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(二)【跨学科·科学】阅读下面材料,完成实验报告。(10分)
植物学家达尔文
①并不广为人知的是,自从出版了《物种起源》这部里程碑式巨著之后,查尔斯·罗伯特·达尔文用了20年时间做了一系列至今还在影响植物研究的实验。
②达尔文和他的儿子弗朗西斯都对植物生长中光产生的效应十分着迷。在他最后一本著作《植物的运动力》中,达尔文写道:“几乎没有什么(植物),其某一部位……是不会向着侧面光弯曲的。”这话用不那么啰唆的现代话来说就是:几乎所有植物都向着光弯曲。我们随时能看到室内植物冲着从窗户射进来的阳光垂头弯身。植物的这一行为就叫作向光性。1864年,一位叫尤利乌斯·冯·萨克斯的科学家发现,蓝光是诱发植物向光性的主要颜色,而且植物对其他颜色的光一般都视而不见,其他颜色的光对植物的向光弯曲几乎不起作用。不过,当时没有人知道植物是如何、靠哪个部位看到来自某一方向的光的。
③在一个非常简单的实验中,达尔文父子揭示了植物的向光弯曲与光合作用(植物把光转变为能量的过程)无关,实际上是由植物向光运动的内在能力所引发。在实验中,达尔文父子让一盆加那利虉草在一间完全黑暗的屋子里生长了几天。然后,他们在离花盆约3.6米的地方点燃一盏很小的煤气灯,灯光很昏暗,使他们“无法看见幼苗,也无法看到铅笔在纸上画的线”。然而,只过了3小时,加那利虉草就明显地向这昏暗的灯光弯过去了。弯曲总是发生在幼苗的同一部位——茎尖以下大约2.5厘米的地方。
④这让达尔文父子提出疑问:草的什么部位看到了光?他们做了一个现在已经成为植物学经典的实验:他们假设加那利虉草的“眼睛”长在幼苗茎尖,而不是幼苗弯曲的地方。他们检验了5株不同的幼苗的向光性,如下图所示:
达尔文向光性实验示意
a.第一株幼苗没作任何处理,其行为表明实验条件可引发向光性。
b.第二株切掉了茎尖。
c.第三株用一个不透光的小帽罩住茎尖。
d.第四株用一个透明玻璃小帽罩住茎尖。
e.第五株用一个不透光的管子遮住其中间部分。
⑤在这个实验中,幼苗的生长环境与前一个实验相同。未处理的幼苗理所当然向光弯曲。同样,中间部分套着不透光管子的幼苗(见上面的e)也向光弯曲。然而,如果除去幼苗的茎尖,或者用不透光的小帽罩住它,幼苗就失明了,无法向光弯曲。然后,他们又见证了上述场景(d)中植物的行为——幼苗仍然向光弯曲,好像它的茎尖上根本没有小帽一样。不同之处在于,这里的小帽是透明的。达尔文父子认识到玻璃可以透过光,让光照在幼苗的茎尖上。于是,通过这个简单实验,他们确证。
(选自[美]丹尼尔·查莫维茨 著 刘夙 译《植物知道生命的答案》,有删改)
4.请根据文意将实验报告中的“实验目的”补写完整。(2分)
5.提出问题是科学实验过程中重要的一步,达尔文父子在实验研究中依次提出了两个问题,请根据文本推断他们提出的第一个问题。(2分)
6.达尔文父子的实验结论是什么?(2分)
7.“分析与讨论”是实验后的必要环节,请你参与讨论。你认为达尔文父子的实验中哪个环节最关键?请阐述你的理由。(4分)
植物学家达尔文
①并不广为人知的是,自从出版了《物种起源》这部里程碑式巨著之后,查尔斯·罗伯特·达尔文用了20年时间做了一系列至今还在影响植物研究的实验。
