学案导学学年高中生物必修三配套文档第5章.docx
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学案导学学年高中生物必修三配套文档第5章
第2节 生态系统的能量流动
[目标导读] 1.结合教材P93能量流动的分析，说出能量流动的概念。
2.观察教材P94图5－6、图5－7，理解能量流动的过程。
3.结合教材P95图5－8，总结能量流动的特点。
4.概述研究能量流动的意义。
[重难点击] 能量流动的过程和特点。
课堂导入
方式一：
请大家做一个快乐竞猜游戏。
假设你像鲁滨逊那样流落在不毛的荒岛上，只有15kg玉米和一只母鸡可以食用，那么使自己活的最长的办法是：
1.先吃鸡，然后吃玉米
2.先吃玉米，同时用部分玉米喂鸡，吃鸡生产的蛋，最后再吃鸡
学生：
每组学生各选一名代表，做出选择。
（绝大部分学生选择的是2）
教师：
真理往往掌握在少数人手里。
我们共同来看看鲁滨逊的选择是——先吃鸡，后吃玉米。
但母鸡提出抗议。
教师：
对于母鸡的抗议，我们是可以理解的。
我们必须给母鸡一个合理的解释，消除母鸡的不满情绪，这就得用到我们这节课的内容“生态系统的能量流动”。
方式二：
播放影片：
非洲草原上鹰捕食兔子的过程。
提问：
刚才这部短片的主角是谁？
（过渡）对了，兔、鹰，不要忘了还有小草，在非洲大草原上主要的生产者就是小草，草原上几乎所有的动物都是由小草养活的，没有小草，也就不会有兔子和鹰了。
现在小草有问题要问了：
①我们的能量来自哪里？
②照射在草地上的太阳能都被我们吸收了吗？
③我们吸收了太阳能后，这些能量有哪些去向？
总结：
导入生态系统的能量流动。
一、生态系统能量流动的过程
1.能量流动的概念：
是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。
2.能量流经第一营养级的过程
（1）输入：
生产者通过光合作用把太阳能转化为化学能，固定在有机物中。
（2）能量去向
①在生产者的呼吸作用中以热能形式散失。
②随着残枝败叶等被分解者分解而释放出来。
③被初级消费者摄食同化，流入第二营养级。
3.能量流经第二营养级的过程
（1）输入：
通过摄食生产者获得。
（2）去向
①通过呼吸作用以热能形式散失。
②随尸体、排泄物流向分解者。
③被次级消费者摄食同化，流入下一营养级。
4.能量在某个生态系统中流动过程图解
合作探究
自主学习能量在某个生态系统中流动过程图解，思考：
1.能量的输入
（1）起点：
生产者的光合作用。
（2）流入生态系统的总能量：
生产者所固定的太阳能总量。
（3）输入方式：
几乎所有的生态系统，光能都是通过生产者的光合作用转化为有机物中的化学能。
2.能量的传递
（1）传递途径：
食物网和食物链。
（2）传递形式：
有机物中的化学能。
3.传递的过程
（1）每个营养级生物同化的能量一部分用于生命活动，另一部分以热能形式散失。
（2）每个营养级生物一部分能量传递给下一个营养级。
（3）每个营养级生物的遗体、粪便、枯枝败叶中的能量传递给分解者。
（4）未利用能量。
4.能量的散失
（1）形式：
热能。
（2）主要过程：
呼吸作用。
1.判断正误
（1）当狼吃掉一只兔子时，就获得了兔子的全部能量。
（ ）
（2）初级消费者的粪便中的能量属于第二营养级能量。
（ ）
（3）同化量≠用于生长发育和繁殖的能量。
（ ）
（4）呼吸作用所产生的能量都是以热能的形式散失。
（ ）
（5）分解者的分解作用也是通过呼吸作用完成的。
（ ）
答案
（1）×
（2）× （3）√ （4）× （5）√
解析
（1）狼排出粪便中的能量属于兔子，未被狼获得。
（2）初级消费者的粪便中的能量属于第一营养级的能量。
