届高三生物二轮复习 专题突破七 第2讲 实验设计与分析强化训练.docx

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届高三生物二轮复习专题突破七第2讲实验设计与分析强化训练

第2讲　实验设计与分析

　　　2016高考导航——适用于全国卷Ⅱ

考纲要求

高考印证

备考策略

2013

2014

2015

1．具有对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用观察、实验与调查，假说—演绎法、建立模型与系统分析等科学研究方法

T5

T29

（2）

1.命题趋势：

（1）结合新的背景材料，考查实验原理和操作技能。

（2）结合代谢、调节、遗传相关实验，考查实验原理、变量的确认、实验程序的设置、实验结果的处理及结果预测和分析等。

2．备考指南：

（1）将物质鉴定、显微观察、模拟调查类的相似实验进行比较分析。

（2）通过变量分析法理解实验设计的原理、步骤和实验评价的方法。

2．能对一些简单的实验方案作出恰当的评价和修订

[高考回放]

（2013·高考全国卷Ⅱ，T5,6分）在生命科学发展过程中，证明DNA是遗传物质的实验是（　　）

①孟德尔的豌豆杂交实验　②摩尔根的果蝇杂交实验

③肺炎双球菌转化实验　④T2噬菌体侵染大肠杆菌实验　⑤DNA的X光衍射实验

A．①②　　　B．②③

C．③④D．④⑤

解析：

选C。

根据证明DNA是遗传物质的两个经典实验——肺炎双球菌的转化实验和T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验，可直接选出答案。

①发现了基因的分离定律和自由组合定律，②证明了基因位于染色体上，③④都证明了DNA是遗传物质，⑤为DNA双螺旋结构模型的构建提供了有力的证据。

[注]

高考印证2015，T29

（2）高考回放详见P137

命题点1　考查实验目的

　　[学生用书P83]

　现有与某种植物种子萌发有关的4组实验处理如下表。

实验组

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

处理

种皮完整，25℃蒸馏水浸泡24h

机械破损种皮，25℃蒸馏水浸泡24h

种皮完整，25℃质量分数为0.05%的赤霉素水溶液浸泡24h

机械破损种皮，25℃质量分数为0.05%的赤霉素水溶液浸泡24h

尝试通过表格信息书写不同组别对照实验的实验目的：

（1）仅做Ⅰ组与Ⅱ组实验，其实验目的是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）仅做Ⅰ组与Ⅲ组实验，其实验目的是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）仅做Ⅱ组与Ⅳ组实验，其实验目的是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）仅做Ⅱ组与Ⅲ组实验，能否获取确切的实验目的？

为什么？

________________________________________________________________________。

[解析]　解答本题的关键在于通过对照实验，确定自变量（实验中必须保持单一性），在此基础上分析说明因变量的变化缘由。

由表格及题干可知本题是探究自变量对种子萌发的影响，即实验中的因变量为种子的萌发情况。

通过Ⅰ组与Ⅱ组对照可知，自变量为种皮的完整性，故实验目的可描述为：

探究机械破损种皮对该种子萌发的影响；通过Ⅰ组与Ⅲ组对照可知，自变量为种皮完整条件下有无赤霉素，故实验目的可描述为：

探究种皮完整条件下，赤霉素对该种子萌发的影响；通过Ⅱ组与Ⅳ组对照可知，自变量为机械破损条件下有无赤霉素，故实验目的可描述为：

探究机械破损条件下，赤霉素对该种子萌发的影响；通过Ⅱ组与Ⅲ组分析发现自变量不具有单一性，故无法形成对照。

[答案]　

（1）探究机械破损种皮对该种子萌发的影响

（2）探究种皮完整条件下，赤霉素对该种子萌发的影响　（3）探究机械破损条件下，赤霉素对该种子萌发的影响

（4）不能，Ⅱ组与Ⅲ组对照，自变量不单一

探究性或验证性实验的“实验题目或目的”的描述

1．句式一

“探究（或验证）自变量对因变量的影响”。

2．句式二

“探究（或验证）因变量与自变量之间的关系”或“因变量与自变量之间关系的研究”。

应用提示：

①书写实验题目需从试题提供的文字、表格或曲线信息中找出自变量和因变量后，依据“句式”作答。

②有时实验中的自变量可能是一个，即单自变量，有时为多个，即多自变量。

③对验证性实验来说，实验目的与实验结论是相对应的，即在书写实验结论时重复实验目的的相关语句即可。

1．甲型流感病毒正在全球范围内扩散，严重危害人体健康。

某学校生物兴趣小组的同学通过查阅资料发现，常见的流感病毒都是RNA病毒，同时提出疑问：

甲型流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA？

该兴趣小组为探究甲型流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA而设计了实验步骤，请为该实验拟定一个实验目的。

