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1、 生物实验原理及其在解题过程中的应用华中师大一附中华中师大一附中 高高少初少初一、什么是实验原理 实验原理就是进行实验实验原理就是进行实验研究所依据的科学道理研究所依据的科学道理 实验原理：实验原理： 淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在酶的催化作用下淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在酶的催化作用下都能水解成还原糖。还原糖能够与斐林试剂发生氧化还都能水解成还原糖。还原糖能够与斐林试剂发生氧化还原反应，生成砖红色的氧化亚铜沉淀。原反应，生成砖红色的氧化亚铜沉淀。 用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖溶液，再用斐林试剂鉴用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖溶液，再用斐林试剂鉴定溶液中有无还原糖，定溶液中有无还原糖， 就可以看出
2、就可以看出淀粉酶能否催化这两种化学反应。淀粉酶能否催化这两种化学反应。例例1 1：（学生实验五）：（学生实验五）探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用 （根据颜色反应）（根据颜色反应） 该实验原理是：该实验原理是： 某些化学试剂能够使生物组织中的有关有机化合物某些化学试剂能够使生物组织中的有关有机化合物产生特定的颜色反应：产生特定的颜色反应： 还原糖还原糖+斐林试剂斐林试剂砖红色沉淀砖红色沉淀 脂肪脂肪+苏丹苏丹（或苏丹（或苏丹）橘黄色（或红色）橘黄色（或红色） 蛋白质蛋白质+双缩尿双缩尿紫色反应紫色反应 因此因此， 根据根据与某些化学试剂所产生的颜色反应，鉴定生物组织中糖、
3、与某些化学试剂所产生的颜色反应，鉴定生物组织中糖、脂肪、蛋白质的存在。脂肪、蛋白质的存在。 （学生实验一）生物组织中（学生实验一）生物组织中 还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定 （让待检组织样液与显色剂混和反应）（让待检组织样液与显色剂混和反应）二、如何写实验原理 （1）相关）相关理论知识理论知识 （3）检测手段（含观测指标）检测手段（含观测指标） （2）大致的）大致的处理方案方法处理方案方法1 1、实验原、实验原理的内容理的内容 2 2、从方法步骤中提炼出实验原理、从方法步骤中提炼出实验原理书写原理时往往书写原理时往往只针对实验组只针对实验组的的处理处理和和变化变化进行叙述
4、，讲清前因后果。进行叙述，讲清前因后果。原理中要求写清对同一实验对象实施原理中要求写清对同一实验对象实施不同自变量处理时的变化不同自变量处理时的变化。等组实验法：等组实验法：单组单组实验法：实验法：例例2：（：（05全国卷全国卷30题）题）为了验证胰岛素具有降低血糖的作用，以小鼠活动状况为了验证胰岛素具有降低血糖的作用，以小鼠活动状况为观察指标设计实验。某同学的实验方案如下：为观察指标设计实验。某同学的实验方案如下：将正常小鼠随机分成将正常小鼠随机分成A、B两组，观察并记录其活动两组，观察并记录其活动状况。状况。A组小鼠注射适量胰岛素溶液，组小鼠注射适量胰岛素溶液，B组注射等量生理盐组注射等量
