专题10 微专题(2) 实验关键——理清“变量”,紧盯“对象”(Word教师用书)-【创新方案】2025年高考生物二轮复习专题辅导与测试(Ⅰ)

微专题(二)　实验关键——理清“变量”,紧盯“对象”　　　　　　　　 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 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 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、处理时间的一致性等 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 (1)因变量必须是可测量或可观察的指标。 (2)举例: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.(2024·长春模拟)为探究过氧化氢在不同条件下的分解,某学习小组进行了如图所示的四组实验。下列有关分析不合理的是 (　 ) A.温度、有无催化剂及催化剂的种类都是本实验的自变量 B.第1组和第2组对照,说明温度可以提高化学反应速率 C.第2组和第3组对照,说明无机催化剂可以提高化学反应速率 D.第3组和第4组对照,说明酶降低活化能的作用比无机催化剂显著 解析:选C　本实验1、2组对照自变量为实验温度,1、3组对照和1、4组对照自变量为有无催化剂,3、4组对照自变量为催化剂种类,A正确; 1、2组对照,自变量为实验温度,2组温度较高,通过气泡产生速率可知2组反应速率较快,说明温度可提高化学反应速率,B正确;第2组和第3组实验温度不同,且第2组没有催化剂而第3组有无机催化剂,不满足单一变量原则,不能得出实验结论,C错误;3、4组对照,实验自变量为催化剂种类,4组的肝脏研磨液中有酶,4组反应速率更快,说明酶降低活化能的作用比无机催化剂更显著,D正确。 2.探究不同波长的光对光合强度的影响。实验小组选取生长状态良好的绿萝叶片,使用如图所示密封装置,可调节装置中LED灯带使其发出不同波长的光。下列相关叙述正确的是 (　 ) A.同一波长下无需重复测定O2和CO2含量 B.利用以上装置无法测定绿萝叶片的呼吸作用强度 C.红光实验结束后只需要调整光的波长即可做紫光实验 D.桶中初始O2和CO2含量是需控制的无关变量 解析:选D　本实验的因变量是光合强度,而实际光合速率=净光合速率(光照下O2的释放量或CO2的吸收量)+呼吸速率(黑暗条件下CO2的释放量或O2的吸收量),故同一波长下需要重复测定O2和CO2含量,A、B错误;红光实验结束后除了需要调整光的波长,还需要检测O2和CO2含量,方可进行紫光实验,C错误;本实验目的是探究不同波长的光对光合强度的影响,实验的自变量是光的波长,桶中初始O2和CO2含量也会对实验结果造成影响,是需控制的无关变量,D正确。 3.(2024·泉州模拟)下列既利用了“加法原理”又利用了“减法原理”,实现对自变量控制的实验是 (　 ) ①探究细胞核的功能——变形虫细胞分割实验 ②探究遗传物质的本质——格里菲思的肺炎链球菌转化实验　③探究叶绿体的功能——恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵实验　④探究糖尿病的致病原因——班廷、贝斯特的胰岛素发现实验 A.①②　　 B.③④ 　　C.①④　　 D.②③ 解析:选C　变形虫细胞分割实验,切割后只有细胞质的部分体现了“减法原理”,重新移入细胞核,体现了“加法原理”,①正确;格里菲思的肺炎链球菌转化实验中主要通过观察不同类型的肺炎链球菌对小鼠的致病性,来探究肺炎链球菌的致病因素,并未明确利用“加法原理”或“减法原理”来控制自变量,②错误;恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵实验,主要通过观察水绵在不同光谱下的光合作用情况,来探究叶绿体的功能,虽涉及了对光谱的“加法”,但并未明确利用“减法原理”来控制自变量,③错误;班廷、贝斯特先摘除健康狗的胰腺,体现了“减法原理”,再向摘除胰腺的患糖尿病的狗注射从结扎的狗身上取出萎缩得只剩胰岛的胰腺做成的提取液,体现了“加法原理”,④正确。 