2020版高考生物第五单元细胞的生命历程实验素养提升2实验设计的三大原则与三类“变量”分析学案中图版.docx

实验设计的三大原则与三类“变量”分析技能必备1.实验设计遵循的三大基本原则(1)单一变量原则：即除自变量(实验变量)以外，应使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜。如生物材料相同(大小、生理状况、年龄、性别等)、实验器具相同(型号、洁净程度等)、实验试剂相同(用量、浓度、使用方法等)和条件相同(保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等)。(2)对照原则：应设置对照实验，使实验组与对照组的自变量不同(其他因素都相同)，以便减小实验误差。(3)平行重复原则：在实验设计中为了避免实验结果的偶然性，必须对所做实验进行足够次数的重复，以获得多次实验结果的平均值，保证实验结果的准确性。2.三类变量(自变量、因变量、无关变量)分析3.教材中探究类实验的变量分析实验名称自变量因变量无关变量探究温度对淀粉酶活性的影响不同温度(至少三种)酶的活性(加碘液后溶液颜色的变化)pH、底物量、酶量、试管的洁净程度、反应时间、操作程序等探究pH对过氧化氢酶活性的影响不同pH(至少三种)酶的活性(气泡的数量或带火星的卫生香燃烧的猛烈程度)温度、底物量、酶量、试管的洁净程度、反应时间、操作程序等探究酵母菌的呼吸方式氧气的有无CO2生成量(澄清石灰水的混浊程度)；酒精产生(用重铬酸钾检测)葡萄糖溶液、石灰水的量、温度、pH、锥形瓶的洁净程度等模拟探究细胞表面积与体积的关系琼脂块体积的大小物质运输的效率NaOH溶液的量、浸泡的时间、测量的准确性等探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度不同浓度的生长素类似物扦插枝条的生根数量或长度实验材料的一致性、生长素类似物浓度的准确性、处理时间的一致性等探究培养液中酵母菌数量的动态变化时间酵母菌种群数量培养液的成分、培养条件、空间等探究水族箱中的群落演替时间群落的变化水族箱的培养条件和环境等技能展示1.(2019山西运城期中)下图是高中生物探究性实验设计的示意图，相关叙述正确的是()A.图中A处应为“演绎推理”，比如孟德尔所做的测交实验就属于此过程B.图中B处应为“无关变量”，比如探究光照强度对光合速率的影响实验中，温度就是此变量C.图中C处应为“因变量”，比如探究酵母菌的呼吸方式实验中，有无氧气就是此变量D.图中D处应为“干扰因素”，比如叶肉细胞不适用于观察线粒体解析图中A处应为“作出假设”，A错误；图中B处应为“因变量”，如探究光照强度对光合速率的影响实验中，光合速率就是因变量，B错误；C处应为“无关变量”，而探究酵母菌的呼吸方式实验中，有无氧气是自变量，C错误；图中D处应为“干扰因素”，如叶肉细胞不适用于观察线粒体，D正确。答案D2.(2019安徽皖南八校模考)下表是探究温度对纤维素酶活性的影响实验设计及结果，据表分析，以下说法错误的是()试管纤维素悬液/mL222纤维素酶液/mL111反应温度/304050班氏试剂/mL222砖红色深浅注：“”的多少代表颜色深浅。A.该实验的自变量为温度B.该实验的因变量是还原糖的生成量C.纤维素被水解成了还原糖D.该纤维素酶的最适温度为40 解析由表中数据可知，该实验中温度是自变量，A正确；还原糖生成量通过颜色深浅体现出来，这与温度不同有关，是因变量，B正确；溶液中出现砖红色沉淀是因为纤维素被水解成了还原糖，C正确；组与组的温度相比，40 较适宜，但实际上该纤维素酶最适温度可能高于或低于40 ，故通过本实验不能说明该纤维素酶的最适温度为40 ，D错误。