5、生理盐水。一段时间后，水。一段时间后，A组小鼠会出现四肢无力，活动减少，组小鼠会出现四肢无力，活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，甚至昏迷等低血糖症状，B组活动状况无变化。组活动状况无变化。A组小鼠出现低血糖症状后，分别给组小鼠出现低血糖症状后，分别给A、B两组小鼠两组小鼠注射等量葡萄糖溶液。一段时间后，注射等量葡萄糖溶液。一段时间后，A组小鼠低血糖症状组小鼠低血糖症状缓解，缓解，B组活动状况无变化。组活动状况无变化。 该实验方案可以说明胰岛素该实验方案可以说明胰岛素具有降低血糖的作用。具有降低血糖的作用。请回答：请回答：(1)该实验原理是：该实验原理是： 。 方法步骤：方法步骤： 分组、编号，分
6、组、编号，记录初始活动记录初始活动状况状况 A组（实验组）组（实验组）B组（对照组）组（对照组）注射注射适量胰岛素适量胰岛素等量生理盐水等量生理盐水 观察观察出现低血糖症状出现低血糖症状活动状况无变化活动状况无变化注射注射葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖 观察观察低血糖症状缓解低血糖症状缓解活动状况无变化活动状况无变化胰岛素具有降低血糖的作用。胰岛素具有降低血糖的作用。 体内胰岛素含量过高体内胰岛素含量过高血糖下降血糖下降 活动减活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，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。此症状可以通过补充葡萄糖溶液得到缓解。 （相关知识）（相关知识）（方案方法：
7、（方案方法：胰岛素胰岛素观察观察补充葡萄糖补充葡萄糖观察）观察） （观察指标：活动状况）（观察指标：活动状况）实验原理：实验原理：等组实验法等组实验法例3：（学生实验七）质壁分离及复原实验原理 当细胞液浓度外界溶液浓度当细胞液浓度外界溶液浓度细胞失水使细胞壁和原生质层都出现收缩细胞失水使细胞壁和原生质层都出现收缩由于原生质层伸缩性细胞壁的伸缩性由于原生质层伸缩性细胞壁的伸缩性 原生质层与细胞壁分离，即质壁分离原生质层与细胞壁分离，即质壁分离当细胞液浓度外界溶液浓度当细胞液浓度外界溶液浓度细胞吸水，原生质层涨大细胞吸水，原生质层涨大原生质层逐渐与细胞壁紧贴发生质壁分离复原。原生质层逐渐与细胞壁紧
8、贴发生质壁分离复原。浓蔗浓蔗糖处糖处理理清水清水处理处理暗处：植物呼吸作用消耗暗处：植物呼吸作用消耗密闭装置中的密闭装置中的O2 ，产生的，产生的CO2被被NaOH吸收吸收例例4：（市二月调考题第：（市二月调考题第2问）问）探究植物地上部分探究植物地上部分能否给地下部分供氧能否给地下部分供氧 分别检测分别检测保留植物的根保留植物的根和和剪掉该植物的根剪掉该植物的根两种状态两种状态下，同一个密闭装置中下，同一个密闭装置中O2的消耗利用速度（以指针偏转的消耗利用速度（以指针偏转一格所需时间计），就能确定植物地上部分能否向地下一格所需时间计），就能确定植物地上部分能否向地下部分供氧。部分供氧。密闭装
9、置中气体气压减小密闭装置中气体气压减小 装置所受浮力减小装置所受浮力减小 指针左偏指针左偏NaOHNaOH溶液溶液实验实验原理原理 方法方法步骤步骤 选择实验材料选择实验材料 选择观测指标选择观测指标 预测、预测、分析实分析实验结果验结果 总结总结提炼提炼指导指导 三、实验原理在解题过程中的应用指导指导指导指导指导指导 例例5：肾上腺素能使血糖浓度升高。为了验证肾上腺素能使血糖浓度升高。为了验证“胰岛素胰岛素具有降低血糖胰高血糖素具有升高血糖具有降低血糖胰高血糖素具有升高血糖”的作用，请以大的作用，请以大白鼠活动状况为观察指标设计实验加以验证。白鼠活动状况为观察指标设计实验加以验证。 （一）实
