实验专题1 实验设计的基本原则
1.B [解析] 探究酵母菌细胞呼吸方式时,需设置有氧条件和无氧条件两个实验组,该实验为对比实验,A正确;以H2O2为实验材料探究酶的高效性时,需要设置分别加过氧化氢酶和无机催化剂的两组实验,进而可说明与无机催化剂相比,酶具有高效性,不需要与加入清水的组别对照,B错误;对大肠杆菌进行纯培养时,需设置一组不接种的平板为对照组,从而说明实验过程中所用的平板合格,进而增强实验结果的说服力,C正确;一般情况下,生长素在浓度较低时促进生长,在浓度过高时则会抑制生长,进行“探究促进扦插枝条生根的适宜生长素浓度”的预实验时,为明确生长素对生根的影响是促进还是抑制,需设置清水组作对照,D正确。
2.A [解析] 研究温度对淀粉酶活性的影响时,自变量是温度,其他条件应保持一致,A正确;研究细胞核的功能时,自变量是有无细胞核,应把蝾螈的受精卵横缢成有核和无核两部分,不是各含有一半的细胞核,B错误;研究甲状腺激素对小鼠新陈代谢的影响时,空白对照组应该注射生理盐水,蒸馏水不是小鼠的等渗溶液,可能影响细胞活性,C错误;研究低温对不同植物染色体数目变化的影响,自变量是植物种类,选择甲、乙两种植物,但所选植物器官应该保持一致,都选择根尖或都选择芽尖,D错误。
3.D [解析] 验证光合作用能产生淀粉的实验中,首先对实验植物进行“饥饿”处理,以排除原有淀粉的影响,A正确;探究过氧化氢酶的最适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错误。
4.B [解析] 在测定不同温度下两种纤维素酶活性的实验中,温度和酶的种类为自变量,酶活性为因变量,A正确;底物溶液的浓度、pH等是无关变量,无关变量应相同且适宜,B错误;测定同一温度下的酶活性时,酶的种类是自变量,C正确;本实验研究不同温度下两种纤维素酶的活性,可以探究出两种酶各自催化的最适温度,D正确。
5.C [解析] 分析题意,该实验的目的为“验证唾液的功能”,自变量为是否有唾液,因变量为淀粉是否被水解,根据等量原则,实验组(甲试管)加了2 mL淀粉糊和2 mL唾液,对照组(乙试管)应该加2 mL淀粉糊和2 mL蒸馏水,之后处理的温度、时间、检测试剂等都属于无关变量,保持相同且适宜,C正确。
6.(1)平行重复 减小偶然性误差
(2)施氮水平 净光合速率、叶绿素含量、气孔导度实验专题1 实验设计的基本原则
对照原则
(1)对照实验:除了一个因素之外,其他因素都保持相同的实验,通常分为实验组和对照组,实验组是接受实验变量处理的对象组,对照组是不接受实验变量处理的对象组。
(2)对照原则:在对照实验中,应使实验组与对照组的自变量不同,其他因素都相同,以便消除无关变量对实验结果的干扰,增强实验结果的可信度。
(3)对照类型:按对照的内容和形式的不同,通常有以下几种对照类型。
类型 设置对照实验 实例
空白 对照 指实验对象不进行任何实验处理 “生物组织中可溶性还原糖的鉴定”实验中,向甲试管溶液加入斐林试剂,而乙试管中不加斐林试剂
自身 对照 实验组与对照组在同一对象上进行 “植物细胞质壁分离和复原”实验就是典型的自身对照。实验处理前的对象状况可视为对照组,实验处理后的对象变化则视为实验组
条件 对照 指虽给实验对象施以某种实验处理,但这种处理是作为对照意义的,或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义上的 例如“用动物激素饲喂小动物”实验的设计方案: 甲组:饲喂甲状腺激素(实验组) 乙组:饲喂甲状腺抑制剂(条件对照组) 丙组:不饲喂药剂(空白对照组)
相互 对照 指不另设对照组,而是几个实验组相互对比进行对照 如“温度对酶活性的影响”实验中,几个实验组所采用的就是相互对照
