高中生物实验设计突破专题.doc

高中生物实验设计突破专题夯实基础1、实验的基本类型：验证性实验标志词：验证、证明、证实探究性实验标志词：探究、研究、了解2、完整实验设计包含的基本内容：（1）实验目的（2）实验原理（3）材料用具（4）实验的操作步骤（5）观察和收集实验数据（6）分析与结论 3、实验设计应遵循的基本原则原则目的单一变量原则保证实验结果是自变量造成等量原则消除无关变量对实验结果的影响平行重复原则避免结果的偶然性对照原则消除无关变量对实验结果的影响科学性原则保证实验结果可信对照原则类型：空白对照、自身对照、条件对照、相互对照（详情参考学案P72）4、实验设计的常规解题思路一、实验目的的确定1、实验目的的概念：简单来说就是要探究问题或要验证的某一事实。2、实验目的的确定方法：（1）通过题干信息顺向分析实验目的例：植物激素如吲哚乙酸、赤霉素等能提高细胞的呼吸作用，所以用激素处理过的部位，能够吸引更多的有机物运输。某同学为了验证吲哚乙酸能够促进有机物的运输。实验材料及用具：适宜浓度的吲哚乙酸溶液、生长状况相同的棉花植株幼苗若干、14CO2、蒸馏水、放射性强度测试仪。该实验的目的是：验证吲哚乙酸能够促进有机物的运输。例2：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、斐林试剂、试管、滴管、水浴锅等。该实验的目的是：探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜。（）通过实验过程逆向分析实验目的例3：某同学正在按下表的顺序进行实验操作步骤加 入 物 质试 管1注入新鲜唾液1mL1mL1mL2注入盐酸1mL/清水3注入NaOH溶液/1mL清水4注入可溶性淀粉液2mL2mL2mL537水浴5min6滴加斐林试剂2滴2滴2滴7观察现象ABC该实验的目的是：探究pH值（酸碱度）对酶活性的影响。例4：植物较长时间在黑暗中生长会出现“黄化现象”。有人将菜豆幼苗在暗处放置了78天，使之黄化后，每天给予如下光照，比较其恢复正常形态的情况，结果如下：光强照光时间结 果2880lx（弱光）0.5 h无论光照时间的长短，都能逐渐恢复正常形态，光照4小时和12小时后，形成很多叶绿素。2 h4 h12 h4000lx（强光）1 min无论光照时间的长短，都能逐渐恢复正常形态，但是不能形成叶绿素。恢复正常形态后继续延长光照时间，叶绿素逐渐形成。4 min10 min30 min该实验的目的是研究光对叶绿素合成及黄化植物恢复过程的影响。二、实验原理的确定1、实验原理的概念：实验原理就是进行实验研究所依据的科学道理。2、实验原理的确定方法：(1)从学过的知识中分析原理例5：假设你去某饲料研究所进行课外实践活动，需要完成以下任务：选用恰当的试剂检测某样品中是否含有蛋白质。提供的试剂有：碘液，苏丹溶液，双缩脲试剂，斐林试剂。你选用的试剂应该是；蛋白质与相应试剂反应后，显示的颜色应为紫色。该实验原理是：蛋白质+双缩脲试剂紫色反应例6：某公司开发出一种保健饮料，并声称能够适用于糖尿病患者。该产品是否适用于糖尿病患者，生物学兴趣小组的同学以此作为实验研究课题，通过检验该产品的成分证明。请你分析实验原理，设计实验,得出结论。该实验原理有：还原糖+斐林试剂砖红色沉淀；淀粉+碘液蓝色；二糖+酶单糖。