学年高中生物人教版必修3教学案第5章 第2节 生态系统的能量流动 Word版含答案.docx
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学年高中生物人教版必修3教学案第5章第2节生态系统的能量流动Word版含答案
第2节
生态系统的能量流动
1.生态系统的能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失等过程。
2．生态系统中能量的来源是太阳能，流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能的总量。
3．能量流动的起点是绿色植物的光合作用，渠道是食物链和食物网，能量的转化方式为光能→生物体有机物中的化学能→热能。
4．每个营养级中能量的去路一般有：
通过呼吸作用以热能的形式散失、流入下一营养级及遗体残骸被分解者分解。
5．能量流动的特点是单向流动，逐级递减。
6．研究能量流动的意义：
①设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用；
②调整能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。
一、能量流动的概念及分析能量流动的思路
1．能量流动的概念
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。
2．分析能量流动的思路
由上图可以看出，分析能量流动的基本思路是将种群作为一个整体来进行研究。
二、能量流动的过程
1．能量的输入
2．能量流经第二营养级的过程[填图]
3．生态系统中能量流动的过程[据图填空]
（1）补充图中标号代表的内容：
甲：
生产者；乙：
初级消费者；丙：
次级消费者；丁：
呼吸作用；戊：
分解者。
（2）据图总结流入每一营养级的能量最终去向：
①自身呼吸作用消耗；
②流入下一营养级；
③被分解者分解利用。
三、能量流动的特点
1．单向流动
（1）方向：
沿食物链由低营养级流向高营养级。
（2）特点：
不可逆转，也不能循环流动。
2．逐级递减
（1）能量传递效率：
相邻两个营养级的能量传递效率约为10%～20%。
（2）营养级数量：
生态系统中能量流动所经过的营养级一般不超过4～5个。
四、研究能量流动的意义
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。
1．判断下列叙述的正误
（1）生态系统的能量流动指能量的输入和散失过程（×）
（2）太阳能只有通过生产者才能输入到生态系统中（√）
（3）每一营养级生物的同化量就是从上一营养级摄入的能量（×）
（4）在“植物→鼠→鹰”这条食物链中，第三营养级含能量最少（√）
（5）沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用（×）
（6）研究能量流动，可合理设计人工生态系统，提高能量的传递效率（×）
2．生态系统的能量流动是指（ ）
A．太阳能被绿色植物固定的过程
B．生态系统内生物体能量代谢的过程
C．生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程
D．能量从生物体进入环境的过程
解析：
选C 太阳能被绿色植物固定的过程仅是能量的输入；生态系统内生物体能量代谢的过程主要包括的是能量的传递和转化过程；由于能量蕴含在有机物中，所以在物质循环过程中伴随着的能量转移过程（包括输入、传递、转化和散失）就是指生态系统的能量流动；能量从生物体进入环境的过程主要是指能量的散失。
3．流经一个生态系统的总能量是（ ）
A．生产者用于生长、发育和繁殖的总能量
B．流经各个营养级的能量总和
C．各个营养级生物同化的能量总和
D．生产者固定的太阳能的总量
解析：
选D 生产者固定的太阳能的总量是流经一个生态系统的总能量。
4．在一个草原生态系统中，如果要研究被第二营养级羊同化的能量去向，不应包括下列选项中的（ ）
A．羊的呼吸消耗量 B．羊的粪便量
C．羊的生长量D．部分死亡羊的生物量
解析：
选B 生产者所固定的能量被第二营养级摄入后，一部分被第二营养级的生物同化，用于生长、发育和繁殖及通过呼吸作用消耗，还有一部分未被同化，通过粪便等排出体外。
因此羊的粪便量不是被羊同化的能量去向。
5．根据生态学的原理，要使能量流经食物链的总消耗最少，人们应采取哪一种食物结构（ ）
A．以家禽的蛋类为主
B．以淡水养殖的鱼、虾为主
C．以谷物和植物蛋白为主
D．以鸡、猪等家禽、家畜的肉类为主
解析：
选C 根据能量流动逐级递减的原理，食物链越长，流经食物链的总能量损失越多。
由此可知，以植物性产品为食的食物链最短，能量在此种食物链流动时损失最少。
6．研究生态系统中能量流动的主要目的是（ ）
A．掌握能量流动中的传递效应
B．熟悉生态系统的营养结构
C．了解能量流动的方向
D．使能量流向对人类最有益的部分
解析：
选D 人们研究生态系统中能量流动的主要目的是设法使能量更多地流向对人类最有益的部分。
1．能量流动的过程分析
（1）典型图示：
（2）相关分析：
[思考探究]
1．
（1）流经生态系统的总能量是辐射到该地区太阳能的总量吗？
提示：
不是。
是生产者通过光合作用固定的太阳能总量。
（2）生态系统能量的输入只能通过光合作用吗？
提示：
不是。
生态系统能量的输入绝大部分是通过光合作用，但也可通过某些细菌的化能合成作用。
2．每一营养级能量的来源与去路
（1）能量来源
（2）能量去向：
流入某一营养级的能量去向可从以下两个角度分析：