1.[2024·重庆九龙坡区二模] 进行实验时常需要进行分组实验,下列相关叙述中错误的是( )
A.探究酵母菌细胞呼吸方式时,需设置有氧条件和无氧条件两个实验组
B.以 H2O2 为实验材料探究酶的高效性时,需设置加过氧化氢酶和清水的两组
C.对大肠杆菌进行纯培养时,需设置一组不接种的空白平板作为对照组
D.进行“探究促进扦插枝条生根的适宜生长素浓度”的预实验时,需设置清水组作对照
2.生物实验中常用到对照实验,下列实验中对照设置正确的是( )
A.研究温度对淀粉酶活性的影响实验中,分别在0 ℃、20 ℃、40 ℃、60 ℃、80 ℃和100 ℃条件下进行
B.研究细胞核的功能时,把蝾螈的受精卵横缢成两部分,每部分各含有一半的细胞核
C.研究甲状腺激素对小鼠新陈代谢的影响时,分别给不同组小鼠注射蒸馏水和甲状腺激素溶液
D.研究低温对不同植物染色体数目变化的影响时,分别将植物甲的根尖和植物乙的芽尖用低温处理
单一变量原则
(1)生物实验变量的辨析
对三类变量的要求是自变量可操作,因变量可检测,无关变量可控制。
(2)教材中探究类实验的变量分析
实验名称 自变量 因变量 (观测指标) 无关变量
探究温度对酶活性的影响 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
探究酵母菌细胞呼吸的方式 氧的有无 CO2生成量(澄清石灰水的混浊程度);酒精的有无(酸性条件下用重铬酸钾溶液检测,溶液颜色的变化) 葡萄糖溶液的量、石灰水的量、温度、pH、锥形瓶的洁净程度等
探究环境因素对光合作用强度的影响 环境因素(不同光照强度、不同温度或不同CO2浓度) 光合作用强度(单位时间内小圆形叶片浮起数量) 圆形叶片的大小、除自变量以外的环境因素
(3)单一变量原则
单一变量原则要求在实验组和对照组的实验中都只能有一个变量,这样得出的实验结果与单一变量之间就能形成一一对应关系,便于观察实验结果,以及便于分析实验结果的成因。
(4)变量的控制
①操纵自变量的方法:设法给研究对象施加干扰,造成研究对象的变化,从而使研究对象在被干扰状态中反映出某种现象和属性。
②检测因变量的方法:因变量有时不能直接检测,实际操作中根据实验原理和实验条件确定观察、测量的指标称为观测指标。 具体包括观察特异性的颜色变化、沉淀反应;观察形态结构、生理变化;测量生长发育速率;测量生化反应速率等。
③控制无关变量的方法(平衡控制):排除因实验对象的个体差异带来的影响;设法创造稳定的相同的条件进行对照,以抵消或排除这些因素对实验对象的干扰;设法提供适宜条件,以排除不利环境条件对实验对象的影响;重复实验,排除偶然因素的干扰,减小实验误差。
3.下列关于控制无关变量的实验操作,不正确的是( )
A.验证光合作用能产生淀粉的实验中,首先对实验植物进行“饥饿”处理
B.探究过氧化氢酶的最适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,将一组置于光下,一组置于黑暗中
4.[2024·广东广州一模] 为优选纤维素酶,研究人员设计了在不同温度下(其他条件相同且适宜)测定两种纤维素酶(酶 Ⅰ 、酶 Ⅱ )活性的实验,以下说法错误的是( )
A.温度和酶的种类为自变量,酶活性为因变量
B.底物溶液应配制两种浓度,分别对应两种酶
C.测定同一温度下的酶活性,酶的种类是自变量
D.该实验可以探究出两种酶各自催化的最适温度
等量原则与平行重复原则
(1)等量原则
