人教生物二轮专题复习课件-实验与探究 第2讲　实验关键——理清“变量”，紧盯“对象”(共54张PPT)

(共54张PPT)
实验综合题，一般有多物质、多过程、多原因、多变化的“四多”特点。学生一看到繁杂的实验综合题，往往未做题先惧三分。面对此类实验题，如何沉下心来，理出头绪，找准思维主线，成为解题成败的关键。抓住实验“变量”和“对象”两个关键点，可顺利找到解题突破口。
第2讲　实验关键——理清“变量”，紧盯“对象”
人教生物二轮复习-实验与探究
一、实验中变量的确定及控制
(一)辨析不同探究类实验的变量　
实验名称 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化) pH、底物量、酶量、试管的洁净程度、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、试管的洁净程度、反应时间、操作程序等
续表
探究酵母菌的呼吸方式 O2的有无 CO2生成量(澄清石灰水的浑浊程度)；酒精产生量(酸性重铬酸钾溶液的颜色变化) 葡萄糖溶液、石灰水的量、温度、pH、锥形瓶的洁净程度等
恩格尔曼水绵和需氧细菌实验 光照的处理方式 需氧细菌分布情况 需氧细菌数量、临时装片等
续表
探究光照强度对光合速率的影响 台灯与实验装置间的距离 圆形小叶片在同一时间段上浮的数量 CO2浓度、温度、圆形小叶片的活性等
探究生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度 不同浓度的生长素类调节剂 扦插枝条的生根数量或长度 实验材料的一致性、生长素类调节剂浓度的准确性、处理时间的一致性等
续表
探究培养液中酵母菌数量的动态变化 时间 酵母菌种群的数量 培养液的成分、培养条件、空间等
设计制作生态缸，观察其稳定性 时间 生物种类和数量的变化 生态缸的培养条件和环境等
(二)实验中变量的控制　
1．变量之间的关系
2．自变量的处理方法
(1)“加”或“减”：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。
(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。
3．无关变量的控制方法
消除法 排除或隔离无关变量对实验结果的影响。例如，在验证“生长素能促进果实发育”的实验中，有一组要求无生长素，需开花前用纸袋将雌花套住，排除外来花粉的干扰
恒定法 在整个实验中，尽量使所有的实验条件、实验处理、实验对象等都恒定不变。例如利用恒温水浴，以消除温度对实验结果的影响
平衡法 设立对照组，除自变量外，无关变量对实验组与对照组的影响都是均等的。从而可不计无关变量的影响，得到实验变量的效果
4．因变量的确定方法
因变量必须是可测量或可观察的指标，例如某溶液中是否存在淀粉酶，肉眼无法看到，可通过加淀粉进行验证，但淀粉含量是否发生变化还是无法看到，所以需要通过加碘液或斐林试剂进行颜色方面的鉴定，即是否出现蓝色或砖红色沉淀这些现象作为因变量的检测指标。
[针对训练]
1．酸、碱等物质在生物实验中有广泛的应用，下列表述正确的一组是(　 )
①在“检测生物组织中的糖类”实验中，NaOH用于营造碱性环境　②在“pH对酶活性的影响”探究实验中，仅加入盐酸，就可调节pH　③在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，NaOH用于吸收空气中的CO2　④在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，用浓盐酸创造重铬酸钾与乙醇发生化学反应的酸性条件　⑤在“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验中，盐酸用于低温处理的根尖组织细胞形态的固定
