資源簡介

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解題模型專項訓練
(七)實驗設計類
[模板概述]　實驗探究型試題要求學生根據實驗原理，選擇實驗器材，安排實驗步驟，設計實驗數據處理的方法及分析實驗現象，主要考查學生是否理解實驗原理和具備分析實驗結果的能力，是否具有靈活運用實驗知識的能力，是否具有在不同情景下遷移知識的能力。其解題思維模板如下：
第一步：審準目的、原理和要求 第二步：確定和處理三種變量 第三步：編寫步驟，預測結果與結論
(1)明確實驗目的，弄清實驗類型是驗證類還是探究類。 (2)明確實驗原理，理解實驗依據。 (3)明確實驗中的問題要求和實驗變量。 確定處理自變量(實驗變量)、因變量(反應變量)、無關變量。 (1)編寫步驟：①首先分組編號；②其次材料處理——不施加實驗變量設為對照組，施加實驗變量設為實驗組，控制無關變量；③觀察或測量并記錄實驗結果。 (2)預測結果與結論：表述方式因實驗類型不同有所區別。
典例剖析
例題　為了驗證胰島素具有降低血糖的作用，以小鼠的活動狀況為觀察指標設計實驗。
實驗原理：胰島素具有降低血糖的作用。體內胰島素含量過高時，引起血糖水平下降，機體出現活動減少，甚至昏迷等低血糖癥狀，此癥狀可以通過補充葡萄糖溶液得到緩解。
材料用具：正常小鼠4只、注射器、胰島素溶液、葡萄糖溶液、生理鹽水。
(1)實驗步驟：
①將正常小鼠隨機均分成A、B兩組，觀察并記錄___________________________________。
②給A組小鼠注射適量胰島素溶液，B組小鼠_______________________________________
_______________________________________________________________________________。一段時間后，A組小鼠會出現四肢無力，活動減少，甚至昏迷等低血糖癥狀，B組小鼠_______________________________________________________________________________。
③A組小鼠出現低血糖癥狀后，分別給A、B兩組小鼠_________________________________。一段時間后，A組小鼠低血糖癥狀得到緩解，B組小鼠________________________________。
(2)該實驗過程可以說明__________________________________________________________。
(3)分析小鼠注射胰島素溶液后出現低血糖癥狀的原因：_______________________________
______________________________________________________________________________。
思維導表　完善如下表格
第一步：審準目的、原理和要求 (1)實驗目的：________________________________________； (2)實驗原理：先注射________________，出現低血糖癥狀，再注射______________，低血糖癥狀得到緩解
第二步：確定和處理三種變量 自變量：____________；因變量：____________________；無關變量：所選正常小鼠的____________、____________________________
第三步：編寫步驟，預測結果與結論 步驟補充：②給A組小鼠注射____________________，B組應注射________________；③分別給A、B兩組小鼠注射_______________； 預測結果：②A組小鼠出現________癥狀，B組小鼠的活動狀況________；③A組________________________________________，B組____________________
技法鏈接　解答此類試題時要緊扣題意，仔細結合上下文進行補充。其突破方法是：
(1)補充實驗原理類：需深入分析題目中與實驗原理有關的內容，如對照組實驗、重要實驗步驟、重要實驗裝置、完善實驗裝置、完善實驗所用的實驗方法等，在此基礎上，聯系教材中相關聯的原理、知識點進行知識遷移，歸納出其原理。解決這類問題的基點是看我們能否對教材中基礎實驗的原理深刻理解，能否對其融會貫通，舉一反三，是否學會了類比遷移。