(2)从题干信息中确认实验原理例7：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。某同学实验方案如下：将正常小鼠随机分成A、B两组，观察并记录其活动状况。A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。A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。 该实验方案可以说明胰岛素具有降低血糖的作用。请回答：该实验原理是：胰岛素具有降低血糖的作用，低血糖会使小鼠活动状况发生改变（昏迷）。例8：某生物兴趣小组调查发现，在黄瓜幼苗期喷洒一次乙烯利溶液（100200mg L-1），可促进多开雌花，提高黄瓜产量。但乙烯利浓度低于或高于这个范围时，其作用效果尚不清楚。请设计实验，探究乙烯利浓度对黄瓜开雌花数量的影响。 材料用具：23片真叶的盆栽黄瓜幼苗若干、乙烯利溶液（300mgL-1）、蒸馏水、喷壶实验原理：一定浓度的乙烯利溶液可促进黄瓜多开雌花。(3)从实验步骤中分析原理例9：为确定人体在运动时呼出气体中CO2浓度是否比静止时高，某同学进行了如下探究：作出假设：人体在运动时呼出气体中CO2的浓度比静止时高。运动状态安静中度运动剧烈运动实验前pH6.16.16.1实验后pH5.95.65.3实验过程：在3个烧杯中，分别注入100mL蒸馏水，测定其pH;实验者在安静状态（静坐2min）、中等运动（步行2min）以及剧烈运动（跳绳2min）后，立即分别向上述3个烧杯的水中吹入等量气体，测定pH。经多次重复实验，所得平均数据如下表：请回答:(1)作出上述假设的依据是呼吸作用产生二氧化碳。(2)该实验的原理是CO2 在水中溶解后使水的 pH 下降；人在不同运动状态下产生的 CO2 不同。例10：为探究NaCl和CuSO4对唾液淀粉酶活性的影响，某同学进行了实验，实验步骤和结果见表。试管编号实验步骤12341%NaCl溶液（mL）11% CuSO4溶液（mL）11% Na2SO4溶液（mL）1蒸馏水（mL）1pH6.8缓冲液（mL）1111唾液淀粉酶溶液（mL）11111%淀粉溶液（mL）1111各试管放入37恒温水浴保温适宜时间取出试管，加入1%碘溶液0.1mL观察结果无色深蓝色浅蓝色请回答：该实验的实验原理：（1）唾液淀粉酶能水解淀粉；（2）淀粉遇碘溶液变蓝，蓝色深浅反映淀粉浓度高低；淀粉水解产物遇碘溶液不变蓝。 三、实验中的变量分析及控制1、变量的概念：实验过程中可以变化的因素称为变量。其中人为改变的变量称做自变量；随着自变量的变化而变化的变量的变量称做因变量；除自变量外，实验过程中可能还会存在一些可变的因素，会对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。2、实验变量的确定方法：（1）根据实验目的确定变量例11：某研究性学习小组选择了如下的研究课题：探究乙烯利浓度对黄瓜开雌花数量的影响分析：自变量：乙烯利浓度； 因变量：黄瓜雌花数量；无关变量：黄瓜长势、光强、温度、水分多少。例12：（江苏）某研究性学习小组采用盆栽实验，探究土壤干旱对某种植物叶片光合速率的影响。分析：自变量：土壤湿度； 因变量：光合速率；无关变量：温度、光照强度、叶片大小。