实验目的是______________________________________________。

解析：

题目中含有“探究”字眼，也有“提出疑问”，因此很容易据此找到实验目的，即探究甲型流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA。

答案：

探究甲型流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA

2．在用生长素促进植物枝条生根的实践过程中，发现枝条生根情况不一，分析其原因，认为可能与生长素的浓度有关。

请据此拟定一个相关研究课题的实验目的：

______________________________________________。

解析：

首先要确定自变量和因变量。

由该题信息可知，自变量是“生长素浓度”，因变量为“枝条生根情况”，然后再写出课题实验目的，可以表述为“探究生长素浓度对植物枝条生根的影响”或“探究生长素浓度与植物枝条生根的关系”。

答案：

探究生长素浓度对植物枝条生根的影响（或探究生长素浓度与植物枝条生根的关系）

命题点2　考查实验假设

　　[学生用书P83]

　哺乳动物体温的相对恒定是由于完善的调节机制来实现机体产热量和散热量保持动态平衡的结果。

动物产热的主要方式是细胞的有氧呼吸。

为了探究哺乳动物随外界环境温度升高，呼吸作用强度是升高还是降低，某校生物兴趣小组制定了以下实验方案：

实验假设：

________________________________________________________________________。

材料用具：

略。

实验步骤：

①将4个恒温培养箱分别调节成10℃、20℃、30℃、40℃恒温，并编号为甲、乙、丙、丁四组；

②取四只400克、健康的、性别与生理状况相同的成年小白鼠分别放入4个不同温度的恒温培养箱中；

③一段时间后，用仪器测量小鼠耗氧量，做好记录并计算。

[解析]　本实验要探究的问题是哺乳动物随外界环境温度升高，呼吸作用强度是升高还是降低。

首先要获取解决该问题的信息，信息一方面蕴含在题干中：

“哺乳动物体温的相对恒定是由于完善的调节机制来实现机体产热量和散热量保持动态平衡的结果。

动物产热的主要方式是细胞的有氧呼吸。

”；一方面来自于平常所学的知识。

接着，利用这些信息对呼吸强度的变化进行推测和解释：

哺乳动物是恒温动物，体温通过产热量与散热量的平衡达到恒定，当外界温度上升时，产热速率会下降，散热速率也会下降，产热速率大于散热速率，动物体温会上升；要使升高的体温下降，需减少产热增加散热；动物产热的主要方式是细胞的有氧呼吸。

那么，哺乳动物是否通过减弱有氧呼吸的强度来达到体温的恒定？

于是根据这一推测作出初步假设：

哺乳动物随外界环境温度的升高，呼吸强度降低。

[答案]　哺乳动物随外界环境温度的升高，呼吸强度降低

探究性实验的“实验假设”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”。

应用提示：

①对探究性实验来说，假说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假说的书写，往往针对实验目的以陈述句式进行表述。

1．某学生偶然发现磁场环境会影响黄豆芽的生长，为了进一步研究不同磁场强度与黄豆芽下胚轴生长的关系，他设计了一个实验方案，但还不完整，请你根据课题研究的有关知识加以补充，并回答有关问题：

课题名称：

不同磁场强度与黄豆芽下胚轴生长长度的关系。

假设：

________________________________________________________________________

____________________。

研究指标：

黄豆芽下胚轴的长度。

实验用品：

饱满的黄豆种子、磁铁（用于组建不同的磁场环境）、25℃黑暗温室环境、尺子、清水、烧杯、纱布及其他所需材料。

研究步骤：

（略）。

解析：

此题可以看作是探究性实验，因此实验假设不是唯一的，只要能解释或说清题干知识即可。

因此此题的假设可以是：

在一定的范围内，随磁场强度的增加黄豆芽下胚轴会长得更长，或在一定的范围内，随磁场强度的增加黄豆芽下胚轴会长得更短。

只要答出其中的一种即可。

由于题中已给出该学生偶然发现磁场环境会影响黄豆芽的生长，所以该实验的假设不能写成在一定范围内，随磁场强度的增加黄豆芽下胚轴长度不会发生变化。

答案：

在一定的范围内，随磁场强度的增加黄豆芽下胚轴会长得更长（或者：

在一定的范围内，随磁场强度的增加黄豆芽下胚轴会长得更短）

2.