①定量不定时（在足够长的时间内能量的最终去路）：
a．自身呼吸消耗；b.流入下一营养级（最高营养级除外）；c.被分解者分解利用。
②定量定时：
流入某一营养级的一定量的能量在一定时间内的去路可有四条：
a.自身呼吸消耗；b.流入下一营养级；c.被分解者分解利用；d.未利用，即未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用，如果是以年为单位研究，这部分的能量将保留到下一年，因此“未利用”是指在有限的时间“还没来得及被利用的能量”。
[思考探究]
2．
（1）初级消费者摄入的能量是其同化量吗，它们之间存在什么关系？
提示：
初级消费者摄入的能量不等于其同化量，它们之间的关系是：
同化量＝摄入量－粪便量。
（2）初级消费者粪便中的能量是其同化量的一部分吗？
为什么？
提示：
不是。
初级消费者粪便中的能量不属于其同化的能量，而是属于生产者所同化的能量。
[题组冲关]
1．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
解析：
选D 生态系统的能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程；分解者所需的能量可来自各营养级生物所储存的能量；能量流动逐级递减，生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量；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及分解者。
2．下图为生态系统中部分能量流动图解，图中字母表示能量数值，下列选项叙述错误的是（ ）
A．图中表示出了三个营养级，其中b＝h＋f＋d＋g
B．生产者与初级消费者之间的能量传递效率为c/a×100%
C．图中乙代表初级消费者用于生长、发育、繁殖的能量
D．缩短食物链不能提高能量传递效率
解析：
选A 图中表示出了生产者、初级消费者和次级消费者共三个营养级，其中b是初级消费者的摄入量，h是初级消费者粪便中的能量，c是初级消费者的同化量，f是初级消费者的呼吸量，d是初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量，g是初级消费者流向分解者的能量，b＝c＋h，c＝d＋f，d＝i＋e；生产者与初级消费者之间的能量传递效率为c/a×100%；图中乙代表初级消费者用于生长、发育、繁殖的能量；缩短食物链不能提高能量传递效率，但可改变能量利用效率。
1．能量流动的特点及原因分析
（1）单向流动的原因：
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。
（2）逐级递减的原因：
①各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。
②各营养级的能量都会有一部分流入分解者。
③还有一部分能量未被利用。
2．能量传递效率
（1）含义：
生态系统中能量传递效率约为10%～20%，即输入某一营养级的能量中，只有10%～20%的能量流入到下一个营养级（最高营养级除外）。
（2）计算公式：
能量传递效率＝
×100%
[名师点拨] 关于能量传递效率的易误点分析
（1）能量传递效率是指各营养级之间的能量传递，不是指个体或种群之间的能量传递效率。
（2）能量传递效率为10%～20%是对整体而言的，某一食物链中相邻两个营养级的传递效率可能会低于10%。
3．三种生态金字塔的比较
类型
项目
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
图形
象征含义
能量在沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性
生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减
生物量（现存生物有机物的总质量）沿食物链升高逐级递减
每一阶含义
每一营养级生物所含能量的多少
每一营养级生物个体的数目
每一营养级生物的有机物总量
特点
正金字塔形
一般为正金字塔形，有时会出现倒金字塔
一般为正金字塔形，有时会出现倒金字塔
[题组冲关]
3．在生态系统中，能量可以通过食物链在生物群落中流动。
随着营养级的升高，其获得的总能量越来越少。
下列解释错误的是（ ）
A．各营养级中总有一部分能量被分解者利用
B．各营养级中的能量一部分以热能形式散失
C．生物维持自身的生命活动需要消耗一部分能量
D．能量金字塔顶层的生物进行生命活动需要的能量少
解析：
选D 能量流动是逐级递减的，原因是一部分能量通过呼吸作用以热能的形式散失，另一部分能量被分解者利用，生物维持自身的生命活动也消耗一部分能量。
能量金字塔顶层的生物进行生命活动需要的能量不一定少。
4．如图表示某草原生态系统中的能量流动图解，①～④表示相关过程的能量流动量。
有关叙述正确的是（ ）
A．①是流入该生态系统的总能量
B．③和④分别属于草和兔同化量的一部分
C．图中②/①的值可代表兔到狐的能量传递效率
D．分解者获得的能量最少
解析：
选B 流入该生态系统的总能量是生产者（草）固定的总能量。
①为兔的摄入量，包括兔的同化量和粪便量，②为狐的摄入量，能量传递效率指的是相邻营养级中高营养级与低营养级同化量的比值，因此②/①的值不能代表兔到狐的能量传递效率。
所有动植物的遗体最终都被分解者分解，因此，分解者获得的能量不一定最少。
③为兔的粪便中的能量，属于草的同化量；④为兔的遗体、残骸等中的能量，属于兔的同化量。
5.
