高考生物提分策略题型14 探究实验的设计与评价附解析.docx
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高考生物提分策略题型14探究实验的设计与评价附解析
题型14探究实验的设计与评价
1．两类探究实验的操作流程模板
（1）性质探究类实验的操作流程模板
（2）功能探究类实验一般操作流程模板
2．“五看法”评价实验设计
一、选择题
1．将三组生理状态相同的某植物幼根分别培养在含有相同培养液的密闭培养瓶中，一段时间后，测定根吸收某种无机盐离子的量。
培养条件及实验结果见表。
下列相关叙述，不正确的是
编号
培养瓶中气体
温度（℃）
离子相对吸收量（%）
1
空气
17
100
2
氮气
17
10
3
空气
3
28
A．1和3对照，实验的自变量是温度，因变量是离子相对吸收量
B．2和3对照，说明随温度升高幼根对该离子相对吸收量减少
C．1和2对照，实验的自变量是有无氧气，温度是无关变量
D．1和2对照，说明有氧环境利于该植物对离子的吸收
【答案】B
【解析】分析表格数据可知：
该实验的自变量是气体种类和温度，因变量是离子相对吸收量，由实验结果可以看出：
温度和氧气都影响离子相对吸收量，根本原因是离子的吸收为主动运输，需要呼吸作用提供能量，而氧气浓度和温度都影响呼吸作用。
A、第1组和第3组对比说明，幼根对该离子的吸收与温度的变化有关，有氧条件下温度较高时，吸收离子较快，实验的自变量是温度，因变量是离子相对吸收量，A正确；B、分析表格可知，2和3对照，既有温度的影响又有氧气的影响，因此幼根对该离子相对吸收量减少与温度和氧气均有关，B错误；C、分析表格可知，第1组和第2组对比说明，实验的自变量是有无氧气，温度是无关变量，C正确；D、第1组和第2组对比说明，有氧条件有利于该植物幼根对该离子的吸收，D正确。
2．下列关于控制无关变量的实验操作，错误的是
A．验证光合作用能产生淀粉的实验中，首先将实验植物作饥饿处理
B．探究唾液淀粉酶的最适pH的实验中，将每一组温度控制在37℃
C．探究唾液淀粉酶最适温度的实验中，每一组都加入等量的淀粉
D．验证光合作用需要光照的实验中，将叶片的一半用黑纸包住
【答案】D
【解析】验证光合作用能产生淀粉的实验中，光的有无是自变量，首先将实验植物作饥饿处理，以排除原有的淀粉的影响，A项正确；探究唾液淀粉酶的最适pH的实验中，自变量为反应溶液的pH，温度为无关变量，应保持各组温度相同且适宜，将每一组温度控制在37℃，B项正确；探究唾液淀粉酶最适温度的实验中，淀粉的量为无关变量，每一组应加入等量的淀粉，C项正确；验证光合作用需要光照的实验中，光的有无是自变量，而不是无关变量，D项错误。
3．如图表示用韭菜宿根进行的相关对照实验流程。
下列叙述错误的是
A．提取色素时，要加入SiO2和CaCO3进行充分研磨
B．色素在滤纸条上分离的原因是不同色素在无水乙醇中的溶解度不同
C．实验结果①可说明叶绿素合成需要光照
D．实验结果②表明韭菜中提取的色素吸收光的种类更多
【答案】B
【解析】SiO2使研磨充分，CaCO3能防止研磨过程中色素被破坏，所以提取色素时，要加入SiO2和CaCO3进行充分研磨，A正确；色素在滤纸条上分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同。
溶解度大，扩散速度快，溶解度小，扩散速度慢，B错误；实验结果①中共有的色素带的颜色是黄色和橙黄色，分别是叶黄素和胡萝卜素，说明叶绿素的合成需要光照，C正确；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，所以实验结果②表明韭菜中提取的色素吸收光的种类更多，D正确。
4．某同学进行实验，甲图为实验开始状态，乙图为实验结束状态。
