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微专题:实验专题复习——实验设计
实验方案设计流程:
拟定实验目的 → 明确实验原理 → 变量确认、对照设置→ 设计实验装置和步骤 →预期实验结果,得出结论
考点一:拟定实验目的
若实验结果是确定的,通常表述模式就是“验证+实验变量+实验对象+因变量”, 例如“验证唾液淀粉酶可催化淀粉水解为还原糖”。
若实验结果是不确定的,通常表述模式就是“探究+实验变量+实验对象+因变量+的影响”,例如“探究植酸酶对鲈鱼生长和消化酶活性的影响”。
例1:选取同品种、同日龄的健康大鼠若干只,实施切除手术,一段时间后随机等分成四组,分别注射激素及生理盐水30天,结果如右图。
(1)该实验的目的是探究_________________________。
考点二:解释实验原理
例2:甘薯和马铃薯都富含淀粉,但甘薯比马铃薯吃起来甜。为探究其原因,某兴趣小组以甘薯块根和马铃薯块茎为材料,分别制备提取液并除去其中的淀粉和还原糖,然后将两种提取液分别加入到盛有等量淀粉的溶液A和B两支试管中,均在适宜且相同的条件下处理30min后,用斐林试剂进行检测,结果加入甘薯提取液的A试管出现砖红色沉淀,加入马铃薯提取液的B试管未出现砖红色沉淀。为确认马铃薯不含还原糖的原因,完成以下实验原理:
① 。② 。
考点三:变量确认和对照设置分析考察
1、对照原则:排除其他因素(无关变量)对结果的影响
例3:某实验室通过手术获得下丘脑部分损毁却能存活的大鼠,进行了相关研究。按下表准备两组实验大鼠并作如下处理:向大鼠皮下注入等量的SRBC(山羊红细胞);7天后,取脾脏组织制成细胞悬液;将适量脾细胞悬液与SRBC混合培养一段时间,然后检测SRBC破裂情况(注:特异性抗体与红细胞表面的抗原结合后,红细胞会破裂,释放出血红蛋白.培养液中血红蛋白的含量越高,OD值越大)。
组别 材料准备 数量(只) 培养液的OD值
甲 手术摧毁组(做手术并损毁丘脑前部) 12 0.20
乙 正常组(未做手术) 12 0.40
有人认为该实验还应增设一组;做手术却不损毁下丘脑.你认为有必要吗? .请说明理由: .
例4:将室温(25℃)饲养的某种体温为37℃的哺乳动物(动物甲)随机分为两组,一组放入41℃环境中1 h(实验组),另一组仍置于室温环境中(对照组)。期间连续观察并记录这两组动物的相关行为。结果:实验初期,实验组动物的静卧行为明显减少、焦虑不安行为明显增加。回答下列问题:
(3)本实验中设置对照组的目的是________________________________________________________。
例5:(2021·广东. 19)人体缺乏尿酸氧化酶,导致体内嘌呤分解代谢的终产物是尿酸(存在形式为尿酸盐)。尿酸盐经肾小球滤过后,部分被肾小管细胞膜上具有尿酸盐转运功能的蛋白URAT1和GLUT9重吸收,最终回到血液。尿酸盐重吸收过量会导致高尿酸血症或痛风。目前,E是针对上述蛋白治疗高尿酸血症或痛风的常用临床药物。为研发新的药物,研究人员对天然化合物F的降尿酸作用进行了研究。给正常实验大鼠(有尿酸氧化酶)灌服尿酸氧化酶抑制剂,获得了若干只高尿酸血症大鼠,并将其随机分成数量相等的两组,一组设为模型组,另一组灌服F设为治疗组,一段时间后检测相关指标,结果见图。
(3)与空白对照组(灌服生理盐水的正常实验大鼠)相比,模型组的自变量是___________。与其它两组比较,设置模型组的目的是___________________________________________________________________。
(4)根据尿酸盐转运蛋白检测结果,推测F降低治疗组大鼠血清尿酸盐含量的原因可能是________________,减少尿酸盐重吸收,为进一步评价F的作用效果,本实验需要增设对照组,具体为________________________。
2、平行重复原则:排除个体差异或偶然因素对于实验结果的影响
例6:兔的水盐代谢调节
(1) 家兔12只,2.5kg/只,随机分为3组(甲、乙及丙组),每组4只。
(2) 对甲组兔静脉滴注1.5%NaCl溶液,乙组滴注0.9%NaCl溶液,丙组滴注蒸馏水。滴注量均为200mL,0.5h滴完。
(3) 从滴注开始收集测定2h内兔的尿液量。
讨论:(1)实验设计时每组兔能否只用1只?___________。为什么?_____________________________。(2)有人认为需要增加1组兔才能使本实验设计更为完善,你认为对该组兔最有必要作何实验处理?_______________________。为什么?____________________________________________________。
