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专题三 实验设计能力培养及答题技巧
【题型01 实验分析类】
【 从实验“变量”和“对象”两个角度入手，找到解题突破口 】
一、熟核心 知体系
实验综合大题，一般有多物质、多过程、多原因、多变化等“四多”特点。学生一看
到繁杂的实验大题，往往未做题先惧三分。面对实验大题，如何沉下心来，理出头绪，找
准思维主线，成为解题成败的关键。抓住实验“变量”和“对象”两个关键点，可顺利找
到解题突破口。
一、实验中变量的确定及控制
(一)辨析不同探究类实验的变量
实验名称
自变量
因变量
无关变量
探究温度对淀粉酶活
性的影响
不同温度
(至少三
种)
酶的活性(加碘液后溶液
颜色的变化)
pH、底物量、酶量、试管的
洁净程度、反应时间、操作
程序等
探究pH 对过氧化氢
酶活性的影响
不同
pH
(至少三
种)
酶的活性(气泡的数量或
带火星的卫生香燃烧的
猛烈程度)
温度、底物量、酶量、试管
的洁净程度、反应时间、操
作程序等
探究酵母菌的
呼吸方式
O2的有无
CO2生成量(澄清石灰水
的混浊程度)；酒精产生
量(酸性重铬酸钾溶液的
颜色变化)
葡萄糖溶液、石灰水的量、
温度、pH、锥形瓶的洁净程
度等
模拟探究细胞表面积
与体积的关系
细胞体积
的大小
物质运输的效率
琼脂块的一致性、NaOH 溶
液的量、浸泡的时间、测量
的准确性等
探究生长素类似物促
进插条生根的最适浓
度
不同浓度
的生长素
类似物
扦插枝条的生根数量或
长度
实验材料的一致性、生长素
类似物浓度的准确性、处理
时间的一致性等
探究培养液中酵母菌
时间
酵母菌种群的数量
培养液的成分、培养条件、
1
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数量的动态变化
空间等
探究水族箱中的群落
演替
时间
群落的变化
水族箱的培养条件和环境等
(二)实验中变量的控制
1．自变量的处理方法
(1)“加”或“减”：如验证甲状腺激素的生理作用——“加”即口服或注射该激素；
“减”即手术切除甲状腺。
(2)“换”：如探究温度对酶活性的影响实验，对自变量温度无法“加”或“减”，就
用“换”的方法。
2．无关变量的控制方法
消除法
排除或隔离无关变量对实验结果的影响。例如，在验证“生长素能促进果
实发育”的实验中，有一组要求无生长素，需开花前用纸袋将雌花套住，
排除外来花粉的干扰
恒定法
在整个实验中，尽量使所有的实验条件、实验处理、实验对象等都恒定不
变。例如，在“探究淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用”实验中，始终将试
管处于恒温水浴中，以消除温度这一无关变量对实验结果的影响
平衡法
设立对照组，除自变量外，无关变量对实验组与对照组的影响都是均等
的。从而可不计无关变量的影响，得到实验变量的效果
3．因变量的确定方法
因变量必须是可测量或可观察的指标，例如某溶液中是否存在淀粉酶，肉眼看不到，
通过实验加淀粉，但淀粉含量是否发生变化还是看不到，所以需要通过加碘液或斐林试剂
进行颜色方面的鉴定，即是否出现蓝色或砖红色沉淀这些现象作为因变量的检测指标。
二、知真题 明考向
1．（2023·海南·高考真题）禾谷类种子萌发过程中，糊粉层细胞合成蛋白酶以降解其自身
贮藏蛋白质，为幼苗生长提供营养。为探究赤霉素在某种禾谷类种子萌发过程中的作用，
某团队设计并实施了A、B、C 三组实验，结果如图。下列有关叙述正确的是（ ）
2
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A．本实验中只有A 组是对照组
B．赤霉素导致糊粉层细胞中贮藏蛋白质的降解速率下降
C．赤霉素合成抑制剂具有促进种子萌发的作用
D．三组实验中，蛋白酶活性由高到低依次为B 组、A 组、C 组
【答案】D
【详解】A、本实验的自变量是处理方式及时间，A 组属于空白对照组，但当自变量为时间
时，处理时间为0 的B 组和C 组也是对照组，A 错误；B、添加赤霉素的B 组，蛋白质总含