某研究所在蝴蝶兰培育的过程中使用了磷胺，发现磷胺污染可导致细胞出现分裂间期的微核现象（如图所示），微核与主核有相同染色效果，但体积较小。

可通过观测统计微核率和微核细胞率的大小，认识和评估污染物对生物的影响。

请就磷胺浓度和溶液pH（6～8）对微核数和微核细胞数的影响设计实验进行探究。

材料用具：

培养皿、质量分数为10%和20%的磷胺溶液等。

实验假设：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案：

磷胺污染程度与植物细胞的微核率和微核细胞率呈正相关，且受pH的影响

命题点3　考查实验原理

　　[学生用书P84]

　（2015·甘肃兰州联考）为了验证某大豆品种的矮化特性与赤霉素的含量有关，请用所给的实验材料，完成下列实验步骤并回答问题：

实验材料：

具有2片真叶且长势相同的该品种大豆幼苗若干，完全培养液，蒸馏水，适宜浓度的赤霉素溶液，喷壶等。

（1）实验步骤：

①将上述大豆幼苗平均分成A、B两组，A组为对照组，B组为实验组，分别置于等量的完全培养液中培养。

②用喷壶分别将________和

________________________________________________________________________

喷洒在A、B两组幼苗上。

③将两组幼苗置于相同且适宜的温度和光照等条件下培养，一段时间后，测定两组植株的高度。

（2）该实验原理是：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

[解析]　此题是一个验证性实验，结论是已知的，要求给出实验原理。

因此可以根据赤霉素对植株的作用特点，通过仔细阅读题中的实验步骤写出实验原理。

由于赤霉素有促进细胞伸长的作用，根据题中步骤③中“一段时间后，测定两组植株的高度”，可以写出实验原理：

赤霉素处理植株→植株的高度增加→验证该大豆品种矮化特性与赤霉素的含量有关。

[答案]　

（1）②蒸馏水　适宜浓度的赤霉素溶液

（2）赤霉素有促进细胞伸长使植株增高的作用。

用赤霉素处理植株后，可以显著增加植株的高度，据此可以验证该大豆品种矮化特性与赤霉素的含量有关

探究性或验证性实验的“实验原理”的描述

1．理论依据句式

自变量与因变量间的内在联系。

2．操作依据句式

自变量的操作情况，因变量的观测指标。

应用提示：

①实验原理可以明确实验操作步骤，分清是生化实验类型还是生理实验类型。

②实验原理中“因变量的观测指标”可作为实验结果的参考。

③若需对实验结果进行分析，套用实验原理即可。

1．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：

实验目的：

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、1%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。

B培养皿中的待测稻米若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步骤，正确分析预期结果及结论，准确书写相应的实验原理：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

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，另一方面则是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。

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

2．为了验证胰岛素具有降低血糖的作用，以小鼠的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组小鼠注射等量生理盐水。

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组小鼠活动状况无变化。

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组小鼠活动状况无变化。

该实验方案可以说明胰岛素具有降低血糖的作用。

请回答：

该实验的原理：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案：

胰岛素具有降低血糖的作用。

体内胰岛素含量过高引起血糖下降，机体出现活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，此症状可以通过补充葡萄糖溶液得到缓解

解题时的常见错误如下：

（1）错将实验原理写成实验原则，如单一变量原则、对照原则，没有理解实验原理的实质。

（2）实验原理不完整，如只回答胰岛素具有降低血糖的作用。

（3）观察指标阐述错误，如本题中已经明确指出以小鼠的活动状况为观察指标设计实验，故不能把观察指标写成直接检测血糖浓度。

命题点4　考查实验步骤

　　[学生用书P85]

　生物学家在研究中发现，给动物注射促甲状腺激素后最终导致下丘脑的促甲状腺激素释放激素分泌减少。

但是不知是促甲状腺激素直接对下丘脑进行的反馈调节，还是通过促进甲状腺分泌甲状腺激素对下丘脑进行的反馈调节。

探究实验如下：

（1）实验假设：

促甲状腺激素通过促进甲状腺分泌甲状腺激素对下丘脑进行反馈调节。

（2）材料用具：

实验动物，可能用到的试剂、药品、手术器械等。

（3）实验思路：

①将实验动物均分为A、B两组，A为实验组，B为对照组，并测定两组动物血液中的________________________________________________________________________含量。

②用手术器械将A组动物的________（填相应的组织或器官）切除，B组进行手术，但不切除腺体。

③对________组动物注射

________________________________________________________________________。

④一段时间后，测量A、B两组动物血液中的________含量。

（4）实验结果：

若

________________________________________________________________________，

则假设成立。

[解析]　（3）①实验假设为“促甲状腺激素通过促进甲状腺分泌甲状腺激素对下丘脑进行反馈调节”，故该实验的自变量为有无甲状腺，而因变量则是促甲状腺激素释放激素的含量。