（4）呼吸作用所产生的能量一部分储存在ATP中，其余以热能的形式散失。
2.下图为某生态系统的能量流动简图，下列叙述错误的是（ ）
A.甲是生产者，乙是消费者
B.该生态系统是一个开放的系统
C.太阳光能通过光合作用固定并进入生态系统，可以热能形式输出
D.甲、乙和分解者所储存的能量之和是输入该生态系统的总能量
答案 D
解析 由图可知，甲能够固定太阳能，则甲为生产者，乙从甲获取能量，则乙为消费者。
太阳光能通过光合作用固定并进入生态系统，经过生产者、消费者和分解者的呼吸作用后有一部分以热能的形式散失，因此生态系统需要不断从外界获得能量的同时又不断将能量扩散到外界。
输入该生态系统的总能量是生产者甲固定的太阳能总量。
二、能量流动的特点和意义
1.能量流动的特点
2.能量金字塔：
将单位时间内各个营养级所得到的能量数值，由低到高绘制成图，可形成一个金字塔图形。
3.能量传递效率
（1）计算公式
能量传递效率＝
×100%
（2）一般生态系统中能量传递效率为10%～20%。
4.研究能量流动的实践意义
（1）帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。
（2）帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。
合作探究
1.请将教材P95图5－8中各营养级的“输入”能量和“输出”到下一个营养级的能量整理出来填在表格中，并计算相邻营养级之间的传递效率。
[J/（cm2·a）]
输入
输出到下一营养级
传递效率
第一营养级（生产者）
464.6
62.8
13.5%
第二营养级（植食性动物）
62.8
12.6
20.1%
第三营养级（肉食性动物）
12.6
由表中数据可以看出：
（1）各营养级的生物都会因呼吸作用而消耗掉相当大一部分能量。
（2）各营养级的生物中总有一部分能量未被下一营养级的生物所利用。
（3）还有少部分能量随着残枝败叶或遗体等直接传递给了分解者。
（4）据此，概括能量流动的第二个特点是逐级递减。
2.为什么能量只能单向流动，不能循环？
答案
（1）能量流动是沿食物链进行的，食物链中各营养级之间的捕食关系是长期自然选择的结果，是不可逆转的。
（2）各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用，因此能量流动无法循环。
3.
右图为某城市生态系统能量金字塔，为什么呈倒置状况也能维持生态系统的正常运转？
答案 因为城市生态系统的能量基本是靠外部输入，所以其自身初级营养级能量很低，而次级营养级因为人口众多的缘故能量很高，从而能量体现出倒金字塔。
4.从能量角度分析，为什么猪肉一般比蔬菜和粮食的价格要高一些？
答案 蔬菜和粮食作物属于生产者，是第一营养级，猪属于初级消费者，是第二营养级，由于能量传递效率只有10%～20%，所以要获得相同质量的猪肉，需要消耗5倍至10倍的粮食或蔬菜，因此猪肉一般比蔬菜和粮食的价格高。
5.人们在研究能量流动时，将秸秆作为牲畜饲料，粪便进入沼气池，生产燃料。
此过程提高能量的传递效率了吗？
答案 没有。
以上过程提高了能量的利用率，即人类充分利用了流向分解者的能量，实现了对能量的多级利用，减少了环境污染。
但没有提高能量在不同营养级之间的传递效率。
3.下图为生态系统中能量流动图解部分示意图，①②③④各代表一定的能量值，下列叙述中错误的是（ ）
A.生态系统中能量流动具有单向性主要是因为食物链中生物之间吃与被吃的关系不可逆转
B.一般情况下，能量在相邻的两个营养级之间的传递效率大约是10%～20%
C.①表示流经此生态系统的总能量
D.从能量关系看②＞③＋④
答案 C