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 组2 实验变量梯度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红光+蓝光,该光源的最佳补光时间是6小时/天,判断该光源是最佳补光光源的依据是不同的补光时间条件下,红光+蓝光的补光光源组平均花朵数均最多。 (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)。 将成花诱导完成后的生长状况相同的火龙果随机均分为三组,分别置于三种不同光照强度的白色光源中照射相同且适宜的时间,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,主要有并列式、选择式、承接式和递进式等关系。 1.并列式多变量实验题 并列式多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(如图)。常见描述句式为:探究不同自变量1条件下,自变量2对因变量的影响。例如,探究不同温度条件下pH对唾液淀粉酶活性的影响,探究不同二氧化碳浓度条件下光照强度对植物光合作用的影响。 [例2]　(2022·广东高考)某同学对蛋白酶TSS的最适催化条件开展初步研究,结果见表。下列分析错误的是 (　 ) 注:+/-分别表示有/无添加,反应物为Ⅰ型胶原蛋白 A.该酶的催化活性依赖于CaCl2 B.结合①②组的相关变量分析,自变量为温度 C.该酶催化反应的最适温度为70 ℃,最适pH为9 D.尚需补充实验才能确定该酶是否能水解其他反应物 [答案]　C [例析方法] 　 这类实验题的特点是自变量有多个因素,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。该例题中包含3个自变量:pH、是否添加CaCl2和温度,考查获取信息和实验探究的能力。解答该题的关键是准确分析表格数据,pH、CaCl2和温度等多变量对TSS降解率有影响,但属于相对独立的并列式多变量,每一种变量分析都要遵循单因子变量原则。由②③组可知,该酶的催化活性依赖于CaCl2;由①②组可知其单因子变量是温度,即自变量为温度;实验中②组酶活性最高,但70 ℃或pH为9作为单因子变量时,分组太少,不能判断酶催化反应的最适温度为70 ℃,最适pH为9;该酶是否具有专一性需补充实验检验该酶是否能水解其他反应物才能确定。 2.选择式多变量实验题 选择式多变量实验是指对实验结果和结论造成影响,存在着多种自变量可能的情况,其中有一种或多种是真正的“因”,需要选择或取舍(如图)。常见描述句式有: (1)验证影响因变量的原因是自变量1,而不是自变量2。例如,达尔文实验验证感受光刺激的部位是胚芽鞘尖端而不是尖端下面一段;鲁宾和卡门用同位素示踪法研究光合作用中氧气的来源等。 (2)探究自变量1和自变量2对因变量的影响。例如,探究Fe3+和过氧化氢酶对过氧化氢分解速率的影响。 这类实验题的特点是各自变量相对独立,互不干扰。审答时,可直接拆分转化为独立验证每个自变量与因变量关系的子实验,然后再对各子实验进行综合分析而得出结论。 [例3]　(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。 实验思路: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。 实验现象: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] 此题要求考生设计实验验证长期束缚及肾上腺对黑色小鼠体毛的影响,并预期实验结果,考查了考生的科学探究、科学思维和获取信息的能力。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”,此题就迎刃而解了。 3.承接式多变量实验题 承接式多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变量实验(如图)。常见描述句式为: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。例如,验证发育的种子会产生生长素促进植物发育。 [例4]　(2022·湖南高考,节选)当内外环境变化使体温波动时,皮肤及机体内部的温度感受器将信息传入体温调节中枢,通过产热和散热反应,维持体温相对稳定。