故在实验开始前需要测定动物血清中的促甲状腺激素释放激素的含量。

②根据实验的自变量，要对实验组进行切除手术，而切除的应该是甲状腺。

B组作为对照组，进行手术，但不切除腺体，以排除手术对实验结果的影响。

③因为该实验是为了探究促甲状腺激素的作用，故要对A、B两组进行等量、等浓度的促甲状腺激素注射。

④一段时间后还要对动物血清中的促甲状腺激素释放激素的含量进行测定，与实验前对照，并将实验组与对照组做比较，从而得出结论。

（4）如果假设成立，则A组促甲状腺激素释放激素不减少（或增加），B组促甲状腺激素释放激素减少。

[答案]　（3）①促甲状腺激素释放激素　②甲状腺　③A、B两　等量且适宜浓度的促甲状腺激素　④促甲状腺激素释放激素　（4）A组促甲状腺激素释放激素不减少（或增加），B组促甲状腺激素释放激素减少

探究性或验证性实验的“实验步骤”的描述

1．步骤一：

实验前的准备

（1）选材的句式：

“选取年龄、性别相同，健康且发育状况相同的同种动物”“选取长势相同、大小相似的同种植物”等。

（2）分组的句式：

“随机均分（或等分）为X组”。

（3）编号的句式：

“编号为A、B……组”或“编号为甲、乙……组”。

2．步骤二：

实验中的处理

实验组“用适量的某溶液”处理，对照组“用等量的蒸馏水（或生理盐水或清水）”处理，且“每组都在相同且适宜的条件下培养（或饲养）”或“观察相同的时间”。

3．步骤三：

实验后的观测

“一段时间后，观察（现象）或测量（数据），做好记录（并计算出平均值）”。

应用提示：

①步骤一主要是分组编号，设置对照，以描述“无关变量”。

②步骤二主要是对实验组别进行处理，以描述自变量如何控制，无关变量如何平衡。

③步骤三主要是针对实验结果的处理，以描述因变量怎样检测。

（2015·山东青岛调研）用某种降血糖物质X做以下实验（注：

用生理盐水配制X溶液）。

回答下列问题：

（1）某同学要验证X的降血糖作用，进行如下实验：

选择一批体重相同的正常小鼠，测定________________，并将小鼠随机等量分成实验组和对照组，实验组注射适量的________________，对照组注射等量的________________，一段时间后测定两组小鼠的________________，若

____________________________________________，则表明X有降血糖作用。

（2）若要验证一定量的X能使患糖尿病小鼠的血糖浓度下降到正常范围，进行如下实验：

用__________________小鼠作为实验组，用患糖尿病小鼠作为对照组1，用________小鼠作为对照组2；实验组注

射__________________，对照组1、2注射等量的生理盐水，一定时间后若实验组和对照组________的血糖浓度均在正常范围内，而对照组________的血糖浓度高于正常范围，则表明一定量的X能使患糖尿病小鼠的血糖浓度下降到正常范围。

解析：

本题考查实验设计能力，同时考查区分实验组与对照组的能力。

（1）实验目的是验证X的降血糖作用，则该实验的自变量是有无X，而因变量是血糖的变化。

基本思路：

设置一个对照组和一个实验组，测得两组小鼠的血糖浓度，再分别注射一定量的生理盐水和等量的X，一段时间后测定两组小鼠的血糖浓度。

若与对照组相比实验组小鼠的血糖浓度明显下降，则证明X有降血糖作用。

用X处理的是实验组，用生理盐水处理的是对照组。

（2）该实验的目的是验证一定量的X能使患糖尿病小鼠的血糖浓度下降到正常范围。

该实验的自变量是有无一定量的X，而因变量是患糖尿病小鼠的血糖浓度变化。

基本思路是建立两个对照组：

患病小鼠组和正常小鼠组，注射生理盐水；一个实验组，注射一定量的X。

观察注射X前后小鼠的血糖与哪个对照组的值更接近。

答案：

（1）血糖浓度　X溶液　生理盐水　血糖浓度

对照组血糖浓度不变，实验组血糖浓度下降　

（2）患糖尿病　正常　一定量的X溶液（或X溶液）　2　1

命题点5　考查实验结果和结论

　　[学生用书P86]

　（2015·广西玉林模拟）科学研究发现海胆卵细胞受精后的5小时内蛋白质合成量迅速增加，而放