考前特训 专项1 (7)实验设计类-【步步高】2024年高考生物大二轮专题复习与增分策略（新高考，江苏专用）

(七)实验设计类 [模板概述]　实验探究型试题要求学生根据实验原理，选择实验器材，安排实验步骤，设计实验数据处理的方法及分析实验现象，主要考查学生是否理解实验原理和具备分析实验结果的能力，是否具有灵活运用实验知识的能力，是否具有在不同情景下迁移知识的能力。其解题思维模板如下： 第一步：审准目的、原理和要求 第二步：确定和处理三种变量 第三步：编写步骤，预测结果与结论 (1)明确实验目的，弄清实验类型是验证类还是探究类。 (2)明确实验原理，理解实验依据。 (3)明确实验中的问题要求和实验变量。 确定处理自变量(实验变量)、因变量(反应变量)、无关变量。 (1)编写步骤：①首先分组编号；②其次材料处理——不施加实验变量设为对照组，施加实验变量设为实验组，控制无关变量；③观察或测量并记录实验结果。 (2)预测结果与结论：表述方式因实验类型不同有所区别。 例题　为了验证胰岛素具有降低血糖的作用，以小鼠的活动状况为观察指标设计实验。 实验原理：胰岛素具有降低血糖的作用。体内胰岛素含量过高时，引起血糖水平下降，机体出现活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，此症状可以通过补充葡萄糖溶液得到缓解。 材料用具：正常小鼠4只、注射器、胰岛素溶液、葡萄糖溶液、生理盐水。 (1)实验步骤： ①将正常小鼠随机均分成A、B两组，观察并记录____________________________。 ②给A组小鼠注射适量胰岛素溶液，B组小鼠_______________________________ ________________________________________________________________________。 一段时间后，A组小鼠会出现四肢无力，活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，B组小鼠________________________________________________________________________。 ③A组小鼠出现低血糖症状后，分别给A、B两组小鼠________________________________。一段时间后，A组小鼠低血糖症状得到缓解，B组小鼠_______________________________。 (2)该实验过程可以说明____________________________________________________。 (3)分析小鼠注射胰岛素溶液后出现低血糖症状的原因：________________________ ________________________________________________________________________。 思维导表　完善如下表格 第一步：审准目的、原理和要求 (1)实验目的：验证胰岛素具有降低血糖的作用； (2)实验原理：先注射胰岛素，出现低血糖症状，再注射葡萄糖溶液，低血糖症状得到缓解 第二步：确定和处理三种变量 自变量：胰岛素含量；因变量：小鼠的活动情况；无关变量：所选正常小鼠的生理状态、所使用的溶液的量 第三步：编写步骤，预测结果与结论 步骤补充：②给A组小鼠注射适量胰岛素溶液，B组应注射等量生理盐水；③分别给A、B两组小鼠注射等量葡萄糖溶液； 预测结果：②A组小鼠出现低血糖症状，B组小鼠的活动状况无变化；③A组小鼠的低血糖症状得到缓解，B组小鼠的活动状况仍无变化 答案　(1)①小鼠的活动状况　②注射等量生理盐水　活动状况无变化　③注射等量葡萄糖溶液　活动状况无变化　(2)胰岛素具有降低血糖的作用 (3)注射胰岛素溶液后，小鼠体内胰岛素含量过高，引起血糖含量下降，小鼠组织细胞特别是脑组织细胞因血糖供应减少、能量供应不足而发生功能障碍，从而引起低血糖症状 技法链接　解答此类试题时要紧扣题意，仔细结合上下文进行补充。