高中生物核心素养微专题之科学探究2 实验设计中的变量分析(共17张)

高中生物核心素养微专题之科学探究二实验设计中的变量分析【名师授法·答题要点】变量分析是设计实验思路或步骤中的一个重要环节,包括自变量、因变量和无关变量;原则是“遵循单一变量”。从以下几点对变量作出精准分析:1.联系实验原理、读懂实验目的,构思实验的整体思路。2.结合对照实验的一般步骤(如图),判断实验设计过程正确与否。思路:获取信息→发现错误→改正完善3.模仿补充实验步骤,分析实验结果。(1)当已给实验步骤有多个变量时,通过拆分法,减少实验变量,遵循单一变量原则,构建多组实验,模式如图:思路:获取信息→分析加工→依题作答(2)当自变量到因变量的逻辑推理因中间环节被忽视而难以得出结论时,再加入某些因素处理进行设计,进一步确认实验结果的发生是自变量处理所致,模式如图:【典例示范·答题模板】

(2022·徐州模拟)为探究“影响胶原蛋白酶活性的因素”,某生物兴趣小组设计了一个实验方案,如表所示。回答下列问题:试管底物和试剂实验条件1蛋白质X;4mL蒸馏水37℃水浴;pH=72蛋白质X;4mL胶原蛋白酶37℃水浴;pH=73蛋白质X;4mL胶原蛋白酶①;pH=34蛋白质X;4mL胶原蛋白酶0℃水浴;pH=②(1)实验方案中①②处分别为________、________。

(2)本实验的自变量是__________________,无关变量有______________________________(至少答出两点)。

(3)用双缩脲试剂检测上述4组实验后的溶液,溶液呈现紫色的试管有___________。

(4)为便于观察、记录实验现象,需对蛋白质X进行特殊处理,使其__________________,本实验就可以通过观察_______________________________推断酶活性的大小。

试管底物和试剂实验条件1蛋白质X;4mL蒸馏水37℃水浴;pH=72蛋白质X;4mL胶原蛋白酶37℃水浴;pH=73蛋白质X;4mL胶原蛋白酶①;pH=34蛋白质X;4mL胶原蛋白酶0℃水浴;pH=②模板应用【解析】(1)表格中提供了温度和pH两种实验条件,因此本实验的目的是探究温度、pH对胶原蛋白酶活性的影响,故方案中①②处分别保证只含一个自变量即可。(2)由上述分析可知,本实验的自变量是温度、pH,无关变量有胶原蛋白酶的用量或浓度、蛋白质X的用量、保温时间等。(3)由于胶原蛋白酶的化学本质为蛋白质,反应前后酶的数量和本质均不变,所以用双缩脲试剂检测4个试管溶液均呈紫色。(4)由于不能用双缩脲试剂检测蛋白质X的含量变化,本实验可以通过肉眼观察的方法,使蛋白质凝结成块状,以单位时间或相同时间内蛋白块大小的变化情况(或记录蛋白块消失所需的时间)作为因变量,确定酶活性大小。答案:(1)37℃水浴7

(2)温度和pH胶原蛋白酶的用量或浓度、蛋白质X的用量、保温时间等(答出任意两点即可)

(3)1、2、3、4

(4)凝固成块状(答出“呈现块状”即可)单位时间或相同时间内蛋白块大小的变化情况(或记录蛋白块消失所需的时间,必须有“时间”这一关键词)【举一反三·融会贯通】普通淀粉酶的最适温度在40~60℃,而极端耐热淀粉酶在100℃仍能保持较高的活性,因此在生产上具有更为广泛的应用前景。设计实验测定极端耐热淀粉酶起催化作用的最适温度。(1)此实验中除自变量和因变量外,还需要考虑________________________________(答出两点即可)等因素。

