探究光強度對光合作用速率的影響
建議答案在最後
1.
進行這實驗前，有甚麼前題知識(確認是對的)是需要知道的?
2.
這實驗的目的是甚麼?
3.
這實驗有沒有假說? 如有，是甚麼? 如沒有，試加以解釋。
4.
這實驗有沒有預測? 如有，是甚麼? 如沒有，試加以解釋。
5.
這實驗的自變量是甚麼?
6.
這實驗的因變量是甚麼?
7.
試撰寫這實驗的設計原理(即解釋如何提供自變量及因變量)。
(a)
自變量
(b)
因變量
8.
根據以上的實驗設計，有甚麼假設?
9.
這實驗的控制變量是甚麼?
有關實驗操作
1.
進行這實驗時，先從最低光強度抑或最高光強度開始較適合? 試加以解釋。
2.
加入碳酸氫鈉溶液有甚麼作用?
3.
温度計在這實驗中有甚麼用途?
4.
為何盛載黑藻的試管要放入水中?
5.
黑藻的切口要向下抑或向下，還是沒有分別?
6.
使用的燈泡最好有甚麼特性? 例如顏色、發熱程度等。
7.
以下是每隔一分鐘量度兩個不同光強度下的產生氣泡數目速率。
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分鐘 |
光強度(1)下的速率 |
分鐘 |
光強度(2)下的速率 |
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(a)
試計算不同光強度下的平均速率:
(i)
光強度(1)
(ii)
光強度(2)
(b)
根據以上的實驗數據，你認為使用產生氣泡數目抑或產生氣體量，哪一個作為光合作用速率指標更準確?試加以解釋。
8.
試解釋為甚麼更改光強度後，要隔一段時間才進行量度光合作用速率?
9.
移液管在這實驗中有甚麼用途? 如何量度?
[建議答案]
1.
進行這實驗前，有甚麼前題知識(確認是對的)是需要知道的?
答: 光合作用需要光。(如不肯定的話，便不會引申出要知道光強度與光合作用速率的關係)
光合作用其中一種產物是氧氣。
## 留意，不需要知道完整的光合作用總化學反應方程式。
2.
這實驗的目的是甚麼?
答: 探究黑藻中光強度與光合作用之間的關係 或
探究光強度與光合作用的關係。
## 留意，如果把黑藻當成是所有會進行光合作用生物的代表的話，黑藻是不需要列出的。如不是的話，便要列出黑藻，因為可能認為不同可進行光合作用的生物的反應不同。
3.
這實驗有沒有假說(hypothesis)? 如有，是甚麼? 如沒有，試加以解釋。
答: 沒有。假說是為了解釋某一現象而作出未經證實的合理推論。這實驗的目的並不是要解釋某一現象，祗是要找出兩者(光強強與光合作用速率)之間的關係，而光合作用需要光是已知的。
4.
這實驗有沒有預測? 如有，是甚麼? 如沒有，試加以解釋。
答: 沒有假說便沒有預測。
## 留意，科學實驗中的預測是用來設計實驗的。雖然很多人做實驗前會預估結果，但這其實不是必需的。
5.
這實驗的自變量是甚麼? 使用的指標是甚麼?
答: 光強度。距離燈泡的不同距離。
解: 根據實驗目的便可找出自變量是甚麼。
6.
這實驗的因變量是甚麼?使用的指標是甚麼?
答: 光合作用速率。氣泡產生速率(每分鐘釋出的氣泡數目)。
解: 根據實驗目的便可找出自變量是甚麼。
7.
試撰寫這實驗的設計原理(即解釋如何提供自變量及因變量)。
(a)
自變量
答: 光強度跟燈泡距離黑藻的長度的二次方成反比。距離愈長，光強度愈少。距離增加一倍的話，光強度便祇餘1/4，如此類推。
(b)
因變量
答: 黑藻進行光合作用時，便釋出氧氣，部分會被黑藻吸收以進行呼吸作用，其餘會釋出至液體中。部分氧氣會溶於水中，再多的話，便無法溶於水，以氣泡形式存在，浮上液面，以每一段時間(例如一分鐘)計算氣泡產生的數目，便可作為光合作用速率的指標。
8.
根據以上的實驗設計，有甚麼假設?
