江苏专用2025版新高考生物第三单元细胞的能量供应与利用实验素养提升2实验设计的三大原则与三类“变量”分析学案

PAGEPAGE6试验设计的三大原则与三类“变量”分析[技能必备]1.试验设计遵循的三大基本原则(1)单一变量原则：即除自变量(试验变量)以外，应使试验组与比照组的无关变量保持相同且相宜。如生物材料相同(大小、生理状况、年龄、性别等)、试验器具相同(型号、干净程度等)、试验试剂相同(用量、浓度、运用方法等)和条件相同(保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等)。(2)比照原则：应设置比照试验，使试验组与比照组的自变量不同(其他因素都相同)，以便减小试验误差。(3)平行重复原则：在试验设计中为了避开试验结果的偶然性，必需对所做试验进行足够次数的重复，以获得多次试验结果的平均值，保证明验结果的精确性。2.三类变量(自变量、因变量、无关变量)分析3.教材中探究类试验的变量分析试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更)pH、底物量、酶量、试管的干净程度、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、试管的干净程度、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、锥形瓶的干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、测量的精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试验材料的一样性、生长素类似物浓度的精确性、处理时间的一样性等探究培育液中酵母菌数量的动态变更时间酵母菌种群数量培育液的成分、培育条件、空间等探究水族箱中的群落演替时间群落的变更水族箱的培育条件和环境等[技能展示]1.(2024·扬州上学期期中卷)下表为某同学探究影响酶活性因素的一组试验，有关叙述错误的是()步骤甲组乙组丙组12%蔗糖液2mL2%蔗糖液2mL2%蔗糖液2mL2蒸馏水1mL酵母提取液1mL稀释唾液1mL337℃恒温水浴，保温10分钟4斐林试剂1mL550～65℃温水中加热2分钟结果蓝色砖红色蓝色A.试验中的前后两次保温处理的目的不同B.蔗糖不是还原性糖，酵母提取液中含有催化蔗糖水解的酶C.本试验的自变量是酶的种类，结果表明酶具有高效性D.丙组试验如选用淀粉做底物，结果将会出现砖红色沉淀解析第一次保温是为了让酶处于最适温度下，酶活力最高，其次次保温目的是斐林试剂鉴定时须要水浴加热；该试验能证明酵母提取液含有蔗糖酶，将蔗糖分解为还原糖；该试验中，唾液不能将蔗糖分解，而酵母提取液能将蔗糖分解，证明白酶的专一性；唾液中含有唾液淀粉酶，可以将淀粉分解为还原糖，与斐林试剂反应生成砖红色沉淀。答案C2.(2024·安徽皖南八校模拟)下表是探究温度对纤维素酶活性的影响试验设计及结果，据表分析，以下说法错误的是()试管①②③纤维素悬液/mL222纤维素酶液/mL111反应温度/℃304050斐林试剂/mL222砖红色深浅＋＋＋＋＋＋注：“＋”的多少代表颜色深浅。A.该试验的自变量为温度B.该试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，该试验中温度是自变量，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；②组与①③组的温度相比，40℃较相宜，但事实上该纤维素酶最适温度可能高于或低于40℃，故通过本试验不能说明该纤维素酶的最适温度为40℃，D错误。答案D3.(2024·江西金太阳全国大联考)某生物爱好小组对粳稻、籼稻和杂交稻三种水稻品种中的H2O2酶活性进行了试验探讨，试验结果如下表所示。请回答下列问题：(1)本试验的目的是探究__________________________________________。设计试验时，各试验组应遵循________原则。(2)分析表中数据可知，在肯定浓度范围内，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________，从而引起酶活性的变更。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、比照、重复(2)大于重金属种类和浓度(3)空间结构亮剑高考3有关酶的试验探究（时间：15分钟）[规律方法]依据试验目的精确选取试验材料和检测指标试验目的试验材料检测指标(试剂)备注高效性过氧化氢与过氧化氢酶、Fe3＋O2产生的快慢或多少与无机催化剂对比专一性淀粉、蔗糖与淀粉酶斐林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斐林试剂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.