解析 食物链中的捕食关系是长期自然选择形成的，不可逆转，因此生态系统中能量流动具有单向性；一般情况下能量在相邻两个营养级之间的传递效率大约是10%～20%；流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，即流入生产者的总能量；一个营养级的能量都可以包括三部分：
流向下一营养级、流向分解者、自身呼吸作用所消耗。
一题多变
（1）上题中，若三级消费者为最高营养级，则三级消费者的能量流动途径是。
（2）除了图中所示，第二营养级同化的能量还有一部分。
（3）从图中可以总结出能量流动的特点是、。
（4）人类对生态系统的能量流动进行调查研究，其意义是
。
答案
（1）流向分解者、自身呼吸作用所消耗
（2）在细胞呼吸中以热能的形式散失 （3）单向流动 逐级递减
（4）帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分
（1）知低营养级求高营养级
（2）知高营养级求低营养级
1.生态系统的能量流动是指（ ）
①能量输入 ②能量传递 ③能量储存 ④能量转化 ⑤能量散失
A.①②③④B.①②④
C.①②④⑤D.①②③⑤
答案 C
解析 生态系统的能量流动是指能量在食物链各营养级的输入、传递、转化和散失的过程。
2.在由草、兔、狐组成的一条食物链中，兔经同化作用所获得的能量，其去向不应该包括（ ）
A.通过兔的呼吸作用释放的能量
B.通过兔的粪便流入到分解者体内的能量
C.通过狐的粪便流入到分解者体内的能量
D.流入到狐体内的能量
答案 B
解析 兔经同化作用所获得的能量，有2条去路：
一是通过呼吸作用以热能的形式释放；二是用于兔自身的生长发育和繁殖，然后被下一个营养级即狐摄入和被分解者分解利用，但应注意的是狐摄入后，未被消化的以粪便形式排出的部分，属于兔的能量，而不是狐的能量。
兔的粪便中的能量应属于生产者的能量。
3.下图为生态系统能量流动的部分图解，①代表一定的能量值。
下列相关叙述中，正确的是（ ）
A.生态系统的能量流动是循环进行的
B.能量在沿食物链流动时逐级递减
C.次级消费者属于第二营养级
D.图中①代表呼吸作用所消耗的能量
答案 B
解析 生态系统的能量流动是单向流动、逐级递减的；次级消费者属于第三营养级；图中①代表生产者流向分解者的能量。
4.若使农业生态系统朝着对人类最有益的方向发展，下列做法中不正确的是（ ）
A.由人类决定种养生物的种类
B.由人类进行播种、施肥
C.经常进行锄草、松土、治虫等田间管理
D.延长食物链、提高能量传递效率
答案 D
5.根据某生态系统的相关图示，分析回答有关问题。
（1）图1食物网中共有条食物链，猫头鹰占有个营养级。
如果猫头鹰的体重每增加1kg，则至少需要草kg，至多需要草kg。
（2）图1食物网中，种间关系为捕食和竞争的是、。
（至少写出两组）
（3）根据图2能量流动的图示可知，初级消费者自身生命活动所消耗的能量是图中的箭头；三级消费者排出的粪便中仍含有部分能量，这一部分能量被分解者所利用应属于图示中的箭头（用图中的①～⑬来表示）。
（4）从不同营养级间能量传递的多少来看，图2中②③④的特点是。
答案
（1）8 4 25 100000
（2）蛇、猫头鹰 蜘蛛、蟾蜍（或蜘蛛、食虫鸟） （3）⑤ ⑨ （4）单向流动、逐级递减
解析 如题图1所示，从左向右数，在此食物网中共有8条食物链，根据猫头鹰占据的位置，可以得出猫头鹰占有4个营养级。
如果猫头鹰的体重每增加1kg，至多需要多少草应该考虑能量传递效率为10%和食物链最长，至少需草量的能量传递效率为20%和食物链最短。
每一个营养级的能量都有三个去向，即呼吸消耗、被下一营养级同化和被分解者利用，由图2可知，E为分解者，那么初级消费者自身生命活动所消耗的能量是图2中的箭头⑤，同理可知，三级消费者排出的粪便中仍含有部分能量，这一部分能量被分解者所利用，应属于图2中的箭头⑨。
