2024高中生物第5章生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性第2節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動教案新人教版必修3

PAGE12-第2節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流淌[學習目標]1.識記和理解生態(tài)系統(tǒng)能量流淌的過程和特點。2.駕馭能量流淌過程中數據的分析和處理。3.駕馭能量流淌金字塔和數量金字塔模型的構建。學問點一生態(tài)系統(tǒng)能量流淌的概念和過程學問梳理1.能量流淌的概念生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、eq\o(□,\s\up3(01))轉化和eq\o(□,\s\up3(02))散失的過程。2．能量流淌的過程(1)能量流經第一養(yǎng)分級的過程①輸入：生產者通過eq\o(□,\s\up3(03))光合作用把太陽能轉化為化學能，固定在有機物中。②能量去向a．在生產者的呼吸作用中以eq\o(□,\s\up3(04))熱能形式散失。b．隨著殘枝敗葉等被eq\o(□,\s\up3(05))分解者分解而釋放出來。c．被初級消費者攝食同化，流入eq\o(□,\s\up3(06))其次養(yǎng)分級。(2)能量流經其次養(yǎng)分級的過程①初級消費者攝入量＝初級消費者同化量＋糞便量同化量才是真正流經該養(yǎng)分級的eq\o(□,\s\up3(11))總能量。糞便中的能量不是該養(yǎng)分級的能量，而是eq\o(□,\s\up3(12))上一個養(yǎng)分級的同化量的一部分。如羊吃草，羊糞便中的能量是草同化的能量，并不屬于羊。②消費者同化能量＝eq\o(□,\s\up3(13))呼吸消耗的能量＋eq\o(□,\s\up3(14))用于生長、發(fā)育和繁殖的能量。③生長、發(fā)育和繁殖的能量＝eq\o(□,\s\up3(15))通過遺體殘骸被分解者利用的能量＋eq\o(□,\s\up3(16))被下一養(yǎng)分級攝入的能量。(3)能量流淌圖解(4)各養(yǎng)分級能量來源和去向來源eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(生產者的同化量來自太陽能,消費者的能量來自上一養(yǎng)分級同化量))eq\a\vs4\al\co1(去向)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(自身呼吸消耗,\o(□,\s\up3(27))流入下一養(yǎng)分級即下一養(yǎng)分級同化量,被分解者利用,未利用的能量探討某一時間段的能量變更時應存在))eq\a\vs4\al(5能量流淌過程總結)eq\a\vs4\al([問題思索])1.能量只能通過光合作用輸入到生態(tài)系統(tǒng)中嗎？提示：能量的輸入過程，絕大部分是通過綠色植物的光合作用進行的，但在極少數空間，如深海熱泉口生態(tài)系統(tǒng)，是通過特別細菌的化能合成作用完成的。2．流經生態(tài)系統(tǒng)的總能量是輻射到該地區(qū)太陽能的總能量嗎？提示：不是。輻射到該地區(qū)的太陽能大部分被大氣層或地面汲取、散射和反射掉了，大約只有1%以可見光的形式被生產者通過光合作用轉化為化學能，固定在它們所制造的有機物中，這樣才能被生物利用，因此，流經生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產者通過光合作用固定在有機物中的總能量。3．生態(tài)系統(tǒng)中能量流淌和轉化是否遵循能量守恒定律？提示：遵循。因為生產者固定的總量等于流淌中散失的和儲存的能量之和。4．流經生態(tài)系統(tǒng)的能量能否再回到生態(tài)系統(tǒng)中來？提示：不能。流經某生態(tài)系統(tǒng)的能量最終都以熱能形式散失，以維持地球上能量的收支平衡，這些能量再也不能回到這個生態(tài)系統(tǒng)了。