例析高考中常見裝置圖總結及解題策略
2010-04-29 00:00:00車未艾
中學生物學 2010年4期
文件編號：1003—7586(2010)04—0056—04
摘 要 以光合作用與呼吸作用在高考中常見的裝置圖為例進行了總結，并選擇了經典例題剖析了該類型題目的解題策略。
關鍵詞 裝置圖 光合作用 細胞呼吸 解題策略
中圖分類號 G633.91 文獻標識碼B
裝置圖是高考中的新題型，該題型所占的分值呈逐年上升趨勢。在2009年天津卷生物部分解讀中也明確規定：通過概念圖。裝置圖、實驗裝置圖、曲線圖和表格等形式，從基本、核心、重點等知識領域，考查學生運用所學生物學知識科學分析實驗的能力、識圖能力、運用數學模型解釋生物學知識的能力。裝置圖題符合新課程理念，對于能力考查等具有積極的導向作用，所以在二輪復習中教師應給予重點訓練。
1 物理模型與裝置圖概述
模型是人們為了某種特定目的而對認識對象所作的一種簡化的概括性描述。模型的形式很多，包括物理模型、概念模型、數學模型等。物理模型以實物或圖畫形式直觀表達認識對象的特征，可以模擬客觀事物的某些功能和性質，它包括實物模型和思想模型兩類。在高中生物課程中經常使用的實物模型如反映生物體結構的標本，模擬模型如細胞結構模型、各種組織器官的立體結構模型等。思想模型是物質模型在思維中的引申，根據構建模型的思想方法的不同，又可以分為兩類。一類是以形象化方法構建的具象模型，它是人們在思維中通過對生物原型的簡化和純化而構思出來的。具象模型具有一定的形態結構特征，如DNA分子雙螺旋結構模型、生物膜液態鑲嵌模型等，它能使研究對象直觀化，既可以促進研究，又可以簡略描述研究成果，使之便于理解和傳播。另一類是以抽象思維方法構建的抽象模型，是人們抽象出生物原型某些方面的本質屬性而構思出來的，例如呼吸作用過程圖解、光合作用過程圖解等過程抽象模型、食物鏈和食物網等系統抽象模型。這類模型使研究對象簡化，在科學研究中常被用于計算推導，引申觀察和實驗的結論等方面。裝置圖是高考物理模型類題中最重要的呈現方式，主要包括滲透裝置。光合和呼吸作用裝置、神經調節(電流表)裝置及生長素裝置，光合作用和呼吸作用是歷年高考的重點和難點，下面以該部分裝置圖為例。
2 光合作用與呼吸作用常見裝置圖總結
2.1 呼吸作用裝置：密閉小室+二氧化碳吸收劑(圖1)
2.2 光合作用裝置：密閉透光小室+二氧化碳緩沖劑(圖2)
3 光合作用與呼吸作用裝置圖題解題策略
3.1 兩大裝置圖中實驗控制方法小結 (1)除去光合對呼吸的干擾——給植株遮光(黑暗處理)。
(2)除去葉中原有淀粉——置于黑暗環境(饑餓處理)。
(3)除去容器中CO2——NaOH溶液(KOH溶液)。
(4)維持小室內CO2濃度的相對恒定——CO2緩沖液(NaHCO3溶液)。
(5)測定密閉小室氣體變化量——帶刻度的液滴。
3.2 經典例題解析
某轉基因作物有很強的光合作用強度。某中學生物興趣小組在暑假開展了對該轉基因作物光合強度測試的研究課題，設計了如下裝置(圖3)。請你利用下列裝置完成光合作用強度的測試實驗，并分析回答有關問題。
I 實驗步驟
(1)先測定植物的呼吸作用強度，方法步驟是：
①_____________________________________；
②______________________________________。
③30 min后分別記錄甲、乙兩裝置紅墨水滴移動的方向和刻度。
(2)測定植物的凈光合作用強度，方法步驟是：
①______________________________________；
②______________________________________。
③30 min后分別記錄甲、乙兩裝置紅墨水滴移動的方向和刻度。
(3)實驗操作30 min后，記錄甲裝置紅墨水滴移動情況(表1)。
Ⅱ 實驗分析：
假設紅墨水滴每移動1 cm，植物體內的葡萄糖增加或減少1g。那么該植物的呼吸作用速率是_______g／h。白天光照15h，一晝夜葡萄糖的積累量是_____g(不考慮晝夜溫差影響)。
解析：
