2020版高考生物新導(dǎo)學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第三單元 細胞的能量代謝 實驗技能二 實驗方案的補充和完善講義(含解析)北師大版

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1、實驗方案的補充和完善 (經(jīng)典高考題)為了驗證葉片在光合作用和細胞呼吸過程中有氣體的產(chǎn)生和消耗①,請用所提供的實驗材料與用具,在給出的實驗步驟和預(yù)測實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上,繼續(xù)完成實驗步驟的設(shè)計和預(yù)測實驗結(jié)果,并對你的預(yù)測結(jié)果進行分析。 實驗材料與用具:煙草幼苗、試管兩支、NaHCO3稀溶液(為光合作用提供原料)②、真空泵③、暗培養(yǎng)箱、日光燈④(實驗過程中光照和溫度等條件適宜,空氣中O2和CO2在水中的溶解量及無氧呼吸忽略不計)。 實驗步驟和預(yù)測實驗結(jié)果: (1)剪取兩小塊相同的煙草葉片,分別放入盛有等量蒸餾水和NaHCO3稀溶液⑤的兩支試管中。此時,葉片均浮在液面上。 (2)用真空泵抽

2、去兩支試管內(nèi)液體中和葉肉細胞間隙中的氣體后,敞開試管口,可觀察到葉片均下沉到試管底部⑥。 (3)_____________________________________________________________________。 (4)______________________________________________________________________。 分析預(yù)測的結(jié)果:_________________________________________________________。 審題關(guān)鍵 信息①:這里的氣體是指O2或CO2,還是O2和CO2?如果

3、把氣體理解成O2和CO2,設(shè)置實驗步驟就需要考慮光合作用能產(chǎn)生O2,光合作用能消耗CO2,有氧呼吸能產(chǎn)生CO2,有氧呼吸能消耗O2四種情況,相當復(fù)雜。 信息②:NaHCO3稀溶液是CO2的緩沖液,其作用是為光合作用提供原料,也能確保CO2保持相對穩(wěn)定,據(jù)此,①處氣體指的是O2。 信息③:真空泵在步驟(2)中已經(jīng)用到。 信息④:暗培養(yǎng)箱和日光燈兩種裝置,所給的實驗步驟中沒有用到,補充的實驗步驟中必須用到。暗培養(yǎng)箱對應(yīng)于有氧呼吸能消耗O2;日光燈下對應(yīng)于光合作用能產(chǎn)生O2,但是,先暗培養(yǎng)箱處理還是先日光燈處理,還無法判定。 信息⑤:含有等量蒸餾水和NaHCO3稀溶液的兩支試管形成對照實驗,

4、蒸餾水組為對照組。 信息⑥:步驟(2)中葉片均下沉到試管底部,如果先暗培養(yǎng)箱處理就觀察不到明顯的現(xiàn)象,所以應(yīng)該先光照處理,日光燈下產(chǎn)生O2能使葉片浮起來;然后再暗培養(yǎng)箱處理,消耗O2能使葉片沉到試管底部,從而確定后續(xù)實驗步驟。 答案 實驗步驟和預(yù)測實驗結(jié)果: (3)將這兩支試管放在日光燈下,光照一段時間。 結(jié)果:NaHCO3稀溶液中葉片上浮,蒸餾水中葉片仍在試管底部。 (4)再將這兩支試管放在暗培養(yǎng)箱中一段時間。 結(jié)果:NaHCO3稀溶液中葉片下沉,蒸餾水中葉片仍在試管底部。 分析預(yù)測的結(jié)果: (1)光照下,NaHCO3稀溶液中的葉片進行光合作用,釋放出的氧氣多于細胞呼吸消耗的