能量流动的特点是单向流动、逐级递减，所以从不同营养级间能量传递的多少来看，图2中②③④的特点是单向流动、逐级递减。
[基础过关]
1.生态系统的能量流动过程中，能量形式转变的顺序是（ ）
A.光能→化学能→热能
B.热能→光能→化学能
C.化学能→光能→热能
D.光能→热能→化学能
答案 A
解析 生态系统中的能量流动应从生产者固定太阳能开始。
生产者将光能转化为有机物中的化学能，然后依次再被各级消费者利用，最终以热能的形式散失于无机环境中，故选A。
2.在一个生态系统中，某食草动物同化的能量等于（ ）
A.生产者固定的太阳能总量
B.生产者固定的太阳能总量减去生产者的呼吸量
C.被食草动物摄取的植物中所含的能量减去粪便中所含的能量
D.用于食草动物的生长、发育、繁殖等生命活动所需的能量
答案 C
解析 食草动物以草为食物，经消化吸收，真正进入体内的能量是食物中的能量减去粪便中包含的能量，即其同化的能量。
3.如图是某个农业生态系统的结构模式图，该图中能表示生态系统能量流动箭头的是（ ）
A.①③B.②③⑤C.①③④D.②⑤
答案 C
解析 农作物的能量可传递给人、鸡、猪、牛，而鸡、猪、牛的能量也可传递给人；但人和鸡、猪、牛的能量不能传递给农作物，这是由食物链的方向决定的。
4.
右图为某一生态系统的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，E1、E2代表能量的形式。
下列叙述正确的是（ ）
A.Ⅰ是初级消费者
B.Ⅳ为分解者
C.E1为太阳能，E2为热能
D.能量可在食物链中循环利用
答案 C
解析 能量金字塔中Ⅰ表示生产者，为第一营养级，Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ表示消费者，分别代表第二、三、四营养级，食物链可表示为Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ；该生态系统的全部能量为Ⅰ所固定的全部太阳能，用E1表示，E2表示各营养级由于呼吸作用产生的热能；能量在食物链中只能单向流动，并且随营养级的升高逐级递减。
5.
右图食物网中的猫头鹰每增加20kJ的能量，至少需要消耗的植物所含的能量为（ ）
A.200kJB.250kJ
C.500kJD.1000kJ
答案 C
解析 至少消耗多少能量是按照最高传递效率计算的。
6.在一个生态系统中，已知初级消费者与次级消费者的个体数分别为N1、N2，个体平均质量分别为M1、M2，则下列关系式正确的是（ ）
A.N1·M1＞N2·M2B.N1·M1＜N2·M2
C.N1·M1＝N2·M2D.N1·M1≥N2·M2
答案 A
解析 能量流动是逐级递减的，一般生物量可以代表能量值，所以N1·M1＞N2·M2。
7.下表是某生态系统食物网中，甲、乙、丙、丁四种生物有机物同化量的比例关系。
下列关于该食物网推断最不可能的是（ ）
生物种类
甲
乙
丙
丁
同化有机物所占比例/%
86
12
1.1
0.9
A.以上四个种群至少构成两条食物链
B.甲、乙两种群不可能处于同一营养级
C.第一营养级同化的能量不可能全部被第二营养级利用
D.乙、丙以甲为食物，丁以乙、丙为食物
答案 D
解析 根据生态系统的能量传递效率是10%～20%，则甲一定处于第一营养级，若只有甲为第一营养级，则第二营养级有机物的同化比例在8.6～17.2，若只有乙为第二营养级，则第三营养级有机物的同化比例在1.2～2.4，第三营养级有丙、丁，食物链有两条；若第一营养级不只有甲一种，则食物链也是至少两条，A正确；若甲、乙为同一营养级，则第二营养级有机物的同化比例在9.8～19.6，而丙、丁的同化量只有2.0，故甲、乙不可能处于同一营养级，B正确；第一营养级同化的能量一部分被自身呼吸作用消耗，还有一部分不能被下一营养级利用，第一营养级同化的能量不可能全部被第二营养级利用，C正确；若乙、丙以甲为食物，丁以乙、丙为食物，乙、丙同化量的10%～20%是1.31～2.62，D不可能。
