2023高三二轮总复习生物-专项一-(七)实验设计类

(七)实验设计类[模板概述]实验探究型试题要求学生根据实验原理，选择实验器材，安排实验步骤，设计实验数据处理的方法及分析实验现象，主要考查学生是否理解实验原理和具备分析实验结果的能力，是否具有灵活运用实验知识的能力，是否具有在不同情景下迁移知识的能力。其解题思维模板如下：第一步：审准目的、原理和要求第二步：确定和处理三种变量第三步：编写步骤，预测结果与结论(1)明确实验目的，弄清实验类型是验证类还是探究类。(2)明确实验原理，理解实验依据。(3)明确实验中的问题要求和实验变量。确定处理自变量(实验变量)、因变量(反应变量)、无关变量。(1)编写步骤：①首先分组编号；②其次材料处理——不施加实验变量设为对照组，施加实验变量设为实验组，控制无关变量；③观察或测量并记录实验结果。(2)预测结果与结论：表述方式因实验类型不同有所区别。典例剖析例题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。实验原理：胰岛素具有降低血糖的作用。体内胰岛素含量过高时，引起血糖水平下降，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。材料用具：正常小鼠4只、注射器、胰岛素溶液、葡萄糖溶液、生理盐水。(1)实验步骤：①将正常小鼠随机均分成A、B两组，观察并记录__________________________________。②给A组小鼠注射适量胰岛素溶液，B组小鼠____________________________________________________________________________________________________________________。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______________________________________________________________________________。③A组小鼠出现低血糖症状后，分别给A、B两组小鼠________________________________。一段时间后，A组小鼠低血糖症状得到缓解，B组小鼠____________________________________________________________________________________________________________。(2)该实验过程可以说明__________________________________________________________。(3)分析小鼠注射胰岛素溶液后出现低血糖症状的原因：____________________________________________________________________________________________________________。思维导表完善如下表格第一步：审准目的、原理和要求(1)实验目的：验证胰岛素具有降低血糖的作用；(2)实验原理：先注射胰岛素，出现低血糖症状，再注射葡萄糖溶液，低血糖症状得到缓解第二步：确定和处理三种变量自变量：胰岛素含量；因变量：小鼠的活动情况；无关变量：所选正常小鼠的生理状态、所使用的溶液的量第三步：编写步骤，预测结果与结论步骤补充：②给A组小鼠注射适量胰岛素溶液，B组应注射等量生理盐水；③分别给A、B两组小鼠注射等量葡萄糖溶液；预测结果：②A组小鼠出现低血糖症状，B组小鼠的活动状况无变化；③A组小鼠的低血糖症状得到缓解，B组小鼠的活动状况仍无变化答案(1)①小鼠的活动状况②注射等量生理盐水活动状况无变化③注射等量葡萄糖溶液活动状况无变化(2)胰岛素具有降低血糖的作用(3)注射胰岛素溶液后，小鼠体内胰岛素含量过高，引起血糖含量下降，小鼠组织细胞特别是脑组织细胞因血糖供应减少、能量供应不足而发生功能障碍，从而引起低血糖症状技法链接解答此类试题时要紧扣题意，仔细结合上下文进行补充。其突破方法是：(1)补充实验原理类：需深入分析题目中与实验原理有关的内容，如对照组实验、重要实验步骤、重要实验装置、完善实验装置、完善实验所用的实验方法等，在此基础上，联系教材中相关联的原理、知识点进行知识迁移，归纳出其原理。解决这类问题的基点是看我们能否对教材中基础实验的原理深刻理解，能否对其融会贯通，举一反三，是否学会了类比迁移。(2)补充实验步骤类：需根据实验目的确定实验变量，审读所提供的信息中是否准确控制了实验变量，是否遵循对照原则、单一变量原则等。对此类问题的考查，主要是看学生是否知道实验变量的控制及实验原则的遵循。(3)预测实验结果类：需认真分析实验目的和相关知识，确定自变量对因变量的影响。一定要辨别实验是属于验证性实验还是探究性实验。验证性实验具有明确的结果；探究性实验的现象和结果是未知的或不确定的，应针对各种可能性分别加以考虑和分析，得到相关结论。