答案D3.(2019江西金太阳全国大联考)某生物兴趣小组对粳稻、籼稻和杂交稻三种水稻品种中的H2O2酶活性进行了实验研究，实验结果如下表所示。请回答下列问题：(1)本实验的目的是探究_。设计实验时，各实验组应遵循_原则。(2)分析表中数据可知，在一定浓度范围内，Cd2、Cu2都能抑制H2O2酶的活性，且相同浓度的Cu2的抑制作用_(填“大于”“小于”或“等于”)Cd2。Cd2、Cu2对H2O2酶活性的影响主要取决于_(填“植物类型”或“重金属种类和浓度”)。(3)Cd2、Cu2等重金属离子影响了H2O2酶的_，从而引起酶活性的改变。答案(1)不同浓度的Cd2和Cu2对不同水稻品种中H2O2酶活性的影响单一变量、对照、重复(2)大于重金属种类和浓度(3)空间结构亮剑高考3有关酶的实验探究(时间：15分钟)规律方法依据实验目的准确选取实验材料和检测指标实验目的实验材料检测指标(试剂)备注高效性过氧化氢与过氧化氢酶、Fe3O2产生的快慢或多少与无机催化剂对比专一性淀粉、蔗糖与淀粉酶班氏试剂不能用碘液温度对酶活性的影响淀粉和淀粉酶碘液不能用班氏试剂pH对酶活性的影响过氧化氢与过氧化氢酶O2产生的快慢或多少不选用淀粉和淀粉酶方法体验1.(2018豫西南示范性高中联考)下列与酶有关的实验设计中，正确的是()A.探究温度对酶活性的影响时，应将酶和底物充分混合后再设置一系列的温度梯度B.探究底物浓度对胃蛋白酶活性的影响时，各实验组的pH应控制在7左右C.可用麦芽糖酶、麦芽糖、淀粉和班氏试剂等来验证酶具有专一性D.探究温度对淀粉酶活性的影响实验中，应加入碘液以检测各组淀粉的剩余量解析探究温度对酶活性的影响时，应将酶和底物各自保温达到预设温度后再混合，A错误；探究底物浓度对胃蛋白酶活性的影响时，pH为无关变量，应保持相同且适宜，故各实验组的pH应控制在1.5左右，B错误；麦芽糖及其水解产物葡萄糖都是还原糖，都能和班氏试剂反应产生砖红色沉淀，因此不能用麦芽糖酶、麦芽糖、淀粉和班氏试剂等来验证酶具有专一性，C错误；探究温度对淀粉酶活性的影响实验中，不同温度条件下淀粉的剩余量不同，加入碘液后的蓝色深浅不同，D正确。答案D2.(2018河南安阳市二模)某学习小组在学习了用过氧化氢酶探究pH对酶活性影响的实验后，进行了以下实验：取3支洁净的试管，依次编号为13，分别向各试管中加入2 mL的过氧化氢溶液，再分别向13号试管加入1 mL的HCl溶液、蒸馏水和NaOH溶液，使其pH分别为2、7、12，最后向各试管中均加入2滴的新鲜肝脏研磨液。结果发现2号和3号试管都有大量气泡产生，而1号试管几乎无气泡产生。3号试管的实验现象与预期不符，该小组同学查阅资料后认为，pH也可能影响过氧化氢自身的分解，为验证此假设他们又进行了下表所示实验。请回答下列问题：酸性(pH2)中性(pH7)碱性(pH12)试管编号abcdef步骤一向1 mL HCl溶液中滴加2滴新鲜肝脏研磨液向1 mL HCl溶液中滴加2滴蒸馏水向1 mL蒸馏水中滴加2滴新鲜肝脏研磨液B向1 mL NaOH溶液中滴加2滴新鲜肝脏研磨液C步骤二向各试管中加入2 mL过氧化氢溶液单位时间气泡量无A大量少量大量大量(1)上表所示实验的自变量除pH外，还有_。表中的A、B、C分别表示_、_、_。(2)从表中实验方案可推测该小组认为3号试管中实验现象出现的原因是_。解析(1)从题意分析可知，表中所示实验的自变量是pH、(过氧化氢)酶的有无(或是否添加新鲜肝脏研磨液)。从表中b号试管加入的试剂推测可知，d和f试管的操作步骤分别是向1 mL蒸馏水中滴加2滴蒸馏水、向1 mL NaOH溶液中滴加2滴蒸馏水，a试管无气泡产生，因此推测现象A也是无气泡产生。