A．①④ B．③ C．②④ D．③⑤
答案：B
解析： “检测生物组织中的糖类”实验中，NaOH溶液用于和CuSO4溶液反应生成浅蓝色的Cu(OH)2，①错误；
“pH对酶活性的影响”探究实验中，仅加入盐酸，无法达到实验所需的条件，因为该实验还需设计调节pH至碱性的一组实验，②错误；
“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，NaOH用于吸收空气中的CO2，防止对实验结果造成干扰，③正确；
在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，用浓硫酸创造重铬酸钾与乙醇发生化学反应的酸性条件，④错误；
在“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验中，卡诺氏液用于低温处理的根尖组织细胞形态的固定，⑤错误。
2．在对照实验中，与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”；而人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。下列实验设计中采用“加法原理”的是(　 )
A．“验证Mg是植物生活的必需元素”实验中，完全培养液作为对照，实验组是缺Mg培养液
B．“验证光是光合作用的条件”实验中，对照组在光下进行实验，实验组做遮光处理
C．格里菲思将R型活细菌和加热杀死的S型细菌混合后向小鼠体内注射，观察小鼠是否存活
D．艾弗里的肺炎链球菌转化实验的一组实验组中，添加S型细菌的细胞提取物和DNA酶溶液
答案：C
解析： “验证Mg是植物生活的必需元素”实验中，实验组配制缺Mg培养液，对照组配制完全培养液进行对照培养，利用了“减法原理”；“验证光是光合作用的条件”实验中，将实验组遮光处理，利用了“减法原理”；格里菲思将R型活细菌和加热杀死的S型细菌混合后向小鼠体内注射，观察小鼠是否存活，利用了“加法原理”；艾弗里的肺炎链球菌转化实验的一组实验组中，添加S型细菌的细胞提取物和DNA酶溶液，除去DNA，属于“减法原理”。
　
3．下列关于“探究2,4-D对插条生根的作用”实验的叙述，正确的是(　 )
A．本实验中因变量是生根长度，蒸馏水的组别是本实验中的唯一对照组
B．预实验所使用的2,4-D浓度梯度比正式实验的浓度梯度要小
C．由于插条内缺乏相应酶分解2,4-D，因此其作用具有长效性
D．利用浸泡法处理插条时，所用2,4-D溶液的浓度比沾蘸法大
答案：C
解析：本实验中因变量是生根长度或数目，在预实验中蒸馏水的组别是空白对照组，正式实验中不同浓度的组别互为对照组，A错误；
预实验所使用的2,4-D浓度梯度比正式实验的浓度梯度要大，才能大致判断适宜浓度的范围，以缩小梯度精准实验，获得最适浓度，B错误；
2,4-D是生长素类调节剂，在插条内缺乏相应酶分解2,4-D，因此其作用具有长效性，C正确；
利用浸泡法处理插条时，所用2,4-D溶液的浓度比沾蘸法小，时间比沾蘸法长，D错误。
二、依据变量类型，构建实验分组模型
(一)单自变量实验　
单自变量实验的分组，若是不考虑实验变量梯度的定性实验，通常将实验对象均分成两组；若是考虑实验变量梯度的定量实验，通常将实验对象均分成三组或多组；其余条件保持相同且适宜，再给予不同的实验变量处理。此类实验的分组情况可以用下表所示模型表示。
实验 对象 定性实验变量处理 (不考虑实验变量梯度) 分组 定量实验变量处理(考虑实验变量梯度) 分组
单对象 无实验变量处理 组A 无实验变量处理 组1
有实验变量处理 组B 实验变量梯度1 实验变量梯度2 …… 组2
组3
……
[例1]　(2023·海南高考，节选)海南是我国火龙果的主要种植区之一。由于火龙果是长日照植物，冬季日照时间不足导致其不能正常开花，在生产实践中需要夜间补光，使火龙果提前开花，提早上市。某团队研究了同一光照强度下，不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响，结果如图。回答下列问题。