实验中除“单一变量(即自变量)”外,其他变量需注意等量原则。如①生物材料相同:所用生物材料的数量、质量、长度、体积、大小、生理状况、年龄、性别等方面要尽量相同或大致相同。②实验器具相同(型号、洁净程度等)。③实验试剂相同(用量、浓度、使用方法等)。④处理方法相同(保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等)。
(2)平行重复原则
①多个平行:各组的实验对象要设置等量的多个;②多个重复:用相同的设置和条件重复多次实验。
5.[2024·湖北武汉二模] 某学生为验证唾液的功能,做了如下实验:取甲、乙两试管,分别加入2 mL淀粉糊,甲试管再加入2 mL唾液,两试管同时在37 ℃水浴中保温10 min后取出,各加入0.5 mL碘液,发现只有乙试管内呈蓝色(以上试剂均已经预保温处理)。此学生的实验步骤中有一个错误,请指出( )
A.乙试管应加胰液
B.乙试管应置于低温环境
C.乙试管应加与唾液等量的蒸馏水
D.应再加一支试管,只添加2 mL唾液,其他条件相同
6.[2024·湖南长沙模拟] 某大学实验站欲探究不同施氮水平对处于开花期的柳枝稷光合特性的影响,做了相关实验,共设置4个施氮水平:无氮添加(无人工施肥N0),纯N 60 kg·hm-2 (低氮、N60),纯N120 kg·hm-2(中氮、N120)和纯N 240 kg·hm-2(高氮、N240),每个水平设置3次重复。一段时间后,测定柳枝稷的净光合速率、叶绿素相对含量及气孔导度,结果如图所示。请据图回答下列问题:
(1)每个施氮水平均设置3次重复,遵循了实验设计的 原则,目的是 。
(2)实验中自变量是 ,因变量是 。 (共25张PPT)
实验专题1
实验设计的基本原则
对照原则
单一变量原则
等量原则与平行重复原则
对照原则
（1）对照实验:除了一个因素之外,其他因素都保持相同的实验,通常分
为实验组和对照组,实验组是接受实验变量处理的对象组,对照组是不
接受实验变量处理的对象组。
（2）对照原则:在对照实验中,应使实验组与对照组的自变量不同,其他因
素都相同,以便消除无关变量对实验结果的干扰,增强实验结果的可信度。
（3）对照类型:按对照的内容和形式的不同,通常有以下几种对照类型。
类型 设置对照实验 实例
空白 对照 指实验对象不进行任何实 验处理 “生物组织中可溶性还原糖的鉴定”
实验中,向甲试管溶液加入斐林试
剂,而乙试管中不加斐林试剂
自身 对照 实验组与对照组在同一对 象上进行 “植物细胞质壁分离和复原”实验就
是典型的自身对照。实验处理前的
对象状况可视为对照组,实验处理后
的对象变化则视为实验组
类型 设置对照实验 实例
条件 对照 指虽给实验对象施以某种 实验处理,但这种处理是作 为对照意义的,或者说这种 处理不是实验假设所给定 的实验变量意义上的 例如“用动物激素饲喂小动物”实验
的设计方案:
甲组:饲喂甲状腺激素（实验组）
乙组:饲喂甲状腺抑制剂（条件对照
组）
丙组:不饲喂药剂（空白对照组）
相互 对照 指不另设对照组,而是几个 实验组相互对比进行对照 如“温度对酶活性的影响”实验中,几
个实验组所采用的就是相互对照
（续表）
1.[2024·重庆九龙坡区二模] 进行实验时常需要进行分组实验，下列相
关叙述中错误的是( )
A.探究酵母菌细胞呼吸方式时，需设置有氧条件和无氧条件两个实验组
B.以 为实验材料探究酶的高效性时，需设置加过氧化氢酶和清水
的两组
C.对大肠杆菌进行纯培养时，需设置一组不接种的空白平板作为对照组
D.进行“探究促进扦插枝条生根的适宜生长素浓度”的预实验时，需设
置清水组作对照
√
[解析] 探究酵母菌细胞呼吸方式时，需设置有氧条件和无氧条件两
个实验组，该实验为对比实验，A正确；以 为实验材料探究酶
的高效性时，需要设置分别加过氧化氢酶和无机催化剂的两组实验，