将等量的α­淀粉酶(70℃下活性不受影响，100℃高温下失活)与β­淀粉酶(70℃处理15min即失活)加适量蒸馏水混合，分为甲、乙、丙三组后，分别按下表所示步骤进行试验。下列说法正确的是()组别步骤甲乙丙步骤一25℃下处理70℃水浴处理15min后取出100℃下处理15min后取出步骤二在25℃条件下加入等量且足量的淀粉溶液步骤三一段时间后，分别测量三组淀粉剩余量淀粉剩余量abcA.上述两种酶存在差异的根本缘由是氨基酸与肽链的空间结构不同B.丙组按步骤一处理后冷却至70℃，其中α­淀粉酶仍具有活性C.a与b的差值可体现出α­淀粉酶的活性D.a－b与b－c的大小可用于比较两种酶在25℃下的活性解析本题主要考查酶，考查学生的获得信息实力和试验探究实力。α­淀粉酶和β­淀粉酶存在差异的根本缘由是限制其合成的DNA的脱氧核苷酸序列不同，A错误；α­淀粉酶在100℃下处理15min后，酶会失去活性，从100℃冷却至70℃，α­淀粉酶不能复原其活性，B错误；由题干可知，甲组两种酶均有活性，乙组只有α­淀粉酶有活性，β­淀粉酶无活性，丙组两种酶均无活性，因此，甲、乙试管的淀粉剩余量的差值可体现出β­淀粉酶的活性，C错误；乙、丙试管的淀粉剩余量的差值大小体现的是α­淀粉酶的活性，因此，比较甲、乙试管的淀粉剩余量的差值与乙、丙试管的淀粉剩余量的差值大小，可比较两种酶在25℃下的活性，D正确。答案D2.乳糖酶能催化乳糖水解，有两项与此相关的试验，除自变量外，其试验条件均设置为最适条件。试验结果如下。下列有关叙述正确的是()试验一(乳糖浓度为10%)酶浓度01%2%3%4%相对反应速率02550100200试验二(酶浓度为2%)乳糖浓度05%10%15%20%相对反应速率025506565A.试验一假如接着增加酶浓度，相对反应速率不再加大B.试验一增加乳糖浓度，相对反应速率将降低C.试验二若接着增大乳糖浓度，相对反应速率不再加大D.试验二若适当提高反应温度，相对反应速率将增大解析试验一的结果表明，随酶浓度的增加，相对反应速率不断增加，A错误；在某一酶浓度时，增加底物浓度会使相对反应速率上升，因此，试验一增加乳糖浓度，相对反应速率可能增大，B错误；在酶浓度为2%时，乳糖浓度为15%与20%时，相对反应速率相等，所以，试验二若接着增大乳糖浓度，相对反应速率将不再加大，C正确；由于除自变量外，其他试验条件均设置为最适条件，所以提高温度，酶的活性反而下降，因此，试验二若提高反应温度，相对反应速率将减小，D错误。答案C3.(2024·南通泰州一模)为探究温度对过氧化氢酶活性的影响，科研人员以2%的酵母菌液作为酶源，进行如下探究试验：①设计如图试验装置。试验组注射器A内吸入1%的H2O2溶液5mL，注射器B内吸入2%的酵母菌液2mL。比照组注射器A内吸入1%的H2O2溶液5mL，注射器B内吸入蒸馏水2mL。用乳胶管连接注射器A和B，在乳胶管上夹上止水夹。②设置温度梯度：0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃，将试验组和比照组装置在相应温度下保温10min。③打开止水夹，将注射器A中的液体匀速推至注射器B中，马上关闭止水夹，记录注射器B中活塞的刻度。5min后再次记录刻度，计算刻度变更量，重复3次。④将比照组和试验组在各温度下获得的3次试验数据作相应处理，绘制曲线如下图。请回答下列问题：(1)步骤①中设置比照组的目的是________________________。步骤②中试验组和比照组装置在相应温度下先保温10min的目的是________________________。步骤④中的“相应处理”是指________________。(2)有人认为，本试验不宜采纳H2O2溶液作为“探究温度对酶活性的影响”的试验材料。你是否同意他的观点？请简要说明理由：___________________________。(3)经反复尝试，步骤③中选择体积分数为1%的H2O2溶液较合理。若浓度过高，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，其依据是_____________________________________________________________________。解析(1)本试验中的比照试验中没有酵母菌，目的是解除温度等对过氧化氢自身分解的影响，使试验结论更科学。在试验中，过氧化氢和酵母菌液混合之前要在试验设定的温度条件下先保温10min，可以保证酵母菌液和过氧化氢溶液都达到试验须要的温度，然后在试验设定的温度下进行反应。为了保证明验结果的精确，每个温度条件下要进行重复试验，取平均值，所以相应的数据处理就是指计算3次数据的平均值。(2)从试验结果曲线图看，0～60℃条件下，比照组的注射器刻度变更量为0，说明在此温度范围内，温度对过氧化氢的分解没有影响，因此，本试验中选用过氧化氢作为试验材料是合适的。(3)由于酶具有高效性，假如过氧化氢的浓度过高，将会使反应速度很快，产生的氧气许多，可能来不及记录，或者超过了注射器的刻度，甚至造成活塞从注射器中冲出来，从而无法记录到精确的数据。(4)本试验的目的是探究温度对过氧化氢酶活性的影响，但是试