5、氧氣,葉肉細胞中的氧氣增加,葉片上??;而蒸餾水中缺乏二氧化碳和氧氣,葉片不能進行光合作用和有氧呼吸,葉肉細胞間隙缺乏氣體,因此葉片仍位于試管底部。 (2)黑暗中,NaHCO3稀溶液中的葉片進行呼吸作用,消耗了葉肉細胞間隙中的氧氣,放出的二氧化碳溶于NaHCO3稀溶液中,葉肉細胞間隙缺乏氣體,葉片下沉;蒸餾水中缺乏氧氣,葉片不能進行有氧呼吸,葉肉細胞間隙仍缺乏氣體,因此葉片仍位于試管底部。 解析 根據(jù)給出的用品有蒸餾水和NaHCO3稀溶液(為光合作用提供原料),可以將其設(shè)計為一個實驗變量:NaHCO3稀溶液可以為光合作用提供CO2,蒸餾水不能提供CO2,所以在有光的條件下,葉片在NaHCO3

6、稀溶液中可以進行光合作用,在蒸餾水中則不能。再根據(jù)給出的實驗用具有暗培養(yǎng)箱和日光燈,又可以設(shè)計出一個實驗變量:在日光燈照射下葉片的光合作用和細胞呼吸同時都在進行,在暗培養(yǎng)箱中葉片只進行細胞呼吸。分析題目已給出的實驗步驟(1),找出其中的變量是把相同的葉片放入蒸餾水和NaHCO3稀溶液的不同環(huán)境中進行了平行對照。因此接下來我們要繼續(xù)做的是利用好“光照—黑暗”這個變量。(3)把兩支試管都放在日光燈下,光照一段時間。結(jié)果:NaHCO3稀溶液中的葉片上浮,蒸餾水中的葉片仍在試管底部。以驗證葉片在光合作用和細胞呼吸過程中有氣體的產(chǎn)生和消耗。以上是光合作用和細胞呼吸都進行時氣體的產(chǎn)生和消耗情況,只有細胞呼

7、吸時氣體的產(chǎn)生和消耗如何驗證呢?(4)再將這兩支試管放在暗培養(yǎng)箱中一段時間。結(jié)果:NaHCO3稀溶液中的葉片下沉,蒸餾水中的葉片仍在試管底部。實驗設(shè)計中(3)把兩支試管都放在日光燈下與(4)再將這兩支試管放在暗培養(yǎng)箱中進行了前后對照。 結(jié)果分析:在有光的條件下,NaHCO3稀溶液中的葉片進行光合作用的同時也進行細胞呼吸,但光合作用放出的O2多于細胞呼吸消耗的O2,葉肉細胞間隙中的O2量增加,葉片比重減小,葉片上浮。再將其放在暗培養(yǎng)箱中后,葉片光合作用停止,不再釋放O2,但細胞呼吸仍在進行,消耗了葉肉細胞間隙中的O2,放出的CO2溶于NaHCO3稀溶液中,葉肉細胞間隙缺乏氣體,比重增加,葉片下

8、沉。 錯解例析 錯例1:(3)將這兩支試管放在日光燈下,光照一段時間。 結(jié)果:NaHCO3稀溶液中葉片上浮,蒸餾水中葉片仍在試管底部,說明光合作用產(chǎn)生了氣體。 (4)再將這兩支試管放在暗培養(yǎng)箱中一段時間。 結(jié)果:NaHCO3稀溶液中葉片下沉,蒸餾水中葉片仍在試管底部,說明細胞呼吸消耗了氣體。 錯因分析:沒有看清題目要求,要求寫出預(yù)測的實驗結(jié)果,并不是實驗結(jié)論,因此應(yīng)只描述出結(jié)果即可,不需要畫蛇添足。 錯例2:(3)將這兩支試管放在暗培養(yǎng)箱中一段時間。結(jié)果:NaHCO3稀溶液中葉片下沉,蒸餾水中葉片仍在試管底部。 (4)再將這兩支試管放在日光燈下,光照一段時間。NaHCO3稀溶液

9、中葉片上浮,蒸餾水中葉片仍在試管底部。 錯因分析:實驗步驟顛倒,導(dǎo)致第(3)步?jīng)]有明顯的實驗現(xiàn)象,實驗失敗。 實驗方案的完善題型屬于半開放試題,在解決這類試題時要充分獲取題目中所給的信息,包括實驗要求和實驗用具,并注意模仿或借鑒題干中已給出的實驗方法和步驟,在全面掌握實驗整體思路和方法的基礎(chǔ)上再去補充和完善實驗。具體操作如下: 1.聯(lián)系實驗原理、讀懂實驗?zāi)康模瑯?gòu)思實驗的整體思路。 2.結(jié)合對照實驗的一般步驟(下圖),簡化已給出的實驗步驟、對比尋找缺陷。 3.模仿補充實驗步驟 (1)當已給實驗步驟有多個變量時,通過拆分法,減少實驗變量,遵循單一變量原則,構(gòu)建多組實驗,模式如圖