8.稻田里，农民要拔掉稗草；鱼塘中，人们不断清除肉食性的“黑鱼”，用生态学的观点看，这是为了（ ）
A.保持生态平衡
B.保持生物群落的单一性
C.调整生态系统能量流动方向
D.使物质能够尽快地循环流动
答案 C
解析 稻田中水稻与稗草构成竞争关系，它们共同争夺同一环境中的阳光、CO2、生存空间。
除去杂草（稗草），可使水稻拥有更丰富的生活条件，提高水稻的光合作用强度，为人类提供更多稻谷。
鱼塘中清除更高营养级的肉食性“黑鱼”，可以减少能量在传递过程中的损失。
9.在社会主义新农村建设中，四川某地通过新建沼气池和植树造林，构建了新型农业生态系统（如图所示）。
下列有关叙述中，不正确的是（ ）
A.该生态系统中，处于第二营养级的生物有人和家禽、家畜
B.该生态系统中，人的作用非常关键，植物是主要成分
C.该生态系统的建立，提高了各营养级间的能量传递效率
D.沼气池的建造，提高了该生态系统能量的利用率
答案 C
解析 在人工建立的生态系统中，人的作用非常关键，离开了人的作用，生态系统就会崩溃；生产者是整个系统的能量来源和物质来源，是主要成分，人和家禽、家畜都可以农作物为食，属于第二营养级；该生态系统的建立，实现了能量的多级利用，从而提高了能量利用率，但不能提高各营养级的能量传递效率。
[能力提升]
10.根据生态系统的结构和功能，下列叙述错误的是（ ）
A.“桑基鱼塘”生态系统与普通水稻田生态系统相比实现了能量的多级利用
B.人工鱼塘生态系统中消费者同化的能量往往大于生产者所固定的太阳能
C.水产养殖业，为充分利用生产者所固定的能量，应以食物链长的鱼类为养殖对象
D.营养级越高的生物种群体内积累的有毒物质越多，所获得的能量越少
答案 C
解析 “桑基鱼塘”生态系统实现了能量的多级利用；人工鱼塘生态系统中由于投放饵料，消费者同化的能量往往大于生产者所固定的太阳能；水产养殖业，应以食物链短的鱼类为养殖对象；根据生物富集作用和能量逐级递减规律，营养级越高的生物种群体内积累的有毒物质越多，所获得的能量越少。
11.下图是某生态系统能量流动过程图解，回答问题。
（1）流经该生态系统的总能量是。
（2）图中（填字母）为分解者，理由是。
（3）图中哪个箭头是不应存在的？
。
（4）⑫的能量最多时只有④的能量的几分之几？
。
（5）B属于动物，它的粪便中的能量会被利用，用过程（填序号）表示。
答案
（1）①
（2）E 从生产者到各级消费者都有能量流入E （3）⑦ （4）1/25 （5）植食性 E（分解者） ⑥
解析 生产者（图中A）固定的太阳能即图中的①才是流经该生态系统的总能量，图中B、C、D是初级、次级、三级消费者，A、B、C、D都有能量流入E，则E为分解者，但E能量不会倒流入A、B、C、D，故图中⑦不存在。
⑫的能量最多有⑨的1/5，⑨最多有④的1/5，故⑫最多有④的1/25。
12.下图是对某湖泊的能量调查结果[单位：
千焦/（厘米2·年）]，请据图回答下列问题：
（1）流经该生态系统的总能量是指，有千焦/（厘米2·年）。
（2）能量从第一营养级到第二营养级的传递效率为%，这说明了能量流动的特点是的，也就是说食物链越长，越多。
（3）D（热能）是通过产生的能量。
（4）能量流动具有单向、不循环的特点，主要原因是由于生物不能在代谢中利用。
答案
（1）生产者固定的太阳能的总量 0.46