(2)補充實驗步驟類：需根據實驗目的確定實驗變量，審讀所提供的信息中是否準確控制了實驗變量，是否遵循對照原則、單一變量原則等。對此類問題的考查，主要是看學生是否知道實驗變量的控制及實驗原則的遵循。
(3)預測實驗結果類：需認真分析實驗目的和相關知識，確定自變量對因變量的影響。一定要辨別實驗是屬于驗證性實驗還是探究性實驗。驗證性實驗具有明確的結果；探究性實驗的現象和結果是未知的或不確定的，應針對各種可能性分別加以考慮和分析，得到相關結論。無論是哪種情況，文字描述應力求簡練、準確、科學。
對應訓練
1．(2022·天津南開中學高三一模)小鼠克隆胚胎著床后胎盤發育顯著異常可能是與克隆胚胎中H3K27me3印記基因過度表達有關，H3K27me3印記基因敲除極大提高了體細胞克隆的成功率，H3K27me3印記基因敲除的實驗組克隆小鼠的體重與受精卵來源的小鼠一致，而對照組克隆小鼠的體重顯著高于受精卵來源的小鼠；實驗組克隆小鼠的胎盤直徑和重量也顯著低于對照組克隆小鼠，而與受精卵來源的小鼠一致。下列相關分析錯誤的是(　　)
A．克隆胚胎過大可能是克隆胚胎著床后成活率低的原因
B．克隆胚胎過大的原因可能是克隆胚胎的胎盤過大
C．H3K27me3印記基因過度表達抑制胎盤的發育
D．H3K27me3印記基因的表達產物可能影響早期胚胎滋養層細胞發育
2．(2022·江蘇揚州高三模擬)科研人員研究乙烯對水稻和玉米黃化苗根、莖生長的影響，得到如圖所示結果。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．幾乎所有高等植物的組織細胞都能產生微量的乙烯
B．對照組和實驗組分別在無乙烯、含相同濃度乙烯的空氣中培養
C．乙烯對水稻根、芽生長的影響不能體現低濃度促進、高濃度抑制的特點
D．乙烯對兩類植物的胚芽和胚根的生長均有抑制作用
3．(2022·湖北襄陽五中模擬預測)人體腸道菌群對機體健康具有重要作用。科研人員利用長爪沙鼠開展實驗，對甲狀腺功能亢進(甲亢)引起體溫偏高過程中腸道菌群的作用進行研究，主要流程(見下圖1)及結果如圖所示(見下圖2)。下列相關敘述正確的是(　　)
A．甲亢動物甲狀腺激素濃度一般高于正常值，導致安靜狀態下的代謝速率偏高，機體的產熱量大于散熱量
B．圖1中Ⅰ、Ⅱ處所需的實驗材料和處理分別為含有甲狀腺激素的食物、不移植菌群
C．實驗結果顯示第0周，B組鼠安靜狀態下的代謝速率顯著高于A組；第1～6周，B2組安靜狀態下的代謝速率低于B1組，可推測甲狀腺激素通過改變腸道菌群，提高代謝水平
D．腸道菌群數量或種類不能作為進一步驗證上述推測的檢測指標
4．1937年霍奇金以蛙坐骨神經為材料，研究冷卻阻滯對動作電位在神經纖維上傳導的影響，記錄距冷卻阻滯點不同距離處膜內電位變化，結果如圖所示。下列相關敘述正確的是(　　)
A．實驗中坐骨神經應始終置于無菌水中
B．實驗刺激和測量的部位應選擇神經元軸突
C．冷卻阻滯不影響細胞膜上鈉離子通道的開放
D．本研究還可證明神經纖維上興奮的傳導是雙向的
5．(2022·江蘇南通高三一模)中國科研團隊篩選出一種具有新冠病毒特異性中和活性的中和抗體CB6。他們將9只恒河猴分為對照組、預防組和治療組。對照組注射安慰劑；預防組在感染新冠病毒前一天，注射抗體CB6；治療組在感染病毒后第一天和第三天，注射相同劑量的抗體CB6。實驗結果如圖所示。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．恒河猴感染病毒后身體不適不屬于反射
B．CB6對預防新冠病毒感染具有良好的效果
C．前4天對照組中病毒滴度的增加是免疫系統被破壞所導致的
D．實驗表明恒河猴的免疫系統對新冠病毒有較好的防御功能
6．科研人員研究了CO2和溫度兩種生態因子對壇紫菜(一種海洋藻類植物)的生長和光合生理特征的影響。實驗過程如下：①從海藻養殖基地采集新鮮、健康、形狀等一致的壇紫菜葉狀體(約5～8 cm)，帶回實驗室暫養3～4天備用；②將2 g藻體放入3 L天然過濾海水中，均分于12個相同錐形瓶中。設置溫度為15 ℃和25 ℃，CO2濃度為390 μ mol/mol(近似空氣中的CO2濃度)和700 μ mol/mol的四組實驗，每種處理設置3個重復；③除表中條件外，在其他相同且在適宜條件下進行實驗，培養第7天進行相關數據測定。實驗結果如下，請回答下列問題：
組別 色素 390 μmol/mol 700 μmol/mol
15 ℃ 25 ℃ 15 ℃ 25 ℃
葉綠素(mg/g鮮重) 0.480 0.476 0.763 0.741
類胡蘿卜素(mg/g鮮重) 0.225 0.274 0.327 0.337
