2024届高考 二轮备考专题(十四)　命题点3　实验设计分析及答题技巧总结 学案

命题点3实验设计分析及答题技巧总结一、实验设计遵循的原则1．科学性原则(1)选材科学性：如鉴定还原糖的实验中不能以西瓜汁为实验材料，因为西瓜汁的红色会干扰颜色反应。(2)实验方法科学性：如使用双缩脲试剂时应先加入A液，再加入B液。2．单一变量原则和等量原则二者是完全统一的，只不过强调的侧重点不同，前者强调的是自变量的单一性即实验组和对照组相比只能有一个变量，而后者强调的是除了自变量之外的一切对实验结果有影响的无关变量，必须严格控制在适宜且等量条件下，以平衡和消除无关变量对实验结果的影响。3．平行重复原则为减小实验误差应进行多次实验，如探究培养液中酵母菌种群数量动态变化的实验中，每次计数都要重复至少3次。4．对照原则(为使实验结果更有可信度，需设置对照组)(1)空白对照：即对照组不做任何变量处理。如探究胰岛素的生理作用实验中，对小鼠进行饥饿处理后，注射胰岛素的为实验组，注射等量生理盐水的为对照组。(2)自身对照：即对照组和实验组在同一实验对象上进行，不再设置新的对照组。如观察植物细胞质壁分离和复原的实验中，质壁分离状态与自然状态形成对照。(3)条件对照：即给对照组施加变量处理，但这种处理不是实验假设所定的。如探究甲状腺激素的生理作用实验中，实验组为饲喂甲状腺激素，空白对照为饲喂等量生理盐水，可以再增加一组对照组，饲喂甲状腺激素抑制剂，即条件对照，这样可以增加实验的说服力。(4)相互对照：即不单独设对照组，而是几个实验组之间相互进行对照。如探究温度、pH对酶活性影响的实验中，各组既是实验组，又是其他组的对照组。二、实验设计的基本方法实验设计程序：明确实验目的→选择实验原理→确定实验思路→设计实验步骤→预期实验结果→得出实验结论。1．实验目的(1)验证性实验：寻找题干信息，一般写有“验证……”，即为该实验的实验目的。(2)探究性实验：首先分析实验的自变量和因变量。此类实验的实验目的一般书写为“探究自变量对因变量的影响”“探究自变量与因变量的关系”“探究自变量的作用”等等。典题1如图装置表示3株脱淀粉(经充分“饥饿”处理)的长势相同的同种植株分别放在透光的密闭钟罩内。请将下列分析思路补充完整：自变量：____________，因变量：__________________________________________。实验目的：______________________________________________________________。答案CO2浓度光合速率探究CO2浓度与光合速率的关系2．实验假设假设是指用来说明某种现象，但未经证实的论题，是对课题涉及的主要变量之间相互关系的设想，是研究者对研究结果预先赋予的答案，是一种可能的解释和说明。提出的假设可能正确，也可能错误，但必须能解释题目现象或与题干相符，一般情况下，若是实验中要求写出你的假设，我们应根据自己平常积累的知识，写出认为最可能的一种假设即可。典题2哺乳动物体温的相对恒定是完善的调节机制使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。为了探究随外界环境温度的改变，哺乳动物细胞有氧呼吸强度是否会产生变化，某校生物兴趣小组制定了以下实验方案：(1)实验假设：____________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)材料用具：略。(3)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4组。②取4只体重400克，性别与生理状况相同的成年小白鼠分别放入4个恒温培养箱中。③一段时间后，用仪器测量小鼠耗氧量，作好记录并计算。答案(1)随外界环境温度的改变，哺乳动物细胞有氧呼吸强度会产生变化3．实验原理实验原理的确认与书写：实验原理就是进行实验的理论依据，书写基本套路概括为“已知条件找变量→根据目的提结论→依据材料判结果→结论结果巧联系→组织语言写原理”。典题3为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。(2)A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。