10、验材料和用具：大白鼠，生理盐水，生理盐水配（一）实验材料和用具：大白鼠，生理盐水，生理盐水配制的适宜浓度胰高血糖素、胰岛素和肾上腺素溶液，葡糖制的适宜浓度胰高血糖素、胰岛素和肾上腺素溶液，葡糖糖溶液、注射器等。糖溶液、注射器等。（二）实验原理：胰岛素使机体的血糖浓度下降，当给动（二）实验原理：胰岛素使机体的血糖浓度下降，当给动物注射大剂量的胰岛素时，动物因血糖浓度下降而导致昏物注射大剂量的胰岛素时，动物因血糖浓度下降而导致昏迷，胰高血糖素和肾上腺素都能使机体血糖浓度升高，因迷，胰高血糖素和肾上腺素都能使机体血糖浓度升高，因而能抵抗胰岛素的作用，使因胰岛素作用而昏迷后的动物而能抵抗胰岛素的作用，
11、使因胰岛素作用而昏迷后的动物苏醒。苏醒。（三）实验步骤及预期结果（三）实验步骤及预期结果 1、取、取10只长势相同正常大白鼠，随机编号标记；只长势相同正常大白鼠，随机编号标记；2、任取、任取2只大白鼠腹腔注射生理盐水作对照组，其活动都只大白鼠腹腔注射生理盐水作对照组，其活动都正常；正常；3、其余、其余8只只 （三）实验步骤及预期结果（三）实验步骤及预期结果 步骤一步骤一结果结果步骤二步骤二结果结果1生理盐水生理盐水 正常正常2大剂量且大剂量且等量的胰等量的胰岛素溶液岛素溶液都出现四都出现四肢无力，肢无力，活动减少，活动减少，甚至昏迷甚至昏迷等低血糖等低血糖症状症状胰高血糖素胰高血糖素溶液溶液都
12、都苏苏醒醒3葡萄糖溶液葡萄糖溶液4肾上腺素溶肾上腺素溶液液5生理盐水生理盐水仍昏迷仍昏迷 例例6（06全国卷全国卷30题）题） 为了验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中有气体的产生和消为了验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中有气体的产生和消耗，请用所提供的实验材料与用具，在给出的实验步骤和预测实耗，请用所提供的实验材料与用具，在给出的实验步骤和预测实验结果的基础上，继续完成实验步骤的设计和预测实验结果，并验结果的基础上，继续完成实验步骤的设计和预测实验结果，并对你的预测结果进行分析。对你的预测结果进行分析。实验材料与用具：烟草幼苗、试管两支、蒸馏水、实验材料与用具：烟草幼苗、试管两支、蒸馏水、Na
13、HCO3稀溶稀溶液（为光合作用提供原料）、真空泵、暗培养箱、日光灯（实验液（为光合作用提供原料）、真空泵、暗培养箱、日光灯（实验过程中光照和温度等条件适宜，空气中过程中光照和温度等条件适宜，空气中O2和和CO2在水中的溶解量在水中的溶解量及无氧呼吸忽略不计）。及无氧呼吸忽略不计）。实验步骤和预测实验结果：实验步骤和预测实验结果：（1）剪取两小块相同的烟草叶片，分别放入盛有等量蒸馏水和）剪取两小块相同的烟草叶片，分别放入盛有等量蒸馏水和NaHCO3稀溶液的两支试管中，此时，叶片均浮在液面上。稀溶液的两支试管中，此时，叶片均浮在液面上。（2）用真空泵抽去两支试管内液体中和叶肉细胞间隙中的气体后，）
14、用真空泵抽去两支试管内液体中和叶肉细胞间隙中的气体后，敞开试管口，可观察到叶片均下沉到试管底部。敞开试管口，可观察到叶片均下沉到试管底部。（3）分析预测的结果：分析预测的结果：给叶片提供给叶片提供COCO2 2（稀（稀NaHCONaHCO3 3 ）实验原理：实验原理：光合作用产生光合作用产生的的O O2 2多于呼吸多于呼吸作用消耗的作用消耗的O O2 2 叶片上浮叶片上浮 叶片只进行叶片只进行呼吸作用呼吸作用 叶片又逐渐下沉叶片又逐渐下沉 消耗细胞间隙的消耗细胞间隙的O O2 2 ，放出的，放出的COCO2 2溶于稀溶于稀NaHCONaHCO3 3光照下：光照下： 黑暗处：黑暗处：NaHCON
