2024届高考生物一轮复习第3单元实验探究系列1实验目的、原理及变量分析学案

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现有两种淀粉酶A与B，某生物兴趣小组设计了一系列实验过程，将酶A、酶B分别与淀粉混合保温5分钟后对各组淀粉剩余量进行检测，实验结果如下：

(1)该实验的目的是_______________________________________________
_______________________________________________________________。
(2)该实验的实验原理是___________________________________________
_______________________________________________________________。
(3)该实验的自变量是____________________________________________。
(4)根据上图实验结果分析，在20～50 ℃范围内，酶A的活性________(填“大于”“小于”或“等于”)酶B 的活性，判断的依据是_________________
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
解析：(1)由实验结果看出：温度不同和酶的种类不同导致实验结果即淀粉剩余量不同，两者之间的因果关系就是该实验的目的。(2)该实验的实验原理是温度等条件可以影响酶的活性；淀粉在淀粉酶的催化作用下产生麦芽糖，可通过底物的剩余量或产物的生成量测定酶活性。(3)自变量是在实验过程中可以变化的量，根据题图可以看出该实验有两个自变量，即酶的种类和温度。(4)据图可知，在20～50 ℃范围内，酶A催化条件下淀粉的剩余量大于酶B催化条件下的剩余量，因此酶A的活性小于酶B的活性。
答案：(1)探究不同温度下这两种淀粉酶的活性　(2)温度等条件可以影响酶的活性；淀粉在淀粉酶的催化作用下产生麦芽糖　(3)温度、酶的种类　(4)小于　据图可知，在20～50 ℃范围内，酶A催化条件下淀粉的剩余量大于酶B催化条件下的剩余量
【思维构建】
1．实验目的确定：由实验操作和实验结果逆推该实验目的。由于温度的不同和酶的种类不同(是自变量)导致实验结果即淀粉剩余量不同(是因变量的检测结果)，两者之间的因果关系就是该实验的目的，即“探究不同温度下这两种淀粉酶的活性(催化效率)”。
2．实验原理确定：根据给定的实验材料即“酶A、酶B和淀粉”，实验的目的和结果，结合所学的知识，确定该实验的原理。淀粉在淀粉酶的催化作用下被消耗，由于温度影响淀粉酶的活性，不同的淀粉酶在同一温度下活性不同，这两种影响可通过检测各组淀粉剩余量作出判断。
3．实验自变量确定：该题可由实验的结果直接确定自变量，该实验有两个变量，不能漏掉“酶的种类”。其中第(4)问通过分析在相同的温度下由于酶的种类不同导致淀粉的剩余量不同，不难得出“剩余量大的酶的活性低”的结论。

1．正确写出实验目的
实验目的——要探究或者验证的某一事实或者做了该实验后，要解决什么问题。
(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(验证)×××(自变量)对×××(因变量)的影响”或“探究(验证)×××(自变量)与×××(因变量)的关系”等。
(2)实验目的的确认方法：
①根据题目信息，直接写出实验目的。
②根据实验装置或实验现象，推断实验目的。
③根据实验步骤反推实验目的。
2．准确写出实验原理
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、分析现象与结果的依据和确定观测指标的依据。
(1)实验原理一般由三段组成：自变量和因变量的关系＋因变量的观测指标＋实验过程描述。
(2)实验原理中“因变量的观测指标”可作为实验结果的参考；有些题目要求对实验结果进行分析，其考查的是实验原理，所以对实验结果分析时合理套用实验原理即可。
3．实验变量的分析
(1)变量分析的作用。
变量的分析是整个实验的基础和核心，无论是实验思路的确定、实验步骤的书写、实验结果的分析及实验结论的获得都是在对实验变量分析的基础上完成的。
(2)自变量、因变量、无关变量三者之间的区别与联系。

