人教版高中生物必修1分子與細(xì)胞第5章素能提升課2科學(xué)探究中的變量控制與對照實(shí)驗(yàn)課件

素能提升課2科學(xué)探究中的變量控制與對照實(shí)驗(yàn)第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用實(shí)驗(yàn)過程中可以變化的因素稱為變量。在生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中對變量的確立、操控是實(shí)驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵。提升點(diǎn)1科學(xué)探究中的變量控制(1)變量類型自變量又稱實(shí)驗(yàn)變量，是研究者主動操控的，即實(shí)驗(yàn)所探究的條件和因子，是作用于實(shí)驗(yàn)對象的刺激變量，坐標(biāo)中橫軸標(biāo)識一般為自變量因變量又稱反應(yīng)變量，是隨自變量變化而產(chǎn)生反應(yīng)或發(fā)生變化的變量，應(yīng)具有可測性和客觀性，坐標(biāo)中縱軸標(biāo)識一般為因變量無關(guān)變量無關(guān)變量又稱干擾變量、控制變量，是指與研究目標(biāo)無關(guān)，但卻影響研究結(jié)果的變量。實(shí)驗(yàn)時一般需控制無關(guān)變量適宜且相同(2)變量控制①單一變量原則即除自變量(實(shí)驗(yàn)變量)以外，應(yīng)使實(shí)驗(yàn)組與對照組的無關(guān)變量保持相同且適宜，以確保實(shí)驗(yàn)變量的唯一性。如生物材料相同(大小、生理狀況、年齡、性別等)、實(shí)驗(yàn)器具相同(型號、潔凈程度等)、實(shí)驗(yàn)試劑相同(用量、濃度、使用方法等)和條件相同(保溫或冷卻、光照或黑暗、攪拌、振蕩等)。②等量原則在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作中，要盡量減少無關(guān)變量對實(shí)驗(yàn)的影響，而且不同的實(shí)驗(yàn)組中無關(guān)變量應(yīng)完全相同且適宜，這樣就可排除無關(guān)變量對實(shí)驗(yàn)的干擾，排除實(shí)驗(yàn)偶然性，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確率。1．某同學(xué)為探究酶的特性，進(jìn)行了一系列相關(guān)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下表所示，下列敘述正確的是(

)實(shí)驗(yàn)步驟試管1234561向試管內(nèi)加入可溶性淀粉溶液2mL

2mL

2mL12向試管內(nèi)加入植物淀粉酶

2滴

2滴

2滴實(shí)驗(yàn)步驟試管1234563將試管分別放到不同溫度的水浴保溫5分鐘0050501001004將試管1和2，3和4，5和6中溶液混合，繼續(xù)在原溫度下保溫5分鐘5分別滴加碘液，并觀察顏色變化A．本實(shí)驗(yàn)的自變量是底物的有無、溫度、酶的有無B．本實(shí)驗(yàn)可以用斐林試劑檢測還原糖的生成量，比較各溫度下磚紅色顏色深淺C．會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生重大影響的無關(guān)變量有淀粉的濃度、酶的濃度，如果淀粉用量過少，可以適當(dāng)延長反應(yīng)時間，以觀察到最佳實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象D．沸水浴組滴加碘液后，顏色為藍(lán)色，將該反應(yīng)體系的溫度降至適宜溫度繼續(xù)反應(yīng)，顏色無變化√D

[本實(shí)驗(yàn)的自變量為溫度，因變量為淀粉被分解的速率，A錯誤；由于用斐林試劑檢測還原糖的生成量時需要水浴加熱，會改變實(shí)驗(yàn)初始的預(yù)設(shè)溫度，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察，因此不能用斐林試劑檢測還原糖的生成量，B錯誤；酶具有高效性，如果淀粉用量過少，可以適當(dāng)縮短反應(yīng)時間，以觀察到最佳實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，C錯誤；由于高溫會使酶的活性喪失，因此沸水浴組滴加碘液后，顏色為藍(lán)色，將該反應(yīng)體系的溫度降至適宜溫度繼續(xù)反應(yīng)，顏色無變化，D正確。]2．消化酶的研究為鮑魚的快速健康養(yǎng)殖提供了參考。研究人員從鮑魚的腸道和肝胰臟中獲取淀粉酶進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖1、圖2所示。請回答下列問題：(1)圖1中實(shí)驗(yàn)的自變量是_________________，因變量是________________。在30℃至40℃范圍內(nèi)，_________中淀粉酶活性較高。(2)由圖2可知淀粉酶的最適pH在________左右，pH為2時，淀粉酶活性低的原因是_________________________。實(shí)驗(yàn)中的“淀粉酶活性”可以用__________________________________________為指標(biāo)進(jìn)行測量。