(3)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，则该实验的原理是________________________________________________________________________________________________________。答案体内胰岛素含量过高时，引起血糖浓度下降，机体出现活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，此症状可以通过注射葡萄糖来缓解思维导图4．实验思路思路是“想法”，是较为粗线条的思考过程，其要求“言简意赅”。比如：用某种方法处理某种材料，观察其对某方面的影响效果。一般须体现“对照思想”，显示自变量和因变量，对无关变量表述时，应注意体现“相同且适宜”。典题4冠心病是指给心脏供血的冠状动脉发生粥样硬化，使血管腔狭窄或闭塞，导致心肌缺血缺氧或坏死而引起的心脏病，心肌缺血缺氧引发心前区疼痛，导致心率加快，可通过受体阻断药来治疗。预防冠心病，要注意低脂饮食。回答下列问题：受体阻断药可选择性结合受体，阻止相应信号的作用。现以狗为实验对象，据图选择作用于心肌细胞的受体阻断药(假定给药过程不影响心率)，通过检测心率证明：交感神经和副交感神经对心率的调节作用相抗衡。实验思路：______________________________________________________________________________________________________________________________________。预期结果：______________________________________________________________。答案实验思路：取甲、乙两组狗，先测定正常安静状态下的心率，然后甲组用适量M3受体阻断药处理，乙组用等量α和β型受体阻断药处理，再分别检测两组狗的心率进行比较预期结果：甲组心率升高，乙组心率降低解析验证“交感神经和副交感神经对心率的调节作用相抗衡”的实验，自变量是分别刺激交感神经和副交感神经，因变量是心率的变化。由于题干要求使用受体阻断药来控制自变量，图中M3受体为副交感神经反射弧中的激素受体，α和β型受体为交感神经反射弧中的激素受体，所以用适量M3受体阻断药处理代表阻断副交感神经，用等量α和β型受体阻断药处理代表阻断交感神经，检测心率变化即可。根据图中信息副交感神经导致心率减慢、心肌收缩减弱，交感神经导致心率加快、心肌收缩加强，可以预测甲组因副交感神经被阻断，导致心率升高，乙组因交感神经被阻断，导致心率降低。5．实验步骤步骤是“做法”，是更为“细节化”的操作流程，其要求“精确细致”。必须体现“自变量”如何设置，“因变量”如何获得，“无关变量”如何保证相同且适宜。实验步骤设计的一般程序注意自变量的处理方法(1)“加”或“减”：例如验证甲状腺激素的生理作用——“加”即口服或注射该激素；“减”即手术切除甲状腺法。(2)“换”：如探究温度对酶活性的影响实验，对自变量温度无法“加”或“减”，就用“换”的方法。典题5(2021·江苏，20节选)线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。下图表示叶肉细胞中部分代谢途径，虚线框内表示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”。请据图回答下列问题：为研究线粒体对光合作用的影响，用寡霉素(电子传递链抑制剂)处理大麦，实验方法是：取培养10～14d大麦苗，将其茎浸入添加了不同浓度寡霉素的水中，通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后，测定、计算光合放氧速率(单位为μmolO2·mg－1chl·h－1，chl为叶绿素)。请完成下表。实验步骤的目的简要操作过程配制不同浓度的寡霉素丙酮溶液寡霉素难溶于水，需先溶于丙酮，配制高浓度母液，并用丙酮稀释成不同药物浓度，用于加入水中设置寡霉素为单一变量的对照组①____________________________________②___________________________对照组和各实验组均测定多个大麦叶片光合放氧测定用氧电极测定叶片放氧③______________称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液测定答案①在水中加入相同体积的不含寡霉素的丙酮②减少叶片差异造成的误差③叶绿素定量测定(或测定叶绿素的含量)解析设计实验要遵循单一变量原则、对照原则、等量原则等。