
____________和_________________________。
（3）某同学取5组试管（A～E）分别加入等量的同种果泥，在A、B、C、D、4个实验组的试管中分别加入等量的缓冲液和不同量的同种果胶酶，然后，补充蒸馏水使4组试管内液体体积相同；E组加入蒸馏水使试管中液体体积与实验组相同。
将5组试管置于适宜温度下保温一定时间后，测定各组的出汁量。
通过A～D组实验可比较不同实验组出汁量的差异。
本实验中，若要检测加入酶的量等于0而其他条件均与实验组相同时的出汁量，E组设计_________（填“能”或“不能”）达到目的，其原因是
__________________________。
实验评价题（改错题）应对策略：
高考题目中，也经常出现实验纠错题。
此类题目在制定实验方案时违背了实验设计原则，在实验设计时，除了要对所设计的实验有一个整体设想，有一条清晰的思路，注意操作的可行性之外，还要注意遵循以下基本事项：
（1）看有无对照实验，如果有看对照设计是否合理。
（2）看实验是否遵循实验设计中的相关原则：
①科学性原则；②单因子变量原则；③平行重复原则
（3）看实验步骤的顺序是否合理，步骤是否完整。
（4）看实验仪器、药剂的使用的是否合理。
药剂的配备、使用及用量的大小。
（5）实验结果的验证是否合理。
1、（2014天津）MRSA菌是一种引起皮肤感染的“超级细菌”，对青霉素等多种抗生素有抗性。
为研究人母乳中新发现的蛋白质H与青霉素组合使用对MRSA菌生长的影响，某兴趣小组的实验设计及结果如下表。
下列说法正确的是（）
组别
培养基中的添加物
MRSA菌
1
100μg/mL蛋白质H
生长正常
2
20μg/mL青霉素
生长正常
3
2μg/mL青霉素＋100μg/mL蛋白质H
死亡
A．细菌死亡与否是通过光学显微镜观察其细胞核的有无来确定的
B．第2组和第3组对比表明，使用低浓度的青霉素即可杀死MRSA菌
C．实验还需设计用2μg/mL青霉素做处理的对照组
D．蛋白质H有
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