(2)本次实验结果表明，三种补光光源中最佳的是____________，该光源的最佳补光时间是____小时/天，判断该光源是最佳补光光源的依据是________________________________________________________。
(3)现有可促进火龙果增产的三种不同光照强度的白色光源，设计实验方案探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度(简要写出实验思路)。
__________________________________________________________
______________________________________________________________
_________________________。
红光＋蓝光
6
不同的补光时间条件下，红光＋蓝光光源组平均花朵数均最多
将生长状况相同的火龙果分三组，每天分别用三种不同光照强度
的白色光源对三组火龙果进行夜间补光6小时，其他条件相同且适宜，
待火龙果成熟后进行称重
　[例析方法]
第(2)小题为图示信息分析题，据图分析可得出答案。第(3)小题中，实验目的是探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度，实验对象是成花诱导完成后的火龙果，自变量为三种不同光照强度的白色光源，属于单自变量实验中不需考虑实验变量梯度的定性实验，设计实验时，要将实验对象均分为三组，分别用三种不同强度的白色光源处理，此外要保证无关变量相同且适宜，最终提高火龙果产量效果的高低可根据每组火龙果成熟后的重量来反映。　
(二)多自变量实验　
多自变量实验是指实验对象固定，同时存在两个或多个实验变量处理的实验类型。该类实验分组可以先采用单自变量实验分组法，对各个变量进行逐一对照处理，然后对各处理所得结果进行综合分析。从逻辑学角度分析，多自变量实验中各个自变量存在一定的层阶性逻辑关系，主要有选择式、并列式、承接式和递进式等关系。
1．选择式多自变量实验题的审答策略
(1)选择式多自变量实验是指对实验结果和结论造成的影响存在着多种自变量的情况，其中有一种或多种是真正的“因”。
(2)实验目的常见描述句式：①验证影响因变量的原因是自变量1，而不是自变量2；②探究自变量1和自变量2对因变量的影响。
[例2]　(2021·山东高考，节选)过度紧张、焦虑等刺激不仅会导致毛囊细胞数量减少引起脱发，也会导致黑色素细胞减少引起头发变白。利用黑色小鼠进行研究得出的相关调节机制如图所示。
已知长期束缚会引起小鼠过度紧张、焦虑。请设计实验验证上述调节机制中长期束缚及肾上腺对黑色小鼠体毛的影响。
(1)实验思路：__________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
______________________________________________。
(2)实验现象：__________________________________________
___________________________________________________________。
取生理状况相同的黑色小鼠若干只，随机平均分
为A、B、C、D四组，A组不作处理，B组切除肾上腺，C组束缚，
D组切除肾上腺并束缚，其他条件相同且适宜，饲养一段时间后，
观察并记录小鼠体毛数量(生长情况)和颜色的变化
A组小鼠的体毛无变化；B组小鼠的体毛增多，
不变白；C组小鼠脱毛且变白；D组小鼠毛发增多(生长旺盛)，变白
[例析方法]