②达尔文和他的儿子弗朗西斯都对植物生长中光产生的效应十分着迷。在他最后一本著作《植物的运动力》中,达尔文写道:“几乎没有什么(植物),其某一部位……是不会向着侧面光弯曲的。”这话用不那么啰唆的现代话来说就是:几乎所有植物都向着光弯曲。我们随时能看到室内植物冲着从窗户射进来的阳光垂头弯身。植物的这一行为就叫作向光性。1864年,一位叫尤利乌斯·冯·萨克斯的科学家发现,蓝光是诱发植物向光性的主要颜色,而且植物对其他颜色的光一般都视而不见,其他颜色的光对植物的向光弯曲几乎不起作用。不过,当时没有人知道植物是如何、靠哪个部位看到来自某一方向的光的。
③在一个非常简单的实验中,达尔文父子揭示了植物的向光弯曲与光合作用(植物把光转变为能量的过程)无关,实际上是由植物向光运动的内在能力所引发。在实验中,达尔文父子让一盆加那利虉草在一间完全黑暗的屋子里生长了几天。然后,他们在离花盆约3.6米的地方点燃一盏很小的煤气灯,灯光很昏暗,使他们“无法看见幼苗,也无法看到铅笔在纸上画的线”。然而,只过了3小时,加那利虉草就明显地向这昏暗的灯光弯过去了。弯曲总是发生在幼苗的同一部位——茎尖以下大约2.5厘米的地方。
④这让达尔文父子提出疑问:草的什么部位看到了光?他们做了一个现在已经成为植物学经典的实验:他们假设加那利虉草的“眼睛”长在幼苗茎尖,而不是幼苗弯曲的地方。他们检验了5株不同的幼苗的向光性,如下图所示:
达尔文向光性实验示意
a.第一株幼苗没作任何处理,其行为表明实验条件可引发向光性。
b.第二株切掉了茎尖。
c.第三株用一个不透光的小帽罩住茎尖。
d.第四株用一个透明玻璃小帽罩住茎尖。
e.第五株用一个不透光的管子遮住其中间部分。
⑤在这个实验中,幼苗的生长环境与前一个实验相同。未处理的幼苗理所当然向光弯曲。同样,中间部分套着不透光管子的幼苗(见上面的e)也向光弯曲。然而,如果除去幼苗的茎尖,或者用不透光的小帽罩住它,幼苗就失明了,无法向光弯曲。然后,他们又见证了上述场景(d)中植物的行为——幼苗仍然向光弯曲,好像它的茎尖上根本没有小帽一样。不同之处在于,这里的小帽是透明的。达尔文父子认识到玻璃可以透过光,让光照在幼苗的茎尖上。于是,通过这个简单实验,他们确证。
(选自[美]丹尼尔·查莫维茨 著 刘夙 译《植物知道生命的答案》,有删改)
4.请根据文意将实验报告中的“实验目的”补写完整。(2分)
5.提出问题是科学实验过程中重要的一步,达尔文父子在实验研究中依次提出了两个问题,请根据文本推断他们提出的第一个问题。(2分)
6.达尔文父子的实验结论是什么?(2分)
7.“分析与讨论”是实验后的必要环节,请你参与讨论。你认为达尔文父子的实验中哪个环节最关键?请阐述你的理由。(4分)
答案
4.为了弄明白植物是靠哪个部位来看到光的。
5.植物的向光弯曲与光合作用是否有关系？
6.他们确证向光性是光照射到植物幼苗茎尖的结果。
7.示例:我认为最关键的环节是达尔文父子在实验中发现弯曲总是发生在幼苗的同一部位——茎尖以下大约2.5厘米的地方。这一发现让他们提出了假设:加那利虉草的“眼睛”长在幼苗茎尖,这个假设决定了实验的成功。
5.植物的向光弯曲与光合作用是否有关系？
6.他们确证向光性是光照射到植物幼苗茎尖的结果。
7.示例:我认为最关键的环节是达尔文父子在实验中发现弯曲总是发生在幼苗的同一部位——茎尖以下大约2.5厘米的地方。这一发现让他们提出了假设:加那利虉草的“眼睛”长在幼苗茎尖,这个假设决定了实验的成功。
