高中生物苏教版必修3教学案第四章 生态系统中的能量流动和物质循环含答案Word文档格式.docx
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(2)循环主体:
组成生物体的C、H、O、N、P、Ca等元素。
(3)循环范围:
无机环境和生物群落之间。
2.水循环
(1)概念:
水以固态、液态和气态在陆地、海洋和大气之间不断循环的过程。
(2)主要环节:
降水和蒸发。
(3)影响因素:
太阳能和大气环流等因素。
3.碳循环
碳元素在生物圈中的循环过程。
(2)主要存在形式:
CO2和碳酸盐。
(3)循环形式:
CO2、碳水化合物。
(4)过程:
①光合作用:
大气中CO2通过生产者的光合作用进入生物群落。
②呼吸作用:
生产者、消费者、分解者的呼吸作用把生物群落中的碳以CO2形式返回大气中。
③燃烧:
化石燃料的燃烧使非生物的有机物中的碳以CO2形式返回大气中。
1.判断下列叙述的正误
(1)生态系统中能量的初始来源只有太阳能(×
)
(2)在“植物→鼠→鹰”这条食物链中,第三营养级含能量最少(√)
(3)生态系统中生产者固定的能量必然大于消费者得到的能量(√)
(4)沼渣、沼液作为肥料还田,使能量能够循环利用(×
(5)光合作用推动碳循环过程,促进了生物群落中的能量循环(×
(6)碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以CO2的形式进行(√)
(7)植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环(√)
(8)由于过度的人工碳排放,破坏了生态系统的碳平衡,导致大气中CO2浓度增加并引起全球气候变化(√)
2.假若在一个与外界隔绝、没有食物的荒岛上,给你3只鸡(其中2只为母鸡)和20kg玉米,理论上分析,如何利用它们使你在此荒岛上生存的时间最长( )
A.先吃掉3只鸡,然后再吃玉米
B.先吃尽玉米,然后再吃鸡
C.用玉米喂养母鸡使之产蛋,再吃鸡蛋
解析:
选A 先吃掉3只鸡,然后再吃玉米,可以减少能量的散失。
3.下图为某生态系统能量流动的部分示意图,其中数字为能量值,单位是kJ/(m2·
a)。
能量在第二营养级和第三营养级间的传递效率为( )
A.16% B.15%
C.12%D.10%
选B 传递效率为各营养级同化量之比,所以第二营养级和第三营养级间的传递效率为20.4/136=15%。
4.在下列食物链中,假设初级消费者从生产者获得的能量数值相同,提供给猫头鹰能量最多的食物链是( )
A.绿色植物→蚱蜢→青蛙→蛇→猫头鹰
B.绿色植物→鼠→蛇→猫头鹰
C.绿色植物→鼠→猫头鹰
选C 食物链越短,能量在流动过程中散失越少。
5.某河流生态系统的营养结构共有4个营养级,分别以a、b、c、d表示。
一年内输入这4个营养级的能量数值如下表所示。
该生态系统中初级消费者所属营养级是( )
营养级
a
b
c
d
能量(J·
m-2)
141.10×
105
15.91×
0.88×
871.27×
A.aB.b
C.cD.d
选A 在生态系统中含能量最多的是生产者,即d;
其次是初级消费者,即a。
6.肉类和鸡蛋的价格比粮食和蔬菜高,从生态学的观点看,这是由于( )
A.动物饲养麻烦、花工夫、投资大
B.动物性食物营养价值高
C.食物链延长,能量流失多,动物性食品成本高
选C 动物都是直接或间接以植物为食,相比吃粮食和蔬菜,食物链延长,导致能量散失增多,故在生产过程中成本也提高了。
7.生态系统物质循环的特点不包括下列的( )
A.带有全球性
B.物质是指组成生物体的元素
C.在群落的各营养级之间循环往复
选C 组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素,都不断进行着从无机环境到生物群落的循环,而在生物群落的各营养级之间是单向流动的。
8.从碳循环的角度看,人体内有机物中的碳元素究其根源是来自( )
A.食物中的碳
B.大气中CO2中的碳
C.非生物环境中的碳酸盐
选B 人体内有机物直接或间接地来自植物,而植物的有机物是通过光合作用形成的,其来自大气中的CO2和水。
1.能量流动的过程
生态系统中的能量流动过程,可以表示为下图。
(1)来源:
太阳能。
(2)起点:
从生产者(主要是植物)固定太阳能开始。
(3)渠道:
食物链和食物网。
(4)能量变化:
太阳光能→生物体中有机物的化学能→热能(最终散失)。
(5)能量在食物链中流动的形式:
有机物(食物)中的化学能。
(6)能量散失的主要途径:
细胞呼吸(包括各营养级生物本身及分解者的细胞呼吸);
能量散失的主要形式是热能。
2.每个营养级的能量来源和去向
(1)来源
(2)去向:
①自身呼吸消耗,转化为其他形式的能量和热能。
②流向下一营养级。
③残体、落叶等被分解者分解。
④未被利用:
包括生物每年的积累量,也包括动植物残体以化石燃料形式被储存起来的能量。
即一个营养级同化的能量=呼吸消耗的能量+被下一营养级同化的能量+分解者利用的能量+未被利用的能量=摄入量-粪便中所含能量。
①食物链中各营养级的顺序是不可逆转的,因为捕食关系不可逆转,这是长期自然选择的结果。
②各营养级的能量大部分以呼吸作用产生的热能的形式散失,这部分能量是不能被重复利用的。
①每个营养级的生物总有一部分能量不能被下一营养级利用。
②各个营养级的生物都会因呼吸作用消耗相当大的一部分能量。
③各营养级中的能量都要有一部分流入分解者。
(3)传递效率约为10%~20%。
计算方法为:
能量传递效率=
×
100%。
[思考探究]
1.
