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1、专题 光合作用和呼吸作用装置图实验,专题解读 一、呼吸作用装置 1.实验装置,2.实验材料 酵母菌、发芽的种子(消毒处理以排除种子表面微生物的呼吸作用对实验结果的干扰)、叶片(遮光处理以排除光合作用对实验结果的干扰)。 3.实验原理 因呼吸作用类型不同，瓶内气压增大、减小或不变，可通过液滴的右移、左移或不动来呈现；也可根据光照强度不同，通过光合作用与呼吸作用的大小导致瓶内气压变化而引起液滴位置的变化来呈现。,5.探究细胞呼吸状况的实验装置及结果分析 (1)欲测定与确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，即装置1和装置2。 (2)结果与分析： 若装置1液滴左移，装置2液滴不动，则表明所测生物只
2、进行有氧呼吸(因有氧呼吸产CO2量与耗O2量相等)。 若装置1液滴不动，装置2液滴右移，则表明所测生物只进行无氧呼吸(因无氧呼吸只产CO2，不耗O2)。 若装置1液滴左移，装置2液滴右移，则表明该生物既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。,装置1与装置2液滴均左移，则呼吸过程中O2吸收量大于CO2释放量，呼吸底物中可能有脂质参与。(与糖类相比，脂肪C、H比例高，O的比例低，故氧化分解时释放相同CO2时，脂肪消耗的O2多，故CO2/O21。) a.为使实验结果精确，排除实验误差还应设置装置3，以便校正。 b.进行结果与结论的描述时应“先结果后结论”，而不是“先结论后结果”，如上。,二、光合作用装置 1
3、.实验材料 (1)水生藻类(如黑藻)观察气泡产生速率或气体体积变化(有色液滴的移动)。 (2)叶片观察气体体积变化(有色液滴的移动)；打孔测定叶圆片干重变化。 (3)叶圆片单位时间叶圆片上浮数量或上浮等量叶圆片所需时间。 (4)幼苗气体体积变化(有色液滴的移动)。,2.装置分析：对呼吸作用装置1进行改动 (1)将“发芽种子”换成“能进行光合作用的材料”。 (2)将“NaOH溶液”换成“CO2缓冲液”或“NaHCO3溶液”，保证CO2的相对稳定。 (3)根据实验的需要控制变量： 光强：用不同功率的灯泡或控制装置距光源的距离。 CO2浓度：不同浓度的NaHCO3溶液和蒸馏水。 温度：置于不同温度的
4、水浴装置中。,典型例题 【例1】 某实验小组想利用下列装置测定某植物的光合作用强度和呼吸作用强度(用红墨水的移动距离表示)。在两个装置中放入的试剂和材料等操作，正确的是( ),【解析】 测定光合作用强度时，必须使用活的植物。红墨水的移动是由于装置中气体变化引起的，根据装置中气体变化计算出的光合作用强度为净光合作用强度而非实际光合作用强度，实际光合作用强度净光合作用强度呼吸作用强度，因此必须要测定植物的呼吸作用强度，需要遮光处理。测定呼吸作用强度时，需要排除光合作用的干扰，必须进行遮光处理。环境因素也可能引起装置中气体体积变化，为使数据更加准确，需要设置一对照组来校正环境引起的气体变化，需要放置
5、死亡植物。 【答案】 D,【例2】 某生物兴趣小组利用如图装置(若干个)开展了有关光合作用和细胞呼吸的实验研究，实验开始时打开活塞开关，使两侧水柱液面平齐，然后关闭活塞开关，8小时后，观察记录实验数据如下表。,请根据以上图表回答下列问题： (1)上表探究性实验课题中的自变量是_。研究不同植物的光合作用，最好选择的容器标号是_。 (2)若容器1的烧杯中加入的是CO2的缓冲液，U型管左侧液面的变化是_(填“上升”或“下降”)，植物的净光合作用速率是_mL/h。为了更准确的测定，应对实验结果进行校正(排除非生物因素对实验结果的影响)，如果校正装置的实验结果是左侧液面比右侧液面低，则校正之后的净光合速