15、aHCONaHCONaHCO3 3 3 3稀溶液稀溶液稀溶液稀溶液蒸馏水蒸馏水蒸馏水蒸馏水照光照光 照光照光 A B NaHCONaHCONaHCONaHCO3 3 3 3稀溶液稀溶液稀溶液稀溶液蒸馏水蒸馏水蒸馏水蒸馏水 A B NaHCONaHCONaHCONaHCO3 3 3 3稀溶液稀溶液稀溶液稀溶液蒸馏水蒸馏水蒸馏水蒸馏水 黑暗黑暗 黑暗黑暗 A B实验步骤和预测实验结果：实验步骤和预测实验结果： 日光灯下日光灯下暗培养箱暗培养箱实验步骤和预测实验结果实验步骤和预测实验结果 （文字叙述）（文字叙述） （3）将将这这两两支支试试管管放放在在日日光光灯灯下下 ，照照光光一一段段时时间间。结
16、结果果：NaHCO3稀稀溶溶液液中中的的叶叶片上浮，蒸馏水中的叶片仍在试管底部。片上浮，蒸馏水中的叶片仍在试管底部。（4）再再将将这这两两支支试试管管放放在在暗暗培培养养箱箱中中一一段段时时间间。结结果果：NaHCO3稀稀溶溶液液中中的的叶叶片片下沉，蒸馏水中的叶片仍在试管底部。下沉，蒸馏水中的叶片仍在试管底部。稀稀NaHCONaHCO3 3 管管预测的结果：预测的结果：光合作用放光合作用放O O2 2多于呼吸多于呼吸作用耗作用耗O O2 2 叶片上浮叶片上浮 呼吸作用消耗细呼吸作用消耗细胞间隙胞间隙O O2 2, ,放出的放出的COCO2 2溶于溶于NaHCONaHCO3 3 叶片下沉叶片下
17、沉 光照下：光照下： 黑暗处：黑暗处：蒸馏水管蒸馏水管叶肉细胞间叶肉细胞间隙隙O O2 2增加增加 缺乏缺乏COCO2 2和和O O2 2，不进行光合作不进行光合作用和有氧呼吸用和有氧呼吸叶肉细胞间叶肉细胞间隙缺乏气体隙缺乏气体 仍沉于底部仍沉于底部 稀稀NaHCONaHCO3 3 管管 蒸馏水管蒸馏水管叶肉细胞间叶肉细胞间隙缺乏气体隙缺乏气体 蒸馏水中缺乏蒸馏水中缺乏O O2 2，叶片不进，叶片不进行有氧呼吸行有氧呼吸 叶肉细胞间隙叶肉细胞间隙仍缺乏气体仍缺乏气体 仍沉于底部仍沉于底部 分析分析（1）光照下，）光照下，NaHCO3稀溶液中的叶片稀溶液中的叶片进行光合作用，进行光合作用，释放出
18、的释放出的O2多于呼吸作用消耗的多于呼吸作用消耗的O2，叶肉细胞间隙中的，叶肉细胞间隙中的O2增加，叶片上浮。而增加，叶片上浮。而蒸馏水中蒸馏水中缺乏缺乏CO2和和O2，叶片不能，叶片不能进行光合作用和有氧呼吸，叶肉细胞间隙缺乏气体，因此进行光合作用和有氧呼吸，叶肉细胞间隙缺乏气体，因此叶片仍位于试管底部。叶片仍位于试管底部。（2）黑暗中，）黑暗中，NaHCO3稀溶液中的叶片稀溶液中的叶片进行呼吸作用，进行呼吸作用，消耗了叶肉细胞间隙中的消耗了叶肉细胞间隙中的O2，放出的，放出的CO2溶于溶于NaHCO3稀稀溶液中，叶肉细胞间隙缺乏气体，叶片下沉。溶液中，叶肉细胞间隙缺乏气体，叶片下沉。蒸馏水
19、中蒸馏水中缺缺乏乏O2，叶片不能进行有氧呼吸，叶肉细胞间隙仍缺乏气体，叶片不能进行有氧呼吸，叶肉细胞间隙仍缺乏气体，因此叶片仍位于试管底部因此叶片仍位于试管底部 。 分析预测的结果分析预测的结果（文字叙述）（文字叙述）光下光下绿叶吸绿叶吸COCO2 2 2 2产生产生淀粉淀粉叶片（淀粉）遇碘变蓝叶片（淀粉）遇碘变蓝碳碳碳碳酸酸酸酸氢氢氢氢钠钠钠钠石石石石灰灰灰灰水水水水石灰水吸收空气中石灰水吸收空气中COCO2 2 2 2绿叶不能产生淀粉绿叶不能产生淀粉叶片遇碘不变蓝叶片遇碘不变蓝实验原理实验原理 实验：验证实验：验证COCO2 2是光合作用的必要条件是光合作用的必要条件方案一方案一 实验：验