（2）根据实验步骤确定变量序号项目试管12312ml淀粉2ml淀粉2ml淀粉2沸水冰块31ml唾液淀粉酶1m唾液淀粉酶1ml唾液淀粉酶41滴碘液1滴碘液1滴碘液现象例13：某同学按下表的顺序进行实验操作.分析：自变量：温度； 因变量：酶的活性； 无关变量：pH、酶量、淀粉量等。例14：某研究小组进行一个有关兔水盐代谢调节的实验，以下为实验报告，请予以完善。实验名称：兔的水盐代谢调节材料与方法：（1）家兔12只，2.5 kg/只，随机分为3组（甲、乙及丙组），每组4只。（2）对甲组兔静脉滴注1.5%NaCl溶液，乙组滴注0.9%NaCl溶液，丙组滴注蒸馏水，滴注量均为200 ml,0.5 h滴定。（3）从滴注开始收集测定2h内兔的尿液量.自变量：NaCl溶液浓度； 因变量：兔的尿液；无关变量：NaCl溶液的量、家兔大小及生物状况、收集测定时间。（3）根据实验记录的结果确定变量例15：某厂需一种在度高温下使用的淀粉酶。现有甲乙两种淀粉酶可供选择，某同学欲通过实验帮助该厂对两种酶进行筛选，其实验结果如下表所示。温度（）102030405060708090100酶的相对活性（%）淀粉酶甲6254367836522200淀粉酶乙61525487692100988265自变量：温度； 因变量：酶的活性；无关变量：pH、酶的浓度、底物浓度等。3、常见自变量的控制方法： 细胞器的提取细胞匀浆差速离心细胞膜提取清水处理哺乳动物红细胞除去容器中的二氧化碳-氢氧化钠溶液 增加容器或水中二氧化碳-NaHCO3增加水中的氧气-泵入空气或吹气或放入绿色植物 减少水中的氧气-容器密封或油膜覆盖或用凉开水 除去叶片中原有淀粉-置于黑暗环境中暗处理 除去叶片中叶绿素-酒精脱色 除去光合作用对细胞呼吸的干扰-避光或黑暗处理 得到单色光棱镜色散或彩色薄膜滤光 添加生长素-喷洒、涂抹、浸泡、敷富含生长素的琼脂块 确定某种激素功能饲喂法、切除注射法、切除移植法 确定某种神经功能刺激观察效应器的反应或测定神经上的电位变化 灭菌方法培养基用高压蒸汽灭菌：接种环用火焰灼烧灭菌；双手用肥皂洗净，擦干后用70酒精消毒；实验室或接种箱用甲醛蒸汽或紫外灯灭菌；整个接种过程都在实验室无菌区或酒精灯火焰旁进行。4、常见因变量的检测方法光合速率O2释放量或CO2吸收量或淀粉产生量呼吸速率O2吸收量或CO2释放量或淀粉减少量物质代谢途径放射性同位素示踪法细胞液浓度大小质壁分离 细胞是否死亡质壁分离、细胞质流动 新陈代谢速度-动物耗氧量 生长发育动物体长、体重变化 胰岛素作用动物活动状态例16：为探究二氧化硫对植物叶片的影响，请根据所给的材料和用具，设计相关的实验步骤。材料用具：长势相同的盆栽黄瓜幼苗2株，2只相同的小烧杯，大小相同的玻璃罩2个，玻璃板2块（比玻璃罩口径略大）、稀硫酸、亚硫酸钠，凡士林、水。试分析：实验变量实验变量操纵方法：自变量：SO2使稀硫酸和亚硫酸钠反应生成SO2，干扰黄瓜幼苗生长无关变量：光照、温度等环境因素设置空白对照：不添加SO2，其它因素与实验组相同； 适宜的环境因变量：黄瓜叶片生长状况观察黄瓜叶片生长状况的变化四、实验步骤设计1、基本类型和步骤（1）活体培养类实验的一般步骤：第一步：分组（注意：要随机、数量均分、生理状态一致；分组的数目取决于自变量；一般要有对照）第二步：处理（注意：一般有前测；施加自变量；控制无关变量）第三步：培养（注意用词：一定时间、环境条件相同且适宜）第四步：观察、记录（观察内容：因变量；记录：后测数据）例17：某同学由温度能影响酶的活性联想到温度能否影响甲状腺素的活性。