6、率比原来_(填“大”或“小”)。 (3)利用图示装置测量天竺葵植株的呼吸速率，实验思路是_。,【解析】 (1)表中实验课题的自变量有两个，植物的种类和光质。研究不同植物的光合作用，根据单一变量原则，自变量为植物的种类，其他条件均适宜。红光更有利于植物的光合作用，所以最好选择的容器标号为1和3。 (2)若容器1的烧杯中加入的是CO2的缓冲液，装置内不断产生氧气，会使U型管左侧液面上升。由表中容器1两侧液柱高度差为240 mL/8 h可知，每小时液柱差高度变化为30 mL。因为原来两液面高度相同，所以每小时氧气变化量为15 mL/h，此即净光合作用速率。如果校正装置的实验结果是左侧液面比右侧液面低
7、，说明实验受温度、大气压的影响，原装置气体体积减小，则容器1校正之后的净光合速率比原来大。,(3)要测量天竺葵植株的呼吸速率，必须避免光合作用的发生，要对装置进行遮光处理。又因为呼吸作用中吸收氧气和放出二氧化碳的量相等，烧杯中盛放氢氧化钠溶液，吸收掉二氧化碳，则装置中氧气的变化量即为植物的呼吸速率。 【答案】 (1)植物的种类和光质 1和3 (2)上升 15 大 (3)对装置进行遮光处理，烧杯中盛放氢氧化钠溶液(或能吸收CO2的液体)，测量单位时间内水柱移动的距离,巩固练习 1.某研究小组利用检测气压变化的密闭装置来探究微生物的呼吸，实验设计如下。关闭活栓后，U形管右管液面高度变化反映瓶中的气
8、体体积变化。实验开始时将右管液面高度调至参考点，实验中定时记录右管液面高度相对于参考点的变化。(忽略其他原因引起的容积变化)下列有关说法不正确的是( ),A.甲组右管液面变化，表示的是微生物呼吸时氧气的消耗量 B.乙组右管液面变化，表示的是微生物呼吸时CO2的释放量和O2消耗量之间的差值 C.甲组右管液面升高，乙组不变，说明微生物只进行有氧呼吸 D.甲组右管液面不变，乙组下降，说明微生物进行乳酸发酵,解析 由于甲组装置内放的是NaOH溶液，吸收CO2，所以甲组右管液面变化是锥形瓶内的O2体积变化所致。乙组装置内放的是蒸馏水，那么乙组右管液面变化是由锥形瓶内CO2释放量和O2消耗量之间的差值引起
9、的；甲组右管液面升高，乙组不变，说明微生物只进行有氧呼吸；甲组右管液面不变，乙组下降，说明微生物进行酒精发酵。 答案 D,2.下面三个装置可用于研究萌发的种子的呼吸作用的方式及其产物，有关分析不正确的是( ),A.三个装置中的种子都必须进行消毒处理，都不需要设置对照实验 B.甲装置可用于探究呼吸作用是否产生热量 C.乙装置可用于探究萌发的种子是否进行有氧呼吸 D.丙装置可用于探究萌发的种子的呼吸作用是否产生CO2,解析 为排除微生物呼吸作用的影响，种子必须进行消毒处理，为排除无关变量(外界温度、气压等)对实验的影响，上述实验需要设置对照实验。若乙装置中种子进行有氧呼吸，就会有氧气的消耗，产生的
10、等体积的二氧化碳被NaOH溶液吸收，装置瓶内气体体积减小，液滴左移；若只进行无氧呼吸，则没有氧气的消耗，液滴不移动。 答案 A,3.为研究酵母菌的发酵产物，某研究小组设计了如下图甲所示的装置，并将有关检测结果绘制成图乙。号、号试管中均加入3 mL蒸馏水和一定量的检验试剂。据图分析下列说法正确的是( ),A.检验发酵产物酒精需向号试管中滴加含重铬酸钾的浓硫酸 B.设置号试管对照组是为了排除无关变量温度对实验的干扰 C.图乙曲线b表示号试管内玻璃管口气泡释放速率变化 D.图乙曲线a表示酵母菌培养液中酵母菌数量变化规律,解析 酒精不存在于号试管中，检验酒精应对培养液取样检测，检测酒精的方法是向培养液
11、中加入含重铬酸钾的浓硫酸，A项错误；、号试管中加入的是澄清的石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液，试管的设置是为了排除空气中二氧化碳的干扰，B项错误。随着培养时间的延长，由于营养物质的消耗和有害代谢产物的积累等因素，导致酵母菌的数量先增加后减少，号试管内玻璃管口的气泡释放速率先增加后下降，C项正确，D项错误。 答案 C,4.酵母菌是研究细胞呼吸常用的实验材料。请分析回答。,实验步骤： a.将10 mL酵母菌培养液和10 mL加热煮沸后冷却的酵母菌培养液分别加入甲、乙两个烧杯中。 b.将甲、乙两个烧杯分别放入气密性完好的两个气球中，排尽空气后分别向两个气球内注入等量且适量的氧气，扎紧气球保持密闭状态，再分