①对照组为在水中加入相同体积的不含寡霉素的丙酮溶液。②对照组和各实验组均测定多个大麦叶片的目的是减少叶片差异造成的误差。③称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液测定其中叶绿素的含量。6．实验结果和结论实验结果是通过观察或测量得到的实验现象，是实验实际出现的情况。实验结论是根据实验现象，对实验因变量与自变量关系进行分析，得出的具有普遍意义的理论性结论。实验结论的得出必须依据实验结果。归纳实验结论的一般方法：(1)通过实验目的、实验的对照组设置或步骤，根据单一因素不同，找出实验自变量。(2)由果找因，分析实验结果(因变量)与实验控制的单一因素(自变量)之间的逻辑关系，得出正确结论。(3)在有些实验中，还要根据各对照组中得出的“分结论”，综合为“全面结论(总)”。(4)在验证性实验中，因为要验证的事实是正确的，实验结果只有一种，实验结论即是实验要验证的事实。在探究性实验中，因为实验结果是未知的，可能出现的实验结果有多种，因此对应的实验结论也有多种，不同的结果对应不同的结论。典题6(2023·江苏省南通高三期末)肿瘤疫苗(OVA)可预防或治疗肿瘤，其原理是将肿瘤抗原导入人体内，激活患者自身的免疫反应，从而达到控制或清除肿瘤的目的。物质P作为安全的纳米材料，常用作疫苗载体。(1)(多选)下列可作为肿瘤抗原的是________。A．衰老肿瘤细胞B．肿瘤相关蛋白或多肽C．肿瘤细胞内的脱氧核糖D．含有肿瘤抗原基因的质粒(2)物质Q具有干扰溶酶体膜稳定性的作用。将Q引入纳米疫苗(OVA－P)后与体外培养的树突状细胞(DC细胞)共孵育，得到结果如图1。①加入细胞悬液的培养板需置于CO2恒温培养箱中培养，是为了提供适宜的______________________。②与普通疫苗相比，纳米疫苗更易被DC细胞摄取处理。得出该结论的依据是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。比较2、3组的实验结果，说明_____________________________________________________________________________________________________________________。(3)研究者进一步对Q引入后的纳米疫苗进行了体内效果评价。将三类疫苗注射到肿瘤模型小鼠体内，结果如图2，结果说明____________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)AB(2)①pH、温度和气体环境②与1组相比，2、3组进入DC细胞溶酶体的疫苗量增加，且细胞质基质中的疫苗占比也显著增加将Q引入纳米疫苗，可增加DC细胞中从溶酶体逃逸到细胞质基质的疫苗量(3)Q引入后的纳米疫苗比纳米疫苗(和普通疫苗)的肿瘤抑制效果更好解析(1)衰老肿瘤细胞、肿瘤相关蛋白或多肽可以作为肿瘤抗原，引起免疫反应，A、B符合题意；肿瘤细胞内的脱氧核糖不具有抗原特性，不能作为肿瘤抗原，C不符合题意；含有肿瘤抗原基因的质粒不能直接作为抗原，其表达产物才可以作为肿瘤抗原，D不符合题意。(3)分析题图可知，实验的自变量是不同类型处理的疫苗，因变量是小鼠的肿瘤体积增长率，注射将Q引入后的纳米疫苗比注射纳米疫苗(和普通疫苗)的小鼠的肿瘤体积增长率明显减小，即肿瘤抑制效果更好。三、实验方案评价与修订试题的解答思路典题7研究者以小鼠为实验材料，探讨动物脑中VMN区域与血糖调节的关系。回答下列问题：(1)向正常小鼠VMN区神经元中转入基因表达载体，指导合成的蛋白质会被光激活，进而激活氯离子通道蛋白，使氯离子流入细胞内。①当向VMN区神经元光照后，VMN区神经元________________________(填“不兴奋”或“兴奋”)。②研究者用胰岛素处理小鼠，创设低血糖条件，光照一段时间，检测小鼠的血糖含量，发现VMN区神经元参与低血糖条件下血糖含量的恢复。(2)进一步研究VMN区神经元对血糖含量的影响。向