回答下列问题: 若下丘脑体温调节中枢损毁,机体体温不能维持稳定。已知药物A作用于下丘脑体温调节中枢调控体温。现获得A的结构类似物M,为探究M是否也具有解热作用并通过影响下丘脑体温调节中枢调控体温,将A、M分别用生理盐水溶解后,用发热家兔模型进行了以下实验,请完善实验方案并写出实验结论。 分组 处理方式 结果 甲 发热家兔模型+生理盐水 发热 乙 发热家兔模型+A溶液 退热 丙 发热家兔模型+M溶液 退热 丁 ①损毁下丘脑的发热家兔模型+M溶液 发热 ②由甲、乙、丙三组实验结果,得出结论:M与药物A一样也具有解热作用。 ③由甲、乙、丙、丁四组实验结果,得出结论:M与药物A一样具有解热作用并通过影响下丘脑体温调节中枢调控体温。 [例析方法] 该实验的目的是探究M是否(与A一样)也具有解热作用并通过影响下丘脑体温调节中枢调控体温,下丘脑体温调节中枢相当于M的承接变量,即自变量1(药物M)通过自变量2(下丘脑体温调节中枢)发挥解热作用(因变量)。基于这种变量关系,实验组要设计有自变量1(药物M)和有自变量2(下丘脑体温调节中枢)的丙组、有自变量1(药物M)和无自变量2(下丘脑体温调节中枢)的丁组;对照组设无自变量1(药物M)的空白对照甲组和有药物A的条件对照乙组。 4.递进式多变量实验题 递进式多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(如图)。常见描述句式为:①验证自变量2会增强(或减弱)自变量1的作用效果。例如,验证Mg2+是DNA聚合酶的激活剂;②验证自变量1与自变量2之间的相互拮抗(协同)作用。例如,探究细胞分裂素和脱落酸对叶片衰老有拮抗作用。 [例5]　(2022·海南高考)机体内血糖浓度受多种激素共同调节。某实验小组探究了三种激素单独或联合作用调节血糖的效应,实验前血糖浓度为5.0 mmol/L,血糖浓度随激素处理时间的变化如图。下列有关叙述正确的是 (　 ) A.激素单独作用时,0.5 h内升高血糖最快的激素是肾上腺素 B.3 h时,三种激素联合作用升高血糖的效应大于各自效应的总和 C.肾上腺素和胰高血糖素对血糖的调节作用表现出相抗衡的关系 D.血糖浓度受肾上腺素、胰高血糖素和皮质醇调节,不受甲状腺激素调节 [答案]　B [例析方法] 这类实验与承接式多变量实验的区别是自变量之间不互为因果关系,而是互为干扰。递进式多变量实质是各个自变量单独作用(一级对照)与共同作用(二级对照)的前后对照。该实验的结果表明,肾上腺素、胰高血糖素具有升高血糖的生理作用,皮质醇升高血糖的作用不明显,三种激素共同使用升高血糖的作用最明显,且0.5 h内升高血糖最快的激素是胰高血糖素;3 h时,三种激素联合作用升高血糖的效应为12.8-5.0=7.8(mmol/L),三种激素各自效应的总和为(6.9-5.0)+(5.7-5.0)+(5.2-5.0)=2.8(mmol/L),前者明显大于后者;肾上腺素和胰高血糖素都能升高血糖,二者在调节血糖方面表现出协同作用;实验结果可证明血糖浓度受肾上腺素、胰高血糖素和皮质醇调节,但不能证明血糖浓度不受甲状腺激素调节。 [针对训练] 4.(2023·浙江1月选考)某同学研究某因素对酶活性的影响,实验处理及结果如下:己糖激酶溶液置于45 ℃水浴12 min,酶活性丧失50%;己糖激酶溶液中加入过量底物后置于45 ℃水浴12 min,酶活性仅丧失3%。该同学研究的因素是 (　 ) A.温度　　　　　　　 B.底物 C.反应时间 D.酶量 解析:选B　根据题干分析可知,两组实验的不同之处是一组不加底物,一组加过量底物,即实验的自变量是底物,B符合题意。 5.(2024·抚顺模拟)环境激素是指人类在生产、生活中释放到环境中的、能干扰生物体内正常激素发挥作用的化学物质。淡水浮游动物轮虫对毒物的敏感性高。某科研团队设计并完成了探究不同浓度的环境激素双酚A对轮虫生活及生殖影响的实验,部分结果如图所示。下列相关分析错误的是 (　 ) A.轮虫适合作本研究材料的原因是其繁殖速度快、易培养、对环境激素的敏感性高 B.该实验的六个组别间除双酚A浓度不同,其他条件应保持完全相同且适合轮虫生存 C.据图分析可知,高浓度双酚A能使轮虫的种群数量下降 D.