其突破方法是： (1)补充实验原理类：需深入分析题目中与实验原理有关的内容，如对照组实验、重要实验步骤、重要实验装置、完善实验装置、完善实验所用的实验方法等，在此基础上，联系教材中相关联的原理、知识点进行知识迁移，归纳出其原理。解决这类问题的基点是看我们能否对教材中基础实验的原理深刻理解，能否对其融会贯通、举一反三，是否学会了类比迁移。 (2)补充实验步骤类：需根据实验目的确定实验变量，审读所提供的信息中是否准确控制了实验变量，是否遵循对照原则、单一变量原则等。对此类问题的考查，主要是看学生是否知道实验变量的控制及实验原则的遵循。 (3)预测实验结果类：需认真分析实验目的和相关知识，确定自变量对因变量的影响。一定要辨别实验是属于验证性实验还是探究性实验。验证性实验具有明确的结果；探究性实验的现象和结果是未知的或不确定的，应针对各种可能性分别加以考虑和分析，得到相关结论。无论是哪种情况，文字描述应力求简练、准确、科学。 1．(2023·淮安高三模拟)竹子属于种群同期一次性开花类型(先零星开花，继而同地域内的竹子全部开花后枯死)。为研究开花过程中竹子中内源激素的变化情况，选取不同生长发育阶段的叶片，测定其内源赤霉素(GA)、细胞分裂素(CTK)和脱落酸(ABA)的浓度水平，结果如表。下列分析错误的是(　　) 生长阶段 GA/(ng·g－1) CTK/ (ng·g－1) ABA/ (ng·g－1) 营养生长 7.84 284.96 375.46 即将开花 4.81 214.86 382.36 开花 10.291 339.816 563.26 A.GA等内源激素的相对含量调控了竹子的开花过程 B．即将开花阶段，GA浓度显著下降说明其能抑制开花 C．当竹叶内的GA/CTK的比值较大时可以促进竹子开花 D．叶片中的ABA浓度升高可能与竹子的开花后枯死有关 答案　B 解析　在竹子开花之前GA等内源激素的相对含量发生了变化，说明内源激素调控了竹子的开花过程，A正确；GA在即将开花阶段含量明显下降，而在此前后GA含量都较高，因此不能说明GA能抑制竹子开花，B错误；在开花时，GA与CTK的比值增大，则GA与CTK的比值与竹子开花有关，C正确；ABA可以促进叶片衰老、脱落，所以叶片中的ABA浓度升高可能与竹子的开花后枯死有关，D正确。 2．(2023·南通高三质检)某同学为探究去除淀粉的马铃薯提取液中是否含有催化磷酸葡萄糖转化成淀粉的酶，进行了如下实验设计，下列相关叙述错误的是(　　) 试管 磷酸葡萄糖溶液/mL 蒸馏水/mL 去除淀粉的马铃薯提取液/mL 煮沸后的去除淀粉的马铃薯提取液/mL 1 1 1 — — 2 1 — 1 — 3 1 — — 1 A.实验前可用碘液检测马铃薯提取液中的淀粉是否完全去除，以保证实验结果的准确 B．若用碘液检测，只有试管2出现蓝色，则说明提取液中含有催化磷酸葡萄糖转化成淀粉的酶 C．若用斐林试剂检测，3支试管均出现砖红色沉淀，则说明提取液中无催化磷酸葡萄糖转化成淀粉的酶 D．试管3为对照组，高温使酶失活，可进一步说明马铃薯提取液中是否含有催化磷酸葡萄糖转化成淀粉的酶 答案　C 解析　本实验的材料是去除淀粉的马铃薯提取液，则可用碘液检测马铃薯提取液中的淀粉是否完全去除，以保证实验结果的准确，A正确；若用碘液检测，只有试管2出现蓝色，说明产生了淀粉，则说明提取液中含有催化磷酸葡萄糖转化成淀粉的酶，B正确；若用斐林试剂检测，3支试管均出现砖红色沉淀，则说明提取液中含有还原糖，不能证明没有催化磷酸葡萄糖转化成淀粉的酶，C错误；煮沸后的去除淀粉的马铃薯提取液中的酶失活，作为对照组，可进一步说明马铃薯提取液中是否含有催化磷酸葡萄糖转化成淀粉的酶，D正确。 3．(2023·江苏南京秦淮中学高三开学考)某研究实验小组用小球藻(一种单细胞绿藻)，在适宜温度、光照强度下向小球藻培养液中通入足量14CO2，在不同的时间间隔取出一定量的小球藻杀死，分析放射性物质种类及含量，结果如表。下列有关实验分析不合理的是(　　) 取样时间(s) 放射性物质种类 2 大量3－磷酸甘油酸(三碳化合物) 15 12种磷酸化糖类 50 除上述12种磷酸化糖类外，还有氨基酸等 A.