现在需要在乙图所示实验结果的基础上继续实验，用以探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜。
有关实验步骤表述中错误的是
A．第一步，在b管中加入适量的蔗糖酶
B．第二步，水浴加热U形管至适宜温度，保温一段时间后观察a、b两管内液面变化
C．第三步，分别从a、b两管中吸取适量液体
D．第四步，检验吸取的液体中是否有还原糖
【答案】A
【解析】为了探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜，向a、b两管分别加入等量的蔗糖酶溶液，A错误；为了保证酶的活性，水浴加热U形管至适宜温度，保温一段时间后观察a、b两管内液面变化，蔗糖的水解产物是葡萄糖和果糖，溶液物质的量浓度增加，a、b两管液面高度差会进一步的增加，如果差值增大，则说明能透过，否则不能，B正确；吸取a、b两管内适量液体。
分别加入斐林试剂，水浴加热。
观察试管内有无砖红色沉淀，C、D正确。
5．科研小组准备研究垂体对机体生长发育的作用，以下关于实验方案的描述不合理的是
A．用幼龄大鼠为材料，采用垂体切除法进行实验
B．以体重变化作为生长发育的检测指标之一
C．将鼠随机分成两组，对照组手术但不切除垂体
D．两组体重出现差异是由于缺少生长激素导致的
【答案】D
【解析】本题采用切除法，以“研究垂体对机体生长发育的作用”为情境，考查考生的实验与探究能力。
实验目的是研究垂体对机体生长发育的作用，可以正在进行生长发育的幼龄大鼠为材料，采用切除法；以体重变化或发育状况为检测指标；依据实验设计应遵循的原则，为减少实验误差，需要随机将实验鼠分成两组，且对照组需要手术，只是不切除垂体，可以排出手术伤害造成指标的变化；垂体分泌的与生长发育有关的激素有生长激素、促甲状腺激素等，两组出现的生长差异不能简单判断是垂体分泌生长激素的作用，故D的结论不合理。
【点睛】实验方案的评价方法
（1）看对照：
看有无对照实验，如果有对照实验，看对照设计是否合理：
实验变量设置是否有标记，是否遵循了单一变量原则，是否遵循了等量原则，是否排除了干扰因素。
（2）看步骤：
看步骤的顺序是否合理，步骤是否完整，具体操作有无违反生物学基本原理。
（3）看验证：
看实验结果的验证是否准确，实验结果的验证方法是否得当。
（4）看材料：
看生物学材料选择是否得当，实验器材选择是否合理，药剂选择、使用、用量是否准确。
（5）看条件：
看是否需要搅拌、加热等，实验所需的温度、光照条件是否适宜。
6．如图为一种植物扦插枝条经不同浓度IAA浸泡30min后的生根结果（新生根粗细相近），对照组为不加IAA的清水。
下列叙述正确的是
A．对照组生根数量少是因为枝条中没有IAA
B．四组实验中，300mg/LIAA诱导茎细胞分化出根原基最有效
C．100与300mg/LIAA处理获得的根生物量相近
D．本实验结果体现了IAA对根生长作用的两重性
【答案】B
【解析】据图分析，该实验的自变量是IAA的浓度，因变量是平均生根数和平均根长；与对照组相比，随着IAA浓度的增加，平均生根数先增加后减少，平均根长先增加后略有减少。
对照组生根数量少是因为枝条中IAA较少，A错误；据图分析可知，四组实验中，300mg/L的IAA浓度下平均生根数最多，说明诱导茎细胞分化出根原基最有效，B正确；图中显示，100与300mg/L处理获得的根的长度相近，但是数量不相等，因此两者获得的根的生物量不相等，C错误；与对照组相比，高浓度下没有体现抑制生根数和根长的现象，因此不能体现出IAA对根生长作用的两重性，D错误。
7．为研究甲状腺和甲状腺激素的生理作用，对成年小鼠的分组及处理见下表：
组别
甲组
乙组
丙组
丁组
处理
摘除甲状腺
不摘除甲状腺
不摘除甲状腺
注射一定量的甲状腺激素溶液
不摘除甲状腺+X
注：
实验中甲状腺激素溶液由甲状腺激素和A液配制而成。