12、别放入如图实验装置中。 c.两组装置均放入20 恒温水浴中。从注水口注入等量的温水，调节刻度玻璃管液面至起始刻度。 d.记录实验结果。,实验分析： 该实验的自变量是_，因变量是_。 实验刚开始的短时间内，两组装置的刻度玻璃管液面均不发生变化的原因分别是_ _。 一段时间后，装有甲烧杯的装置中刻度玻璃管液面_，原因是_ _。,解析 (1)有氧呼吸中生成水的反应发生在线粒体内膜，水中的氢来自于反应物中的葡萄糖和水。密闭容器中培养的酵母菌，其数量在一定时间内呈“S”型增长，当达到K值之后，由于葡萄糖的过度消耗、无氧呼吸产生酒精量的增加和种内斗争的加剧，酵母菌数量下降。由于呼吸作用产生的CO2，培养液
13、pH变小。,(2)根据实验步骤a可以确定该实验自变量为酵母菌培养液是否煮沸，因变量是刻度玻璃管液面高度。实验刚开始时，添加有活性酵母菌的装置中酵母菌有氧呼吸消耗的O2量和产生的CO2量相等，气球体积不变，刻度玻璃管液面不变。对照组酵母菌死亡，不能进行细胞呼吸，气球体积不变，刻度玻璃管液面不变。当装有甲烧杯的装置中的O2消耗殆尽后，由于酵母菌无氧呼吸产生的CO2使气球体积增大，故刻度玻璃管液面上升。,答案 (1)线粒体内膜 葡萄糖和水 (2)酵母菌培养液是否煮沸 刻度玻璃管液面高度 甲中酵母菌有氧呼吸消耗的O2和产生的CO2相等，气球体积不变，乙中酵母菌死亡，不能进行细胞呼吸 上升 甲中酵母菌无
14、氧呼吸产生的CO2使气球体积增大,5.有多种方法可以测定植物的光合作用速率。请回答以下相关问题： (1)在光照适宜、温度恒定的条件下，图甲的实验装置为密闭容器，图甲中的曲线为测量1 h内该容器中CO2的变化量。图甲中A-B段，叶绿体内ADP含量最高的场所是_。导致A-B段曲线变化的主要原因是_。 该绿色植物前30 min实际光合作用的平均速率为_ LL-1CO2/min。,(2)某科研小组为探究植物光合作用速率的变化情况，设计了由透明的玻璃罩构成的小室(如图乙a所示；其中CO2缓冲液可以吸收和提供CO2，保证瓶中CO2恒定)。,将该装置放在自然环境下，测定夏季一昼夜小室内植物氧气释放速率的变化
15、，得到如图乙b所示曲线，那么影响小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素是_；影响A点变化的内因是_；装置中氧气浓度最高的时间是_点；图中装置刻度管中液滴移到最左点是在曲线中的_点。,答案 (1)叶绿体基质 容器中CO2逐渐被光合作用消耗 146 (2)光照强度、温度 酶的活性下降 18(或G) C DEF或DF 对照组(或对照实验) 将此装置遮光(或遮光并将缓冲液换成NaOH溶液)每隔一定时间记录刻度数据,6.下图甲是在25 时，a、b两种植物随着光照强度的变化，CO2吸收量的变化曲线图，图乙是某同学“探究影响植物光合速率的因素”的实验装置图。请回答下列问题。,(1)比较a、b植物的细胞呼吸
16、，其中细胞呼吸较强的是_植物，当光照强度在达到Z点之前，限制a植物光合作用的主要环境因素是_。 (2)当平均光照强度在X和Y之间(不包括X、Y)，假设白天和黑夜的时间各为12 h，a植物一昼夜中有机物积累量的变化是_(减少或增加)。 (3)对b植物而言，假如白天和黑夜的时间各为12 h，平均光照强度在_ klx以上才能使CO2的吸收量超过CO2的释放量。,(4)若已知a植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别是25 和30 ，若将温度提高到30 (其他条件不变)，理论上图中P、M点的位置如何变化？ _。 (5)某同学用图乙所示装置进行实验，将灯缓慢移近广口瓶，并记录不同距离时，观察测量指标的变化情
17、况。实验结果发现，观察测量指标的变化不明显。请你根据该实验设计方案的不合理之处，简述设计实验的正确思路：_ _。,解析 (1)由图甲可知，a、b两曲线与纵坐标的交点即为这两种植物的呼吸作用强度，因此，a植物的呼吸作用强度为2 mg/m2h，b植物的呼吸作用强度为1 mg/m2h。Z点为a植物的光饱和点，光照强度在Z点之前，限制a植物光合作用的主要环境因素为光照强度。 (2)若光照强度为Y，假设白天和黑夜的时间各为12 h，则a植物白天积累的有机物量为21224(mg/m2)，夜晚消耗的有机物量为21224(mg/m2)，一昼夜有机物积累量为0。因此，当平均光照强度在X和Y之间时，a植物一昼夜有