本实验的自变量是“有无长期束缚”和“有无肾上腺”，二者相对独立，是典型的选择式多自变量实验。根据题干信息可拆分为以下3个子实验：“验证长期束缚对黑色小鼠体毛的影响”、“验证肾上腺对黑色小鼠体毛的影响”和“长期束缚及肾上腺共同作用对黑色小鼠体毛的影响”，此题即可迎刃而解。　　　
2．并列式多自变量实验题的审答策略
(1)并列式多自变量实验指影响实验结果和结论的多个自变量之间没有主次之分，都是并列地组合在一起，同时作用于因变量。
(2)常见实验目的的描述句式：探究不同自变量1条件下，自变量2对因变量的影响。
(3)这类实验题特点是各自变量有多个因素，根据排列组合，需拆分为多组子实验进行验证。因此，直接考查实验设计较少见，多以曲线分析或表格设计形式进行考查。
[例3]　科研人员设置不同大气CO2浓度(大气低CO2浓度LC和高CO2浓度HC)和磷浓度(低磷浓度LP和高磷浓度HP)的实验组合进行相关实验，结果如图所示。该实验的实验目的是探究不同CO2浓度和磷浓度组合条件下，光照强度对植物净光合速率的影响。
[例析方法]
此题的难点在于理解“不同CO2浓度和磷浓度组合”“光照强度”两个自变量之间的逻辑关系。植物净光合速率同时受到两个自变量的影响，实验目的要体现不同CO2浓度和磷浓度组合、不同光照强度下净光合速率的差异。参照并列式多自变量实验的常见描述句式，即可写出正确答案。　　
3．承接式多自变量实验题的审答思维
(1)承接式多自变量实验是指前自变量依次影响后自变量，后自变量影响因变量，相继发生后作用于因变量的多自变量实验。
(2)常见实验目的的描述句式：验证自变量1通过(产生)因变量1(自变量2)作用于因变量2等。
(3)这类实验特点是因变量1既是自变量1的因变量，又是因变量2的自变量。
(4)承接式多自变量实验实质是由“探究自变量1与因变量1之间关系”、“探究自变量2与因变量2之间关系”和“探究自变量1与因变量2之间关系”3个连锁子实验组成。
(5)一般该类实验的设计方法如下：
组别 自变量控制 因变量有无出现 作用
1 有自变量1 有因变量1→有因变量2 实验组
2 无自变量1 无因变量1→无因变量2 空白对照
3 有自变量1， 无自变量2 无因变量2 条件对照
4 无自变量1， 有自变量2 有因变量2 条件对照
[例4]　(2021·北京高考，节选)在研究T6P对种子发育的调控机制时，发现U－P(启动子U与P酶基因连接)植株种子中一种生长素合成酶基因R的转录降低，U－S(启动子U与S酶基因连接)植株种子中R基因转录升高。已知R基因功能缺失突变体r的种子皱缩，淀粉含量下降。据此提出假说：T6P通过促进R基因的表达促进种子中淀粉的积累。请从①～⑤选择合适的基因与豌豆植株，进行转基因实验，为上述假说提供两个新的证据。写出相应组合并预期实验结果。
①U－R基因　②U－S基因　③野生型植株　④U－P植株　⑤突变体r植株
[答案]　②⑤组合，与突变体r植株相比，转基因植株种子的淀粉含量不变，种子仍皱缩；①④组合，与U－P植株相比，转基因植株种子淀粉含量增加，种子为圆粒；②④组合，与U－P植株相比，转基因植株种子R基因转录提高，淀粉含量增加，种子为圆粒。(答出任意两条即可)
[例析方法]
本实验自变量1是“有无基因R”，自变量2(因变量1)是“基因R的转录量”，因变量2是“种子的形状和淀粉含量”。参照承接式多自变量实验的设计方法(见上表)，②④组合实验有自变量1，出现因变量1(R基因转录提高)、因变量2(淀粉含量增加，种子为圆粒)；②⑤组合实验有自变量1，无自变量2，不出现因变量2(转基因植株种子的淀粉含量不变，种子仍皱缩)；①④组合无自变量1，有自变量2，会出现因变量2(淀粉含量增加，种子为圆粒)。　　　
4．递进式多自变量实验题的审答思维
(1)递进式多自变量实验是指多个自变量中，其中某个自变量会增强或减弱另一个自变量作用效果。