溫度和酶的來源淀粉酶的活性腸道單位時間內(nèi)淀粉的分解量或分解產(chǎn)物的生成量7.2pH過低破壞酶的空間結(jié)構(gòu)(3)圖3為腸道中淀粉酶在35℃時催化的反應(yīng)物濃度隨時間變化的曲線，請?jiān)趫D3上畫出同等條件下肝胰臟中淀粉酶催化的反應(yīng)曲線。(4)圖2中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的pH梯度________(填“適合”或“不適合”)直接用于“pH對胃蛋白酶活性影響”的實(shí)驗(yàn)研究。研究人員發(fā)現(xiàn)在相同條件下纖維素酶的活性較高，這可能與鮑魚喜食富含________的藻類有關(guān)。纖維素不適合[解析]

(1)分析圖1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄繙囟葘δc道和肝胰臟中淀粉酶活性的影響，自變量是溫度和酶的來源，因變量是淀粉酶的活性。在30℃至40℃范圍內(nèi)，腸道中淀粉酶的活性高于肝胰臟中淀粉酶活性。(2)據(jù)圖2可知，曲線最高點(diǎn)淀粉酶活性最大，故淀粉酶的最適pH是7.2左右；淀粉酶是蛋白質(zhì)，pH為2時，pH過低，破壞酶的空間結(jié)構(gòu)使酶的活性降低。酶活性是指酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力，曲線中的“淀粉酶活性”可以用單位時間內(nèi)淀粉的分解量或分解產(chǎn)物的生成量為指標(biāo)進(jìn)行測量。(3)35℃時，腸道淀粉酶活性高于肝胰臟淀粉酶活性，與腸道相比，肝胰臟中淀粉酶催化等量反應(yīng)物完全分解所需時間更長。反應(yīng)曲線見答案(略)。(4)胃蛋白酶的最適pH大約是2左右，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的pH梯度下胃蛋白酶幾乎無活性，不適合直接用于“pH對胃蛋白酶活性影響”的實(shí)驗(yàn)研究。纖維素酶的活性高，說明鮑魚喜食富含纖維素的藻類，需要大量分解纖維素。3．為探究某耐高溫淀粉酶的性質(zhì)，某興趣小組做了如表所示實(shí)驗(yàn)，測得的酶活性如圖所示?；卮鹩嘘P(guān)問題：組別處理12345678可溶性淀粉溶液(3%)10mL10mL10mLA10mL10mL10mL10mL耐高溫淀粉酶溶液(2%)1mL1mL1mL1mL1mL1mL1mL1mL溫度30℃40℃50℃60℃70℃80℃90℃100℃各組在相應(yīng)溫度下保溫5min測定酶的活性(1)組成酶的基本單位是_______________________，與無機(jī)催化劑相比，酶降低化學(xué)反應(yīng)所需的________的作用更加顯著，使化學(xué)反應(yīng)在較低能量水平進(jìn)行，因此催化效率更高。(2)表中A處應(yīng)填__________，該實(shí)驗(yàn)的自變量是________，酶活性屬于該實(shí)驗(yàn)中的________變量。活化能氨基酸或核糖核苷酸10mL溫度因

(3)根據(jù)表格和圖的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，________(填“能”或“不能”)確定該酶的最適溫度為80℃，原因是_______________，3號試管和8號試管中酶活性都較低，但兩者的原理不同，其差異是3號試管中酶的活性受到相對低溫抑制，其空間結(jié)構(gòu)未發(fā)生不可逆變化，活性可恢復(fù)，8號試管中酶的_________________________，活性不能恢復(fù)。不能溫度梯度較大空間結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆變化(4)興趣小組欲驗(yàn)證該耐高溫淀粉酶具有專一性，請你用以上實(shí)驗(yàn)材料及蔗糖溶液、斐林試劑、碘液等設(shè)計(jì)一個實(shí)驗(yàn)方案(寫出實(shí)驗(yàn)思路，預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論)。實(shí)驗(yàn)思路：

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論：

_______________________________________________________________________________________________。取等量的可溶性淀粉溶液和蔗糖溶液分別與等量的該耐高溫淀粉酶在相同且適宜的溫度和pH等條件下反應(yīng)，一段時間后用斐林試劑檢測并觀察溶液中有無磚紅色沉淀出現(xiàn)可溶性淀粉溶液中有磚紅色沉淀出現(xiàn)，蔗糖溶液中沒有磚紅色沉淀出現(xiàn)，證明該耐高溫淀粉酶具有專一性[解析]