量低于未加入赤霉素的A 组，更低于用赤霉素合成抑制剂处理的C 组，说明赤霉素导致糊
粉层细胞中贮藏蛋白质的降解速率增加，B 错误；C、赤霉素可促进蛋白质的分解，为幼苗
生长提供营养，促进萌发，而赤霉素合成抑制剂抑制蛋白质的降解，抑制种子萌发，C 错
误；D、随着时间变化，蛋白质总含量C 组大于A 组大于B 组，说明B 组蛋白质最少，酶的
活性最高，即蛋白酶活性由高到低依次为B 组、A 组、C 组，D 正确。故选D。
2．（2023·山东·高考真题）当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对光反应阶段的PSⅡ
复合体（PSⅡ）造成损伤，使PSⅡ活性降低，进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非
光化学淬灭（NPQ）将过剩的光能耗散，减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H 蛋
白有2 个功能：①修复损伤的PSⅡ；②参与NPQ 的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H
基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突
变体光照的强度相同，且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。
(1)该实验的自变量为
。该实验的无关变量中，影响光合作
用强度的主要环境因素有
（答出2 个因素即
可）。
(2)根据本实验，
（填“能”或“不能”）比较出强光照射下突变体与野
生型的PSⅡ活性强弱，理由是
。
(3)据图分析，与野生型相比，强光照射下突变体中流向光合作用的能量 （填
3
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“多”或“少”）。若测得突变体的暗反应强度高于野生型，根据本实验推测，原因是
。
【答案】(1)光、H 蛋白 CO2浓度、温度 (2)不能 突变体PS11 系统光损伤小但
不能修复，野生型光PS11 系统损伤大但能修复 (3)少 突变体PNQ 高，PS11 系统
损伤小，虽然损伤不能修复，但是PS11 活性高，光反应产物多
【详解】（1）据题意拟南芥的野生型和H 基因缺失突变体为材料进行了相关实验，实验中
强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，结合题图分析实验的自变量有光照、H 蛋
白；影响光合作用强度的主要环境因素有CO2浓度、温度、水分等。（2）据图分析，强光
照射下突变体的NPQ/相对值比野生型的NPQ/相对值高，能减少强光对PSⅡ复合体造成损
伤。但是野生型含有H 蛋白，能对损伤后的PSⅡ进行修复，故不能确定强光照射下突变体
与野生型的PSⅡ活性强弱。（3）据图分析，强光照射下突变体中NPQ/相对值，而NPQ
能将过剩的光能耗散，从而使流向光合作用的能量减少；突变体的NPQ 强度大，能够减少
强光对PSII 的损伤且减少作用大于野生型H 蛋白的修复作用，这样导致突变体的PSⅡ活性
高，能为暗反应提供较多的NADPH 和ATP 促进暗反应进行，因此突变体的暗反应强度高于
野生型。
3.（2022·福建·统考高考真题）高浓度NH4NO3会毒害野生型拟南芥幼苗，诱导幼苗根毛畸
形分叉。为研究高浓度NH4NO3下乙烯和生长素（IAA）在调节拟南芥幼苗根毛发育中的相
互作用机制，科研人员进行了相关实验，部分结果如下图。
注：甲是蛋白M 缺失的IAA 不敏感型突变体，乙是蛋白N 缺失的IAA 不敏感型突变体；ACC
是乙烯合成的前体；分叉根毛比率=分叉根毛数/总根毛数×100%。
下列叙述正确的是（ ）
A．实验自变量是不同类型的拟南芥突变体、乙烯或IAA
B．实验结果表明，IAA 对根毛分叉的调节作用具有两重性
C．高浓度 NH4NO3下，外源IAA 对甲的根系保护效果比乙的好
4