无论是哪种情况，文字描述应力求简练、准确、科学。对应训练1．(2022·天津南开中学高三一模)小鼠克隆胚胎着床后胎盘发育显著异常可能是与克隆胚胎中H3K27me3印记基因过度表达有关，H3K27me3印记基因敲除极大提高了体细胞克隆的成功率，H3K27me3印记基因敲除的实验组克隆小鼠的体重与受精卵来源的小鼠一致，而对照组克隆小鼠的体重显著高于受精卵来源的小鼠；实验组克隆小鼠的胎盘直径和重量也显著低于对照组克隆小鼠，而与受精卵来源的小鼠一致。下列相关分析错误的是()A．克隆胚胎过大可能是克隆胚胎着床后成活率低的原因B．克隆胚胎过大的原因可能是克隆胚胎的胎盘过大C．H3K27me3印记基因过度表达抑制胎盘的发育D．H3K27me3印记基因的表达产物可能影响早期胚胎滋养层细胞发育答案C解析克隆小鼠的体重显著高于受精卵来源的小鼠，故克隆胚胎过大可能是克隆胚胎着床后成活率低的原因，A正确；实验组克隆小鼠的胎盘直径和重量显著低于对照组克隆小鼠，而与受精卵来源的小鼠一致，说明克隆胚胎过大的原因可能是克隆胚胎的胎盘过大，B正确；H3K27me3印记基因敲除的实验组，克隆小鼠的胎盘直径和重量显著低于对照组克隆小鼠，而与受精卵来源的小鼠一致，说明H3K27me3印记基因可促进胎盘的发育，C错误；H3K27me3印记基因可影响胎盘的发育，而胎盘是由滋养层细胞发育而来的，故其表达产物可能影响早期胚胎滋养层细胞的发育，D正确。2．(2022·江苏扬州高三模拟)科研人员研究乙烯对水稻和玉米黄化苗根、茎生长的影响，得到如图所示结果。下列相关叙述错误的是()A．几乎所有高等植物的组织细胞都能产生微量的乙烯B．对照组和实验组分别在无乙烯、含相同浓度乙烯的空气中培养C．乙烯对水稻根、芽生长的影响不能体现低浓度促进、高浓度抑制的特点D．乙烯对两类植物的胚芽和胚根的生长均有抑制作用答案D解析对照组在无乙烯空气中正常培养，实验组在其他条件相同含乙烯的空气中培养，B正确；由图可知，乙烯对水稻根、芽生长的影响不能体现低浓度促进、高浓度抑制的特点，C正确；由图可知，乙烯对水稻的胚芽生长具有一定的促进作用，D错误。3．(2022·湖北襄阳五中模拟预测)人体肠道菌群对机体健康具有重要作用。科研人员利用长爪沙鼠开展实验，对甲状腺功能亢进(甲亢)引起体温偏高过程中肠道菌群的作用进行研究，主要流程(见下图1)及结果如图所示(见下图2)。下列相关叙述正确的是()A．甲亢动物甲状腺激素浓度一般高于正常值，导致安静状态下的代谢速率偏高，机体的产热量大于散热量B．图1中Ⅰ、Ⅱ处所需的实验材料和处理分别为含有甲状腺激素的食物、不移植菌群C．实验结果显示第0周，B组鼠安静状态下的代谢速率显著高于A组；第1～6周，B2组安静状态下的代谢速率低于B1组，可推测甲状腺激素通过改变肠道菌群，提高代谢水平D．肠道菌群数量或种类不能作为进一步验证上述推测的检测指标答案C解析由于甲亢动物甲状腺激素浓度高于正常值，甲状腺激素可提高细胞代谢速率，导致机体产生更多的热量，机体的产热量与散热量相等，甲亢动物安静状态下体温保持偏高不变，A错误；探究实验需要遵循实验设计的等量原则、对照原则、单一变量原则等，故图1中B组小鼠与A组小鼠对照，应该饲喂含有甲状腺激素的食物；B1与B2组对照，B2组应该移植正常鼠肠道菌群，故图1中Ⅰ、Ⅱ处所需的实验材料和处理分别为含有甲状腺激素的食物、移植正常鼠肠道菌群，B错误；由图2实验结果可知，第0周，B组鼠安静状态下的代谢速率显著高于A组；第1～6周，B2组安静状态下的代谢速率低于B1组，可推测甲状腺激素通过改变肠道菌群，提高代谢水平，C正确；由C项可知，甲状腺激素通过改变肠道菌群，提高代谢水平，故为了进一步验证上述推测，可检测肠道菌群数量或肠道菌群种类，D错误。4．1937年霍奇金以蛙坐骨神经为材料，研究冷却阻滞对动作电位在神经纤维上传导的影响，记录距冷却阻滞点不同距离处膜内电位变化，结果如图所示。下列相关叙述正确的是()A．实验中坐骨神经应始终置于无菌水中B．实验刺激和测量的部位应选择神经元轴突C．冷却阻滞不影响细胞膜上钠离子通道的开放D．本研究还可证明神经纤维上兴奋的传导是双向的答案B解析实验中坐骨神经应始终置于任氏液中，A错误；轴突较长易操作，并且神经冲动的传导主要通过轴突，所以实验刺激和测量的部位应选择神经元轴突，B正确；据图分析，冷却阻滞点不同距离处膜内电位不同，所以冷却阻滞影响细胞膜上钠离子通道的开放，C错误；本研究只研究了一个方向的兴奋的传导，不能证明神经纤维上兴奋的传导是双向的，D错误。5．(2022·江苏南通高三一模)中国科研团队筛选出一种具有新冠病毒特异性中和活性的中和抗体CB6。他们将9只恒河猴分为对照组、预防组和治疗组。对照组注射安慰剂；预防组在感染新冠病毒前一天，注射抗体CB6；治疗组在感染病毒后第一天和第三天，注射相同剂量的抗体CB6。实验结果如图所示。下列相关叙述错误的是()A．恒河猴感染病毒后身体不适不属于反射B．CB6对预防新冠病毒感染具有良好的效果C．前4天对照组中病毒滴度的增加是免疫系统被破坏所导致的D．