2023届高考生物二轮复习实验探究五实验设计题解题分析学案

实验设计题解题分析

一、实验设计遵循的原则

1．科学性原则

(1)选材科学性：如鉴定还原糖的实验中不能以西瓜汁为实验材料，因为西瓜汁的红色会干扰颜色反应。

(2)实验方法科学性：如使用双缩脲试剂时应先加入A液，再加入B液。

2．单一变量原则和等量原则

二者是完全统一的，只不过强调的侧重点不同，前者强调的是自变量的单一性即实验组和对照组相比只能有一个变量，而后者强调的是除了自变量之外的一切对实验结果有影响的无关变量，必须严格控制在适宜且等量条件下，以平衡和消除无关变量对实验结果的影响。

3．平行重复原则

为减小实验误差应进行多次实验，如探究培养液中酵母菌种群数量动态变化的实验中，每次计数都要重复至少3次。

4．对照原则(为使实验结果更有可信度，需设置对照组)

(1)空白对照：即对照组不做任何变量处理。如探究胰岛素的生理作用实验中，对小鼠进行饥饿处理后，注射胰岛素的为实验组，注射等量生理盐水的为对照组。

(2)自身对照：即对照组和实验组在同一实验对象上进行，不再设置新的对照组。如观察植物细胞质壁分离和复原的实验中，质壁分离状态与自然状态形成对照。

(3)条件对照：即给对照组施加变量处理，但这种处理不是实验假设所定的。如探究甲状腺激素的生理作用实验中，实验组为饲喂甲状腺激素，空白对照为饲喂等量生理盐水，可以再增加一组对照组，饲喂甲状腺激素抑制剂，即条件对照，这样可以增加实验的说服力。

(4)相互对照：即不单独设对照组，而是几个实验组之间相互进行对照。如探究温度、pH对酶活性影响的实验中，各组既是实验组，又是其他组的对照组。

二、探究实验各环节答题技巧

1．实验目的的书写与表达

实验目的的内容包含研究对象、研究现象(因变量)和作用于对象的因素(自变量)，格式为“探究(或验证)×××(自变量)对×××(因变量)的影响”或“探究(或验证)×××(自变量)与×××(因变量)的关系”等。

2．实验原理的书写与表达

实验原理就是进行实验的理论依据，包括选择实验材料的依据，作出实验假设的依据，设置实验步骤的依据，分析现象结果的依据和确定观测指标的依据。

书写格式一般为：假设未被证实的结论＋假设与结果的联系＋结果(或预期结果)，一般用陈述句、肯定句。

3．实验假设的书写

假设是研究这对研究结果预先赋予的答案，是一种可能的解释和说明。一般情况下，若是实验中要求写出你的假设，应根据自己平时积累的知识，写出认为最可能的一种假设即可。

4．实验思路的确定

5．实验步骤的整理

(1)实验步骤设计的一般程序

(2)实验设计中“使用恰当的语言表述”应注意的问题

①实验材料的选择

植物：“大小相似、长势相同的同种植株”；动物：“体重(体长)、年龄、生长趋势相同”，有时甚至要“性别”相同；有时可以叙述为“生长状况基本相同的个体”。

②试剂的选择

在量上难以做到准确的量化描述时，应尽可能用“定性”的语言表达，要注意“等浓度”“等体积”“适量的”“一定量的”等词的运用；实验时间和条件上用“一段时间”“适宜的温度、pH”等语言。

6．实验结果与结论的预测与分析

(1)首先要明确该实验是验证性实验还是探究性实验。

(2)倒推法推导实验结果

①探究性实验结果的预测对应假设，常需分类讨论。实验结论要根据可能的实验结果进行分析。

②验证性实验的结果与相应结论只需考虑一种情况。一般只有一个结果和一个相应的结论，且结论就在题目中，如“验证……”“证明……”等。实验结论对应实验目的应得出肯定结论。

三、实验方案评价试题解题的一般思路

『强化训练』

1．(2022·湖北模拟)某实验室现有纯合果蝇品系如下：长翅直刚毛雌蝇(甲)、长翅直刚毛雄蝇(乙)、残翅焦刚毛雌蝇(丙)、残翅焦刚毛雄蝇(丁)；下表为果蝇的部分性状的显隐性及控制基因所在的染色体。回答下列问题：

(1)因为果蝇有______________________________________(至少写2点)等优点，因此常用作遗传学研究的材料。

(2)若只考虑果蝇的直刚毛和焦刚毛这一对相对性状，利用上述材料的杂交实验(每对亲本的繁殖率相当)，判断直刚毛和焦刚毛的显隐性及B/b所在染色体(考虑X、Y同源区段)，可采用的交配组合是____________________________。