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D．高浓度 NH4NO3下，蛋白M 在乙烯和IAA 抑制根毛分叉中发挥作用
【答案】D
【详解】A、分析题意可知，本实验目的是研究高浓度NH4NO3下乙烯和生长素（IAA）在调
节拟南芥幼苗根毛发育中的相互作用机制，结合题图可知，实验的自变量是拟南芥植株的
类型、添加的试剂类型，A 错误；
B、两重性是指高浓度促进，低浓度抑制，据图可知，在高浓度NH4NO3下，三组实验的添
加IAA 与不添加激素组相比，IAA 调节三种类型的拟南芥幼苗根毛分叉的作用为抑制或不影
响，没有促进作用，不能体现两重性，B 错误；C、分析题图可知，乙组的抑制根毛分叉的
效果更明显，甲组几乎不起作用，故高浓度NH4NO3下，外源IAA 对乙的根系保护效果比甲
的好，C 错误；D、对比甲乙可知，高浓度下蛋白M 缺失，乙烯和IAA 完全不能抵抗高浓度
NH4NO2对拟南芥幼苗的毒害作用，说明蛋白M 在乙烯和IAA 抑制根毛分叉中发挥作用，D
正确。故选D。
三、专题专练 能力提升
1.现有两种淀粉酶A 与B，某生物兴趣小组为探究不同温度条件下这两种淀粉酶的活性。
设计实验如下：实验原理：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；用分光光度计测量溶液的吸光度时，物质含量越多，其吸光度越大，因此可测
出物质的相对含量。
实验材料：一定浓度的淀粉溶液、相同浓度的淀粉酶A 和淀粉酶B 溶液、水浴缸、温度计
等。
实验过程：
步骤
组别
1
2
3
4
5
6
7
8
①水浴缸温度（℃）
20
30
40
50
20
30
40
50
②取8 支试管各加入等量淀粉溶液，分
别保温5 分钟
10
10
10
10
10
10
10
10
③另取8 支试管各加入等量淀粉酶溶液
分别保温5 分钟
酶
A
酶
A
酶
A
酶
A
酶
B
酶
B
酶
B
酶
B
④将同温度下的两支试管中的淀粉溶液与淀粉酶溶液混合摇匀，保温5 分钟
实验结果：图甲是40℃时测定酶A 催化淀粉水解生成麦芽糖的量随时间变化的曲线，图乙
5
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是第④步保温5 分钟后，用分光光度计对各组淀粉剩余量进行检测的结果。
（1）该实验的自变量是_______________因变量的检测指标是__________，淀粉酶催化淀
粉水解的实质是______________。
（2）1、6 两组_______（填“能”或“不能”）作为对照，原因是实验设计要遵循
_________原则。
【答案】（1） ①. 酶的种类和温度 ②. 各组淀粉剩余量（或麦芽糖的生成量）
③. 降低反应所需的活化能
（2） ①. 不能 ②. 单一变量
【解析】
【分析】1、酶是由活细胞产生的具有催化活性的有机物，其中大部分是蛋白质、少量是
RNA；
2、酶的特性：①高效性：酶的催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍；②专一性：每
一种酶只能催化一种或者一类化学反应；③酶的作用条件较温和：在最适宜的温度和pH 条
件下，酶的活性最高；温度和pH 偏高或偏低，酶的活性都会明显降低。
【小问1 详解】
自变量是在实验过程中可以变化的量，本实验的目的是探究不同温度条件下这两种淀粉酶
的活性，因此本实验有两个自变量，即酶的种类和温度；因变量为各组淀粉剩余量或产物
—麦芽糖的生成量；淀粉酶催化淀粉水解的实质是降低了该反应所需的活化能。
【小问2 详解】
1、6 两组温度和酶的种类均不同，不遵循单一变量原则，所以1 和6 组不能做对照实验。
2. 用同一打孔器在一白萝卜上打出若干萝卜条，切成相同长度，均分为三组，分别置于等
体积的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ种溶液中一段时间，b 点时将三组实验的萝卜条同时放回相应溶液的低浓
度溶液中一段时间。实验期间持续观察萝卜条体积的变化，并计算相对体积，实验结果如
图所示。下列相关叙述错误的是（ ）
