Question

5．为了探究光照强度对绿色植物光合速率的影响，某研究性学习小组进行了下列探究实验．实验过程中温度等条件均保持适宜，水中的溶氧和CO₂、细胞的无氧呼吸均忽略不计．请在给出的实验步骤和结果的基础上，继续完成实验：
材料用具：新鲜的菠菜叶、3%的NaHCO₃溶液、打孔器、注射器、烧杯、25W、50W、75W、100W台灯、温度计、酒精灯、秒表等．
实验步骤：
步骤一：选取生长发育状况良好的菠菜叶，用打孔器制取叶圆片若干，放入盛有蒸馏水的烧杯中，叶圆片均浮于水面．
步骤二：分别将制备的叶圆片放入已吸入适量蒸馏水的注射器，用手指堵住注射器前端管口，用力向后拉注射器推柄3～4次，取出叶圆片放入蒸馏水中，叶圆片均沉入水底，备用．
步骤三：取四只烧杯，编号，分别加入50mL（等量的）3%的NaHCO₃溶液和5张（等量）的叶圆片，叶圆片均匀分布在水底．
步骤四：将四只烧杯分别置于25W、50W、75W、100W台灯前25cm处，同时开启电源并计时，观察并记录每个叶圆片浮到水面所需时间．
实验结果如下表：

光源	每个叶圆片上浮到水面所需时间（min）
	第1片	第2片	第3片	第4片	第5片
25W	6.00	6.56	7.35	8.39	11.20
50W	3.60	4.33	6.15	7.25	9.67
75W	3.40	4.17	5.32	6.22	7.39
100W	3.20	4.03	5.12	5.33	5.33

请结合实验结果分析回答：
（1）补充实验步骤三50mL（等量的）3%的NaHCO₃溶液和5张（等量）的叶圆片；
补充实验步骤四观察并记录每个叶圆片浮到水面所需时间．
（2）该实验中的自变量是光照强度，该实验的无关变量除温度外，还包括NaHCO₃溶液浓度（量）（或叶圆片数量）（至少写出两点）等．
（3）光照一段时间后，烧杯中的叶圆片慢慢浮到水面的原因是叶圆片光合作用大于呼吸作用，叶肉细胞间隙中的O₂增加，使叶圆片上浮．
（4）在答题卡所对应的坐标系中画出该实验中不同光照强度下每组叶圆片上浮到水面平均所需时间的柱状图．

（5）根据表中的实验结果，能否确定100W是该条件下菠菜叶片的最适光照强度？不能．请你为进一步探究提出合理建议：以一定梯度设置75W以上光照强度，进一步测定相应的光合速率（叶圆片浮到水面所需时间）．

Answer 1

分析 探究光照强度对光合作用强度的影响，因此实验的自变量是光照强度，实验中利用不同功率的灯泡表示不同的光照强度；因变量应该是反映光合作用强度的指标，如氧气的产生量，实验中的观察因变量为每个叶圆片浮到水面所需时间．

解答 解：（1）实验需要不断补充二氧化碳，并且实验的因变量是叶圆片的上浮时间，并且无关变量要保持相同且适宜，因此实验步骤三中需要向烧杯中分别加入50mL（等量的）3%的NaHCO₃溶液和5张（等量）的叶圆片；实验的因变量是叶圆片的上浮时间，因此步骤四需要观察并记录每个叶圆片浮到水面所需时间．
（2）根据实验目的可知，该实验中的自变量是光照强度，该实验的无关变量除温度外，还包括NaHCO₃溶液浓度、NaHCO₃溶液量、叶圆片数量等．
（3）光照一段时间后，由于叶圆片光合作用大于呼吸作用，叶肉细胞间隙中的O₂增加，使叶圆片上浮．
（4）每组实验中有5个叶圆片，首先计算每组叶圆片上浮的平均时间，即25W时间=（6.00+6.56+7.35+8.39+11.20）÷5=7.9，依次计算出其它时间分别为：6.2、5.3、4.6，由此画出该实验中不同光照强度下每组叶圆片上浮到水面平均所需时间的柱状图．

（5）根据表中的实验结果，不能确定100W是该条件下菠菜叶片的最适光照强度，如果进一步探究，可以以一定梯度设置75W以上光照强度，进一步测定相应的光合速率（叶圆片浮到水面所需时间）．
故答案为：
（1）50mL（等量的）3%的NaHCO₃溶液和5张（等量）的叶圆片 观察并记录每个叶圆片浮到水面所需时间 （2）光照强度 NaHCO₃溶液浓度（量）（或叶圆片数量）
（3）叶圆片光合作用大于呼吸作用，叶肉细胞间隙中的O₂增加，使叶圆片上浮
（4）

（5）不能 以一定梯度设置75W以上光照强度，进一步测定相应的光合速率（叶圆片浮到水面所需时间）

点评 本题难度适中，属于考纲中理解、应用层次的考查，考查影响光合作用的环境因素及探究实验等方面的相关知识，要求考生首先利用单一变量的原则分析实验，从而明确实验的自变量和因变量，同时要求考生具有一定的实验修订和完善的能力．