本实验开展前应设置预实验来初步确定双酚A的浓度范围,以减小正式实验时的误差 解析:选D　轮虫适合作本研究材料的原因是其繁殖速度快、易培养、对环境激素的敏感性高等,A正确;根据实验设计的单一变量原则,该实验的自变量为双酚A浓度,其他无关变量应保持相同且适宜,B正确;据图分析可知,高浓度双酚A能抑制轮虫产卵、缩短生殖期、缩减平均寿命,从而使轮虫种群数量下降,C正确;本实验开展前应设置预实验初步确定双酚A的浓度范围,但预实验不能减小正式实验时的误差,D错误。 6.(2024·杭州模拟)在秋冬季,大棚草莓的生长常表现为光照不足。科研人员以“红颊”草莓为材料进行了不同类型补光灯的补光效果的研究,实验处理和实验结果如下表所示(表中数值为相对值,单位略)。回答下列问题: 组别 叶绿素含量 类胡萝卜素含量 气孔导度 果实维生素含量 净光合速率 单果质量 结果数 CK 1.13 0.08 307.99 78.99 16.04 12.11 9.9 T1 1.93 0.14 330.91 85.15 17.03 18.33 13.60 T2 2.31 0.15 343.09 90.66 16.32 14.51 13.2 T3 1.79 0.11 340.53 150.83 15.39 18.07 12.7 注:CK组的处理为不补光;T1组的处理为红蓝光比例为4.9∶1的LED灯补光;T2组的处理为红蓝光比例为1.93∶1的LED灯补光;T3组的处理为红蓝光比例为3∶1的LED灯补光;产量=单果质量×结果数×株数。 (1)取草莓的绿叶用　　　　　　(填试剂)提取光合色素,将色素溶液置于适宜光照条件下,未检测到氧气的产生,原因是_____________________________________________________________________________。 (2)叶肉细胞中能产生ATP的细胞器有　　　　　　　　。测定叶片叶绿体色素含量时,每组应选取多株草莓相同位置的叶片,原因是____________________________________________________________________。 (3)据表可知,光合色素含量最多的是　　 　组“红颊”草莓,原因是__________________________________ _______________________________________________________________________________________。 (4)为了增加经济效益,种植农户选择　　 　组补光处理进行生产应用,选择的依据是___________________ _____________________________________________________________________________________。 解析:(1)绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,所以可以用无水乙醇提取草莓绿叶中的光合色素。光合作用的进行需要酶的催化,由于提取的色素溶液中缺少与光反应有关的酶,所以将提取的色素溶液置于适宜光照条件下,不能进行光反应,不能产生氧气。(2)叶肉细胞既能进行光合作用,又能进行呼吸作用,因此,叶肉细胞中能产生ATP的细胞器有叶绿体、线粒体。为了排除取材部位和实验材料数量对叶绿素含量的影响,保证实验结果仅由不同补光方式导致,在测定叶绿素含量时,每组应选取多株草莓相同位置的叶片。(3)光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素,由表可知,T2组叶绿素含量和类胡萝卜素含量之和最高。(4)产量=单果质量×结果数×株数,株数为该实验的无关变量,各组株数相同,由表中数据可知,T1组单果质量和结果数均最高,因此T1组产量最高,则种植农户选择T1组补光处理进行生产应用可增加经济效益。 答案:(1)无水乙醇　提取的色素溶液中缺少与光反应有关的酶　(2)叶绿体、线粒体　排除取材部位和实验材料数量对叶绿素含量的影响,保证实验结果仅由不同补光方式导致　(3)T2　光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素,T2组叶绿素含量和类胡萝卜素含量之和最高　(4)T1　T1组单果质量和结果数均最高 学科网（北京）股份有限公司 $$