(2)结合题目信息,简要写出测定该酶催化作用最适温度的实验思路:________________________________。

【解析】(1)此实验中除自变量和因变量外,无关变量需要保持相同且适宜,因此还需要考虑底物淀粉溶液的浓度和用量、pH及添加试剂的量、实验操作顺序等因素。(2)测定该酶催化作用最适温度的实验思路:在40℃和100℃之间每隔一定温度设置一个实验组,其他实验条件适宜且保持一致。以一定时间后,反应液和碘液发生颜色反应的程度为指标确定最适温度。答案:(1)底物淀粉溶液的浓度和用量、pH及添加试剂的量、实验操作顺序(2)在40℃和100℃之间每隔一定温度设置一个实验组,其他实验条件适宜且保持一致。以一定时间后反应液和碘液发生颜色反应的程度为指标确定最适温度

【加固训练·拔高】已知FeCl3和过氧化氢酶都能催化过氧化氢分解成水和氧气。下表为某兴趣小组进行的实验及相应结果,请回答问题:步骤试管编号1234体积分数为3%的过氧化氢溶液2mL2mL2mL2mL蒸馏水2mL--质量分数为5%的NaOH溶液--2mL-质量分数为5%的HCl溶液-2mL--质量分数为20%的鸡肝研磨液2滴2滴2滴-质量分数为3.5%的FeCl3---2滴观察各试管内产生气泡的多少大量较多(1)设计1、2、3号试管的实验目的是____________________________________________。

(2)实验发现1号与4号试管相比较,单位时间产生气泡较多,说明_________________________。(3)为遵循实验原则,保证实验的科学性、严谨性,4号试管中需加入________________。步骤试管编号1234体积分数为3%的过氧化氢溶液2mL2mL2mL2mL蒸馏水2mL--质量分数为5%的NaOH溶液--2mL-质量分数为5%的HCl溶液-2mL--质量分数为20%的鸡肝研磨液2滴2滴2滴-质量分数为3.5%的FeCl3---2滴观察各试管内产生气泡的多少大量较多(4)如图曲线甲是在最适温度、最适pH条件下测定的底物浓度对酶促反应速率影响的曲线。曲线乙表示改变条件时测定的底物浓度对酶促反应速率影响的曲线。则A、B两点的酶降低化学反应活化能的作用________(填“相等”或“不相等”)。使图中曲线甲向左移动变成曲线乙的操作是____________________________。使图中曲线甲变成曲线丙的操作是______________________________________(至少答出两项)。【解析】(1)表中1、2、3号试管的自变量是pH不同,因变量是气泡产生的多少,显然实验目的是探究pH对过氧化氢酶活性的影响。(2)1号与4号试管相比较,这两个试管中的自变量是催化剂的种类,实验结果表明单位时间产生气泡较多的是1号试管,该实验结果说明与无机催化剂相比,酶催化作用具有高效性。(3)为遵循实验设计的等量原则,保证实验的科学性、严谨性,使实验结果更有说服力,4号试管中需加入2mL蒸馏水。(4)酶催化作用的发挥需要适宜的温度和pH条件,图中曲线甲是在最适温度、最适pH条件下测定的底物浓度对酶促反应速率影响的曲线。曲线乙的反应速率高于甲,反应速率与酶浓度的变化呈正相关,因此图乙可能是在甲条件的基础上增加酶量(提高酶的浓度、使用酶的激活剂等)后获得的曲线;图中甲曲线上A、B两点的酶降低化学反应活化能的作用应该是相等的,因为酶降低活化能的能力与酶的活性有关,而A、B两点所处的环境条件是一致的,即酶活性相同,因此降低化学反应活化能的能力是相同的;而曲线丙与甲相比反应速率下降,即同底物条件下,反应速率下降,可能的原因是酶活性下降,也可能是减少了酶的用量,因此使曲线甲变为曲线丙的外界环境条件可能为改变温度、pH、减少酶的用量或浓度等。答案:(1)探究pH对过氧化氢酶活性的影响(2)酶催化具有高效性(或与无机催化剂相比,酶降低反应活化能的效果更显著,或酶的催化效率比无机催化剂高)

(3)2mL蒸馏水(4)相等增大酶量(提高酶的浓度、使用酶的激活剂等)改变温度、pH、减少酶的用量或浓度

附: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(气泡的产生情况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、操作程序等实验名称自变量因变量无关变量探究酵母菌的呼吸方式氧气的有无CO2