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A. 实验的自变量包括溶液的种类和浓度，观测指标是萝卜条的体积变化
B. 最好是用高倍镜观察，在换成高倍镜之前应该将所需要观察的对象移到视野中央
C. 观察到随萝卜条体积减小的同时，萝卜细胞的原生质层逐渐与细胞壁分离
D. b 点时Ⅱ溶液的渗透压等于细胞液的渗透压，Ⅲ溶液中的细胞己死亡
【答案】B
【解析】
【分析】状态相同的萝卜条放在三种溶液中均发生了质壁分离现象，在Ⅰ溶液和Ⅱ溶液中
初始分离速率相同，说明两溶液的浓度相等，随后Ⅰ溶液中萝卜条发生了复原，说明溶液
中的溶质能进入细胞，所以发生了自动复原现象。Ⅲ溶液中萝卜条质壁分离后，放回低渗
溶液中也不再变化，此时萝卜条细胞已经死亡。
【详解】A、实验先在不同种类的溶液中处理，后同时放回相应溶液的低浓度溶液中一段
时间，因此自变量包括溶液的种类和浓度，因变量（观测指标）是萝卜条的体积变化，A
正确；
B、观察质壁分离的实验中，不用高倍镜观察，使用的是低倍镜，B 错误；
C、随着萝卜条不断失水导致原生质体的体积减少，同时由于原生质层的伸缩性大于细胞壁
的伸缩性，因而萝卜细胞的原生质层逐渐与细胞壁分离，C 正确；
D、Ⅱ溶液中发生的是质壁分离过程，b 点前后萝卜条体积已经基本不再变化，说明已经达
到渗透平衡状态，即b 点时Ⅱ溶液的渗透压等于细胞液的渗透压。Ⅲ溶液中萝卜条质壁分
离后，放回低渗溶液中也不再变化，此时萝卜条细胞已经死亡，D 正确。
故选B。
3．CL31 是一种新型减肥药，为了研究该药物作用机制，某生物学习小组利用体外培养的
小鼠脂肪细胞进行了实验，各组处理及结果如下图所示。下列有关说法错误的是（ ）
组别
1 组
2 组
3 组
4 组
生理盐水
+
+
+
+
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肾上腺素
-
+
-
-
CL31
-
-
+
+
肾上腺素受体抗体
-
-
-
+
（注：“+”代表加入，“-”代表不加入）
A．本实验中，组1 和组2 都是对照组，组3 和组4 是实验组
B．CL31 减肥的原理是促进脂肪细胞中脂肪的氧化分解达到减肥目的
C．CL31 通过肾上腺素受体作用于脂肪细胞
D．肾上腺素受体抗体能与CL31 结合，使CL31 不能起作用
【答案】D
【分析】由实验结果推测，CL31 的减肥原理可能是促进脂肪细胞分解脂肪，且需要肾上腺
素受体参与才能起作用。
【详解】A、本实验的组1 和组2 为对照组，组3 和组4 为实验组，通过对比产热量来分析
CL31 的减肥原理，A 正确；
B、根据组1、组3 可知，CL31 的减肥原理是促进脂肪细胞分解脂肪产热，B 正确；
C、根据组1、组2 可知，肾上腺素能够促进脂肪细胞分解脂肪产热，因此小鼠脂肪细胞存
在肾上腺素受体，使其对肾上腺素产生响应，C 正确；
D、对比组2、3、4 可知，CL31 可能有类似肾上腺素的作用，但不能说明肾上腺素受体抗
体是否能与CL31 结合，D 错误。
故选D。
4．鲜猪肉去筋腱和脂肪后用绞肉机绞碎，均分为甲、乙两组，每组分为五等份，分别置于
标准样品盒中，向甲组（CK）的五个样品盒中分别添加0，10、20、30、40g/kg 的NaCl；
向乙组的五个样品盒中分别添加0，10，20，30，40g/kg 的NaCl 和10g/kg 的谷氨酰胺转氨
酶（TG），在一定条件下反应一段时间后，测定肉糜的黏结性能，实验结果如图所示。下
列相关叙述错误的是（ ）
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A．本实验的自变量是NaCl 含量，因变量是黏结性能
B．无NaCl 存在时，TG 也能使肉块的黏结性能略有增强
C．一定范围内随NaCl 含量的增大，肉糜的黏结性能逐渐增强
D．实验结果说明适当提高NaCl 含量可促进TG 提高肉糜的黏结性能
【答案】A
【分析】分析题图可知，自变量是NaCl 浓度和是否添加10g/kg 的谷氨酰胺转氨酶
（TG），因变量是肉糜的黏结性能。在一定范围内，随着NaCl 浓度提高，实验组和对照组