在适宜的实验条件下，正常饲养相同时间，每隔一定时间测定耗氧量（单位时间内单位体重的氧消耗量），记录数据。
下列说法合理的是
A．甲组小鼠垂体分泌的促甲状腺激素减少
B．丙组小鼠下丘脑的相关分泌活动加强
C．X是指注射等量不含甲状腺激素的A液
D．推测乙、丙两组小鼠的耗氧量大致相当
【答案】C
【解析】甲组小鼠甲状腺激素含量降低，对垂体的抑制作用减弱，垂体分泌的促甲状腺激素增加，A项错误；丙组小鼠甲状腺激素含量较高，反馈抑制下丘脑、垂体分泌功能，B项错误；丁组X是指注射等量不含甲状腺激素的A液，与丙组对照，以证明甲状腺激素的作用，C项正确；甲状腺激素可促进有机物氧化分解，丙组小鼠耗氧量较多，D项错误。
8．某校生物兴趣小组将体重、大小和年龄相同的成年小鼠分成甲、乙、丙三组，分别进行如表所示的连续实验，下列有关该实验的叙述中，错误的是
组别
第一步操作
第一步现象
第二步操作
第二步现象
甲组
腹腔注射适量适宜浓度的胰岛素溶液
小鼠活动减弱直至昏睡
腹腔注射适量适宜浓度的胰高血糖素溶液
小鼠逐渐苏醒、活动恢复正常
乙组
腹腔注射适量适宜浓度的胰高血糖素溶液
检测小鼠尿糖呈阳性
腹腔注射适量适宜浓度的胰岛素溶液
检测小鼠尿糖逐渐呈阴性
丙组
腹腔注射适量的生理盐水
小鼠活动正常、尿糖检测呈阴性
腹腔注射适量的生理盐水
小鼠活动正常、尿糖检测呈阴性
A．该实验可验证胰岛素和胰高血糖素的功能以及它们在调节血糖过程中的拮抗作用
B．该实验的对照有同组内的自身对照，甲乙间的相互对照，设计丙组作空白对照无必要
C．该实验所用的胰岛素溶液和胰高血糖素溶液应是生理盐水与相应激素配制而成的
D．该实验同一步所用的三种溶液用量必须相等，同一组前后两步所用溶液用量可以不等
【答案】B
【解析】该实验可验证胰岛素和胰高血糖素的功能以及它们在调节血糖过程中的拮抗作用，A正确；该实验有组内的自身对照（第一步与第二步对照），也有甲乙两组的相互对照，但是丙组的空白对照也很有必要，因为只有与空白对照相比较才能够看出实验组的情况是否异常，B错误；实验要严格遵循对照原则和单一变量原则，因此该实验所用的胰岛素溶液和胰高血糖素溶液应是生理盐水与相应激素配制而成的，C正确；实验要严格遵循单一变量原则和等量原则，该实验同一步所用的三种溶液用量必须相等，但是同一组前后两步所用溶液用量可以不等，D正确。
二、非选择题
9．为探究玉米籽粒发芽过程中一些有机物含量的变化，研究小组利用下列供选材料用具进行了实验。
材料用具：
玉米籽粒；斐林试剂，双缩脲试剂，碘液，缓冲液，淀粉，淀粉酶等；研钵，水浴锅，天平，试管，滴管，量筒，容量瓶，显微镜，玻片，酒精灯等。
请回答下列问题：
（1）为了检测玉米籽粒发芽过程中蛋白质（肽类）含量变化，在不同发芽阶段玉米提取液中，分别加入_____，比较颜色变化。
该实验需要选用的器具有___（填序号）。
①试管②滴管③量筒④酒精灯⑤显微镜
（2）为了检测玉米籽粒发芽过程中淀粉含量变化，将不同发芽阶段的玉米籽粒纵切，滴加______，进行观察。
结果显示，胚乳呈蓝色块状，且随着发芽时间的延长，蓝色块状物变小。
由此可得出的结论是________。
（3）为了验证上述蓝色块状物变小是种子萌发后产了淀粉酶作用的结果，请设计实验证明，要求写出实验思路________。
【答案】
（1）双缩脲试剂①②③
（2）碘液玉米发芽过程中胚乳的淀粉逐渐减少（或分解）
（3）取三只试管，分别加入（等量的或适量的）淀粉溶液，再分别向各试管加入（等量的或适量的）发芽前的玉米提取液、发芽后的玉米提取液及淀粉酶溶液，（40℃保温一段时间后，）分别加入斐林试剂（或滴加碘液检验）并60℃（或50-65℃或适宜温度）水浴加热（约2分钟或定时间），观察试管内颜色变化
【解析】根据题干信息分析，本题主要考查玉米籽粒萌发过程中蛋白质、淀粉等化合物的含量变化，蛋白质和多肽可以用双缩脲试剂进行检测，产生紫色反应；淀粉可以用碘液检测产生蓝色，淀粉水解产生的麦芽糖、葡萄糖属于还原糖，可以用斐林试剂检测，在水浴加热的条件下产生砖红色沉淀。