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和Ⅳ是连接生物群落与无机环境的关键成分
B．该图所示的食物网只有1条食物链：
Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ
C．E1表示流入这一生态系统的总能量
D．能量可在食物链中循环利用
解析：
选C 图中Ⅰ代表生产者，Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ都代表消费者，实现物质循环的关键生物成分是生产者和分解者；每一营养级的生物种类很多，各种生物之间会形成错综复杂的食物网；生产者固定的太阳能表示流入生态系统的总能量；生态系统中能量流动是单向的，能量不能循环利用。
在解决有关能量传递的计算问题时，首先要确定相关的食物链，理清生物在营养级上的差别，能量传递效率约为10%～20%，解题时注意题目中是否有“最多”“最少”“至少”等特殊的字眼，从而确定使用10%还是20%来解题。
1．能量传递效率的“最值”计算
2．能量传递效率的“定值”计算
（1）已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算，而需按具体数值计数。
例如，在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为M×a%×b%×c%。
（2）如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级多种生物获得能量，且各途径所获得的生物量比例确定，则按照各单独的食物链进行计算后合并。
[题组冲关]
1．某生态系统食物网如下图所示，猫头鹰体重每增加1kg至少消耗A约（ ）
A．100kg B．44.5kg
C．25kgD．15kg
解析：
选C 食物链越短，能量消耗得越少，即按A→B→猫头鹰这条食物链，且能量传递效率按20%来计算。
2．下图食物网中，猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，则猫头鹰的体重若增加20g，至少需要消耗植物的重量为（ ）
A．600gB．900g
C．1600gD．5600g
解析：
选B 已知高营养级求至少需要低营养级的能量时需按照最大传递效率进行计算，即20×2/5÷20%÷20%＋20×2/5÷20%÷20%＋20×1/5÷20%÷20%÷20%＝900（g）。
3.某生态系统中存在如右图所示的食物网，如将C的食物比例由A∶B＝1∶1调整为2∶1，能量传递效率按10%计算，该生态系统能承载C的数量是原来的（ ）
A．1.375倍B．1.875倍
C．1.273倍D．0.575倍
解析：
选A 由于生产者没有改变所以流向该生态系统的总能量没有变化，设C原来的能量为a，则需要A提供的能量为1/2a×10×10＋1/2a×10＝55a；改变食物比例后的C的能量设为b，则需要A提供的能量为2/3b×10＋1/3b×10×10＝40b。
根据题意可知：
55a＝40b，即：
b/a＝1.375。
一、选择题
1．在生态系统的能量流动中，能量形式的转变顺序是（ ）
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
解析：
选A 绿色植物通过光合作用把光能转化为有机物中的化学能，生物群落中的化学能最终以热能的形式散失。
2．下列有关生态系统能量流动的叙述，不正确的是（ ）
A．能量流动是单向的，不可逆转的
B．食物链越短，可供最高营养级消费的能量越多
C．初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少
D．营养级越多，散失的能量越多
解析：
选C 由于相邻两个营养级之间的能量传递效率为10%～20%，无论初级消费者多少，次级消费者获得的能量都是初级消费者的10%～20%。
3．在由“草→鼠→狐”组成的一条食物链中，鼠经同化作用所获得的能量，其去向不包括（ ）
A．通过鼠呼吸作用释放的能量
B．通过鼠的粪便流入分解者体内
C．通过狐的粪便流入分解者体内
D．流入狐体内并被同化的能量
解析：