3、单一变量原则:各组的无关变量保持一致
考点四:书写实验设计思路或实验步骤
1、实验设计思路:说明自变量处理(对照组、实验组);说明因变量的检测
例7:根据遗传物质的化学组成,可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型。假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换。请利用放射性同位素标记的方法,以体外培养的宿主细胞等为材料,设计实验以确定一种新病毒的类型。
简要写出实验思路:(要求:实验包含可相互印证的甲、乙两个组)
例8:不健康的作息——熬夜不仅会破坏人体肾上腺素等分泌的昼夜节律,还会抑制效应T细胞对靶细胞的粘附能力,从而影响正常的免疫功能。回答下列问题:
(1)已知机体内偶联受体是抗效应T细胞对靶细胞的粘附因子,其活性的高低能反映效应T细胞对靶细胞的粘附能力,请你以相应志愿者为研究对象,设计实验验证“熬夜会抑制效应T细胞对靶细胞的粘附能力”。(仅写出实验设计思路与预期结果和结论)
实验设计思路:____________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________。
实验预期结果与结论:________________________________________________________________________。
2、实验步骤设计:①取材分组编号;②设计对照组和实验组(控制自变量);②给以相同且适宜的条件(控制无关变量);④因变量的预测
例9:为了验证甲状腺激素的生理作用,用灌胃的方法,以大白鼠的耗氧量和活动量为观察指标,方法与步骤如下:
① ;
② ;
③ 。
生长素浓度mg/L 坐果率(%) 维生素C的含量mmol/L
0 56 13
5 62 16
10 71 20
20 75 25
考点五:书写实验结果、结论和结果分析
例10:探究生长素对西瓜的产量和质量的影响如右图:
实验结果:________________________________________
_____________________________________________。
实验结论:________________________________________
_____________________________________________。
例11:为了验证上述蓝色块状物变小是淀粉酶作用的结果,设计了如下实验;在1~4号试管中分别加入相应的提取液和溶液(如下图所示),40 ℃温育30 min后,分别加入斐林试剂并60℃水浴加热,观察试管内颜色变化。
请分析:①设置试管1作为对照,其主要目的是____________
____________________________。②试管2中应加入的X是 的提取液。③预测试管3中的颜色变化是 。若试管4未出现预期结果(其他试管中结果符合预期),则最可能的原因是__________________________。
例12:疟原虫是一种单细胞动物。它能使人患疟疾,引起周期性高热、寒战和出汗退热等临床症状,严重时致人死亡。临床应用青蒿素治疗疟疾取得了巨大成功,但其抗疟机制尚未完全明了。我国科学家进行了如下实验:
1、2组结果表明____________________________ 由3、4组结果可知青蒿素对仓鼠细胞线粒体膜电位无明显影响。据此可以得出的结论是_________
______________________。②将实验中仓鼠细胞的线粒体替换为_______________,能为临床应用青蒿素治疗疟疾提供直接的细胞生物学实验证据。
【巩固训练】
1.(2022·广东.18)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a),测定相关指标(图b),探究遮阴比例对植物的影响。
(1)结果显示,与A组相比,C组叶片叶绿素含量________________,原因可能是________________。
(2)比较图b中B1与A组指标的差异,并结合B2相关数据,推测B组的玉米植株可能会积累更多的________________,因而生长更快。
(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果,作出该条件可能会提高作物产量的推测,由此设计了初步实验方案进行探究:
实验材料:选择前期________________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。
实验方法:按图a所示的条件,分A、B、C三组培养玉米幼苗,每组30株;其中以________________为对照,并保证除________________外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计:比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论:如果提高玉米产量的结论成立,下一步探究实验的思路是___________________________。
2、2017年9月2日,美国疾病控制及预防中心证实,过去两个月先后有两名两岁小孩患上一种新型“流感”。请回答相关问题:
(1)现在从患者体内已经分离出了细菌和病毒,并分别制成溶液,为了验证该“流感”是由细菌还是病毒引起的,进行了如下实验:
实验材料:小鼠、注射器、从患者体内分离得到的细菌溶液和病毒溶液、蒸馏水、生理盐水、小鼠食物等。
实验步骤:①取12只生长健壮且同等大小的小鼠,均分为3组,编号为甲、乙、丙。
②向甲组小鼠注射适量细菌溶液;
向乙组小鼠注射等量__________________________________________________________________;
向丙组小鼠注射等量_____________________________________________________________,作为对照组。
③将3组小鼠放在相同且适宜条件下培养一段时间。
(2)结果分析:①若甲组小鼠患该病,乙组和丙组小鼠不患该病,说明该病是由______________引起。
②若___________________________________________,说明该病是由________________引起。
答案:
考点一:拟定实验目的
例1:探究胰岛素和生长激素对大鼠生长的影响
考点二:解释实验原理
例2:①淀粉酶水解淀粉产生还原性糖;②还原性糖与斐林试剂反应生成砖红色沉淀
考点三:变量确认和对照设置分析考察
例3:有必要 可以排除手术本身对实验结果的影响
例4:排除41℃以外因素对实验结果的影响,以保证本实验的结果是由41℃引起的
例5:(有无)尿酸氧化酶抑制剂 排除血清尿酸盐含量降低的原因是由于大鼠体内尿酸氧化酶的作用(确保血清尿酸盐含量降低是F作用的结果) F抑制转运蛋白URAT1和GLUT9基因的表达 高尿酸血症大鼠灌服E
例6:(1)不能;只用1只兔不能排除因个体差异造成的结果不准确.
(2)用这组兔作空白对照,不滴注任何液体;可以使甲、乙、丙三组兔的尿量有更好的比较基准.
考点四:书写实验设计思路或实验步骤
例7:甲组:将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中,之后接种新病毒.培养一段时间后收集病毒病监测其放射性.
乙组:将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中,之后接种新病毒.培养一段时间后收集病毒病监测其放射性.
例8:实验设计思路:将身体状况相似的健康志愿者均分为两组,一组正常睡眠(对照组),一组熬夜(实验组),一段时间后检测并比较两组志愿者体内Gαs偶联受体的活性
实验预期结果与结论:若对照组志愿者的Gαs偶联受体的活性低于实验组志愿者;则说明熬夜会抑制效应T细胞对靶细胞的粘附能力
例9:(1)将两组雄性成年大白鼠分别标号为甲组和乙组,并分别用给出的仪器,测定与记录耗氧量和活动量。
(2)每日用灌胃器给甲组鼠灌胃甲状腺激素溶液,给乙组鼠灌胃等量的蒸馏水,饲养一定时期。
(3)测定与记录甲、乙组鼠的耗氧量和活动量。
考点五:书写实验结果、结论和结果分析
例10:实验结果:生长素能促进西瓜的坐果率和提高维生素C的含量,且坐果率、维生素C含量随着生长素浓度的增大而增大;
实验结论:生长素能促进西瓜的产量和质量,且随着生长素浓度的增大而效果更好。
例11:排除用于实验的淀粉溶液中含有还原性糖 发芽前玉米 蓝色→砖红色 淀粉酶已失活
例12:青蒿素能显著降低疟原虫线粒体膜电位;青蒿素对线粒体膜电位的影响存在物种间差异;人体细胞的线粒体
【巩固训练】
1、(1) 高 遮阴条件下植物合成较多的叶绿素
(2)糖类等有机物
(3) 光照条件 A组 遮光程度 探究能提高作物产量的具体的最适遮光比例是多少(言之有理即可)
2、(1)②注射等量的病毒溶液;注射等量的生理盐水溶液
(2)细菌;若乙组患病而甲、丙组不患病;病毒