(3)变量的确定。
①可根据实验目的、实验提供的材料、用具、实验的结果等信息找到自变量和因变量。
②通过分析对照或对比实验，确定无关变量的类型与要求。

1．新收获的稻米煮出的饭香气诱人，但是不法商贩却利用陈稻米抛光增白、上油后以假乱真，欺骗消费者。新稻米过氧化氢酶活性明显高于陈稻米。植物体内的过氧化氢酶在有过氧化氢(H2O2)存在下能把某些酚类化合物，如愈创木酚氧化成红褐色物质，其颜色的深浅与酶活性呈正相关。
请你帮助食品卫生质量检验人员设计一个检测稻米新鲜程度的简易实验。
(1)实验目的：_______________________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)实验原理：_______________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)实验材料：新稻米、陈稻米(数量足够) 。
试剂和用具：1%愈创木酚、1%过氧化氢、具塞试管、培养皿、移液管、观察颜色的放大镜等。
(4)实验步骤：
①取两支具塞试管分别编号为A与B，在A试管中加入5 g新稻米，B试管中加入________________，然后往两支试管中加1%愈创木酚浸没材料，盖上试管塞，用力振荡均匀，静置一段时间，弃掉多余液体。
②用移液管吸取__________________分别滴向两试管里的稻米，使所有稻米都浸有过氧化氢。
③一段时间后，取A、B试管中的稻米放入培养皿，观察_________________
__________________________________________________________________。
(5)实验结果：_____________________________________________________。
解析：(1)由“新稻米过氧化氢酶活性明显高于陈稻米”和“请你帮助食品卫生质量检验人员设计一个检测稻米新鲜程度的简易实验”可知，实验的目的是根据过氧化氢酶活性的强弱来鉴别新稻米和陈稻米。(2)直接从题干信息中找到该实验的依据。(4)①本实验的自变量为稻米的种类，所以本实验应以适量的新稻米作为对照组，等质量的陈稻米为实验组。具体做法：取两支具塞试管分别编号为A与B，其中A管设为对照，加入5 g新稻米，B管加入5 g待检测的陈稻米。②本实验的自变量是稻米的种类，因此两支试管中均加入等量1%过氧化氢。③本实验的因变量为稻米颜色的深浅，因此一段时间后，用放大镜观察两培养皿里稻米的颜色变化。(5)由“植物体内的过氧化氢酶在有过氧化氢(H2O2)存在下能把某些酚类化合物，如愈创木酚氧化成红褐色物质，其颜色的深浅与酶活性呈正相关”和“新稻米过氧化氢酶活性明显高于陈稻米”可推测，新稻米呈红褐色，陈稻米几乎无色或颜色很浅。
答案：(1)根据过氧化氢酶活性的强弱来鉴别新稻米和陈稻米　(2)植物体内的过氧化氢酶在有过氧化氢(H2O2)存在下能把某些酚类化合物，如愈创木酚氧化成红褐色物质，其颜色的深浅与酶活性呈正相关　(4)①5 g待检测的陈稻米　②等量1%过氧化氢　③稻米的颜色变化　(5)新稻米呈红褐色，陈稻米几乎无色或颜色很浅
2．α-淀粉酶是一类淀粉水解酶，广泛存在于动物、植物及微生物细胞中。回答下列问题：
(1)若利用α-淀粉酶、淀粉、蔗糖来验证“酶的专一性”，可选用________(填“碘液”“斐林试剂”或“碘液或斐林试剂”)进行检测。
(2)不同生物合成的α-淀粉酶最适pH不同，为探究pH对不同生物α-淀粉酶活性的影响，某同学进行了相关实验，其结果如下图所示。

①本实验的自变量是________________________，因变量是酶的相对活性，一般可以用________________________表示。
②据图分析，在pH为6.8左右的环境中，最好选用________________作为催化淀粉水解的催化剂。
③实验时应先调好底物至预设pH，再与酶混合。而不能将酶和底物先混合再调pH，原因是__________________________________________________________
___________________________________________________________________。
解析：(1)根据题干可知，在验证酶的专一性时采用不同种底物和同一种酶的方法，因蔗糖不与碘液发生颜色反应，且淀粉和蔗糖的水解产物也不与碘液发生颜色反应，故该实验只能选择斐林试剂对产物进行检测。(2)①本实验是探究pH对不同生物α-淀粉酶活性的影响，所以自变量是α-淀粉酶的种类和pH，因变量是酶的相对活性，酶的相对活性的大小常用酶促反应速率的大小来表示，即单位时间内底物的消耗量(或单位时间内产物的生成量)来表示。②据图可知，在pH为6.8左右时，麦芽α-淀粉酶的活性比人类唾液α-淀粉酶和芽孢杆菌α-淀粉酶的活性高，故选用麦芽α-淀粉酶作为催化淀粉水解的催化剂较为适宜。③若将酶和底物先混合再用不同pH溶液处理，酶与底物已经接触，在没达到预设pH条件下，酶促反应已经进行，实验现象基本相同，会干扰实验变量控制。故先用不同pH溶液处理酶液，后加入底物，此时酶的活性已经受到影响，实验现象明显不同，从而体现出pH对淀粉酶活性的影响。
答案：(1)斐林试剂　 (2)①pH和α-淀粉酶的种类　单位时间内底物的消耗量(或单位时间内产物的生成量)　②麦芽α-淀粉酶　③避免酶和底物先混合，在没达到预设pH条件下，化学反应就已经进行，干扰实验变量控制
3．线粒体内膜上的F0-F1颗粒物是ATP合成酶。为了研究ATP合成酶的各部分结构与合成ATP的关系，请利用F0-F1颗粒物、F0颗粒物、F1颗粒物和含有ADP、Pi等的培养液，在适宜条件下完善下列实验设计方案：
项目
对照组
实验组

自变量
①________
②__________________
③__________________
因变量
______________
实验结果及结论
________组能合成ATP，②组不能合成ATP，说明F1颗粒的功能是催化ATP的合成
解析：由于该实验是研究ATP合成酶各部分结构与合成ATP的关系，因此自变量为ATP合成酶各部分结构，可以分为含F0-F1颗粒物、F0颗粒物、F1颗粒物三组，因变量均为ATP的合成量。从表中的实验结论可知，F1颗粒能催化ATP的合成，故有F1颗粒的①③组可以合成ATP。
答案：①含F0-F1颗粒物　②含F0颗粒物　③含F1颗粒物　ATP的合成量　①③