①若正反交的子代共有2种表现型，且焦刚毛∶直刚毛＝3∶1时，则可判断焦刚毛为显性性状且B/b位于____________上。

②若正反交的子代____________________________时，则可判断直刚毛为显性，且B/b位于________________________上。

(3)若已知直刚毛为显性性状且B/b位于常染色体上。利用题述实验材料判断B/b是否位于Ⅱ号染色体上，则实验思路为________________________________________________________________________，当实验结果为________________________________________________________________________时，可判断B/b不位于Ⅱ号染色体上。

【解析】　(1)果蝇常用作遗传学材料，原因是相对性状易区分、子代数量多、繁殖快、生长周期短、易饲养。(2)判断直刚毛和焦刚毛的显隐性及B/b所在染色体，用长翅直刚毛和残翅焦刚毛正反交进行试验。只看直刚毛和焦刚毛，则亲本为XBXB和XbY，子代为XBXb和XBY，反交亲本为XbXb和XBY，子代为XBXb和XbY，显性和隐性比为1∶1，所以子代共有2种表现型，且焦刚毛∶直刚毛＝3∶1时，则可判断焦刚毛为显性性状且B/b位于X染色体。若正反交的子代只有一种表现型，且都表现为直刚毛时，则可判断直刚毛为显性，且B/b位于常染色体或者X、Y同源区段。(3)实验思路：选择纯合长翅直刚毛与纯合残翅焦刚毛的纯合雌、雄果蝇杂交，得到F1，F1中的雌、雄果蝇随机交配，得到F2，观察并统计F2果蝇的表现型及比例。预测实验结果：F2表现型有四种，长翅直刚毛∶长翅焦刚毛∶残翅直刚毛∶残翅焦刚毛＝9∶3∶3∶1时，位于非同源染色体，即B/b不位于Ⅱ号染色体上。

【答案】　(1)相对性状易区分、子代数量多、繁殖快、生长周期短、易饲养

(2)长翅直刚毛和残翅焦刚毛　①X染色体　②只有一种表现型，且都表现为直刚毛　常染色体或者X、Y同源区段

(3)选择纯合长翅直刚毛与纯合残翅焦刚毛的纯合雌、雄果蝇杂交，得到F1，F1中的雌、雄果蝇随机交配，得到F2，观察并统计F2果蝇的表现型及比例　F2表现型有四种，长翅直刚毛∶长翅焦刚毛∶残翅直刚毛∶残翅焦刚毛＝9∶3∶3∶1

2．(2022·湖南长沙一模)人工合成的植物激素类似物常用于生产实践。某课题组研究了赤霉素(GA3)和生长素(IAA)对植物生长的影响，切取菟丝子茎顶端2.5 cm长的部分(茎芽)，置于培养液中无菌培养。实验分为A、B两组，分别培养至第1.8天，再用适宜浓度的激素处理30天，测量茎芽长度，结果见图。请回答下列问题：

(1)用激素处理时，应将IAA加在____________(填“培养液中”或“茎芽顶端”)，原因是

________________________________________________________________________。

(2)A、B两组的实验结果表明离体时间短的茎芽中本身含的__________低，而________较高(填“赤霉素”或“生长素”)，判断的依据是________________________________________________________________________。

(3)为了研究GA3的作用机理，有人用药物完全抑制DNA复制后，发现GA3诱导的茎芽伸长生长被抑制了54%，说明GA3可通过促进__________________影响茎芽伸长生长。

(4)分析B组数据，GA3和IAA对离体茎芽的伸长生长都表现出促进作用，这两种激素共同处理作用更为显著，分别是GA3、IAA单独处理的__________倍，说明GA3和IAA在对茎芽伸长生长的作用上存在协同关系。