(1)维持生态系统稳态的动力是什么?
提示:
是能量。
(2)初级消费者取食摄入的能量就是其同化的能量吗?
不是。
同化量=摄入量-粪便量。
(3)初级消费者粪便中的能量最终流向分解者,这部分能量包括在“初级消费者流向分解者”的能量中吗?
不包括,这部分能量包括在“生产者流向分解者”的能量中。
(4)从能量流动的特点分析,为什么一条食物链的营养级一般不超过五个?
能量通过四个左右的营养级传递,已减少到不足以维持下一个营养级的生命活动的程度,所以一条食物链中营养级一般不超过五个。
[题组冲关]
1.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.能量通过光合作用固定并进入系统,以热能形式输出
D.甲、乙和分解者所贮存的能量之和是输入该生态系统的总能量
选D 根据题中简图可知,甲能够固定太阳能,为生产者,乙从甲获取能量,为消费者;
该生态系统需要从外界获得能量,同时能量也可以扩散到外界,是一个开放的生态系统;
能量通过光合作用进入生态系统,经过生产者、消费者和分解者的呼吸作用后以热能的形式散失;
输入该生态系统的总能量是生产者甲固定的太阳能总能量。
2.以下表示动物利用食物的过程,分析正确的是( )
A.恒温动物的④/③值一般高于变温动物
B.哺乳动物的③/①值一般为10%~20%
C.提高圈养动物生长量一般需提高③/②值
D.食肉哺乳动物的③/②值一般低于食草哺乳动物
选C 恒温动物与变温动物消耗有机物的量在不同温度下是不同的,因此不能确定在不同温度条件下恒温动物的④/③一般高于变温动物。
哺乳动物的③/①值应大于20%。
肉食动物的③/②值一般高于食草哺乳动物,③/②越高,说明有更多的食入量转变成动物的同化量,有利于提高动物的生长量。
不同的生态金字塔能形象地说明营养级与能量、生物量、数量之间的关系,是定量研究生态系统的直观体现。
归纳如下:
项目
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
形状
特点
正金字塔形
一般为正金字塔形,有时会出现倒金字塔形,如树与树上昆虫的数量关系
正金字塔形
象征含义
能量沿食物链传递过程中具有逐级递减的特点
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(现存生物中有机物的总质量)沿食物链流动逐级递减
每一级含义
食物链中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
每一营养级生物的总生物量
[名师点拨] 能量金字塔也有倒置的
人工生态系统中因能量可人为补充,可能会使能量金字塔呈现倒置状况。
如人工鱼塘中生产者的能量未必比消费者(鱼)的多。
[题组冲关]
3.一片树林中,树、昆虫和食虫鸟的个体数比例关系如右图所示。
下列选项能正确表示树、昆虫、食虫鸟之间能量关系的是(方框面积表示能量的大小)( )
选C 从生物的个体数来看,一棵大树上可能有成百上千个昆虫生活着;
但是从能量的角度来考虑,一棵大树的总能量要比成百上千个昆虫的总能量多很多。
4.右图表示某一生态系统的能量金字塔,其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是实现物质循环的关键生态成分
B.该图所示的食物网只有1条食物链:
Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ
C.E1表示的能量主要是通过光合作用所固定的能量
D.能量可在食物链中循环利用
选C 图中Ⅰ代表生产者,则E1表示的能量主要是生产者通过光合作用固定的能量。
Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ都代表消费者,实现物质循环的关键生态成分是生产者和分解者。
每一营养级的生物种类可能有很多,该图所示的食物网可能由很多条食物链组成。
生态系统中能量流动是单向的,能量不能循环利用。
1.碳循环
(1)碳循环图示
(2)碳循环解读
①自然界中碳的存在形式:
碳在生物群落中的存在形式:
含碳有机物。
②碳在生物群落和无机环境之间循环是以CO2的形式进行的。
碳元素在生物群落中的传递,主要靠食物链和食物网,传递形式为含碳有机物。
③大气中的碳元素进入生物群落,是通过光合作用或化能合成作用而实现的。
④大气中CO2的主要来源
⑤特点:
具有全球性;
反复循环利用。
⑥大气中CO2浓度升高,会导致温室效应的发生。
2.物质循环与能量流动的比较
能量流动
物质循环(以碳循环为例)
形式
以有机物为载体
(CO2―→含碳有机物―→CO2)
单向流动、逐级递减
全球性、循环性
范围
生态系统各营养级
生物圈(全球性)
联系
同时进行、相互依存,不可分割
①能量的固定、储存、转移和释放,离不开物质的合成和分解
②物质是能量沿食物链(网)流动的载体
③能量是物质在生态系统中往复循环的动力
图示
[名师点拨] 有关碳循环示意图中生态系统成分的判断
(1)首先判断双箭头的两端是生产者和大气中的CO2库,除双箭头外生产者(A)只有发出箭头,大气(B)只有接受箭头。
(2)消费者(C)接受一个箭头而发出两个,分解者(D)则接受两个发出一个,两者之间物质流动方向是从消费者(C)到分解者(D)。
2.
(1)水循环为什么在一定程度上影响着物质在地球上的分布呢?
水是良好溶剂,生态系统内的许多物质都能溶解其中。
(2)温室效应是由于CO2排放量的迅速增加所致,你认为控制温室效应应采取哪些措施?
采取措施:
①减少煤、石油等化石燃料的燃烧;
②大力植树造林;
③开发新能源。
(3)既然物质是循环的,为什么人们还不断向农田中施加氮肥?
物质在生物圈范围内是循环的,农田中不断有粮食产出,所以要不断施加氮肥。
5.关于水循环的叙述,不正确的是( )
A.水在陆地、海洋和大气之间不断循环
B.降水和蒸发是水循环中的两个主要环节
C.水循环受太阳能、大气环流等因素的影响
D.水循环不影响其他物质的循环
选D 水能溶解其他物质,水循环在一定程度上影响着其他物质在地球上的分布。
6.右图为碳元素在生态系统中循环的模式图,图中甲、乙、丙表示生态系统的生物成分,箭头表示生理过程。
相关叙述,不正确的是( )
A.d过程代表光合作用,b过程代表呼吸作用
B.甲所示的营养级在食物链中占有的碳元素最多
C.碳元素在甲、乙、丙之间以有机物的形式传递
D.碳元素可在无机环境和生物群落之间反复流动
选A 丁为无机环境,甲为生产者,乙为消费者,丙为分解者;
d过程为呼吸作用,b过程为光合作用;
生产者所含有机物最多,占有的碳元素也最多;
碳元素在生物群落内部以有机物的形式进行传递,在无机环境与生物群落间主要以CO2的形式进行传递;
碳元素可以在生态系统中反复流动。
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%或20%来解题。
(1)设食物链为A→B→C→D,分情况讨论如下:
已知D营养级的能量为M,则至少需要A营养级的能量等于M÷
(20%)3;
最多需要A营养级的能量=M÷
(10%)3。
已知A营养级的能量为N,则D营养级获得的最多能量等于N×
最少能量=N×
(2)如果是在食物网中,同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相等,则按照各单独的食物链进行计算后合并。
(3)在食物网中分析,如确定生物量变化的“最多”或“最少”时,还应遵循以下原则:
①食物链越短,最高营养级获得的能量越多;
②生物间的取食关系越简单,生态系统消耗的能量越少,如已知D营养级的能量为M,计算至少需要A营养级的能量时,应取最短食物链A→D,并以20%的效率进行传递,即等于M÷
20%;
计算最多需要A营养级的能量时,应取最长的食物链A→B→C→D,并以10%的效率进行传递,即等于M÷
(4)已知较低营养级生物的能量求解较高营养级生物的能量时,若求解“最多”值,则说明较低营养级的能量按“最高”效率传递;
若求解“最(至)少”值,则说明较低营养级生物的能量按“最低”效率传递。
具体规律如下:
生产者
消费者
1.右图所示为某生态系统中的食物网简图,若E种群中的总能量为5.8×