（2）13.5 逐级递减 能量流失 （3）呼吸作用 （4）呼吸放出的热能
解析 解答本题容易出现的问题是：
①识图不准，分辨能力差，把487.28当成流经该生态系统的总能量；②能量传递效率应该通过计算回答，不能填写10%～20%；③热能是通过各营养级生物的呼吸作用而释放出来的，这部分能量是不能再利用的，只能散失。
“呼吸作用”此时不能用“分解作用”或“代谢作用”来代替。
13.下图是一个人工生态系统的模式图，请据图回答下列问题：
（1）该生态系统中，起决定作用的是。
（2）通过农村实验证明，该生态系统较为理想，调整了能量流动关系，提高了经济效益，其原因是充分利用了中的能量。
（3）从开始在一段时间内，沼气池中微生物的代谢类型变化是。
（4）若全部用粮食喂猪，人体从猪肉中获得100kJ能量，至少消耗约含kJ能量的粮食。
答案
（1）农作物
（2）各营养级（类便等废弃物） （3）需氧型→兼性厌氧型→厌氧型 （4）2500
解析
（1）生产者是生态系统的基石，是生物群落的能量来源，因此起决定性作用。
（2）通过调整能量流动的关系，实现能量的多级利用，充分利用了各营养级中的能量。
（3）沼气池中最初是有氧气存在的，随着氧气的消耗，最终只有厌氧型菌能生存。
（4）已知高营养级，求低营养级最少消耗，则能量的传递效率应按最高20%计算，且食物链按最短计算，即农作物→猪→人。
此食物链中人为第三营养级，而农作物为第一营养级，则有：
农作物含的能量×20%×20%＝100kJ，可求得农作物含的能量为2500kJ。
[走进高考]
14.（2015·海南，25）关于草原生态系统能量流动的叙述，错误的是（ ）
A.能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程
B.分解者所需的能量可来自各营养级生物所储存的能量
C.生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量
D.生产者固定的能量除用于自身呼吸外，其余均流入下一营养级
答案 D
解析 生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动，A正确；分解者能将动植物遗体和动物的排遗物分解成无机物，动物和植物构成食物链和食物网，所以分解者所需的能量来自各营养级生物储存的能量，B正确；地球上几乎所有的生态系统所需的能量都来源于太阳，通过生产者的固定使能量流入生态系统，经过食物链、食物网能量逐渐散失，不能重复利用，所以需要不断得到来自系统外的能量，C正确；生产者固定的能量，去向有自身的呼吸消耗，流入下一营养级，残枝败叶流向分解者，D错误。
15.（2015·福建，4）下图为某人工鱼塘食物网及其能量传递示意图（图中数字为能量数值，单位是J·m－2·a－1）下列叙述正确的是（ ）
A.该食物网中最高营养级为第六营养级
B.该食物网中第一到第二营养级的能量传递效率为25%
C.太阳鱼呼吸作用消耗的能量为1357（J·m－2·a－1）
D.该食物网中的生物与无机环境共同构成一个生态系统
答案 B
解析 该食物网中最长食物链的最高营养级为第五营养级，A错误；能量传递效率为某一营养级同化量与上一营养级同化量之比，（3780＋4200）/31920×100%＝25%，B正确；太阳鱼同化量（1483）一部分在呼吸作用中散失，另一部分用于自身生长发育和繁殖，储存在太阳鱼的有机物中。
太阳鱼有机物中的能量一部分流向分解者，另一部分则被鲈鱼摄入，故太阳鱼呼吸作用消耗的能量应小于1483－126＝1357，C错误；该食物网中的生物缺少分解者，与无机环境不能构成生态系统，D错误。
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