（1）根据以上分析可知，检测蛋白质或多肽应该用双缩脲试剂；该实验需要用量筒量取一定量的玉米提取液、双缩脲试剂A液，需要用滴管滴加双缩脲试剂B液，但是该实验不需要加热，也不需要显微镜观察，故选①②③。
（2）检测淀粉应该用碘液；胚乳呈现蓝色块状，说明胚乳含有大量的淀粉，而随着时间的延长，蓝色块状变小了，说明玉米发芽的过程中胚乳的淀粉逐渐减少（或分解）。
（3）该实验的目的是验证上述蓝色块状物变小是淀粉酶的作用，自变量应为是否有淀粉酶，因此在实验中需要选择发芽前的玉米提取液和发芽后的玉米提取液，实验设计如下：
取三只试管，分别加入（等量的或适量的）淀粉溶液，再分别向各试管加入（等量的或适量的）发芽前的玉米提取液、发芽后的玉米提取液及淀粉酶溶液（对照组），（40℃保温一段时间后，）分别加入斐林试剂（或滴加碘液检验）并60℃（或50-65℃或适宜温度）水浴加热（约2分钟或定时间），观察试管内颜色变化。
10．如表所示为某小组为“探究过氧化氢酶的活性是否受pH影响”而设计的实验操作步骤，据表回答下列问题：
操作步骤
操作方法
试管甲
试管乙
1
加体积分数为3%的过氧化氢溶液
2mL
2mL
2
加质量分数为5%的盐酸
1mL
－
3
加质量分数为5%的氢氧化钠溶液
－
1mL
4
加质量分数为20%的猪肝研磨液
2滴
2滴
5
观察
较少气泡
较多气泡
（1）本实验的自变量是________，因变量是__________________，可观测的指标是__________。
（2）上述操作步骤中存在明显的缺陷，请写出改进方案________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）为了将此次多余的猪肝研磨液保留到下次使用，应对它进行________（填“高温”或“冷藏”）处理。
（4）如果用出现同一结果所需要的时间来表示酶的活性，那么所需的时间越长，酶的活性越________（填“高”或“低”）。
【答案】
（1）pH 过氧化氢分解速率 相同时间内气泡的产生量
（2）增设试管丙，加2mL过氧化氢溶液和1mL蒸馏水后再加入2滴猪肝研磨液与试管甲、乙对照，其他步骤不变
（3）冷藏
（4）低
【解析】
（1）由题干可知，本实验的实验目的是探究过氧化氢酶的活性是否受pH影响，故实验的自变量为pH，结合表中信息可知，因变量是过氧化氢分解速率，可观测的指标是（相同时间内）试管中产生气泡的数量。
（2）分析实验操作步骤可知，实验缺少空白对照组，应增加试管丙，将加盐酸或氢氧化钠溶液的步骤换为1mL蒸馏水，其他步骤不变。
（3）过氧化氢酶的化学本质是蛋白质，在高温下，会变性失活，而低温下，只是酶活性受到抑制，在适宜条件下，其活性仍能恢复，因此可冷藏处理。
（4）如果用出现同一结果所需要的时间来表示酶的活性，那么所需时间越长，说明酶促反应速率越慢，即酶的活性越低。
11．纳米银由于抗菌性能良好而被广泛应用于食物容器、个人护理品等商品中，但其释放到水环境中的风险也引起了研究者的重视。
用单细胞小球藻研究纳米银的毒性，开展了如图实验。
请回答下列问题：
（1）用计数法研究“纳米银”对小球藻生长的抑制情况，结果如图甲，据图可知纳米银在________条件下的毒性更强。
实验中需要使用________________和显微镜对小球藻进行计数。
（2）用溶氧法进一步探究不同浓度纳米银对小球藻光合作用和呼吸作用的影响，进行了如下实验，结果如图乙。
①材料用具：
不同浓度的纳米银溶液、培养液、小球藻若干、密闭锥形瓶若干、溶氧测定仪、蒸馏水等。
②实验步骤：
第一步：
将小球藻平均分为A、B两组，A、B组又各分为________个小组并编号，分别放入密闭锥形瓶中培养。
第二步：