20、证实验：验证COCO2 2是光合作用的必要条件是光合作用的必要条件方案二方案二实验原理实验原理 光下光下植物吸收植物吸收COCO2 2 2 2 放放O O2 2 右侧装置气压右侧装置气压大于左侧大于左侧 红色液滴左移红色液滴左移光下光下绿叶光合作用吸绿叶光合作用吸收水中收水中COCO2 2 2 2放出放出O O2 2 2 2实验原理：实验原理： 实验：验证实验：验证COCO2 2是光合作用的必要条件是光合作用的必要条件O O2 2 2 2积累在细胞间积累在细胞间叶片上浮叶片上浮方案三方案三实验材料实验材料观测指标观测指标碳碳碳碳酸酸酸酸氢氢氢氢钠钠钠钠石石石石灰灰灰灰水水水水陆生植物陆生植物水
21、生植物水生植物叶片叶片特定颜特定颜色反应色反应有色液有色液滴移动滴移动叶片上浮叶片上浮 （08四川卷四川卷30.）为确定人体在运动时呼出气体中为确定人体在运动时呼出气体中CO2浓度是否比静止时高，某同学进行了如下探究：浓度是否比静止时高，某同学进行了如下探究：作出假设：人体在运动时呼出气体中作出假设：人体在运动时呼出气体中CO2浓度比静止时高。浓度比静止时高。实验过程：实验过程：在在3个烧杯中，分别注入个烧杯中，分别注入100ml蒸馏水，测定其蒸馏水，测定其PH。实验者在安静状态（静坐实验者在安静状态（静坐2min）、中度运动（步行）、中度运动（步行2min）以及剧烈运动（跳绳）以及剧烈运动（
22、跳绳2min）后，立即分别向上述）后，立即分别向上述3个烧杯的水中吹入等量气体，测定个烧杯的水中吹入等量气体，测定PH。经多次重复实验，。经多次重复实验，所得平均数据如下表：所得平均数据如下表： 该实验的原理是该实验的原理是_。运动状态运动状态安静安静中度运动中度运动剧烈运动剧烈运动实验前实验前PH6.16.16.1实验后实验后PH5.95.65.3 CO2在水中溶解后使水的在水中溶解后使水的pH下降。人在不下降。人在不同运动状态下产生的同运动状态下产生的CO2不同，溶于水后也会不同，溶于水后也会导致导致pH不同，不同，（让受试者在不同运动状态下呼出气体到水中让受试者在不同运动状态下呼出气体到
23、水中）通过测定水通过测定水pH的变化可以推测呼出气体中的变化可以推测呼出气体中CO2浓度的变化。浓度的变化。 实验原理：实验原理： （2000山西卷）山西卷）血液中的钙离子在血液凝固中起重要作用，缺血液中的钙离子在血液凝固中起重要作用，缺乏则血液不能凝固，草酸钾溶液能与血液中的钙离子发生反应，形乏则血液不能凝固，草酸钾溶液能与血液中的钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，起抗凝作用。请根据提供的实验材料和用具，简要成草酸钙沉淀，起抗凝作用。请根据提供的实验材料和用具，简要写出第二步及以后的实验步骤和实验结果，验证钙离子在血液凝固写出第二步及以后的实验步骤和实验结果，验证钙离子在血液凝固中的作用。中的
24、作用。 一、实验材料和用具：家兔、生理盐水、酒精棉、适宜浓度的草酸一、实验材料和用具：家兔、生理盐水、酒精棉、适宜浓度的草酸钾溶液、适宜浓度的氯化钙溶液、试管、注射器（针管、针头）。钾溶液、适宜浓度的氯化钙溶液、试管、注射器（针管、针头）。二、实验步骤和实验结果：二、实验步骤和实验结果： 第一步：在第一步：在A、B试管中分别加入等量的草酸钾溶液和生理盐水。试管中分别加入等量的草酸钾溶液和生理盐水。第二步：第二步：分组编号分组编号 A管（实验组）管（实验组） B管（对照组）管（对照组）第一步第一步 草酸钾草酸钾 等量生理盐水等量生理盐水第二步第二步 用酒精棉消毒耳朵，用注射器静脉取血用酒精棉消毒耳朵，用注射器静脉取血第三步：第三步： 立即将血液平均加入到立即将血液平均加入到A、B中，静中，静 置一段时间置一段时间结果：结果： 不凝固不凝固 凝固凝固第四步：第四步： 加入等量氯化钙溶液加入等量氯化钙溶液 结果：结果： 凝固凝固 仍凝固仍凝固