本实验可用于研究暗反应阶段CO2中碳的转移途径 B．降低温度，获得12种磷酸化糖类的取样间隔时间可能会延长 C．提高14CO2的浓度，获得放射性氨基酸的间隔时间将会明显缩短 D．实验结果可初步判断光合作用产生的有机物还包括氨基酸等 答案　C 解析　培养液中14CO2的量是足够的，提高14CO2的浓度，获得放射性氨基酸的间隔时间不会有明显变化，C不合理。 4．(2023·南京高三调研)如表是某学生设计的有关实验方案。据表分析，下列说法正确的是(　　) 组别 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 质量分数为3%的淀粉溶液(mL) 2 － 2 － 2 － 质量分数为3%的蔗糖溶液(mL) － 2 － 2 － 2 质量分数为2%的α－淀粉酶溶液(mL) 1 1 1 1 1 1 反应温度(℃) 0 0 X X 100 100 检测试剂Y 2滴 2滴 2滴 2滴 2滴 2滴 注：表中“－”表示没有添加。 A．本实验的“检测试剂Y”的种类对实验结果没有影响 B．③④两组实验可用于验证酶的专一性，反应温度X为37 ℃ C．若X、Y的设置正确，则1 mL α－淀粉酶溶液的用量是无关变量 D．若X、Y的设置正确，则②④⑥三组可说明温度能影响酶活性 答案　C 解析　若Y为斐林试剂，使用时需水浴加热，本实验自变量是温度，所以会对探究温度对于酶活性的实验有影响，该实验的检测试剂Y不能使用斐林试剂，A错误；验证酶的专一性时无关变量应相同且适宜，α－淀粉酶为工业用酶，最适的催化温度为60 ℃，不是37 ℃，B错误；该实验的自变量是底物的种类和温度，因此实验中α－淀粉酶溶液的用量是无关变量，C正确；②④⑥组中的α－淀粉酶不能催化蔗糖水解，②④⑥三组实验不能说明温度能影响酶活性，D错误。 5．(2023·江苏扬州中学高三月考)科学工作者为研究兴奋在神经纤维上传导及突触间传递的情况，设计如图所示实验。图中c点位于灵敏电流计①两条接线的中点，且X＝Y(指针偏转方向为电流方向)。下列说法错误的是(　　) A．在a点未受刺激时，膜外电位为正电位；受到刺激产生动作电位时，其电位变化主要是由Na＋的跨膜运输引起的 B．若刺激b点，电流计①指针将先向左偏转再向右偏转；若刺激c点，电流计①指针将不偏转 C．利用电流计②验证兴奋在突触间只能单向传递，刺激d点，若电流计②指针发生2次方向相反的偏转，说明兴奋可以从A传到B；刺激e点，若电流计②指针偏转1次，说明兴奋不能从B传到A D．刺激d点，观察电流计①、②指针发生第一次偏转的先后顺序，能证明兴奋在神经纤维上的传导速度大于其在突触间的传递速度 答案　D 解析　在a点未受刺激时，主要是K＋外流，膜外电位为正电位；受到刺激时，膜对Na＋的通透性增加，使得Na＋跨膜内流，导致膜外电位变为负电位，A正确。刺激b点，产生的兴奋先传到左接线点，此时左接线点膜外为负电位，右接线点膜外为正电位，所以左右接线点间会产生电流，电流由正电位流向负电位，电流计指针会向左偏转；当兴奋传递到右接线点时，右接线点膜外变为负电位，左接线点膜外已恢复为正电位，所以左右接线点之间又会产生电流，电流计指针会向右偏转；c点位于灵敏电流计①两条接线的中点，刺激c点，产生的兴奋会同时到达左右接线点，因此电流计①将不偏转，B正确。利用电流计②验证兴奋在突触间只能单向传递，则需分别刺激电流计②的左右接线点所在的神经纤维上的实验位点，观察电流计②指针的偏转方向和次数。因该实验是验证性实验，结论是已知的，即兴奋只能由突触前膜所在的神经元A传递到突触后膜所在的神经元B。因此，当刺激d(或a或b或c)点时，产生的兴奋先后传到电流计②的左右接线点，电流计②指针发生两次方向相反的偏转，说明兴奋可以从A传到B；当刺激e点时，产生的兴奋只能到达右接线点，不能到达左接线点，电流计②指针偏转1次，说明兴奋不能从B传到A，C正确。刺激d点，电流计①发生第二次偏转的时间早于电流计②，则可证明兴奋在神经纤维上的传导速度大于其在突触间的传递速度，D错误。 6．