解析
【分析】
需结合文本内容，梳理达尔文父子实验的逻辑顺序：先明确实验目的围绕“植物靠哪个部位感知光”展开，再根据实验探究的先后顺序确定第一个问题，通过对比实验结果推导结论，最后分析实验关键环节的作用。
【解析】
4. 从文本第④段可知，达尔文父子在观察幼苗向光弯曲后，提出“草的什么部位看到了光”的疑问，实验围绕解答该疑问设计，因此实验目的为弄明白植物靠哪个部位看到光。
5. 文本第③段提到达尔文父子先揭示“植物的向光弯曲与光合作用无关”，说明他们最初探究的是向光弯曲是否与光合作用有关，这是第一个问题。
6. 实验中，未处理、透明玻璃帽罩茎尖的幼苗向光弯曲，切掉茎尖、不透光帽罩茎尖的幼苗不弯曲，由此得出向光性是光照射到植物幼苗茎尖的结果。
7. 示例：最关键环节是发现弯曲发生在茎尖以下部位，进而提出“加那利虉草的‘眼睛’长在幼苗茎尖”的假设。理由：该假设明确了实验探究方向，决定了实验分组设计，为后续验证提供核心思路，是实验成功的前提。
【答案】
4. 为了弄明白植物是靠哪个部位来看到光的。
5. 植物的向光弯曲与光合作用是否有关系？
6. 他们确证向光性是光照射到植物幼苗茎尖的结果。
7. 示例:我认为最关键的环节是达尔文父子在实验中发现弯曲总是发生在幼苗的同一部位——茎尖以下大约2.5厘米的地方。这一发现让他们提出了假设:加那利虉草的“眼睛”长在幼苗茎尖,这个假设决定了实验的成功。
【知识点】
植物向光性、科学实验探究
【点评】
本题为跨学科题目，结合文本阅读与科学实验逻辑，考查学生提取信息、梳理实验脉络的能力，需准确把握文本中实验的核心要素，难度适中。
【难度系数】
0.6
需结合文本内容，梳理达尔文父子实验的逻辑顺序：先明确实验目的围绕“植物靠哪个部位感知光”展开，再根据实验探究的先后顺序确定第一个问题，通过对比实验结果推导结论，最后分析实验关键环节的作用。
【解析】
4. 从文本第④段可知，达尔文父子在观察幼苗向光弯曲后，提出“草的什么部位看到了光”的疑问，实验围绕解答该疑问设计，因此实验目的为弄明白植物靠哪个部位看到光。
5. 文本第③段提到达尔文父子先揭示“植物的向光弯曲与光合作用无关”，说明他们最初探究的是向光弯曲是否与光合作用有关，这是第一个问题。
6. 实验中，未处理、透明玻璃帽罩茎尖的幼苗向光弯曲，切掉茎尖、不透光帽罩茎尖的幼苗不弯曲，由此得出向光性是光照射到植物幼苗茎尖的结果。
7. 示例：最关键环节是发现弯曲发生在茎尖以下部位，进而提出“加那利虉草的‘眼睛’长在幼苗茎尖”的假设。理由：该假设明确了实验探究方向，决定了实验分组设计，为后续验证提供核心思路，是实验成功的前提。
【答案】
4. 为了弄明白植物是靠哪个部位来看到光的。
5. 植物的向光弯曲与光合作用是否有关系？
6. 他们确证向光性是光照射到植物幼苗茎尖的结果。
7. 示例:我认为最关键的环节是达尔文父子在实验中发现弯曲总是发生在幼苗的同一部位——茎尖以下大约2.5厘米的地方。这一发现让他们提出了假设:加那利虉草的“眼睛”长在幼苗茎尖,这个假设决定了实验的成功。
【知识点】
植物向光性、科学实验探究
【点评】
本题为跨学科题目，结合文本阅读与科学实验逻辑，考查学生提取信息、梳理实验脉络的能力，需准确把握文本中实验的核心要素，难度适中。
【难度系数】
0.6
