Question

20．水生植物生长时要进行光合作用，请用下列简易装置来测量黑藻的光合作用强度（以单位时间内产生氧气的量表示）．
实验材料和用具：带单孔塞的玻璃瓶，量筒，0.1%的NaHCO₃溶液，新鲜黑藻，大烧杯，乳胶管，U形玻璃细管（有刻度），温度计，沸水，清水等．
（1）黑藻光合作用过程中要经历多级能量的转换，其中最终转化成的能量是有机物中稳定的化学能．
（2）实验装置里因缺少某成分，会影响光合作用的正常进行，应添加0.1%的NaHCO₃溶液，使问题得以解决．
（3）某同学利用此装置研究影响光合作用的因素．
Ⅰ实验步骤：
①取两套上述装置，编号甲、乙．甲、乙两瓶内加入的新鲜黑藻茎段量、培养基质的成分等完全相同．连接好导管和U形管后，调节U形管的水面高度至固定刻度．
②将甲装置安放在大烧杯中，用一定量的沸水和清水勾兑调至预设温度．乙装置作为对照组安放在装有自然温度的等量清水的大烧杯中．
③将甲乙两装置放在光照强度相同且适宜的条件下培养，并开始计时．
④一段时间后，分别测量甲乙两装置U形玻璃管两边的液面差（下降和上升的高度），根据实验结果，比较在这段时间内甲乙的光合作用强度．
Ⅱ实验目的：研究温度对黑藻光合作用强度（速率）的影响．

Answer 1

分析 影响光合作用的环境因素有：光照强度、温度、二氧化碳浓度等．实验材料中提供了0.1%的NaHCO₃溶液，这是为植物光合作用提供二氧化碳的．
分析实验装置，由于玻璃瓶中的0.1%的NaHCO₃溶液可以提供二氧化碳，因此瓶中的气体变化量是氧气的生成量，可用右侧U形管中的单位时间内液面差表示净光合速率．第（3）小题中，步骤②是解题的关键，由该步骤可确定，本实验目的是探究温度对黑藻光合作用的影响，因此黑藻的生理状态和数量、光照、CO₂浓度均为无关变量．

解答 解：（1）黑藻通过光合作用最终将光能转变为有机物中稳定的化学能．
（2）实验装置中，实验材料黑藻置于清水中，而水中的CO₂含量较低，抑制了光合速率，生物实验中常用饱和的NaHCO₃溶液充当CO₂缓冲液，本题提供了0.1%的NaHCO₃溶液． 
（3）②根据第②步的设置可知，本实验目的是探究温度对黑藻光合作用的影响，此时黑藻的生理状态和数量、光照、CO₂浓度、水量等均为无关变量．可以将甲装置安放在大烧杯中，用一定量的沸水和清水勾兑调至预设温度．乙装置作为对照组安放在装有自然温度的等量清水的大烧杯中．
④实验的观察因变量仍然为单位时间内甲乙的U形玻璃管两边的液面差，因此可以比较液面差来比较在这段时间内甲乙的光合作用强度．
Ⅱ实验目的：根据第②步的设置可知，本实验目的是探究温度对黑藻光合作用的影响．
故答案为：
（1）有机物中稳定的化学能
（2）0.1%的NaHCO₃溶液
（3）Ⅰ．②一定量的沸水和清水勾兑    等量清水
④两边的液面差（下降和上升的高度）
Ⅱ．温度对黑藻光合作用强度（速率）的影响

点评 本题考查了影响光合作用的环境因素的相关实验的探究，意在考查考生的分析能力和实验设计的能力．在设计实验时能够根据题中已有步骤确定实验的目的；明确实验设计过程中遵循单一变量和对照性原则，难度适中．