18、机物积累量小于0，即有机物积累量在减少。,(3)b植物呼吸作用强度为1 mg/(m2h)，假设白天和黑夜的时间各为12 h，夜晚CO2的释放量为11212(mg/m2)，要使CO2的吸收量大于CO2的释放量，则B植物的净光合作用强度应大于12/121(mg/m2h)，即光照强度大于X klx。 答案 (1)a 光照强度 (2)减少 (3)X (4)P点右移，M点下移 (5)用多组相同装置，只更换灯泡功率(或只改变广口瓶与光源之间的距离)进行对照实验,7.取一植物形态、大小、生长发育状况相同的四片叶子按下图进行实验，烧杯中的液体可以保证叶片所需的水与矿质元素的正常供应，气体的变化量可以通过观察油
19、滴的移动来判断。(不考虑气体在水中的溶解与外界气压的变化和蒸腾作用的影响),(1)适宜的光照下，装置A中油滴的移动情况是_，适宜的光照下短时间内装置B中油滴的移动情况是_，此时装置B中的净光合量_零(填“大于”“小于”或“等于”)。 (2)装置C中的油滴在_ 情况下不移动，若考虑气体在水中的溶解与外界气压的变化和蒸腾作用对装置C的影响，对照组的设置是_ _。 如果将C装置突然从光下移动到黑暗处，短时间内叶肉细胞中的C3物质含量变化是_。,(3)能直接证明光合作用需要二氧化碳的装置是_，实验前应该将叶片作_处理，若用B、D装置证明光合作用需要光，需进行改进的是_ _，要测定叶片细胞呼吸的强度最好
20、选择装置_。,解析 根据光合作用和呼吸作用的总反应式，消耗的气体与产生的气体等量，A装置内的清水不影响气体变化，则压强不变，油滴不移动；B装置内的NaOH溶液能吸收CO2，则无CO2不能进行光合作用，有氧呼吸消耗的O2使压强减小，则油滴向左移动，B装置中的氧气消耗完，则叶片只能进行无氧呼吸产生酒精和CO2，而CO2又能被NaOH溶液吸收，压强不变，油滴不再移动；C装置中CO2缓冲液提供一定浓度的CO2，且保持不变，若光合作用产生的O2大于呼吸作用消,耗的O2量，则压强增大，油滴向右移动；若光合作用产生的O2等于呼吸作用消耗的O2量，则压强不变，油滴不移动；若光合作用产生的O2小于呼吸作用消耗的
21、O2量，则压强减小，油滴向左移动；证明光合作用需要CO2，则自变量为CO2，其他条件相同，但C、D装置不符合单一变量原则，叶片饥饿处理消耗原有淀粉，有利于检测是否产生新淀粉；测定叶片细胞呼吸的强度，需要排除光合作用的干扰，所以装置应避光。,答案 (1)不移动 向左移动 小于 (2)光合作用强度(速率)等于呼吸作用强度(速率) 叶片换成大小相同的死叶片，其他同装置C 上升 (3)B和C 饥饿 把NaOH换成CO2缓冲液 D,8.请问答下列问题。 (1)某研究小组为研究不同光照强度下水稻的光合作用，将水稻幼苗固定于无底反应瓶中进行实验，实验装置如图1所示。回答有关问题：,实验原理：该装置中水稻幼苗
22、光合作用产生的气体可使浮力增大，使天平指针发生偏转。 实验步骤： a.调节天平，使其平衡； b.用100 W的灯泡作为光源。先将灯泡置于距装置20 cm处，15 min后观察并记录指针偏转方向和格数； c.加大灯泡与装置间距离，过15 min后再观察记录相关数据； d.连续重复步骤c。,实验结果绘制如图2。 图1中B瓶作为对照装置，“？”处应为_。 c点时光合作用强度_(填“大于”“小于”或“等于”)呼吸作用强度。 曲线与横轴相交于e点，则e点时A瓶内水稻幼苗体内的有机物含量与实验开始时相比_(填“增大”“减小”或“不变”)。 f点时细胞中形成H的具体场所有_ _。,从图中可以看出，光合作用速率最大时的温度为_。假设每天光照12 h，最有利于植物生长的温度是_。分析该柱状图可以看出，光合作用和呼吸作用中的酶所需要的_不同。,答案 (1)等量的死水稻幼苗(没等量不可) 等于 不变 细胞质基质、线粒体基质、叶绿体类囊体薄膜 (2)30 20 最适温度,
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