(2023·常州高三调研)胚胎发育的过程需要细胞的增殖与分化。研究发现，SAG分子能激活Hh信号通路，在胚胎发育中起调控作用。在SAG分子上引入NVOC基团，可获得没有活性的NVOC－SAG。NVOC－SAG若被紫外线照射，则可以发挥SAG的作用，改变细胞的基因表达，促进细胞分化。科研人员利用实验动物的胚胎进行了四组实验，检测胚胎中能够表达NKX2.1(一种与神经细胞发育有关的关键蛋白)的细胞所占的比例，结果如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．Hh信号通路被激活后，细胞的结构、形态和功能不会发生改变 B．通过比较对照组和SAG组可知，加入SAG可使胚胎细胞获得NKX2.1基因 C．抑制Hh信号通路，有利于胚胎细胞分化成为各种体细胞 D．利用该体系可以通过控制照射紫外线的时间点来调控胚胎的发育 答案　D 解析　Hh信号通路被激活后，表达NKX2.1的细胞比例增加，则细胞发生了分化，因此细胞的结构、形态和功能会发生改变，A错误；SAG分子能激活Hh信号通路，促进细胞表达NKX2.1，细胞中本来就含有该基因，B错误；抑制Hh信号通路，不利于分化，C错误；分析题意可知，NVOC－SAG若被紫外线照射，则可以发挥SAG的作用，改变细胞的基因表达，促进细胞分化，利用该体系可以通过控制照射紫外线的时间点来调控胚胎的发育，D正确。 7．(多选)(2023·南通海安中学高三摸底考)为探究干旱时植物之间是否会交流信息、通过地上信号还是地下信号，有研究者设计了如下实验：将11株盆栽豌豆等距排列，其中6～11号植株在根部有管子(可交流化学信息)相通，1～6号的根部不联系；用高浓度的甘露醇浇灌(高渗透压、模拟干旱)来刺激6号植株(如图1)，15 min后测定所有植株的气孔开放度。对照组是用水浇灌6号植株，结果如图2所示。下列分析正确的有(　　) A．干旱发生时，植物体内的赤霉素含量显著增加 B．该结果支持“干旱发生时植物通过地下部分交流信息”的观点 C．对照组的结果说明，在不受干旱胁迫时，各植株的气孔开放度有显著差异 D．干旱条件下，6～8号植株的气孔开放度显著低于9～11号，且越远离6号的植株气孔开放度越大 答案　BD 解析　干旱发生时，植物体内的脱落酸含量显著增加，促进气孔关闭，A错误；用高浓度的甘露醇浇灌来刺激6号植株，15 min后，与对照组相比，实验组的6～11号植株的气孔开放度均降低，1～2号植株的气孔开放度稍有下降，而3～5号植株的气孔开放度却增大，由实验结果可知，当干旱发生时，植物之间会通过地下部分进行信息交流，B正确；对照组的实验结果说明，在不受干旱胁迫时，各植株的气孔开放度并无显著差异，C错误；实验组6～8号植株的气孔开放度低于9～11号植株，且越远离6号的植株气孔开放度越大，说明随着时间的推移，高浓度的甘露醇在土壤中扩散，使植株失水，离6号越远，则需要的时间越长，所以越远离6号的植株气孔开放度越大，D正确。 8．(多选)(2023·南通高三联考)为探究pH对草履虫种群数量增长的影响，科研人员用不同pH的稻草培养液培养草履虫，培养的起始密度为5个/mL，培养时间为2 d，结果如表。下列相关叙述正确的是(　　) pH 3 4 5 6 7 8 9 10 种群密度/ (个/mL) 0 0 153 160 168 172 133 125 A.必须保证每组的温度、培养液体积等条件相同 B．每组培养液中草履虫的数量都呈“S”形增长 C．增加培养液的量，可改变草履虫种群的K值 D．草履虫适宜生活在弱碱性的环境中 答案　ACD 解析　该实验的自变量为稻草培养液的pH，因变量是草履虫种群数量的变化，温度、培养液体积等为无关变量，必须保持相同且适宜，A正确；pH为3、4的两组，草履虫的数量为0，说明并不是每组培养液中草履虫的数量都呈“S”形增长，B错误；增加培养液的量，草履虫的生存条件得到改善，因此可改变草履虫种群的K值，C正确；由表中数据可知，pH为8的一组，草履虫的种群密度最大，说明草履虫适宜生活在弱碱性的环境中，D正确。 9．