資源簡介

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微專題：實驗專題復習——實驗設計
實驗方案設計流程：
擬定實驗目的 → 明確實驗原理 → 變量確認、對照設置→ 設計實驗裝置和步驟 →預期實驗結果，得出結論
考點一：擬定實驗目的
若實驗結果是確定的，通常表述模式就是“驗證+實驗變量+實驗對象+因變量”, 例如“驗證唾液淀粉酶可催化淀粉水解為還原糖”。
若實驗結果是不確定的，通常表述模式就是“探究+實驗變量+實驗對象+因變量+的影響”，例如“探究植酸酶對鱸魚生長和消化酶活性的影響”。
例1：選取同品種、同日齡的健康大鼠若干只，實施切除手術，一段時間后隨機等分成四組，分別注射激素及生理鹽水30天，結果如右圖。
(1)該實驗的目的是探究_________________________。
考點二：解釋實驗原理
例2：甘薯和馬鈴薯都富含淀粉，但甘薯比馬鈴薯吃起來甜。為探究其原因，某興趣小組以甘薯塊根和馬鈴薯塊莖為材料，分別制備提取液并除去其中的淀粉和還原糖，然后將兩種提取液分別加入到盛有等量淀粉的溶液A和B兩支試管中，均在適宜且相同的條件下處理30min后，用斐林試劑進行檢測，結果加入甘薯提取液的A試管出現磚紅色沉淀，加入馬鈴薯提取液的B試管未出現磚紅色沉淀。為確認馬鈴薯不含還原糖的原因，完成以下實驗原理：
① 。② 。
考點三：變量確認和對照設置分析考察
1、對照原則：排除其他因素（無關變量）對結果的影響
例3：某實驗室通過手術獲得下丘腦部分損毀卻能存活的大鼠，進行了相關研究。按下表準備兩組實驗大鼠并作如下處理：向大鼠皮下注入等量的SRBC（山羊紅細胞）；7天后，取脾臟組織制成細胞懸液；將適量脾細胞懸液與SRBC混合培養一段時間，然后檢測SRBC破裂情況（注：特異性抗體與紅細胞表面的抗原結合后，紅細胞會破裂，釋放出血紅蛋白．培養液中血紅蛋白的含量越高，OD值越大）。
組別 材料準備 數量（只） 培養液的OD值
甲 手術摧毀組（做手術并損毀丘腦前部） 12 0.20
乙 正常組（未做手術） 12 0.40
有人認為該實驗還應增設一組；做手術卻不損毀下丘腦．你認為有必要嗎？ ．請說明理由： ．
例4:將室溫（25℃）飼養的某種體溫為37℃的哺乳動物（動物甲）隨機分為兩組，一組放入41℃環境中1 h（實驗組），另一組仍置于室溫環境中（對照組）。期間連續觀察并記錄這兩組動物的相關行為。結果：實驗初期，實驗組動物的靜臥行為明顯減少、焦慮不安行為明顯增加。回答下列問題：
（3）本實驗中設置對照組的目的是________________________________________________________。
例5：（2021·廣東. 19）人體缺乏尿酸氧化酶，導致體內嘌呤分解代謝的終產物是尿酸（存在形式為尿酸鹽）。尿酸鹽經腎小球濾過后，部分被腎小管細胞膜上具有尿酸鹽轉運功能的蛋白URAT1和GLUT9重吸收，最終回到血液。尿酸鹽重吸收過量會導致高尿酸血癥或痛風。目前，E是針對上述蛋白治療高尿酸血癥或痛風的常用臨床藥物。為研發新的藥物，研究人員對天然化合物F的降尿酸作用進行了研究。給正常實驗大鼠（有尿酸氧化酶）灌服尿酸氧化酶抑制劑，獲得了若干只高尿酸血癥大鼠，并將其隨機分成數量相等的兩組，一組設為模型組，另一組灌服F設為治療組，一段時間后檢測相關指標，結果見圖。
（3）與空白對照組（灌服生理鹽水的正常實驗大鼠）相比，模型組的自變量是___________。與其它兩組比較，設置模型組的目的是___________________________________________________________________。
（4）根據尿酸鹽轉運蛋白檢測結果，推測F降低治療組大鼠血清尿酸鹽含量的原因可能是________________，減少尿酸鹽重吸收，為進一步評價F的作用效果，本實驗需要增設對照組，具體為________________________。
2、平行重復原則：排除個體差異或偶然因素對于實驗結果的影響
例6:兔的水鹽代謝調節
(1) 家兔12只，2.5kg/只，隨機分為3組(甲、乙及丙組)，每組4只。
(2) 對甲組兔靜脈滴注1.5％NaCl溶液，乙組滴注0.9%NaCl溶液，丙組滴注蒸餾水。滴注量均為200mL，0.5h滴完。
(3) 從滴注開始收集測定2h內兔的尿液量。