为了探索这一问题，利用下列器材，做了一个实验，请帮其完成实验步骤。材料用具：15只蝌蚪、普通饲料、甲状腺制剂、用60温水处理1小时的甲状腺制剂、洁净玻璃缸等。实验步骤:（1）取三只相同的洁净玻璃缸，编上号，分别装上等量的河水（2）取发育状况相同的15只蝌蚪，分成三等份，分别放人1、2、3号玻璃缸中，三只玻璃缸放在相同的适宜外界条件下培养。（3）每天同时向1、2、3号玻璃缸中分别投入等量且适量的普通饲料、甲状腺制剂拌匀的饲料、用60温水处理1小时的甲状腺制剂拌匀的饲料。（4）观察记录蝌蚪的发育状况。例18：某小组学生观察到某大麦田中长有许多狗尾草，还有食草昆虫、青蛙、蜘蛛和蛇类等动物活动，决定探究农田生态系统中各种生物与生物之间、生物与无机环境之间的相互关系。研究中发现，在相同的环境条件下，分别种植大麦和狗尾草，它们都生长良好。如果把二者的种子混匀后播种，则大麦正常生长，而狗尾草生长得明显矮小。有关上述现象的产生，有同学设想是大麦的根部分泌物抑制了狗尾草的生长。试根据下列提供的实验材料与用具，补充实验步骤，探究大麦与狗尾草之间是否存在这种关系。（1）材料用具：狗尾草幼苗、大麦幼苗、完全培养液、实验容器等（2）方法步骤：将大麦幼苗用完全培养液培养，实验容器、光照、空气等外界条件符合要求。把长势相同的狗尾草幼苗分为A、B两组，每组各20株。A组用完全培养液培养，B组用培养过大麦的完全培养液培养培养，两组培养液等量，实验容器、空气、光照等外界条件符合要求。一段时间后，观察A、B两组狗尾草的生长情况。（2）鉴定类实验的一般步骤：第一步：制取组织样液（研磨、粉碎等）第二步：分组编号（保证等量、适量）第三步：滴加鉴定试剂和处理（试剂的选择，要注意滴加顺序；处理常用水浴、煮沸、振荡、静置等）第四步：观察实验结果（沉淀、颜色变化、产生气泡、块状物消失等）例19：请根据下列材料和实验原理设计一个证明酶是蛋白质的实验：（1）实验材料：5%的NaOH溶液、3%的CuSO4溶液、鸡蛋、人的口腔唾液（酶）、水、小烧杯、玻璃棒、试管和滴瓶。（2）实验原理：鸡蛋的蛋清主要成分是蛋白质，在碱性溶液中，蛋白质与 CuSO4反应能产生红紫色物质，即蛋白质的双缩脲反应。如果能通过实验证明，酶能发生双缩脲反应，即可证明酶的化学本质是蛋白质。第一步：制备蛋清液：取生鸡蛋一个，打破蛋壳（不要破坏蛋黄）。取少许蛋清注入小烧杯中，加入30ml的清水，用玻璃棒调匀。第二步：取两支试管编号，在1号试管中注入第一步得到的蛋清液2ml，2号试管中注入2ml唾液。第三步：向1号和2号试管中各加入1ml5%的NaOH溶液，振荡。第四步：再向1号和2号试管中各加入2-3滴3的CuSO4溶液，振荡。第五步：振荡摇匀后，放置一会儿，可看到1号和2 号试管中都呈现红紫色。 （3）装片制作观察类实验的一般步骤第一步：材料获取（培养、撕取、搜集等）第二步：材料处理（取样、切片、解离、漂洗、染色、分散等）第三步：制片（要薄）第四步：观察、记录（先低倍镜再高倍镜，常要绘图）例20：在细胞有丝分裂过程中，染色体的位置会不断发生运动变化，为了探究引起染色体运动的原因，进行如下实验：a.实验假设：染色体的运动与纺锤丝有关。b.