(2023·江苏盐城中学高三月考)妊娠糖尿病对母亲和胎儿的巨大危害已引起人们的高度重视，其预防、诊断及治疗已成为当今研究的热点，请分析以下材料并回答问题： (1)为探讨妊娠糖尿病(GDM)的病因，研究小组选择GDM孕妇(GDM组)和正常的健康孕妇(对照组)为研究对象，测定相关指标如表所示： 组别 例数 空腹血糖/ (mmol/L) 口服葡萄糖后1 h血糖/ (mmol/L) 口服葡萄糖后2 h血糖/ (mmol/L) 空腹胰岛素/ (mmol/L) 胰岛素抵抗指数 GDM组 160 6.42 9.02 7.93 3.04 1.52 对照组 160 4.19 8.49 6.45 3.72 0.69 ①实验中可通过抽血检测胰岛素分泌功能是否异常，这是因为激素调节具有________________________________________________________________________的特点。 ②据上表推测，GDM的病因是____________________________________________________。 (2)胰岛素抵抗是指胰岛素含量正常而靶器官对其敏感性低于正常的一种状态，这是妊娠期一种正常的生理性抵抗，会随孕周增加而加重。为弥补胰岛素敏感性降低而产生的影响，胰岛素的分泌量也相应增加(用“”表示)。尽管所有孕妇在妊娠期都有上述调节过程，但少数人却发生胰岛B细胞分泌功能衰竭而使血糖升高，导致妊娠期糖尿病的发生。 ①据图1分析说明血糖调节的方式是__________调节。 ②据图1可知，孕妇的雌激素水平升高使胰岛素作用的靶器官对胰岛素敏感性下降，表现为组织细胞吸收利用葡萄糖的量________(填“增加”或“减少”)，对肝脏中糖原分解为葡萄糖的抑制作用________(填“增加”或“减弱”)。 (3)研究小组发现GDM与miR－330－3p、LncRNA－SNHG17的表达水平有关，如图2所示。 结合表和图2，研究小组认为：miR－330－3p和LncRNA－SNHG17表达水平异常导致机体血糖和胰岛素指标异常，从而导致GDM。设计实验探究研究小组的观点是否正确，请选择合理的实验设计思路： ①取________________________________________________________________________小鼠若干只，均分为A、B两组； ②A组________(填“促进”或“抑制”)miR－330－3p的表达水平、________(填“促进”或“抑制”)LncRNA－SNHG17的表达水平。B组不作处理； ③其他条件相同且适宜，一段时间后检测两组____________________指标。 答案　(1)①通过体液运输　②胰岛素抵抗指数增加、胰岛素分泌不足　(2)①神经—体液(神经调节和体液)　②减少　减弱　(3)①健康且生长状况相近的妊娠期　②促进　抑制　③血糖和胰岛素 解析　(1)①实验中可通过抽血检测胰岛素分泌功能是否异常，这是因为激素调节具有通过体液运输的特点，激素可以随体液到达全身各处，因而通过分析血液中的胰岛素含量可确定胰岛素分泌是否正常。②据表格推测，与对照组相比，GDM组胰岛素抵抗指数增加、空腹胰岛素水平降低，故推测GDM的病因与胰岛素抵抗指数增加、胰岛素分泌不足有关，即GDM是由胰岛素含量下降，且靶细胞对胰岛素反应不敏感造成的。(2)①图1说明血糖调节的方式是神经－体液调节。②图1显示，孕妇的雌激素水平升高使胰岛素作用的靶器官对胰岛素敏感性下降，进而表现为组织细胞吸收利用葡萄糖的量减少，同时对肝脏中糖原分解为葡萄糖的抑制作用减弱。(3)①实验遵循对照原则和单一变量原则，且研究的是妊娠期，故实验选取健康且生长状况相近的妊娠小鼠若干只，均分为A、B两组；②结合图2可知：GDM组miR－330－3p表达水平较高，LncRNA－SNHG17的表达水平较低，可知A组促进miR－330－3p的表达水平、抑制LncRNA－SNHG17的表达水平。B组不作处理；③其他条件相同且适宜，一段时间后检测两组血糖和胰岛素指标。 学科网（北京）股份有限公司 $$