討論：（1）實驗設計時每組兔能否只用1只？___________。為什么？_____________________________。（2）有人認為需要增加1組兔才能使本實驗設計更為完善，你認為對該組兔最有必要作何實驗處理？_______________________。為什么？____________________________________________________。
3、單一變量原則：各組的無關變量保持一致
考點四：書寫實驗設計思路或實驗步驟
1、實驗設計思路：說明自變量處理（對照組、實驗組）；說明因變量的檢測
例7：根據遺傳物質的化學組成，可將病毒分為RNA病毒和DNA病毒兩種類型。假設在宿主細胞內不發生堿基之間的相互轉換。請利用放射性同位素標記的方法，以體外培養的宿主細胞等為材料，設計實驗以確定一種新病毒的類型。
簡要寫出實驗思路：（要求：實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組）
例8：不健康的作息——熬夜不僅會破壞人體腎上腺素等分泌的晝夜節律，還會抑制效應T細胞對靶細胞的粘附能力，從而影響正常的免疫功能?；卮鹣铝袉栴}：
（1）已知機體內偶聯受體是抗效應T細胞對靶細胞的粘附因子，其活性的高低能反映效應T細胞對靶細胞的粘附能力，請你以相應志愿者為研究對象，設計實驗驗證“熬夜會抑制效應T細胞對靶細胞的粘附能力”。（僅寫出實驗設計思路與預期結果和結論）
實驗設計思路：____________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________。
實驗預期結果與結論：________________________________________________________________________。
2、實驗步驟設計:①取材分組編號；②設計對照組和實驗組(控制自變量)；②給以相同且適宜的條件(控制無關變量)；④因變量的預測
例9：為了驗證甲狀腺激素的生理作用，用灌胃的方法，以大白鼠的耗氧量和活動量為觀察指標，方法與步驟如下：
① ；
② ；
③ 。
生長素濃度mg/L 坐果率（%） 維生素C的含量mmol/L
0 56 13
5 62 16
10 71 20
20 75 25
考點五：書寫實驗結果、結論和結果分析
例10：探究生長素對西瓜的產量和質量的影響如右圖：
實驗結果：________________________________________
_____________________________________________。
實驗結論：________________________________________
_____________________________________________。
例11:為了驗證上述藍色塊狀物變小是淀粉酶作用的結果，設計了如下實驗；在1~4號試管中分別加入相應的提取液和溶液（如下圖所示），40 ℃溫育30 min后，分別加入斐林試劑并60℃水浴加熱，觀察試管內顏色變化。
請分析：①設置試管1作為對照，其主要目的是____________
____________________________。②試管2中應加入的X是 的提取液。③預測試管3中的顏色變化是 。若試管4未出現預期結果（其他試管中結果符合預期），則最可能的原因是__________________________。
例12：瘧原蟲是一種單細胞動物。它能使人患瘧疾，引起周期性高熱、寒戰和出汗退熱等臨床癥狀，嚴重時致人死亡。臨床應用青蒿素治療瘧疾取得了巨大成功，但其抗瘧機制尚未完全明了。我國科學家進行了如下實驗：
1、2組結果表明____________________________ 由3、4組結果可知青蒿素對倉鼠細胞線粒體膜電位無明顯影響。據此可以得出的結論是_________
______________________。②將實驗中倉鼠細胞的線粒體替換為_______________，能為臨床應用青蒿素治療瘧疾提供直接的細胞生物學實驗證據。
【鞏固訓練】
1.（2022·廣東.18）研究者將玉米幼苗置于三種條件下培養10天后（圖a），測定相關指標（圖b），探究遮陰比例對植物的影響。
(1)結果顯示，與A組相比，C組葉片葉綠素含量________________，原因可能是________________。
(2)比較圖b中B1與A組指標的差異，并結合B2相關數據，推測B組的玉米植株可能會積累更多的________________，因而生長更快。
(3)某興趣小組基于上述B組條件下玉米生長更快的研究結果，作出該條件可能會提高作物產量的推測，由此設計了初步實驗方案進行探究：