典題分析題型一能量流淌的過程[例1]如圖是該生態(tài)系統(tǒng)中能量流向物種甲后發(fā)生的一系列變更示意圖，下列有關敘述不正確的是()A．A表示物種甲同化的能量B．D表示物種甲呼吸散失的能量C．B表示物種甲用于生長、發(fā)育和繁殖的能量D．A中的能量包括糞便中的能量eq\a\vs4\al([解題分析])分析物種甲的能量去路可知，A表示物種甲同化的能量；B表示物種甲用于自身生長、發(fā)育和繁殖等生命活動所需的能量；C表示分解者利用的能量；D表示通過呼吸作用散失的能量；物種甲糞便中的能量不屬于其同化量。eq\a\vs4\al([答案])D學問點二能量流淌的特點和意義學問梳理1.特點美國生態(tài)學家林德曼對一個結構相對簡潔的自然湖泊——賽達伯格湖的能量流淌進行了定量分析，分析課本P95圖5－8，完成以下問題：(1)圖中未利用的能量指未被eq\o(□,\s\up3(01))自身呼吸作用消耗，也未被eq\o(□,\s\up3(02))后一養(yǎng)分級和分解者利用的能量。未固定指eq\o(□,\s\up3(03))未被固定的太陽能。(2)據圖分析能量流淌第一個特點①圖中生產者eq\o(□,\s\up3(04))不能捕食肉食性動物來完成能量循環(huán)。②呼吸散失的熱能eq\o(□,\s\up3(05))不能再被生物群落利用。③能量流淌第一個特點是eq\o(□,\s\up3(06))單向流淌，不行eq\o(□,\s\up3(07))逆轉，也不能eq\o(□,\s\up3(08))循環(huán)流淌。(3)完成表格分析能量流淌其次個特點將各養(yǎng)分級的能量“輸入”和“輸出”清單整理出來填在表格中(“輸出”的能量不包括呼吸作用散失的能量)。[單位：J/(cm2·a)]①能量傳遞效率指各eq\o(□,\s\up3(15))養(yǎng)分級之間的能量傳遞，能量傳遞效率公式為eq\o(□,\s\up3(16))eq\f(某養(yǎng)分級的同化量,上一養(yǎng)分級的同化量)×100%，由上表可以看出，能量在相鄰兩養(yǎng)分級的傳遞效率約為eq\o(□,\s\up3(17))10%～20%。②能量流淌其次個特點：能量在沿eq\o(□,\s\up3(18))食物鏈和食物網流淌過程中是eq\o(□,\s\up3(19))逐級遞減的。其緣由：a.eq\o(□,\s\up3(20))各養(yǎng)分級生物呼吸消耗大部分能量；b.各養(yǎng)分級的能量一部分流入分解者；c.還有部分未被利用的能量。2．能量金字塔：將eq\o(□,\s\up3(21))單位時間內各個eq\o(□,\s\up3(22))養(yǎng)分級所得到的能量數值，eq\o(□,\s\up3(23))由低到高繪制成的一個金字塔圖形。3．意義(1)幫助人們科學規(guī)劃、設計eq\o(□,\s\up3(24))人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用，實現對能量的多級利用，提高能量的利用率。(2)幫助人們合理地調整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流淌關系，使能量eq\o(□,\s\up3(25))持續(xù)高效地流向eq\o(□,\s\up3(26))對人類最有益的部分。eq\a\vs4\al([問題思索])1.生物界中養(yǎng)分級一般不超幾個？提示：生態(tài)系統(tǒng)中能量流淌所經過的養(yǎng)分級一般不超過4～5個，因為養(yǎng)分級越多，在能量流淌過程中消耗的能量就越多。2．農夫在進行田間管理的時候，要進行滅蟲除草，目的是什么？提示：使能量盡可能地流向農作物中，即流向對人類最有益的部分。3．能量傳遞效率等于能量利用率嗎？提示：不等于。能量傳遞效率體現的是能量流淌過程中所遵循的客觀規(guī)律，不能隨意變更；但能量利用率可以人為變更，例如充分利用農作物秸稈就可以提高能量利用率。4．能量金字塔能倒置嗎？緣由？提示：不會。因為能量流淌是逐級遞減的。典題分析題型二能量流淌特點分析[例2]下圖為生態(tài)系統(tǒng)中能量流淌圖解部分示意圖，①②③④各代表肯定的能量值，下列敘述中錯誤的是()A．