进而可说明与无机催化剂相比，酶具有高效性，不需要与加入清水
的组别对照，B错误；对大肠杆菌进行纯培养时，需设置一组不接种
的平板为对照组，从而说明实验过程中所用的平板合格，进而增强
实验结果的说服力，C正确；一般情况下，生长素在浓度较低时促进
生长，在浓度过高时则会抑制生长，进行“探究促进扦插枝条生根的
适宜生长素浓度”的预实验时，为明确生长素对生根的影响是促进还
是抑制，需设置清水组作对照，D正确。
2.生物实验中常用到对照实验,下列实验中对照设置正确的是( )
A.研究温度对淀粉酶活性的影响实验中,分别在、、 、
、和 条件下进行
B.研究细胞核的功能时,把蝾螈的受精卵横缢成两部分,每部分各含有一
半的细胞核
C.研究甲状腺激素对小鼠新陈代谢的影响时,分别给不同组小鼠注射蒸
馏水和甲状腺激素溶液
D.研究低温对不同植物染色体数目变化的影响时,分别将植物甲的根尖
和植物乙的芽尖用低温处理
√
[解析] 研究温度对淀粉酶活性的影响时,自变量是温度,其他条件应保
持一致,A正确;研究细胞核的功能时,自变量是有无细胞核,应把蝾螈的
受精卵横缢成有核和无核两部分,不是各含有一半的细胞核,B错误;研
究甲状腺激素对小鼠新陈代谢的影响时,空白对照组应该注射生理盐水，
蒸馏水不是小鼠的等渗溶液,可能影响细胞活性,C错误;研究低温对不
同植物染色体数目变化的影响,自变量是植物种类,选择甲、乙两种植
物,但所选植物器官应该保持一致,都选择根尖或都选择芽尖,D错误。
单一变量原则
（1）生物实验变量的辨析
对三类变量的要求是自变量可操作,因变量可检测,无关变量可控制。
（2）教材中探究类实验的变量分析
实验名称 自变量 因变量（观测指标） 无关变量
探究温度 对酶活性 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） 、底物量、酶量、
试管的洁净程度、反
应时间、操作程序等
探究 对 酶活性的 影响 不同 （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
实验名称 自变量 因变量（观测指标） 无关变量
探究酵母 菌细胞呼 吸的方式 氧的有无 生成量 （澄清石灰水的混浊 程度）；酒精的有无 （酸性条件下用重铬 酸钾溶液检测，溶液 颜色的变化） 葡萄糖溶液的量、石
灰水的量、温度、
、锥形瓶的洁净程
度等
（续表）
实验名称 自变量 因变量（观测指标） 无关变量
探究环境 因素对光 合作用强 度的影响 环境因素 （不同光照 强度、不同 温度或不同 浓度） 光合作用强度 （单位时间内小圆形 叶片浮起数量） 圆形叶片的大小、除
自变量以外的环境因
素
（续表）
（3）单一变量原则
单一变量原则要求在实验组和对照组的实验中都只能有一个变量,这样
得出的实验结果与单一变量之间就能形成一一对应关系,便于观察实验
结果,以及便于分析实验结果的成因。
（4）变量的控制
①操纵自变量的方法:设法给研究对象施加干扰，造成研究对象的变化，
从而使研究对象在被干扰状态中反映出某种现象和属性。
②检测因变量的方法:因变量有时不能直接检测,实际操作中根据实验
原理和实验条件确定观察、测量的指标称为观测指标。 具体包括观
察特异性的颜色变化、沉淀反应;观察形态结构、生理变化;测量生长
发育速率;测量生化反应速率等。
③控制无关变量的方法（平衡控制）:排除因实验对象的个体差异带来
的影响;设法创造稳定的相同的条件进行对照,以抵消或排除这些因素
对实验对象的干扰;设法提供适宜条件,以排除不利环境条件对实验对
象的影响;重复实验,排除偶然因素的干扰,减小实验误差。
3.下列关于控制无关变量的实验操作,不正确的是( )