實驗材料：選擇前期________________一致、生長狀態相似的某玉米品種幼苗90株。
實驗方法：按圖a所示的條件，分A、B、C三組培養玉米幼苗，每組30株；其中以________________為對照，并保證除________________外其他環境條件一致。收獲后分別測量各組玉米的籽粒重量。
結果統計：比較各組玉米的平均單株產量。
分析討論：如果提高玉米產量的結論成立，下一步探究實驗的思路是___________________________。
2、2017年9月2日，美國疾病控制及預防中心證實，過去兩個月先后有兩名兩歲小孩患上一種新型“流感”。請回答相關問題：
（1）現在從患者體內已經分離出了細菌和病毒，并分別制成溶液，為了驗證該“流感”是由細菌還是病毒引起的，進行了如下實驗：
實驗材料：小鼠、注射器、從患者體內分離得到的細菌溶液和病毒溶液、蒸餾水、生理鹽水、小鼠食物等。
實驗步驟：①取12只生長健壯且同等大小的小鼠，均分為3組，編號為甲、乙、丙。
②向甲組小鼠注射適量細菌溶液；
向乙組小鼠注射等量__________________________________________________________________；
向丙組小鼠注射等量_____________________________________________________________，作為對照組。
③將3組小鼠放在相同且適宜條件下培養一段時間。
（2）結果分析：①若甲組小鼠患該病，乙組和丙組小鼠不患該病，說明該病是由______________引起。
②若___________________________________________，說明該病是由________________引起。
答案：
考點一：擬定實驗目的
例1：探究胰島素和生長激素對大鼠生長的影響
考點二：解釋實驗原理
例2：①淀粉酶水解淀粉產生還原性糖；②還原性糖與斐林試劑反應生成磚紅色沉淀
考點三：變量確認和對照設置分析考察
例3：有必要 可以排除手術本身對實驗結果的影響
例4：排除41℃以外因素對實驗結果的影響，以保證本實驗的結果是由41℃引起的
例5：（有無）尿酸氧化酶抑制劑 排除血清尿酸鹽含量降低的原因是由于大鼠體內尿酸氧化酶的作用（確保血清尿酸鹽含量降低是F作用的結果） F抑制轉運蛋白URAT1和GLUT9基因的表達 高尿酸血癥大鼠灌服E
例6：（1）不能；只用1只兔不能排除因個體差異造成的結果不準確．
（2）用這組兔作空白對照，不滴注任何液體；可以使甲、乙、丙三組兔的尿量有更好的比較基準．
考點四：書寫實驗設計思路或實驗步驟
例7：甲組：將宿主細胞培養在含有放射性標記尿嘧啶的培養基中，之后接種新病毒．培養一段時間后收集病毒病監測其放射性．
　乙組：將宿主細胞培養在含有放射性標記胸腺嘧啶的培養基中，之后接種新病毒．培養一段時間后收集病毒病監測其放射性．
例8：實驗設計思路：將身體狀況相似的健康志愿者均分為兩組，一組正常睡眠（對照組），一組熬夜（實驗組），一段時間后檢測并比較兩組志愿者體內Gαs偶聯受體的活性
實驗預期結果與結論：若對照組志愿者的Gαs偶聯受體的活性低于實驗組志愿者；則說明熬夜會抑制效應T細胞對靶細胞的粘附能力
例9：(1)將兩組雄性成年大白鼠分別標號為甲組和乙組，并分別用給出的儀器，測定與記錄耗氧量和活動量。
　　(2)每日用灌胃器給甲組鼠灌胃甲狀腺激素溶液，給乙組鼠灌胃等量的蒸餾水，飼養一定時期。
　　(3)測定與記錄甲、乙組鼠的耗氧量和活動量。
考點五：書寫實驗結果、結論和結果分析
例10:實驗結果：生長素能促進西瓜的坐果率和提高維生素C的含量，且坐果率、維生素C含量隨著生長素濃度的增大而增大；
實驗結論：生長素能促進西瓜的產量和質量，且隨著生長素濃度的增大而效果更好。
例11：排除用于實驗的淀粉溶液中含有還原性糖 發芽前玉米 藍色→磚紅色 淀粉酶已失活
例12：青蒿素能顯著降低瘧原蟲線粒體膜電位；青蒿素對線粒體膜電位的影響存在物種間差異；人體細胞的線粒體
【鞏固訓練】
1、(1) 高 遮陰條件下植物合成較多的葉綠素
(2)糖類等有機物
(3) 光照條件 A組 遮光程度 探究能提高作物產量的具體的最適遮光比例是多少（言之有理即可）
2、（1）②注射等量的病毒溶液；注射等量的生理鹽水溶液
（2）細菌；若乙組患病而甲、丙組不患??；病毒

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