(1)明確裝置類型是基礎。
首先要看清實驗材料，如果是植物則白天既可以進行光合作用又能進行呼吸作用，而夜晚只能進行呼吸作用；如果是植物的種子或果實、動物及酵母菌等都只能進行呼吸作用。本題中的實驗材料為轉基因作物，所以可以用作測定兩種代謝活動的裝置。
其次根據常見裝置圖總結規律，配備好恰當的儀器或設備，尤其要注意細節。在本題中如果是測定呼吸作用強度的裝置，D中應為NaOH，而且要做到遮光處理，如果是測定凈光合作用強度的裝置，D中應為NaHCO3。
最后應用單一變量原則和對照原則做出正確的答案，在本題中乙裝置的實驗材料為死的轉基因作物，應該使學生明確乙裝置是對照組，起到校正作用，還要注意實驗的其他條件(如溫度)要相同。
(2)分析重要試劑及設備作用是關鍵。
本題中要明確NaOH溶液、NaHCO3溶液及帶刻度的液滴的作用。在測定呼吸作用裝置中，由于NaOH溶液吸收了二氧化碳，所以液滴的移動是因為消耗了氧氣，甲裝置應向左移動1.5cm。在測定凈光合作用裝置中，NaHC03溶液維持了小室中二氧化碳濃度的相對恒定，液滴的移動是光合作用產生的氧氣與呼吸作用消耗氧氣的差值，但因為白天時凈光合作用大于零，所以甲裝置應向右移4.5cm。
(3)遷移知識、靈活應用是靈魂。
在測定呼吸作用的裝置中，甲裝置左移1.5cm，乙裝置右移0.5cm，所以30 min后實際向左移動了2cm。根據紅墨水每移動1cm，植物體內葡萄糖增加或減少1g，那么每小時植物呼吸作用消耗了4g葡萄糖。這一設問形式體現了對學生靈活應用知識能力的考查。
在測定凈光合作用的裝置中，甲裝置右移了4.5cm，乙裝置右移了0.5cm，所以30min后實際向右移動了4cm。所以每小時凈光合積累葡萄糖量為8g。一晝夜葡萄糖積累量=葡萄糖產生量一呼吸作用消耗量，在計算時用(8+4)x15-4x24=84g。在這一問中體現了培養學生遷移光合作用與呼吸作用知識點的能力。
參考答案：
I (1)①甲乙兩裝置的D中都放入NaOH溶液，裝置乙做對照組(校正作用)。
⑦將裝置甲乙的玻璃鐘罩遮光處理，放在溫度等相同的環境中。
(2)①甲乙兩裝置的D中都放入NaHCO3溶液，裝置乙做對照組(校正作用)。
②將裝置甲乙放在光照充分、溫度等相同的環境中。
(3)測定植物呼吸作用甲裝置左移1.5cm；測定植物凈光合作用甲裝置向右移4.5cm
Ⅱ 4 84
3.3 變式訓練
利用下列裝置(圖4)研究CO2含量和光照強度對大豆光合作用的綜合影響。實驗時使用生長發育狀況一致的大豆植株在室溫25℃下進行，通過緩沖液調節密室空間內C02濃度的相對恒定。對各組試驗裝置精確測量的液滴移動數值記錄于表2。據圖表分析回答：
(1)在較強光照下，每組裝置中液滴右移的生理原因是_______________________________________。
(2)由6組狀態到7組狀態，大豆葉綠體內C3 和c，化合物的含量變化是__________________。
(3)若在6組、7組之間增加一組實驗，光強為800lx，CO2濃度為0.05％。預期這一條件下裝置中液滴向右移動的范圍是____________mm·h-2之間。
(4)第8組、9組的實驗結果相同，限制第9組裝置光合作用的主要因素是_____________________。
(5)若將該裝置放置于黑暗條件下，則裝置中毛細刻度管內的液滴應向——方移動，原因是_________________。
(6)為了防止無關因子對實驗結果的干擾，本實驗還應設置對照實驗，對照實驗裝置與實驗組裝置的區別是_________________。
(7)如果將試管中的CO2緩沖液改為水，則黑暗條件下實驗測得的數據指標是________________值。
參考答案：
(1)光合作用O2釋放量大于呼吸作用吸收O2量
(2)C3化合物含量減少，C3化合物增多
(3)60-112
(4)CO2濃度
(5)左 細胞呼吸時消耗O2釋放CO2，CO2被緩沖液吸收，使密室內氣體總量減少，氣壓降低
(6)將活的大豆苗改換為消毒的死大豆苗
(7)釋放的二氧化碳與吸收氧氣量的差