(2)常见实验目的的描述句式为：①验证自变量2会增强(或减弱)自变量1的作用效果；②验证自变量1与自变量2之间的相互拮抗(或协同)作用。
(3)这类实验与承接式多自变量的区别是自变量之间不互为因果关系，而是互为干扰；其实质是各个自变量单独作用与共同作用的前后对照。
[例5]　(2021·浙江1月选考，节选)科学家毕希纳发现，利用无细胞的酵母汁可以进行乙醇发酵；还有研究发现，乙醇发酵的酶发挥催化作用需要小分子和离子辅助。某研究小组为验证上述结论，利用下列材料和试剂进行了实验。
材料和试剂：酵母菌、酵母汁、A溶液(含有酵母汁中的各类生物大分子)、B溶液(含有酵母汁中的各类小分子和离子)、葡萄糖溶液、无菌水。
实验共分6组，其中4组的实验处理和结果如表所示。
注：“＋”表示有乙醇生成，“－”表示无乙醇生成。
组别 实验处理 实验结果
① 葡萄糖溶液＋无菌水 －
② 葡萄糖溶液＋酵母菌 ＋
③ 葡萄糖溶液＋A溶液 －
④ 葡萄糖溶液＋B溶液 －
除表中4组外，其他2组的实验处理分别是：_______________
_____________________________________。本实验中，这些起辅助作用的小分子和离子存在于酵母菌、酵母汁和B溶液中。
葡萄糖溶液＋酵
母汁；葡萄糖溶液＋A溶液＋B溶液
[例析方法]
由题干信息可知，本实验目的是验证“无细胞的酵母汁可以进行乙醇发酵”及“乙醇发酵的酶发挥催化作用需要小分子和离子辅助”。前一个实验是个单变量实验，题干中组别①②分别是空白对照和阳性对照，增设“葡萄糖溶液＋酵母汁(预期实验结果为有乙醇生成)”实验组。后一个实验实质是验证酵母汁中的小分子和离子会促进乙醇发酵的酶的催化效率，是递进式的多变量实验。A溶液含有酵母汁中的各类生物大分子，由于酶是大分子，因此A溶液中包括相关酶。故组别③是该实验的对照组，在此基础上再加上自变量2，即设计“葡萄糖溶液＋A溶液＋B溶液”实验组，结果有乙醇生成。
[针对训练]
4．小球藻是一种单细胞真核生物，某小组以小球藻为材料，研究了不同光照强度和不同浓度的NaHCO3溶液对小球藻光合作用的影响，得到实验数据如下。下列相关叙述错误的是(　 )
A.各实验组小球藻的起始数量、NaHCO3溶液的量都应保持相同
B．在高浓度NaHCO3溶液条件下，高光照强度组比低光照强度组O2的相对浓度上升快，主要受光反应的影响
C．培养6 d后，高浓度NaHCO3溶液和高光照强度组O2的相对浓度上升显著加快，可能与小球藻数量快速增加有关
D．上述实验条件下，NaHCO3溶液比光照强度更能促进小球藻的光合作用
答案：D
解析：分析题意可知，各实验组小球藻的起始数量、NaHCO3溶液的量均为无关变量，都应保持相同且适宜，A正确；
O2产生于光反应阶段，在一定光照强度范围内，光反应速率随光照强度的增加而增加，据此可推知，在高浓度NaHCO3溶液条件下，高光照强度组比低光照强度组O2的相对浓度上升快，主要受光反应的影响，B正确；
与低浓度NaHCO3溶液相比，高浓度NaHCO3溶液可提供更多的CO2，促进小球藻的暗反应速率加快，与低光照强度相比，高光照强度下小球藻的光反应速率加快，光反应与暗反应速率的加快均能促进小球藻的光合作用，有助于小球藻数量的增加，所以培养6 d后，高浓度NaHCO3溶液和高光照强度组O2的相对浓度上升快，可能与小球藻的数量快速增加有关，C正确；
题述实验条件下的实验结果说明，光照强度相同时，高浓度NaHCO3溶液比低浓度NaHCO3溶液更能促进小球藻的光合作用，NaHCO3溶液浓度相同时，高光照强度比低光照强度更能促进小球藻的光合作用，但不能说明NaHCO3溶液比光照强度更能促进小球藻的光合作用，D错误。
5．为了探究胰岛素和生长激素对大鼠生长发育的影响，某小组选取同种且年龄与生长状况相同的健康大鼠若干只进行饲养。饲养第30天时，对其实施切除手术，手术后再饲养一段时间，然后随机等分成①②③④四组，在第40天时分别注射不同激素及生理盐水，实验结果如图所示。下列叙述错误的是(　 )