生態(tài)系統(tǒng)中能量流淌具有單向性主要是因為食物鏈中生物之間吃與被吃的關系不行逆轉B．一般狀況下，能量在相鄰的兩個養(yǎng)分級之間的傳遞效率大約是10%～20%C．①表示流經此生態(tài)系統(tǒng)的總能量D．從能量關系看②＞③＋④eq\a\vs4\al([解題分析])流經生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產者固定的太陽能，即流入生產者的總能量，①表示初級消費者的同化量，C錯誤；每一個養(yǎng)分級的能量都可以包括三部分：流向下一養(yǎng)分級、流向分解者、自身呼吸作用所消耗，因此，從能量關系看②＞③＋④，D正確。eq\a\vs4\al([答案])C題后歸納3種能量流淌過程圖比較圖1：每一環(huán)節(jié)能量去向有2個，圖中出現糞便量，由于同化量＝攝入量－糞便量，所以A為攝入量，B為同化量，由圖可知B同化量總體有2個去向，即D為呼吸散失，C為用于生長、發(fā)育和繁殖，E為流入分解者的能量，F為下一養(yǎng)分級攝入量。圖2：每一養(yǎng)分級能量去向有3個即：一個養(yǎng)分級同化的能量(A)＝自身呼吸消耗(E)＋流入下一養(yǎng)分級(被下一養(yǎng)分級同化B)＋被分解者分解利用。圖3：每一養(yǎng)分級能量去向有4個(探討某一時間段)即：一個養(yǎng)分級同化的能量(A)＝自身呼吸消耗(D)＋流入下一養(yǎng)分級(被下一養(yǎng)分級同化B)＋被分解者分解利用＋未被利用。題型三在食物網中能量流淌的最值計算[例3]在如圖所示的食物網中，假如貓頭鷹的食物有eq\f(2,5)來自于兔子，eq\f(2,5)來自于鼠，eq\f(1,5)來自于蛇，那么貓頭鷹若增加20g體重，最少須要消耗植物()A．600g B．900gC．1600g D．5600geq\a\vs4\al([解題分析])依據題意，計算最高養(yǎng)分級至少消耗生產者的量應當按最大能量傳遞效率計算，所以最少須要消耗植物為：20×eq\f(4,5)÷20%÷20%＋20×eq\f(1,5)÷20%÷20%÷20%＝900(g)。eq\a\vs4\al([答案])B規(guī)律總結能量傳遞效率的相關“最值”計算若題干中未做詳細說明，則一般認為能量傳遞的最低效率為10%，最高效率為20%。(1)在食物鏈A→B→C→D中，則有①食物鏈越短，最高養(yǎng)分級獲得的能量越多。②生物間的取食關系越簡潔，生態(tài)系統(tǒng)的能量流淌過程中消耗的越少。(2)食物網中，在能量安排比例未知時計算某一生物獲得的最多(或最少)的能量eq\x(\a\al(知低養(yǎng)分級,求高養(yǎng)分級))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(獲能量最多\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(選最短食物鏈,按×20%計算)),獲能量最少\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(選最長食物鏈,按×10%計算))))eq\x(\a\al(知高養(yǎng)分級,求低養(yǎng)分級))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(需最多能量\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(選最長食物鏈,按÷10%計算)),需最少能量\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(選最短食物鏈,按÷20%計算))))題型四生態(tài)金字塔[例4]如圖為某一生態(tài)系統(tǒng)的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別代表不同的養(yǎng)分級，E1、E2代表能量的形式。下列敘述正確的是()A．Ⅰ是初級消費者B．Ⅳ為分解者C．E1為太陽能，E2為熱能D．