(1)采集海藻養殖基地的壇紫菜葉狀體帶回實驗室暫養3～4天后，再進行實驗的目的是__________________________。
(2)該實驗的自變量有____________________________。實驗中“其他相同且適宜”的條件屬于__________變量，這些變量需保持相同的原因是__________________________，需保持適宜的好處是__________________________。
(3)影響圖中曲線日變化的主要生理過程是______________________________；由曲線可判斷，21：00時，壇紫菜葉狀體細胞中產生ATP的場所有__________________________。
(4)若要得到葉綠素a，需將壇紫菜進行研磨過濾，然后用___________________法分離色素；由表可知，在15 ℃和25 ℃兩種生長溫度條件下，CO2濃度增加時，葉綠素和類胡蘿卜素含量_________________；在相同CO2濃度條件下，溫度改變時，藻體中葉綠素和類胡蘿卜素含量__________________。
7．為研究藥物A對裸鼠(先天胸腺缺陷鼠)移植瘤細胞周期的影響，請根據以下提供的材料和用具，以細胞周期中不同DNA含量的細胞數為測定指標，完善實驗分組設計和實驗思路，設計實驗結果記錄表并進行分析與討論：
材料與用具：裸鼠、人乳腺癌細胞、藥物A溶液、生理鹽水、流式細胞儀(可根據細胞中DNA含量的不同對細胞分別計數)、注射器等。
要求與說明：裸鼠日常飲食在實驗設計中不做要求；藥物每天提供一次，10天后測定。
(1)實驗思路：
①取生理狀況相似的同性別健康裸鼠若干只，每只注射適量且等量的人乳腺癌細胞，一段時間后獲得人乳腺癌移植瘤成功的裸鼠10只。
②將10只裸鼠隨機均分為兩組，各組裸鼠分別腹腔注射________________________________
______________________________________。每只裸鼠給藥頻次均為_____________________
______________________________________。
③取出每組小鼠的移植瘤細胞，用流式細胞儀分析____________________________________
__________________________________________的細胞數目，記錄結果。
④________________________________________________________________。
(2)設計一張藥物A對移植瘤細胞周期不同時期細胞數影響的記錄表。
(3)分析與討論：
①實驗中選擇裸鼠的原因是________________。人的乳腺癌細胞接種到裸鼠體內，可在其體內產生移植瘤，說明乳腺癌細胞系具有________________的特點。
②如果實驗結果繪成如圖所示的曲線圖(實驗組為用A藥物組)，下列對檢測結果的分析錯誤的是(　　)
A．b峰中細胞的DNA含量是a峰中的2倍
B．a峰和b峰之間的細胞正進行DNA復制
C．A藥物與秋水仙素的作用機理相同
D．b峰中的細胞不全是分裂期的細胞
(七)實驗設計類（參考答案）
典例剖析
例題　思維導表　驗證胰島素具有降低血糖的作用　胰島素　葡萄糖溶液　胰島素含量　小鼠的活動情況　生理狀態　所使用的溶液的量　適量胰島素溶液　等量生理鹽水　等量葡萄糖溶液　低血糖　無變化　小鼠的低血糖癥狀得到緩解　小鼠的活動狀況仍無變化
答案　(1)①小鼠的活動狀況　②注射等量生理鹽水　活動狀況無變化　③注射等量葡萄糖溶液　活動狀況無變化　(2)胰島素具有降低血糖的作用　(3)注射胰島素溶液后，小鼠體內胰島素含量過高，引起血糖含量下降，小鼠組織細胞特別是腦組織細胞因血糖供應減少、能量供應不足而發生功能障礙，從而引起低血糖癥狀
對應訓練
1．C　[克隆小鼠的體重顯著高于受精卵來源的小鼠，故克隆胚胎過大可能是克隆胚胎著床后成活率低的原因，A 正確；實驗組克隆小鼠的胎盤直徑和重量顯著低于對照組克隆小鼠，而與受精卵來源的小鼠一致，說明克隆胚胎過大的原因可能是克隆胚胎的胎盤過大，B 正確；H3K27me3印記基因敲除的實驗組，克隆小鼠的胎盤直徑和重量顯著低于對照組克隆小鼠，而與受精卵來源的小鼠一致，說明 H3K27me3印記基因可促進胎盤的發育，C錯誤；H3K27me3印記基因可影響胎盤的發育，而胎盤是由滋養層細胞發育而來的，故其表達產物可能影響早期胚胎滋養層細胞的發育，D正確。]