A、B组中的实验组都分别加______________________________，对照组加等量蒸馏水。
第三步：
A组全部放在4000lx光照条件下培养，B组全部放在黑暗条件下培养，温度等其他条件____________，培养10min后，检测各个锥形瓶中__________的变化。
③实验结果：
如图乙其中系列1表示水体中的初始溶氧量，则系列________表示A组实验数据。
若不加纳米银，小球藻的总光合作用速率约为________mg/（L·min）溶解氧。
④综上研究，可得出实验结论：
____________________________________________________________________________________________________________________。
【答案】
（1）黑暗 血细胞（血球）计数板
（2）②6 等量的不同浓度的纳米银溶液 相同且适宜 溶氧量 ③2 0.95 ④纳米银能抑制光合作用和呼吸作用，且对呼吸作用的抑制更为显著
【解析】
（1）分析甲图可知，相同纳米银浓度下，黑暗时对小球藻生长状况的抑制率比光照条件下更高，因此黑暗条件下纳米银毒性更高；由于小球藻是单细胞植物，对于小球藻的统计方法可以用血细胞（血球）计数板和显微镜对小球藻进行计数。
（2）分析题干信息可知，该实验的目的是探究不同浓度纳米银对小球藻光合作用和呼吸作用的影响，因此实验分为两大组，一组是黑暗条件下探究纳米银的浓度对呼吸作用的影响，另一组是光照条件下探究纳米银浓度对光合作用的影响，实验的自变量是不同浓度的纳米银溶液；因变量是培养液中氧气的增加量或减少量，曲线中有5个浓度的纳米银溶液，加上空白对照，每一组又分为6个小组，按照实验设计的单一变量原则和对照原则。
③由于A组是在光照条件下进行的，若初始培养液中氧气浓度是系列1，光合作用过程释放氧气，因此系列2为A组条件下的实验结果，系列3是B组黑暗条件下的实验结果；小球藻的光合作用强度是指实际光合作用的强度，实际光合作用强度＝净光合作用强度＋呼吸作用强度，分析题图可知，10分钟后，不加纳米银的情况下氧气浓度增加了14-6＝8mg/L，即净光合作用强度是每分钟为0.8mg/L，黑暗条件下，10分钟后，不加纳米银的氧气浓度约为4.5mg/L，即呼吸作用强度是每分钟（6-4.5）mg/L÷10＝0.15mg/L，因此实际光合作用强度＝净光合作用强度＋呼吸作用强度＝0.8＋0.15＝0.95mg/（L·min）。
④分析题图曲线可知，纳米银既能抑制小球藻的呼吸作用也能抑制小球藻的光合作用，而且对呼吸作用的抑制作用更显著。
12．晚期癌症病人失去手术切除病灶的机会，对患者进行化疗是行之有效的手段。
顺铂是常用的化疗药物，但在临床中容易产生耐药性；3-BrPA（抗癌药物）能增强耐药细胞对化疗药物的敏感性，为研究3-BrPA对顺铂耐药性的影响，研究人员进行了如下实验，
请回答有关问题：
（1）正常细胞受到________的作用，可能造成细胞中______发生改变，畸形分化成为不受机体控制的恶性增殖的癌细胞。
（2）实验选用肺腺癌患者的顺铂耐药细胞进行多孔培养，每孔内细胞个数5000个，加入培养液使得每孔中体积为200uL。
①将培养液中加人一定浓度顺铂，目的是保持所培养的细胞均有顺铂耐药性；
②将上述培养的细胞分为对照组和实验组。
实验组分别加入3.125、6.25、12.5、25、50、100ug/mL浓度梯度的__________，对照组加入含_____________200uL。
搜集培养24h、48h、72h的数据进行抑制率的测定。
结果如表1所示：
表13-BrPA对肺腺癌顺铂耐药细胞增殖抑制率变化
3-brpa（ug/ml）
24h（%）
48h（%）
72h（%）
0（对照组）
0
0
0
3.125
3.95±2.24