选B 鼠为第二营养级，同化的能量一部分通过呼吸作用以热能的形式散失；其余的用于生长、发育和繁殖等生命活动，其中一部分以遗体残骸的形式被分解者利用，一部分被狐摄入，被狐摄入的能量中一部分以粪便的形式被分解者利用，剩下的被狐所同化；由于鼠的同化量等于摄入的能量减去粪便中的能量，因此鼠的粪便中的能量属于草的同化量。
4．下列有关生态系统能量流动的叙述，正确的是（ ）
A．兔子吃了1kg的草，则这1kg草中的能量就流入到了兔子体内
B．一只狼捕食了一只兔子，则这只兔子中约有10%～20%的能量流入到狼的体内
C．生产者通过光合作用合成有机物，能量就从无机环境流入到生物群落
D．生态系统的能量是伴随物质而循环利用的
解析：
选C 兔子吃了1kg的草，但能被兔子同化的能量只是部分，因为有部分能量不会被同化，会随粪便排出。
能量传递效率是指相邻两个营养级之间的传递效率，而不是指个体。
生产者通过光合作用合成有机物，此过程中利用了太阳能，因此能量从无机环境流入到了生物群落。
能量是单向流动、逐级递减的。
5．清除田间杂草和鱼塘中肉食性的“黑鱼”，用生态学观点分析，其目的是（ ）
A．保持生物群落的单一性
B．使物质和能量尽快地流动
C．保持生态平衡
D．调整能量在生态系统中的流动方向
解析：
选D 清除田间杂草和鱼塘中肉食性的“黑鱼”，让能量更多地流向农作物和鱼塘中所养殖的鱼类，即持续高效地流向对人类最有益的部分。
6．在“浮游植物→小鱼→海豹→虎鲸”这条食物链中，虎鲸增加1kg体重，至少消耗浮游植物的量为（ ）
A．1kgB．10kg
C．125kgD．1000kg
解析：
选C 求至少需要消耗量时，能量传递效率应按20%计算，即：
需要浮游植物的量＝1÷20%÷20%÷20%＝125（kg）。
7．若一个相对封闭的生态系统中共有五个种群，其能量调查如下表所示：
种群
甲
乙
丙
丁
戊
能量（107kJ·m－2）
2.50
13.30
9.80
0.28
250.00
根据表格数据，能得出的结论是（ ）
A．甲的生物量一定比乙小
B．5种生物形成的食物链是：
戊→乙→丙→甲→丁
C．甲一定是初级消费者
D．乙和丙是竞争关系
解析：
选D 分析表中的数据：
戊的能量最多，乙和丙其次，甲第三，丁最少。
结合能量流动的特点可知乙和丙都处于第二营养级，两者最可能是竞争关系，所以这5种生物所形成的食物链是：
，其中戊是生产者，甲属于次级消费者，丁是最高营养级。
生物量是指某一时间单位面积或体积栖息地内所含一个或一个以上生物种，或所含一个生物群落中所有生物种的总个数或总干重（包括生物体内所存食物的重量），因为乙只是第二营养级中的部分生物个体，所以甲的生物量不一定小于乙。
8．如图为某生态系统中能量传递示意图，以下叙述不正确的是（ ）
A．能量流动是从甲固定的太阳能开始的，流入该生态系统的总能量为1250kJ
B．从乙到丙的能量传递效率为15%
C．将乙和丙的粪便作为有机肥还田，可以提高能量传递效率
D．食物链的营养关系一般不可逆，这决定了能量流动的单向性
解析：
选C 能量流动从生产者固定的太阳能开始，流入该生态系统的总能量是生产者（甲）固定的太阳能＝175（呼吸消耗量）＋200（流入下一营养级的能量）＋875（分解者分解量）＝1250（kJ）；从乙到丙的能量传递效率为
＝
＝15%；将乙和丙的粪便作为有机肥还田，有机物被分解者分解，为作物提供了无机盐，但能量并未流入消费者体内，故不能提高能量传递效率；食物链的营养关系一般不可逆，这决定了能量流动的单向性。
9．下面为能量流经某生态系统第二营养级的示意图[单位：
J/（cm2·a）]，据图分析，有关叙述正确的是（ ）
A．该生态系统第一营养级同化的能量至少为400
B．第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量是100
C．能量由第二营养级到第三营养级的传递效率是20%
D．该生态系统第三营养级同化的能量是15
解析：
选A 题图为能量流经某生态系统第二营养级的示意图，其中a表示该营养级摄入的能量，b表示该营养级同化的能量，c表示该营养级用于生长、发育和繁殖的能量，d表示呼吸作用中以热能的形式散失的能量，e表示分解者利用的能量；第二营养级同化的能量为100（摄入量）－20（粪便中的能量）＝80，根据能量传递效率倒推出第一营养级同化的能量至少为400；题图仅表示能量流经第二营养级的过程，并不能得出第三营养级的同化量，因此无法计算由第二营养级到第三营养级的能量传递效率；次级消费者摄入的能量并不等同于第三营养级同化的能量。