(1)酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物，絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，極少數(shù)酶是RNA，故酶的基本單位是氨基酸或核糖核苷酸，與無機(jī)催化劑相比，酶降低化學(xué)反應(yīng)所需的活化能的作用更加顯著。(2)可溶性淀粉溶液的量為無關(guān)變量，應(yīng)保持相同且適宜，故A為10mL。通過分析可知，探究某耐高溫淀粉酶的性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)中，不同溫度屬于實(shí)驗(yàn)的自變量，酶活性屬于實(shí)驗(yàn)的因變量。(3)根據(jù)表格和圖，不能確定該酶的最適溫度為80℃，因?yàn)樵搶?shí)驗(yàn)設(shè)置的溫度梯度太大。3號試管中酶的活性受到相對低溫抑制，但其空間結(jié)構(gòu)未被破壞；8號試管中高溫破壞了酶的空間結(jié)構(gòu)，故3號和8號試管中酶活性都較低的原因不同。(4)酶具有專一性，淀粉酶催化淀粉水解為麥芽糖，不能催化蔗糖的水解，可利用該原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，證明耐高溫淀粉酶的專一性。實(shí)驗(yàn)思路：取等量的可溶性淀粉溶液和蔗糖溶液分別與等量的該耐高溫淀粉酶在相同且適宜的溫度和pH等條件下反應(yīng)，一段時間后用斐林試劑檢測并觀察溶液中有無磚紅色沉淀出現(xiàn)。預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論：可溶性淀粉溶液中有磚紅色沉淀出現(xiàn)，蔗糖溶液中沒有磚紅色沉淀出現(xiàn)，證明該耐高溫淀粉酶具有專一性。1．含義除作為自變量的因素外，其余因素(無關(guān)變量)都保持一致，并將結(jié)果進(jìn)行比較的實(shí)驗(yàn)。提升點(diǎn)2對照實(shí)驗(yàn)2．對照實(shí)驗(yàn)的類型(1)空白對照：自然狀態(tài)下，即不做任何處理，或除實(shí)驗(yàn)變量外，其他處理與實(shí)驗(yàn)組完全相同(如生理鹽水、酒精溶劑、假手術(shù)等)。(2)自身對照：對照組和實(shí)驗(yàn)組都在同一研究對象上進(jìn)行，觀察實(shí)驗(yàn)處理前后現(xiàn)象的變化。實(shí)驗(yàn)處理前的對象狀況為對照組，實(shí)驗(yàn)處理后的對象變化為實(shí)驗(yàn)組。(3)相互對照：幾個實(shí)驗(yàn)組相互對比，其中每一組既是實(shí)驗(yàn)組也是其他實(shí)驗(yàn)組的對照組。一般是在探究某種實(shí)驗(yàn)因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響未知的情況下使用，通過相互對比，確立實(shí)驗(yàn)變量和反應(yīng)變量的關(guān)系。(4)條件對照：給對象施以某種實(shí)驗(yàn)處理，但這種處理是作為對照意義的，給定的處理因素正是為了保證實(shí)驗(yàn)中，對照組和實(shí)驗(yàn)組相比，只是少了實(shí)驗(yàn)變量的影響，或者說這種處理不是實(shí)驗(yàn)假設(shè)所給定的實(shí)驗(yàn)變量意義的。1．關(guān)于酶及其特性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，下列敘述不正確的是(

)A．驗(yàn)證酶的專一性，可利用淀粉酶、淀粉、蔗糖和斐林試劑等設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證B．驗(yàn)證酶的高效性，可通過設(shè)置自身對照，比較盛有H2O2的試管中加入過氧化氫酶前后，H2O2分解速率的變化來進(jìn)行驗(yàn)證C．探究pH對酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中，簡要流程可以是將酶加入各組試管→調(diào)節(jié)各試管酶液的pH→向各試管加入底物→混勻并進(jìn)行保溫→觀察結(jié)果D．探究溫度對酶活性的影響時，自變量是溫度，pH為無關(guān)變量√B