(2)从表中b、d和e试管可推f知，该小组设计此实验的目的是探究实验一中出现3号试管的现象的原因，该小组认为出现此现象的原因可能是碱性环境下，NaOH会促进过氧化氢分解。答案(1)(过氧化氢)酶的有无(或是否添加新鲜肝脏研磨液)无向1 mL蒸馏水中滴加2滴蒸馏水向1 mL NaOH溶液中滴加2滴蒸馏水(2)碱性环境下，NaOH会促进过氧化氢分解(答案合理即可)3.(2019福州市期末)为验证酶的专一性，某同学拟进行如下一组实验，回答下列问题：(1)依据下表加入试剂：试管号1%淀粉溶液/mL222%蔗糖溶液/mL22淀粉酶/mL11蒸馏水/mL11(2)各试管置于适宜温度水浴处理一定时间后，加入班氏试剂1 mL，此时各试管应_处理23分钟后，观察是否有_的产生。(3)为相互印证，还应增加一组实验，应选择的酶试剂为_，其他试剂和操作方法都不作改变。(4)本实验选择淀粉、蔗糖为底物，只用一种试剂就能检测是否发生了酶促反应，原因是_。解析(2)使用班氏试剂检测还原糖需要进行水浴加热，在水浴加热条件下，二者反应显砖红色。(3)根据酶的专一性，淀粉酶可以引起淀粉水解，但不能引起蔗糖水解，而蔗糖酶可以引起蔗糖水解，不能引起淀粉水解，因此，为相互印证，还应设置一组添加有蔗糖酶的实验，其他试剂和操作方法都不改变。(4)淀粉和蔗糖都是非还原糖，但它们的水解产物都是还原糖，因此，通过班氏试剂可以检测是否发生了酶促反应。答案(2)水浴加热砖红色沉淀 (3)蔗糖酶(4)淀粉和蔗糖都不是还原糖，但淀粉和蔗糖的酶促水解产物都是还原糖4.(2019湖北黄冈调研)为探究温度对过氧化氢酶活性的影响，科研人员以质量分数为2%的酵母菌液作为酶源，进行如下探究实验：设计如图所示的实验装置。实验组注射器A内吸入体积分数为1%的过氧化氢溶液5 mL，注射器B内吸入质量分数为2%的酵母菌液2 mL。对照组注射器A内吸入体积分数为1%的过氧化氢溶液5 mL，注射器B内吸入蒸馏水2 mL。用乳胶管连接注射器A和B，在乳胶管上夹上止水夹。设置温度梯度：0 、10 、20 、30 、40 、50 、60 ，将实验组和对照组装置分别在相应温度下保温10 min。打开止水夹，将注射器A中的过氧化氢溶液匀速推至注射器B中，立即关闭止水夹，记录注射器B中活塞所处的刻度。5 min后再次记录刻度，计算刻度变化量，重复3次。将对照组和实验组在各温度条件下获得的3次实际实验数据作相应处理，绘制如图所示曲线。请回答下列问题：(1)步骤中设置对照组的目的_。步骤中将实验组装置分别在相应温度下先保温10 min的目的是_。步骤中的“相应处理”是指_。(2)有人认为，本实验不宜采用过氧化氢溶液作为“探究温度对酶活性的影响”的实验材料。你_(填“同意”或“不同意”)他的观点，请简要说明理由：_。(3)经反复尝试，该实验选择体积分数为1%的过氧化氢溶液较合理。若过氧化氢溶液浓度过高，可能带来的影响是_。(4)有人认为，以酵母菌液作为过氧化氢酶源不是很严谨，原因是_。解析(1)由题意“探究温度对过氧化氢酶活性的影响”可知，该实验的自变量是温度，因变量是酶的活性。分析实验步骤可知因变量可用注射器的刻度变化量表示。步骤中设置对照组的目的是排除无关变量对过氧化氢分解的影响。为了控制单一变量且保证酵母菌液和过氧化氢溶液在混合前达到需控制的温度，步骤中实验组装置应该分别在相应温度下先保温10 min。多次实验的数据应以其平均值作为最终的实验结果参考。(2)据图分析，实验组：在实验所设温度范围内，随着温度的升高，酶的活性逐渐升高，30 时酶的活性最高，而超过30 后酶的活性又逐渐降低，直至完全失活。同时，对照组实验结果表明过氧化氢在060 之间未发生明显的分解，因此可以采用过氧化氢溶液作为“探究温度对酶活性的影响”的实验材料。(3)步骤中选择体积分数为1%的过氧化氢溶液