10、: 例如:要驗證光合作用需要葉綠體和光照兩個條件,已給出的實驗步驟為:“1號試管加入葉綠體的蔗糖懸浮液5mL,并給予光照處理”。那么,補充的實驗步驟應(yīng)為:“2號試管加入葉綠體的蔗糖懸浮液5mL,并遮光處理;3號試管加入蔗糖溶液5mL,并給予光照處理”。 (2)當自變量到因變量的邏輯推理因中間環(huán)節(jié)被忽視而難以得出結(jié)論時,再加入某些因素處理進行設(shè)計,予以進一步確認實驗結(jié)果的發(fā)生是自變量處理所致,模式如圖: 例如:要驗證胰島素具有降低血糖的作用,給出的實驗是:A組小鼠注射適量的胰島素溶液,B組小鼠注射等量的生理鹽水;一段時間后,A組小鼠出現(xiàn)四肢無力、活動減少、甚

11、至昏迷等癥狀,B組小鼠活動狀況無變化。以上實驗還難以說明胰島素具有降低血糖的作用,還應(yīng)補充實驗步驟:給出現(xiàn)癥狀的A組小鼠補充一定量的葡萄糖后,癥狀消失。這樣才能進一步說明胰島素是通過降低血糖導(dǎo)致了該癥狀的出現(xiàn),實驗才更有說服力。 1.為研究雄性家兔體內(nèi)睪酮(ST,一種雄性激素)與生長激素(GH)含量的關(guān)系,某研究小組進行了以下實驗(手術(shù)過程不影響結(jié)果),請補充完成方案并回答問題。 研究課題:雄性家兔ST含量對GH含量的影響。 一、實驗假設(shè):______________________________________________________。 二、實驗步驟: (1)將1月齡

12、體重相同的健康雄性家兔分為甲、乙兩組,每組6只。測定和記錄每只家兔血液中_____________________________________________________________________。 (2)甲組兔切除性腺,乙組兔____________________。 (3)在相同且適宜的條件下飼養(yǎng)1個月,測定和記錄___________________________。 三、結(jié)果預(yù)測: 測定時間 ST濃度(μg/mL) GH濃度(μg/mL) 甲組 乙組 甲組 乙組 前測 m1 m1 n1 n1 后測 <m2 m2 >n2 n2

13、四、分析討論: (1)要使實驗更嚴謹,在上述步驟之后,還應(yīng)給甲組家兔注射_______________,乙組家兔注射_______________,然后測定和記錄每只家兔血液中的GH濃度,并求各組的__________。 (2)與后測比,進一步實驗處理后甲組GH濃度________,乙組GH濃度不變。 (3)根據(jù)預(yù)測結(jié)果,請舉出能促進雄性幼年家兔體重增加的一種處理方法:________________。 答案 實驗假設(shè):ST含量的增加能使GH含量下降 實驗步驟:(1)ST和GH的濃度 (2)不切除性腺(不做處理) (3)每只家兔血液中ST和GH的濃度 分析討論:(1)適量ST溶

14、液 等量生理鹽水 平均值 (2)下降 (3)切除性腺(或閹割)(其他合理答案也可) 解析 由實驗數(shù)據(jù)可知該實驗?zāi)康模禾骄縎T與GH的含量的關(guān)系。 實驗步驟:(1)分組,測定和記錄每只家兔血液中原有ST和GH的濃度。 (2)對兩組家兔的處理:甲組切除性腺,乙組為對照組即不切除性腺。 (3)在相同的條件下飼養(yǎng)1個月后,依次測定和記錄每只家兔血液中ST和GH的濃度。 分析討論: (1)要使實驗更嚴謹,可再給甲組家兔注射適量ST溶液,乙組家兔注射等量生理鹽水,然后測定和記錄每只家兔血液中的GH濃度,求兩組的平均值。 (2)由后測數(shù)據(jù)可得進一步實驗處理后的結(jié)果:甲組GH濃度下降,乙組G