[淀粉酶可以將淀粉水解為還原糖，而不能將蔗糖水解，斐林試劑和還原糖在水浴條件下生成磚紅色沉淀，所以可以用淀粉酶、淀粉、蔗糖和斐林試劑等設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證酶的專一性，A正確；酶的高效性是和無機(jī)催化劑相對而言的，故在驗(yàn)證酶的高效性的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)該使用無機(jī)催化劑作為對照，B錯誤；探究pH對酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中，簡要流程可以是將酶加入各組試管→調(diào)節(jié)各試管酶液的pH→向各試管加入底物→混勻并進(jìn)行保溫→觀察結(jié)果，C正確；探究溫度對酶活性的影響時，自變量是溫度，pH為無關(guān)變量，要保證pH相同且適宜，D正確。]2．在動植物細(xì)胞質(zhì)內(nèi)廣泛存在的過氧化氫酶體(由一層生物膜結(jié)構(gòu)包被)中含有過氧化氫酶，在動物體內(nèi)該酶主要集中于肝臟，它的作用是使H2O2轉(zhuǎn)變成H2O和O2。下表是驗(yàn)證酶的催化特性的幾組對比實(shí)驗(yàn)，1～5號試管內(nèi)裝有等量的體積分?jǐn)?shù)為3%的H2O2溶液。1～5號試管加入物質(zhì)與控制溫度如表所示：試管編號加入物質(zhì)條件現(xiàn)象氣泡火焰12mLH2O2溶液＋2滴蒸餾水30℃

22mLH2O2溶液＋2滴FeCl3溶液30℃

試管編號加入物質(zhì)條件現(xiàn)象氣泡火焰32mLH2O2溶液＋2滴肝臟研磨液30℃

42mLH2O2溶液＋2滴煮過的肝臟研磨液冷卻至0℃

52mLH2O2溶液＋2滴新鮮的唾液30℃

62mLH2O2溶液＋？

72mLH2O2溶液＋？

(1)若加入物質(zhì)后，立即將帶有余燼的衛(wèi)生香放在1～3號試管口，其中________號試管口衛(wèi)生香迅速復(fù)燃。(2)若1～5號都是為了驗(yàn)證酶的某項(xiàng)特性而設(shè)置的對照，則________號設(shè)置不科學(xué)，改進(jìn)的方法是______________________________或________________________________________。(3)若要證明酶的活性受酸堿度的影響，需要增設(shè)6號和7號試管，則6號和7號試管內(nèi)應(yīng)分別加入_________________________________________，溫度均應(yīng)控制在_______。34“冷卻至0℃”改成“30℃”“煮過的肝臟研磨液”改成“肝臟研磨液”2滴酸溶液和2滴堿溶液處理過的肝臟研磨液30℃[解析]

(1)分析表格可知，3號試管中加入肝臟研磨液，其中含有酶，且條件適宜，根據(jù)酶的特性可知，3號試管釋放O2的速率最快，衛(wèi)生香迅速復(fù)燃。(2)對照實(shí)驗(yàn)需遵循單一變量原則，4號試管的設(shè)置不符合該原則，據(jù)此需要做改進(jìn)，即4號試管只能滴加2滴肝臟研磨液或低溫處理，即將“冷卻至0℃”改成“30℃”或?qū)ⅰ爸筮^的肝臟研磨液”改成“肝臟研磨液”。(3)證明酶的活性受酸堿度的影響，自變量是酸或堿處理。需再增設(shè)6號和7號試管，則6號和7號試管內(nèi)應(yīng)分別加入2滴經(jīng)酸溶液、堿溶液處理過的肝臟研磨液，溫度均應(yīng)控制在30℃(無關(guān)變量應(yīng)一致)。3．為了檢測淀粉酶對糖甲、糖乙、糖丙的作用，設(shè)計(jì)了如下圖所示的實(shí)驗(yàn)，5min后檢測每支試管中的原料和產(chǎn)物，結(jié)果如下表：

試管1試管2試管3產(chǎn)物無無有原料有有無(1)酶起催化作用的原理是________(填“降低”或“提供”)化學(xué)反應(yīng)活化能。(2)該實(shí)驗(yàn)需將三支試管均置于相同溫度中的目的是______________________________________。(3)本實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是_______________。降低排除無關(guān)變量(溫度)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾酶具有專一性(4)請從下面所給的實(shí)驗(yàn)材料中選擇合適的材料并利用實(shí)驗(yàn)室中的相關(guān)設(shè)備，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究溫度對淀粉酶活性的影響。實(shí)驗(yàn)材料：糖甲溶液；糖乙溶液；糖丙溶液；淀粉酶；冰水；常溫水；沸水；碘液；斐林試劑等。實(shí)驗(yàn)步驟：①取6支潔凈的試管，向三支試管中均加入1mL淀粉酶溶液，編號為A、B、C。另三支試管均加入2mL________溶液，編號為E、F、G；糖丙②將A、E號試管放入冰水中，B、F號試管放入常溫水中，C、G號試管放入沸水中，保溫一段時間；③將編號A、B、C的試管內(nèi)的溶液分別注入