的肉糜的黏结性能都提高，但添加了谷氨酰胺转氨酶（TG）的实验组更显著。
【详解】A、由题意可知，本实验的自变量是NaCl 含量和TG 的有无，因变量是猪肉的黏结
性能，A 错误；
B、由实验结果可知，无NaCl 存在时，TG 也能使肉块的黏结性能略有增强，B 正确；
C、在一定范围内随着NaCl 含量的增大，肉块的黏结性能逐渐增强，C 正确；
D、该实验说明适当提高NaCl 含量可促进TG 提高肉块的黏结性能，D 正确。
故选A。
5．科学家发现大部分的乳腺癌细胞都是雌激素敏感型，乳腺癌细胞会表达雌激素受体α
（ERα），而且雌激素会促进肿瘤的生长。药物甲和药物乙对乳腺癌都有疗效，且两者联
合用药效果更好。
实验目的：验证药物甲和药物乙对乳腺癌都有治疗作用，且两者联合用药效果更好。
实验材料：人乳腺癌细胞悬液、生理盐水配制的药物甲、生理盐水配制的药物乙、生理盐
水、相应检查装置。
（要求与说明：药物浓度用量不作要求；用增殖率反映癌细胞活性，检测具体方法不作要
求）
(1)完善实验思路：
①分组：取等量已知细胞密度的人乳腺癌细胞悬液，分别加入到含细胞培养液的四组
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培养瓶中，然后置于. 中培养。
②处理：A 组：乳腺癌细胞悬液+生理盐水；
B 组： ；
C 组： ；
D 组： ；
③检测：培养一段时间后，检测乳腺癌细胞数量并计算乳腺癌细胞的
(2)预测结果：请绘制一个柱状图表示实验结果 。
(3)分析与讨论：
①雌激素可与位于肿瘤细胞 （填部位）的雌激素受体α（ERα）结合，形成
复合物。随后该复合物与DNA 特定区域结合，影响 ，从而调节相应代谢过程。
②研究发现药物甲能抑制身体产生雌激素，而药物乙能加速雌激素受体的降解，请在以上
两种药物的基础上，尝试提出一种治疗乳腺肿瘤的新思路 。
③临床发现，男性也会患乳腺癌，请根据题中信息推测可能的原因： 。
【答案】(1) CO2 培养箱 乳腺癌细胞悬液+药物甲 乳腺癌细胞悬液+药物乙
乳腺癌细胞悬液+药物甲+药物乙 增殖率
(2)
(3) 细胞内（细胞质、细胞核、胞浆均可） 激素-受体 基因的表达 减少
雌激素与相应受体的结合 该男性体内产生了较多的雌激素（乳腺细胞表达了更多的雌
激素受体）
【分析】实验设计要遵循对照原则和单一变量原则，本实验的单一变量为是否加入药物甲
和药物乙，因变量是乳腺癌细胞的增殖率。
【详解】（1）本实验要验证药物甲和药物乙对乳腺癌都有治疗作用，且两者联合用药效果
更好，自变量为是否给予药物甲、药物乙以及同时给予药物甲和药物乙，因变量为乳腺癌
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细胞的数量，故实验需要分四组。根据实验设计的对照原则和单一变量原则，结合题干所
给的实验材料和用具，可设计的实验思路如下：①分组：取等量已知细胞密度的人乳腺癌
细胞悬液，分别加入到含细胞培养液的四组培养瓶中，然后置于CO2 培养箱中培养。
②处理：A 组：乳腺癌细胞悬液+生理盐水；B 组：乳腺癌细胞悬液+药物甲；C 组：乳腺癌
细胞悬液+药物乙；D 组：乳腺癌细胞悬液+药物甲+药物乙；
③检测：培养一段时间后，检测乳腺癌细胞数量并计算乳腺癌细胞的增殖率。
（2）预测结果：药物甲和药物乙对乳腺癌都有疗效，且两者联合用药效果更好，所以B 组、
C 组和D 组乳腺细胞的增殖率都低于A 组，且D 组乳腺细胞的增殖率最低，柱状图表示的
实验结果如图：
（3）①雌激素为脂溶性激素，所以雌激素可与位于肿瘤细胞细胞内的雌激素受体α
（ERα）结合，形成激素-受体复合物。随后该复合物与DNA 特定区域结合，影响基因的表
达，从而调节相应代谢过程。
②研究发现药物甲能抑制身体产生雌激素，而药物乙能加速雌激素受体的降解，因此可以
研究通过减少雌激素与相应受体的结合治疗乳腺肿瘤的新思路。
③分析题中信息可推测男性患乳腺癌的原因可能为该男性体内产生了较多的雌激素或该男
性乳腺细胞表达了更多的雌激素受体。
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