8.15±2.42
13.24±1.20
6.25
9.42±6.12
15.90±0.80
18.58±4.24
12.5
16.61±9.19
25.79±0.50
27.96±1.17
25.0
27.55±2.77
32.97±2.90
36.67±0.60
50.0
33.66±3.15
41.99±5.01
50.49±2.70
100.0
49.45±2.95
56.16±2.56
64.05±3.06
分析以上结果说明：
________________________________。
【答案】
（1）致癌因子原癌基因和抑癌基因（或遗传物质）
（2）3-BrPA肺腺癌患者的顺铂耐药细胞的培养液随着3-BrPA浓度和处理时间的增加对细胞的抑制作用越来越明显
【解析】
（1）正常细胞在致癌因子的作用下，原癌基因和抑癌基因发生基因突变，从而变成不受机体控制的、畸形分化成为恶性增殖的癌细胞。
（2）①实验中将培养液中加人一定浓度顺铂，目的是保持所培养的细胞均有顺铂耐药性，以保证实验中要求的前提：
耐药细胞的出现，然后再去探究3-BrPA（抗癌药物）是否能增强耐药细胞对化疗药物的敏感性。
②上述实验设计中的实验组是：
分别加入3.125、6.25、12.5、25、50、100ug/mL浓度梯度的3-BrPA，对照组加入含肺腺癌患者的顺铂耐药细胞的培养液200uL，保证了实验设计中的单一变量原则，实验中的自变量为3-BrPA的浓度和处理的时间，因变量为培养24h、48h、72h的数据进行抑制率测定。
分析实验结果可知：
随着3-BrPA浓度和处理时间的增加对细胞的抑制作用越来越明显。
13．某同学为探究某植物生长的最佳光照强度，设计了下面的实验：
首先取若干生长状况相同的植物幼苗，平均分为7组，分别放在密闭的玻璃容器中，实验开始时记录毛细刻度管的刻度，12小时后再次记录毛细刻度管的刻度。
（1）这一实验的自变量是____________________。
（2）如果用如图所示的装置来探究，且测量指标为装置中O2含量的变化，则该装置需要进行适当修改，具体修改措施是___________________________，为使测得O2的变化量更精确，还应再设置对照装置，该装置的玻璃容器和小烧杯中应分别放入___________________。
（3）如果实验结果如下表所示：
组别
1
2
3
4
5
6
7
温度（℃）
25
25
25
25
25
25
25
光照强度：
灯泡功率（W）
0
2．5
5
7．5
10
12．5
15
开始时的液滴所在刻度
1
1
1
1
1
1
1
12小时后液滴所在刻度
0．8
1．5
1．9
2．2
2．4
2．5
2．6
若将第7组植株突然移至第4组的条件下，短时间内光合细胞中的C3化合物的含量会________。
该实验设计尚不能确定该植物生长的最佳光照强度，请你提出进一步探究的实验设计思路：
___________________________________________________________。
【答案】
（1）光照强度
（2）将小烧杯中的蒸馏水换成CO2缓冲液（或碳酸氢钠溶液） 死亡的同种植物幼苗和CO2缓冲液（或碳酸氢钠溶液）
（3）增多 增加若干实验组，在第7组的基础上依次增加光照强度（合理即可）
【解析】
（1）根据题干信息可知，光照强度为自变量；温度、二氧化碳浓度都会对实验结果产生随机影响，但并非实验要控制的因素，为无关变量。
（2）若用该图装置来探究光照强度对光合作用速率的影响，且测量指标为装置中氧气含量的变化，则该装置需要进行适当修改，将小烧杯中的蒸馏水换成CO2缓冲液或碳酸氢钠溶液，以稳定二氧化碳的浓度，为使测得的O2变化量更精确，还应再设置一对
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