能量可在食物鏈中循環(huán)利用eq\a\vs4\al([解題分析])Ⅰ是生產者，A錯誤；Ⅳ位于第四養(yǎng)分級，屬于消費者，B錯誤；E1為生產者通過光合作用固定的太陽能，E2為生物群落通過呼吸作用散失的熱能，C正確；能量是單向流淌、逐級遞減的，不能循環(huán)利用，D錯誤。eq\a\vs4\al([答案])C規(guī)律總結生態(tài)金字塔是生態(tài)學中表示不同關系的一種形式，不同的金字塔能形象地說明養(yǎng)分級與能量、生物個體數量、生物量之間的關系，是定量探討生態(tài)系統(tǒng)的直觀體現。題型五能量流淌探討的應用[例5]稻田中農夫要拔掉稗草，魚塘中要不斷清除肉食性的“黑魚”，用生態(tài)學觀點看，這是為了()A．保持生態(tài)平衡B．保持生物群落的單一性C．調整能量在生態(tài)系統(tǒng)中流淌的方向D．使物質能夠盡快地循環(huán)流淌eq\a\vs4\al([解題分析])稻田中農夫要拔掉稗草，魚塘中要不斷清除肉食性的“黑魚”，用生態(tài)學觀點看，這是為了調整能量流淌方向，使能量持續(xù)高效地流向對人類最有益的部分，C正確。eq\a\vs4\al([答案])C[例6]如圖為現代版“?；~塘”農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的模式圖，據圖分析正確的是()A．“→桑”不能代表能量流淌B．模式圖中不應有“→池塘”的箭頭C．魚是次級消費者D．該生態(tài)農業(yè)提高了能量的利用率eq\a\vs4\al([解題分析])圖中“→?！贝碓撋鷳B(tài)系統(tǒng)能量的輸入，A錯誤；該池塘水體中還有其他的生產者，模式圖中應有“→池塘”的箭頭，B錯誤；圖中顯示魚以蠶糞為食，是分解者，C錯誤；該生態(tài)農業(yè)實現了能量的多級利用，提高了能量的利用率，D正確。eq\a\vs4\al([答案])D課堂小結1．生態(tài)系統(tǒng)的能量流淌是指()A．太陽能被綠色植物固定的過程B．生態(tài)系統(tǒng)內生物體能量代謝的過程C．生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程D．能量從生物體進入環(huán)境的過程答案C解析太陽能被綠色植物固定的過程僅是能量的輸入，A錯誤；生態(tài)系統(tǒng)內生物體能量代謝的過程主要包括的是能量的傳遞和轉化過程，B錯誤；生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程，稱為生態(tài)系統(tǒng)的能量流淌，C正確；能量從生物體進入環(huán)境的過程主要是指能量的散失，D錯誤。2．假如一個生態(tài)系統(tǒng)有四種生物并構成一條食物鏈。下表是某一時間分別測得這四種生物(甲、乙、丙、丁)所同化的能量值(kJ)，那么該段時間內流經該生態(tài)系統(tǒng)的總能量(kJ)是()生物種類甲乙丙丁生物同化的能量(kJ)550100300018A．680B．3000C．3680D．15000答案B解析依據表格數據分析可知，由甲、乙、丙、丁4種生物構成的食物鏈是：丙→甲→乙→丁，其中丙的能量最多，為生產者，生產者同化的太陽能總量就是流經該生態(tài)系統(tǒng)的總能量，即流經該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是3000kJ。3．在生態(tài)系統(tǒng)中，養(yǎng)分級越高的生物獲得的總能量越少。下列說明錯誤的是()A．各養(yǎng)分級中總有一部分能量被分解者利用B．各養(yǎng)分級中的能量一部分以熱能形式散失C．生物維持自身的生命活動消耗一部分能量D．能量金字塔頂層的生物數量少須要能量少答案D解析流入某一養(yǎng)分級的能量為該養(yǎng)分級固定的能量，其中有一部分被分解者分解流失了，如動植物的遺體、殘落物和排泄物等被微生物分解，A正確；各養(yǎng)分級同化的能量中有一部分能量經過自身的呼吸作用以熱能形式散失，B正確；各養(yǎng)分級同化的能量中有一部分能量經過自身的