答: 每個氣泡的體積是差不多(或一樣)的。(因為如每個氣泡體積不一樣的話，計算氣泡數目便不是光合作用產生氧氣的量)
黑藻的呼吸作用速率於實驗進行期間維持不變。(因為部份產生的氧氣會用於呼吸作用，如呼吸作用速率有變的話，便很難估計光合作用的速率。)
## 留意，以下的因素不需要作為假設:
(a)
液體的温度沒有變化(因為這是控制變量，應盡可能維持不變的，而且有温度計監察中，不需要假設)
(b)
二氧化碳的供應充足(因為可完全提供足夠的二氧化碳量，而且，即使濃度不足夠，仍可探究到光強度與光合作用關係的。)
(c)
黑藻進行光合作用時釋出的氧氣，全部以氣泡形式離開。(這個肯定是錯誤的，因部份便被呼吸作用消耗掉)
9.
這實驗的控制變量是甚麼?
答: 温度(因為温度會影響生物的化學反應，包括光合作用。温度較高，化學反應會較快)
有關實驗操作
1.
進行這實驗時，先從最低光強度抑或最高光強度開始較適合? 試加以解釋。
答: 最高光強度開始。因為這樣應較快知道黑藻是否能健康地進行光合作用。
2.
加入碳酸氫鈉溶液有甚麼作用?
答: 碳酸氫鈉溶液會釋出二氧化碳，提供光合作用所需的原料，避免植物因二氧化碳不足而引致光合作用速率不再上升。
解: 但留意，即使沒有加入碳酸氫鈉溶液，由於黑藻仍會進行呼吸作用，釋出二氧化碳，因此光合作用不會停止，祇是光合作用速率會受二氧化碳不足影響，即使光度提高了，也無法再上升。
3.
温度計在這實驗中有甚麼用途?
答: 量度水中的温度，以便隨時調節水量或實驗設備(例如燈泡)，以穩定水中的温度。
解: 這實驗主要想研究光強度對光合作用速率的影響，但温度其實也會影響光合作用的，温度較高的話，化學反應(包括光合作用)速率便會上升。
4.
為何盛載黑藻的試管要放入水中?
答: 使放置黑藻試管內的水温較穩定。
解: 水的比熱容很高，可有效吸去燈光釋出的熱力，避免直接把黑藻內試管內水加熱。
5.
黑藻的切口要向下抑或向下，還是沒有分別?
答: 向上較佳。因為氣泡釋出會浮向上面，切口向下的話，會較易釋出。
解: 切口向下其實也可能得出結論，但氣泡可能容易黏附植物本身，使量度可能出錯。
6.
使用的燈泡最好有甚麼特性? 例如顏色、發熱程度等。
答: 白光(因為可模擬陽光)。發熱程度不高的(例如用LED燈而不是鎢絲燈)(因為温度也可影影光合作用速率。)
7.
以下是每隔一分鐘量度兩個不同光強度下的產生氣泡數目速率。
|
分鐘 |
光強度(1)下的速率 |
分鐘 |
光強度(2)下的速率 |
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1 |
10 |
8 |
13 |
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2 |
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3 |
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19 |
(a)
試計算不同光強度下的平均速率:
(i)
光強度(1)
答: (12+13+14+12)/4=12.75 (前三個數據，由於正上升中，不作計算)
(ii)
光強度(2)
答: (19+20+19)/3 = 19.3 (前4個數據，由於正上升中，不作計算)
解: 留意，由於同一光度下，光合作用速率應該不變(穩定)的，因此如明顯發覺數據上升中的話，應不作計算。如光強度(2)較光強度(1)強的話，如連續量度的話，開始時的數據應上升中的。
當然，也可選擇隔一段時間才量度某一光強度下的光合作用速率，不過有時不太清楚這一間隔時間是否適當(即是否已排除上升中或下降中的數據)
(b)
根據以上的實驗數據，你認為使用產生氣泡數目抑或產生氣體量，哪一個作為光合作用速率指標更準確?試加以解釋。
答: 理論上是相同的。因為無論用氣泡數目抑或體積，一樣可以排走不穩定數據的。祗是，使用氣泡數目會更快完成實驗，因為體積要達一定程度才容易量度。
8.
試解釋為甚麼更改光強度後，要隔一段時間才進行量度光合作用速率?
答: 其他因素(例如二氧化碳量等)需要一段時間配合，提供足夠份量，才能發揮相關光強度下的最高光合作用速率。
9.
移液管在這實驗中有甚麼用途? 如何量度?
答: 量度氣體釋出的量。移液管是有刻度的，於這實驗中上方被夾子封口，形成內裡密閉的空間，氣體從黑藻釋出於水後，便會離開移液管底端的液面，釋出至移液管內，使管內氣壓上升，從而使液面壓向下，便可計算得釋出的氣體量。
解: 但留意，如不需要量度氣體量的話(例如祗量度氣泡釋出的數目速率)，便不需要移液管。