实验表明恒河猴的免疫系统对新冠病毒有较好的防御功能答案C解析恒河猴感染病毒后身体可能会引起发烧等不适症状，该过程属于免疫反应的结果而非反射，A正确；与对照组相比，预防组和治疗组均注射过CB6抗体，感染的第二天以后，两组的咽拭子病毒数量低于对照组，说明CB6对预防新冠病毒感染具有良好的效果，B正确；病毒侵入机体后，机体的特异性免疫过程需要一定时间，故前4天对照组中病毒滴度的增加是由于此时浆细胞、抗体等数量不足，病毒增殖造成的；若免疫系统被破坏，4天后病毒数量不会降低，C错误；据图可知，对照组虽未注射CB6抗体，但其体内的病毒数量在第7天时降至与预防组和治疗组同等的水平，说明恒河猴的免疫系统对新冠病毒有较好的防御功能，D正确。6．科研人员研究了CO2和温度两种生态因子对坛紫菜(一种海洋藻类植物)的生长和光合生理特征的影响。实验过程如下：①从海藻养殖基地采集新鲜、健康、形状等一致的坛紫菜叶状体(约5～8cm)，带回实验室暂养3～4天备用；②将2g藻体放入3L天然过滤海水中，均分于12个相同锥形瓶中。设置温度为15℃和25℃，CO2浓度为390μmol/mol(近似空气中的CO2浓度)和700μmol/mol的四组实验，每种处理设置3个重复；③除表中条件外，在其他相同且在适宜条件下进行实验，培养第7天进行相关数据测定。实验结果如下，请回答下列问题：组别色素390μmol/mol700μmol/mol15℃25℃15℃25℃叶绿素(mg/g鲜重)0.4800.4760.7630.741类胡萝卜素(mg/g鲜重)0.2250.2740.3270.337(1)采集海藻养殖基地的坛紫菜叶状体带回实验室暂养3～4天后，再进行实验的目的是__________________________。(2)该实验的自变量有____________________________。实验中“其他相同且适宜”的条件属于__________变量，这些变量需保持相同的原因是__________________________，需保持适宜的好处是__________________________。(3)影响图中曲线日变化的主要生理过程是____________________________；由曲线可判断，21：00时，坛紫菜叶状体细胞中产生ATP的场所有__________________________。(4)若要得到叶绿素a，需将坛紫菜进行研磨过滤，然后用____________法分离色素；由表可知，在15℃和25℃两种生长温度条件下，CO2浓度增加时，叶绿素和类胡萝卜素含量______；在相同CO2浓度条件下，温度改变时，藻体中叶绿素和类胡萝卜素含量__________________。答案(1)使坛紫菜适应实验室环境(2)温度、CO2浓度无关排除无关变量对实验结果的干扰使实验结果更加明显(3)光合作用与细胞呼吸细胞质基质、线粒体、叶绿体(4)纸层析增加变化不明显解析(1)本实验自变量是CO2浓度和温度，为避免其他因素的影响，采集海藻养殖基地的坛紫菜叶状体带回实验室暂养3～4天后再进行实验，目的是使坛紫菜叶状体适应实验室培养环境，避免其他因素干扰。(2)实验过程中要控制无关变量，如营养液的盐浓度、光照强度、光照周期等要保持相同且适宜。这些变量需保持相同的原因是排除无关变量对实验结果的干扰。需保持适宜的好处是使实验结果更加明显。(3)曲线横坐标表示时间变化，纵坐标是pH，随着时间变化，坛紫菜叶状体的呼吸作用和光合作用强度会发生变化，引起培养液中pH发生变化。21：00时，坛紫菜叶状体进行光合作用和呼吸作用，细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体。(4)光合色素可通过纸层析法分离得到。结合表中数据，在15℃和25℃两种生长温度条件下，CO2浓度增加时，叶绿素和类胡萝卜素含量增加，其他适宜条件处理后，叶绿素和类胡萝卜素含量均增加；在相同CO2浓度培养条件下，25℃相对15℃，藻体中光合色素含量变化不明显。7．为研究药物A对裸鼠(先天胸腺缺陷鼠)移植瘤细胞周期的影响，请根据以下提供的材料和用具，以细胞周期中不同DNA含量的细胞数为测定指标，完善实验分组设计和实验思路，设计实验结果记录表并进行分析与讨论：材料与用具：裸鼠、人乳腺癌细胞、药物A溶液、生理盐水、流式细胞仪(可根据细胞中DNA含量的不同对细胞分别计数)、注射器等。要求与说明：裸鼠日常饮食在实验设计中不做要求；药物每天提供一次，10天后测定。(1)实验思路：①取生理状况相似的同性别健康裸鼠若干只，每只注射适量且等量的人乳腺癌细胞，一段时间后获得人乳腺癌移植瘤成功的裸鼠10只。②将10只裸鼠随机均分为两组，各组裸鼠分别腹腔注射______________________________。每只裸鼠给药频次均为______________________________________。③取出每组小鼠的移植瘤细胞，用流式细胞仪分析____________________________________的细胞数目，记录结果。④_________________________________________________