15、H濃度不變。 (3)由實驗數(shù)據(jù)可得,促進雄性幼年家兔體重增加的一種處理方法:切除性腺(或閹割)。 2.必需氨基酸的種類和含量是評價奶粉營養(yǎng)價值高低的主要標準。賴氨酸是人體內(nèi)的必需氨基酸,缺乏則會影響人體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成,導(dǎo)致營養(yǎng)不良。賴氨酸是否也是小白鼠體內(nèi)的必需氨基酸?請根據(jù)給出的實驗原理利用以下材料用具進行探究。 材料用具:20只生長發(fā)育狀況相同的正常幼年小白鼠,分裝在不同試劑瓶中的20種氨基酸,不含蛋白質(zhì)和氨基酸的食物,稱量器(如天平)等。 (1)實驗原理:必需氨基酸是動物體內(nèi)不能合成的、只能從食物中獲取的氨基酸。當動物體內(nèi)缺乏必需氨基酸時,會出現(xiàn)營養(yǎng)不良,體重增加緩慢等現(xiàn)象。

16、 (2)實驗步驟 ①配食:配制食物A:取一定量的不含蛋白質(zhì)和氨基酸的食物,加入含量和比例適宜的20種氨基酸;配制食物B: ________________________________________________________________________; ②分組:________________,分別稱其體重; ③飼喂:在相同且適宜的環(huán)境中飼喂兩組小鼠,甲組每天飼喂食物A,__________________; ④觀察:________________________________________________________________________。

17、(3)結(jié)果預(yù)測及結(jié)論: ①________________________________________________________________________; ②________________________________________________________________________。 答案 (2)①另取等量的不含蛋白質(zhì)和氨基酸的食物,加入除賴氨酸以外的19種氨基酸,其含量和比例與食物A中相同 ②將20只小白鼠隨機均分成甲、乙兩組 ③乙組每天飼喂等量的食物B ④分別測量甲、乙兩組小白鼠的體重,并計算體重增加量 (3)①若兩組小白鼠營養(yǎng)狀況和體重

18、基本相同,說明賴氨酸不是小白鼠的必需氨基酸?、谌粢医M小白鼠出現(xiàn)營養(yǎng)不良、體重減輕等癥狀,甲組正常,說明賴氨酸是小白鼠的必需氨基酸 解析 實驗步驟:①配食:配食時,是否含有賴氨酸是自變量,其他19種氨基酸和食物中其他成分的含量和比例是無關(guān)變量,無關(guān)變量應(yīng)保持一致且適宜,所以取一定量的不含蛋白質(zhì)和氨基酸的食物,加入含量和比例適宜的20種氨基酸配制成食物A,作為對照組;另取等量的不含蛋白質(zhì)和氨基酸的食物,加入除賴氨酸以外的19種氨基酸,其含量和比例與食物A中相同,配制成食物B,作為實驗組。 ②分組:將20只小白鼠平均分成甲、乙兩組,分別稱量其體重,記錄并計算平均值。 ③飼喂:飼喂過程中是否含有賴氨酸的食物是自變量,其他的培養(yǎng)條件是無關(guān)變量,無關(guān)變量應(yīng)保持一致且適宜,因此甲組每天飼喂適量的食物A,乙組每天飼喂與食物A等量的食物B,兩組小白鼠其他飼養(yǎng)條件相同且適宜。 ④觀測:分別測量甲、乙兩組小白鼠的體重,并計算體重增加量。 實驗結(jié)果預(yù)測及結(jié)論:若兩組小白鼠營養(yǎng)狀況和體重基本相同,說明賴氨酸不是小白鼠的必需氨基酸;若乙組小白鼠出現(xiàn)營養(yǎng)不良、體重減輕等癥狀,甲組正常,說明賴氨酸是小白鼠的必需氨基酸。 6

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