【解析】　(1)用激素处理时，应用IAA处理茎芽尖端而不是加在培养液中，原因是在幼嫩组织中，生长素只能进行极性运输，由形态学上端运输到形态学下端。(2)A、B两组的实验结果表明，用赤霉素或生长素处理都超过了不用激素处理的茎芽长度，且用赤霉素处理比用生长素处理后茎芽长度更长，说明离体时间短的茎芽中本身含的赤霉素低，在外源赤霉素的作用下，促进作用表现更强；但用生长素处理只比不用激素处理略高，结合生长素作用具有两重性的知识推测，可能是由于自身生长素含量较高，再施加外源生长素则可能导致超过其促进生长的最适浓度而表现为促进作用减弱。(3)为了研究GA3的作用机理，有人用药物完全抑制DNA复制后，发现诱导的茎芽伸长生长被抑制了54%，这说明GA3是通过促进细胞伸长和细胞分裂影响茎芽伸长生长。(4)分析图中数据可知，与空白对照相比，GA3和IAA的离体茎芽的生长较快，说明二者均能促进生长；B组实验中两种激素联合处理对茎芽伸长生长的促进作用是13－4.0＝9 cm，GA3、IAA单独处理促进伸长作用分别是6.5－4＝2.5 cm、4.5－4＝0.5 cm，因此两种激素联合处理对茎芽伸长生长的促进作用与GA3、IAA单独处理的倍数分别为9÷2.5＝3.6倍、9÷0.5＝18倍。

【答案】　(1)茎芽顶端　在幼嫩组织中，生长素只能进行极性运输

(2)赤霉素　生长素　用赤霉素或生长素处理都超过了不用激素处理的茎芽长度，且用赤霉素处理比用生长素处理后茎芽长度更长，但用生长素处理只比不用激素处理略高

(3)细胞伸长和细胞分裂

(4)3.6、18

3．(2022·广东深圳六校联考)扶他林(主要成分是双氯芬酸钠)是临床上常用的非甾体抗炎药，服用该药物后，该药物可在体内水解出有效成分双氯芬酸，其作用于机体能起到镇痛、消炎、解热的作用，其作用机制如图所示：

请回答下列问题。

(1)前列腺素诱导白细胞产生多种炎症因子促进机体发热，从免疫系统的组成来看，这些炎症因子属于______________，同时炎症因子持续刺激痛觉神经末梢，并在__________(部位)形成痛觉。机体在炎症反应过程中往往还伴随着组织水肿，会进一步压迫痛觉神经，因此临床上还可通过静脉注射________(填“低浓度”或“高浓度”)甘露醇辅助止痛。

(2)长期服用双氯芬酸钠可诱发高钠血症，导致患者出现一定的神经系统症状，包括易怒及肌肉抽搐等，因此临床上建议服用双氯芬酸钠期间大量饮水以缓解上述症状。从水盐平衡及神经调节的角度分析，大量饮水以缓解神经系统症状的原理可能是________________________________________________________________________。

(3)实验室中常通过抽取小鼠血液来检测其前列腺素水平，原因是

________________________________________________________________________。

现有生理状况相近的炎症模型小鼠若干，某浓度的双氯芬酸钠溶液及生理盐水等材料，以小鼠前列腺素水平作为痛觉程度指标，请设计实验验证双氯芬酸钠能有效止痛。

实验思路：________________________________________________________________________。

预期结果及结论：________________________________________________________________________。

【解析】　(1)从免疫系统的组成来看，白细胞产生的多种炎症因子属于免疫活性物质，炎症因子持续刺激痛觉神经末梢，最终可在大脑皮层产生痛觉。临床上静脉注射高浓度甘露醇可适当提高血浆渗透压，使较多的组织液进入血浆，从而缓解组织水肿对痛觉神经的压迫，起到辅助止痛作用。(2)长期服用双氯芬酸钠可诱发高钠血症，导致患者出现一定的神经系统症状，而服用双氯芬酸钠期间大量饮水，可使机体尿量增多，血液中的钠离子随尿液排出，钠离子浓度降低，进而使神经细胞动作电位峰值下降，缓解神经系统症状。(3)前列腺素由内分泌腺产生，内分泌腺没有导管，分泌的激素弥散到体液中，随血液流到全身，因此可通过抽取小鼠血液来检测其前列腺素水平。验证双氯芬酸钠能有效止痛，相关实验设计如下：

【答案】　(1)免疫活性物质　大脑皮层　高浓度

(2)大量饮水促进人体排尿增多，血液中的钠离子随尿液排出，血液中钠离子浓度降低，动作电位的峰值下降，进而缓解神经系统症状(合理即可)

(3)前列腺素由内分泌腺产生，随体液(血液)运往全身　将生理状况相近的炎症模型小鼠随机均分为两组，一组注射适量的某浓度双氯芬酸钠溶液，另一组注射等量的生理盐水，在相同且适宜条件下培养一段时间，检测血液中前列腺素含量　注射双氯芬酸钠的小鼠的前列腺素含量低于注射生理盐水的小鼠，证明双氯芬酸钠能有效止痛