实验材料用具：长出了根和叶的洋葱、相差显微镜（能观察活体细胞的生长、运动、增殖情况及细微结构）、切片机（能够将生物组织切成很多很薄的切片）、一定浓度的秋水仙素溶液（抑制纺锤丝的形成）、清水、吸水纸、染色剂（其浓度不影响细胞活性）、滴管、载玻片、盖玻片、镊子。（提示：秋水仙素的作用速度非常快，可以起到立竿见影的效果，因此作用的即时效果可以在相差显微镜下看到）（1）实验原理：对细胞染色后，可以通过相差显微镜观察到细胞中染色体的运动。（2）方法步骤：切取洋葱根尖2 mm3 mm数根，平分成两组，分别编号为A和B，用切片机将每根洋葱的根尖纵切成薄片，染色，制成临时装片。A组：在盖玻片的一侧滴上少量一定浓度的秋水仙素溶液，另一侧用吸水纸吸引，使标本浸润在秋水仙素溶液中；B组：在盖玻片的一侧滴上等量清水，另一侧用吸水纸吸引，使标本浸润在清水中。在相差显微镜下观察染色体的运动，并记录结果。五、实验的结果和结论1、实验的结果和实验结论的区别：实验的结果是实验参考指标的展现，实验结果一般是可见的现象、可测的或可数的数值。如颜色、重量、体积、长度等。实验结论是凌驾在实验结果之上的，通过实验原理而分析得出的一种理论。如胰岛素能降低血糖浓度。2、实验结果的呈现形式：（1）色变：高中实验有关常考实验的颜色变化（讨论填空）试剂名称检验对象对应颜色注意事项碘液淀粉蓝色如用绿叶，需酒精脱色，再鉴定双缩脲试剂【碱性条件下的Cu2】蛋白质紫色先加A，再加B；B不能过量；不需加热斐林试剂【Cu(OH)2】还原性糖砖红色现配现用；水浴加热；选用白色或近白色的材料二苯胺DNA 蓝色沸水浴苏丹（苏丹）脂肪橘黄色（红色）用显微镜观察细胞着色情况时，需先滴加50酒精洗去浮色龙胆紫（醋酸洋红）染色体深蓝色（红色）染色前先漂洗甲基绿DNA 绿色两种染色剂对DNA和RNA的亲和力不同，显示DNA和RNA在细胞中的分布吡罗红RNA红色健那绿线粒体蓝绿色一般用动物细胞重铬酸钾酒精橙色变灰绿色酸性条件下溴麝香草酚蓝二氧化碳由蓝变绿再变黄色溴麝香草酚蓝水溶液变黄的时间长短检测CO2的产生情况刚果红纤维素红色淀粉也会反应伊红美蓝大肠杆菌黑色带有金属光泽鉴别培养基（2）形变：如甲状腺激素对小蝌蚪生长发育的影响（蝌蚪体型的变化）；大豆品种的矮化特性与赤霉素的含量（植株的高低）；单侧光对燕麦胚芽鞘生长的影响（胚芽鞘的弯曲程度）等。（3）数变：光照强度对植物光合作用的影响（气体体积的变化）、适当浓度的赤霉素能促进植株长高（长度）等。3、实验结果与结论的获得（1）直接获得从题干文字获得：如：为验证胰岛素具有降低血糖的作用，某生物小组做了如下实验实验结果：实验组（注射胰岛素）小鼠出现惊厥实验结论：胰岛素具有降低血糖的作用 从记录数据获得：如对5个生态系统中的生物群落的组成情况进行了调查，调查结果如下表。当同时受到大规模虫害袭击时：生物系统种1种2种3种4种5A09004000B02202402000C700200505040实验结果：生物群落中受影响最大的是A，受影响最小的是C实验结论：生物群落物种越丰富，群落抵抗力稳定性越强（2）间接获得研究温度对光合作用的影响(其余的实验条件都是理想的)，实验以CO2的吸收量与释放量为指标。实验结果如下表所示。温 度 ()5101520253035光照下吸收CO2(mg/h)1.001.752.503.153.753.503.00黑暗中释放CO2(mg/h)0.500.751.251.752.253.003.