A．为了排除内源性激素的干扰，该实验需要手术切除大鼠的胰腺和垂体
B．该实验中选取的大鼠的性别、年龄、初始体重属于实验要控制的无关变量
C．该实验结果表明胰岛素与生长激素在促进大鼠生长方面具有协同作用
D．该实验中第④组注射的激素总量应与第②或第③组注射的激素量相等
答案：D　
解析：本实验中给大鼠注射的激素有胰岛素和生长激素，胰岛素由胰岛B细胞分泌，生长激素由垂体分泌，故该实验需要手术切除大鼠的胰腺和垂体，以排除内源性激素的干扰，A正确；
该实验中大鼠的性别、年龄、初始体重是无关变量，无关变量应保持相同且适宜，若无关变量不统一，会造成实验结果不准确，B正确；
据实验结果分析可知，与对照组(生理盐水组)相比，胰岛素和生长激素均能促进大鼠的生长，且胰岛素与生长激素同时作用的效果比它们单独作用的效果更好，两者之间的关系应为协同作用，C正确；
该实验中第④组注射的激素量应与第②③组注射的激素总量相等，D错误。
6．研究发现瘦素是与肥胖相关的激素之一。科学家发现了A、B两类超级肥胖的小鼠。科学家推测肥胖小鼠可能缺乏某种食欲抑制因子(后来命名为瘦素)或者该因子的受体(瘦素受体)。他们利用A、B肥胖小鼠以及正常小鼠进行实验，通过手术使其中两种小鼠的血液循环贯通，形成连体小鼠。实验处理和结果如表所示。请回答下列问题：
分组 处理 结果
1 正常小鼠和A小鼠连体 正常小鼠摄食量减少，A小鼠无变化
2 正常小鼠和B小鼠连体 正常小鼠无变化，B小鼠摄食量减少
3 A小鼠和B小鼠连体 A小鼠无变化，B小鼠摄食量减少
4 两只正常小鼠连体 两只正常小鼠无变化
(1)正常情况下，体脂增加使脂肪细胞分泌的瘦素增多，瘦素经________运输，作用于下丘脑对应神经中枢，该信号传递至____________，使小鼠产生饱腹的感觉，减少食物的摄入，进而脂肪合成减少，脂肪细胞瘦素含量降低。
(2)根据实验结果推测，A、B两类小鼠肥胖的原因可能是A小鼠__________________，B小鼠________________________。
(3)第4组是对照实验，对照实验的目的是____________。
(4)人们常说预防肥胖减轻体重应“管住嘴，迈开腿”，适当节食并适量运动比单独节食或运动效果更好。为了验证这一说法，并研究适当节食和适量运动对瘦素含量的影响，请用常规饲养(不节食不增加运动)的肥胖模型小鼠为材料，设计实验并写出简要实验思路。
解析：(1)由题意可知，瘦素是一种激素，结合激素调节的特点可知，瘦素经体液运输。大脑皮层是感觉中枢，故该信号传递至大脑皮层，使小鼠产生饱腹的感觉。
(2)根据题意可知，肥胖小鼠肥胖的原因为缺乏某种食欲抑制因子或者该因子的受体。若小鼠体内缺乏瘦素，与正常小鼠连体后，正常小鼠的瘦素会作用于该小鼠，使得该小鼠摄食量减少；若小鼠体内缺乏瘦素的受体，与正常小鼠连体后，正常小鼠的瘦素无法作用于该小鼠，该小鼠的食量不变，而该小鼠的瘦素会进入正常小鼠，使正常小鼠体内存在过量瘦素，导致摄食量减少。A小鼠与B小鼠连体时，A小鼠无变化，B小鼠摄食量减少，说明A、B两类小鼠肥胖的原因可能是A小鼠缺乏食欲抑制因子的受体(或无瘦素受体)，B小鼠不能合成食欲抑制因子(或无瘦素)。
(3)因为该实验需要做连体手术使两种小鼠的血液循环贯通，为了排除连体手术对实验结果的影响，需要设置对照实验，即第4组。
(4)由题意可知，自变量为是否节食和是否运动，因变量为体重减少量及瘦素含量，遵循实验中的对照原则和单一变量原则，实验思路见答案。
答案：(1)体液　大脑皮层　(2)缺乏食欲抑制因子的受体(或无瘦素受体)　不能合成食欲抑制因子(或无瘦素)　(3)排除连体手术对实验结果的影响　(4)将若干常规饲养的肥胖模型小鼠随机分为四组，A组为常规组(不节食不增加运动)，B组适当节食，C组适量运动，D组适当节食加适量运动，一段时间后检测小鼠体重减少量及瘦素含量变化。