二、非选择题
10．下面是某湖泊生态系统能量流动的定量分析图解。
图中A、B、C代表三个营养级，数字均为实际测得的能量数，单位是百万千焦。
已知该生态系统接受到的太阳辐射为118872百万千焦，但其中118761百万千焦的能量未被利用。
请回答下列问题：
（1）请将流经该生态系统的总能量数填写在图中的方框内，这部分能量是____________所固定的太阳能。
（2）能量从第一营养级到第二营养级的转化效率为______从第二营养级到第三营养级的转化效率为________。
（3）次级消费者通过异化作用消耗的能量占其同化作用所得到能量的百分比是____________。
（4）由图可知，下一个营养级不能得到上一个营养级的全部能量，原因有：
①各营养级生物体内的大量能量被____________消耗；②上一个营养级的部分能量________________________；③少数能量被____________利用。
解析：
从图中A、B、C三者关系分析得出：
A是第一营养级（生产者）；B是第二营养级（初级消费者）；C是第三营养级（次级消费者），分解者不参与食物链构成，A、B、C框内的数值分别是其同化的能量值。
（1）流经该生态系统的总能量为：
118872－118761＝111百万千焦，该部分是生产者所固定的总能量。
（2）A到B的能量转化效率为15.0÷111×100%≈13.5%，从B到C的能量转化效率为3.0÷15.0×100%＝20%。
（3）次级消费者通过异化作用消耗的能量占其同化作用所得到能量的百分比为1.8÷3.0×100%＝60%。
（4）能量在传递过程中逐级递减，主要是由于每一营养级的生物都会因呼吸作用而消耗相当大的一部分能量，并且各个营养级的生物中总有一部分能量未被下一个营养级的生物利用，还有少部分能量随着残枝、败叶或遗体等直接流向了分解者。
答案：
（1）111 生产者
（2）13.5% 20% （3）60%
（4）呼吸作用 未被下一个营养级利用 分解者
一、选择题
1．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．沼气池中的生物属于分解者
解析：
选C 图中生产者为农作物和林地中的植物等，初级消费者是人和家禽、家畜；在该生态系统中，最关键的成分是生产者，人的作用非常突出；生产者的数量或种类越多，为生态系统提供的能量就越多，生态系统就越不易被破坏；农业生态系统的建立，实现了能量的多级利用和废物的再利用，提高了能量利用率，而不是能量传递效率。
2．在某草原生态系统能量流动过程中，假设羊摄入体内的能量为n，羊粪便中的能量为36%n，呼吸作用散失的能量为48%n，则（ ）
A．羊同化的能量为64%n
B．储存在羊体内的能量为52%n
C．由羊流向分解者的能量为16%n
D．由羊流向下一营养级的能量为64%n
解析：
选A 羊同化量＝摄入量－粪便中的能量＝64%n。
储存在羊体内的能量＝同化量－呼吸作用散失量＝16%n。
根据能量流动传递效率为10%～20%，故由羊流向下一营养级的能量为（10%～20%）×64%n。
3．（福建高考）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/（m2·a）]。
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1357J/（m2·a）
D．该食物网中的生物与无机环境共同构成一个生态系统解析：
选B 该食物网中最长的食物链为：
浮游植物―→浮游动物―→幽蚊幼虫―→太阳鱼―→鲈鱼，食物网中最高营养级鲈鱼属于第五营养级。
第二营养级包括浮游动物和摇蚊幼虫，二者共有的能量为3780＋4200＝7980，因此从第一营养级到第二营养级的能量传递效率为：
7980÷31920×100%＝25%。
一个营养级所含有的能量，一部分流入下一个营养级，还有一部分用于自身呼吸消耗和流向分解者等，题目中1357是1483（太阳鱼总同化量）减去126（下一营养级摄入量）得到
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