A.验证光合作用能产生淀粉的实验中,首先对实验植物进行“饥饿”处理
B.探究过氧化氢酶的最适的实验中,将每一组温度控制在
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,将一组置于光下,一组置于黑暗中
√
[解析] 验证光合作用能产生淀粉的实验中,首先对实验植物进行“饥饿”
处理,以排除原有淀粉的影响,A正确;探究过氧化氢酶的最适 的实验
中,自变量为反应溶液的 ,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 ,B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错误。
4.[2024·广东广州一模] 为优选纤维素酶,研究人员设计了在不同温度
下（其他条件相同且适宜）测定两种纤维素酶（酶 Ⅰ 、酶 Ⅱ ）活性
的实验,以下说法错误的是( )
A.温度和酶的种类为自变量,酶活性为因变量
B.底物溶液应配制两种浓度,分别对应两种酶
C.测定同一温度下的酶活性,酶的种类是自变量
D.该实验可以探究出两种酶各自催化的最适温度
√
[解析] 在测定不同温度下两种纤维素酶活性的实验中,温度和酶的种
类为自变量,酶活性为因变量,A正确;底物溶液的浓度、 等是无关
变量,无关变量应相同且适宜,B错误;测定同一温度下的酶活性时,酶的
种类是自变量,C正确;本实验研究不同温度下两种纤维素酶的活性,可
以探究出两种酶各自催化的最适温度,D正确。
等量原则与平行重复原则
（1）等量原则
实验中除“单一变量（即自变量）”外,其他变量需注意等量原则。如①
生物材料相同:所用生物材料的数量、质量、长度、体积、大小、生理
状况、年龄、性别等方面要尽量相同或大致相同。②实验器具相同
（型号、洁净程度等）。③实验试剂相同（用量、浓度、使用方法
等）。④处理方法相同（保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等）。
（2）平行重复原则
①多个平行:各组的实验对象要设置等量的多个;②多个重复:用相同的
设置和条件重复多次实验。
5.[2024·湖北武汉二模] 某学生为验证唾液的功能,做了如下实验:取甲、
乙两试管,分别加入淀粉糊,甲试管再加入 唾液,两试管同时在
水浴中保温后取出,各加入 碘液,发现只有乙试管内
呈蓝色（以上试剂均已经预保温处理）。此学生的实验步骤中有一个
错误,请指出( )
A.乙试管应加胰液
B.乙试管应置于低温环境
C.乙试管应加与唾液等量的蒸馏水
D.应再加一支试管,只添加 唾液,其他条件相同
√
[解析] 分析题意,该实验的目的为“验证唾液的功能”,自变量为是否有
唾液,因变量为淀粉是否被水解,根据等量原则,实验组（甲试管）加
了淀粉糊和唾液,对照组（乙试管）应该加 淀粉糊和
蒸馏水,之后处理的温度、时间、检测试剂等都属于无关变量,保
持相同且适宜,C正确。
6.[2024·湖南长沙模拟] 某大学实验站欲探究不同施氮水平对处于开花
期的柳枝稷光合特性的影响，做了相关实验，共设置4个施氮水平：
无氮添加（无人工施肥），纯 （低氮、 ），纯
（中氮、）和纯（高氮、 ），
每个水平设置3次重复。一段时间后，测定柳枝稷的净光合速率、叶
绿素相对含量及气孔导度，结果如图所示。请据图回答下列问题：
（1）每个施氮水平均设置3次重复,遵循了实验设计的__________原则,
目的是________________。
（2）实验中自变量是__________,因变量是_______________________
____________。
平行重复
减小偶然性误差
施氮水平
净光合速率、叶绿素含量、气孔导度