2．D　[對照組在無乙烯空氣中正常培養，實驗組在其他條件相同含乙烯的空氣中培養，B正確；由圖可知，乙烯對水稻根、芽生長的影響不能體現低濃度促進、高濃度抑制的特點，C正確；由圖可知，乙烯對水稻的胚芽生長具有一定的促進作用，D錯誤。]
3．C　[由于甲亢動物甲狀腺激素濃度高于正常值，甲狀腺激素可提高細胞代謝速率，導致機體產生更多的熱量，機體的產熱量與散熱量相等，甲亢動物安靜狀態下體溫保持偏高不變，A錯誤；探究實驗需要遵循實驗設計的等量原則、對照原則、單一變量原則等，故圖1中B組小鼠與A組小鼠對照，應該飼喂含有甲狀腺激素的食物；B1與B2組對照，B2組應該移植正常鼠腸道菌群，故圖1中Ⅰ、Ⅱ處所需的實驗材料和處理分別為含有甲狀腺激素的食物、移植正常鼠腸道菌群，B錯誤；由圖2實驗結果可知，第0周，B組鼠安靜狀態下的代謝速率顯著高于A組；第1～6周，B2組安靜狀態下的代謝速率低于B1組，可推測甲狀腺激素通過改變腸道菌群，提高代謝水平，C正確；由C項可知，甲狀腺激素通過改變腸道菌群，提高代謝水平，故為了進一步驗證上述推測，可檢測腸道菌群數量或腸道菌群種類，D錯誤。]
4．B　[實驗中坐骨神經應始終置于任氏液中，A錯誤；軸突較長易操作，并且神經沖動的傳導主要通過軸突，所以實驗刺激和測量的部位應選擇神經元軸突，B正確；據圖分析，冷卻阻滯點不同距離處膜內電位不同，所以冷卻阻滯影響細胞膜上鈉離子通道的開放，C錯誤；本研究只研究了一個方向的興奮的傳導，不能證明神經纖維上興奮的傳導是雙向的，D錯誤。]
5．C　[恒河猴感染病毒后身體可能會引起發燒等不適癥狀，該過程屬于免疫反應的結果而非反射，A正確；與對照組相比，預防組和治療組均注射過CB6抗體，感染的第二天以后，兩組的咽拭子病毒數量低于對照組，說明CB6對預防新冠病毒感染具有良好的效果，B正確；病毒侵入機體后，機體的特異性免疫過程需要一定時間，故前4天對照組中病毒滴度的增加是由于此時漿細胞、抗體等數量不足，病毒增殖造成的；若免疫系統被破壞，4天后病毒數量不會降低，C錯誤；據圖可知，對照組雖未注射CB6抗體，但其體內的病毒數量在第7天時降至與預防組和治療組同等的水平，說明恒河猴的免疫系統對新冠病毒有較好的防御功能，D正確。]
6．(1)使壇紫菜適應實驗室環境　(2)溫度、CO2濃度　無關　排除無關變量對實驗結果的干擾　使實驗結果更加明顯　(3)光合作用與細胞呼吸　細胞質基質、線粒體、葉綠體　(4)紙層析　增加　變化不明顯
解析　(1)本實驗自變量是CO2濃度和溫度，為避免其他因素的影響，采集海藻養殖基地的壇紫菜葉狀體帶回實驗室暫養3～4天后再進行實驗，目的是使壇紫菜葉狀體適應實驗室培養環境，避免其他因素干擾。(2)實驗過程中要控制無關變量，如營養液的鹽濃度、光照強度、光照周期等要保持相同且適宜。這些變量需保持相同的原因是排除無關變量對實驗結果的干擾。需保持適宜的好處是使實驗結果更加明顯。(3)曲線橫坐標表示時間變化，縱坐標是pH，隨著時間變化，壇紫菜葉狀體的呼吸作用和光合作用強度會發生變化，引起培養液中pH發生變化。21：00時，壇紫菜葉狀體進行光合作用和呼吸作用，細胞中產生ATP的場所有細胞質基質、線粒體、葉綠體。(4)光合色素可通過紙層析法分離得到。結合表中數據，在15 ℃和25 ℃兩種生長溫度條件下，CO2濃度增加時，葉綠素和類胡蘿卜素含量增加，其他適宜條件處理后，葉綠素和類胡蘿卜素含量均增加；在相同CO2濃度培養條件下，25 ℃相對15 ℃，藻體中光合色素含量變化不明顯。
7．(1)②等量且適量的藥物A溶液、等量且適量的生理鹽水　每天注射一次，連續注射10天　③不同DNA含量　④對實驗數據進行統計分析
(2)裸鼠移植瘤細胞不同時期細胞數目的結果記錄表
G1期 S期 G2＋M期
1 2 3 4 5 均值 1 2 3 4 5 均值 1 2 3 4 5 均值
對照組
實驗組
(3) 減少免疫排斥　異體致瘤性　C
解析　(1)該實驗的目的是研究藥物A對裸鼠移植瘤細胞周期的影響，因此實驗的自變量是藥物A的有無，步驟②一組標記為對照組，每只鼠腹腔注射等量且適量的生理鹽水；另一組標記為實驗組，每只鼠腹腔注射等量且適量的藥物A溶液。每只裸鼠給藥頻次均為每天注射一次，連續注射10天；步驟③取出每組小鼠的移植瘤細胞，用流式細胞儀分析不同DNA含量的細胞數目，記錄結果；步驟④的操作是對實驗數據進行統計分析。(3)①實驗中選擇無胸腺裸鼠的原因是減少免疫排斥，人的乳腺癌細胞接種到裸鼠體內，可在其體內產生移植瘤，說明乳腺癌細胞系具有異體致瘤性的特點。②由曲線圖分析可知，A藥物作用是抑制DNA復制，與秋水仙素的作用機理不同，C項錯誤。

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