109kJ,B种群的总能量为1.6×
108kJ,从理论上分析,A种群获得的总能量最多是( )
A.2.0×
108kJ B.2.32×
108kJ
C.4.2×
108kJD.2.26×
选A 从图中可以看出,E的能量传递有三条途径,但只有两条途径能传递到A。
所以C和D获得的总能量为(5.8×
109-1.6×
108÷
20%)×
20%=1×
109kJ,所以A获得的总能量最多为1×
109×
20%=2.0×
108kJ。
2.某同学绘制了如下图所示的能量流动图解,下列叙述不正确的是( )
A.生产者固定的总能量可表示为(A1+B1+C1+A2+B2+C2+D2)
B.由生产者到初级消费者的能量传递效率为D1/W1
C.初级消费者摄入的能量为(A2+B2+C2+D2)
D.W1>D1+D2
选C 由图可知,W1为生产者固定的太阳能,W1=A1+B1+C1+D1;
D1为初级消费者同化的能量,D1=A2+B2+C2+D2;
由于细胞呼吸消耗部分能量,所以W1>D1+D2。
3.在右图所示的食物网中,a表示动物性食物所占比例,若鸟要使体重增加x,至少需要生产者的量为y,那么x与y的关系可表示为( )
A.y≥90xa+10xB.y≤20xa+5x
C.y≥20xa+5xD.y≥100xa+10x
选C 根据能量传递效率为10%~20%,如果能量传递效率为20%,则y为xa/(20%)2+x(1-a)/20%=20xa+5x;
如果能量传递效率为10%,则y为xa/(10%)2+x(1-a)/10%=90xa+10x;
所以20xa+5x≤y≤90xa+10x。
4.右图食物网中,假如猫头鹰的食物有2/5来自兔,2/5来自鼠,1/5来自蛇,能量传递效率按10%计算,那么,猫头鹰若要增加5g体重需要消耗的植物是( )
A.900B.1400
C.1200D.1600
选B 在植物、鼠、兔、猫头鹰食物网中,猫头鹰属第三营养级,可把此食物链简化为一条,即植物―→兔(鼠)
猫头鹰,则消耗植物5×
4/5÷
10%÷
10%=400g;
另一条食物链中猫头鹰为第四营养级,则消耗植物为5×
1/5÷
10%=1000g,所以总共消耗植物为1400g。
5.对右图所示的一个食物网(能量传递效率按10%计算),相关叙述正确的是( )
A.昆虫属于第一营养级,鸟属于第二营养级
B.该食物网中初级消费者只有昆虫,次级消费者只有鸟
C.在鸟类的食物构成中,若动物性食物和植物性食物各占一半,则鸟类增加能量a时,生产者提供的能量为50a
D.若绿色植物固定的太阳能总量为M,昆虫获得的总能量为m1,鸟类获得的总能量为m2,则必有M>m1+m2
选D 由图可知该食物网有两条食物链:
①植物→鸟,②植物→昆虫→鸟。
昆虫处在第二营养级,鸟占有第二、三两个营养级;
若鸟类能量增加a时,由题意①中消耗植物的能量为0.5a÷
10%=5a,②中消耗植物的能量为0.5a÷
10%=50a,即共需生产者提供5a+50a=55a的能量;
绿色植物所固定的太阳能M是系统所获得的总能量,必有M>m1+m2。
6.有一食物网如下图所示。
如果能量传递效率为10%,各条食物链传递到庚的能量相等,则庚增加1kJ的能量,丙最少含多少能量( )
A.550kJB.500kJ
C.400kJD.100kJ
选A 设丙的能量为x,根据题意,经丙→丁→己→庚传递到庚的能量为0.5kJ,则需要丙0.5÷
(10%)3=500(kJ),经丙→戌→庚传递到庚的能量为0.5kJ,则需要丙0.5÷
(10%)2=50(kJ),即丙最少含有500+50=550(kJ)的能量。
一、选择题
1.生态系统能量流动主要是研究系统内各营养级及之间的( )
①能量输入 ②能量传递 ③能量转化 ④能量散失
A.①②③ B.①②④
C.①③④D.①②③④
选D 生态系统的能量流动是系统内各种群的能量输入、能量转化和能量散失,以及种群间的能量传递过程。
2.生态系统中,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
选A 生态系统中的能量流动应从生产者固定太阳能开始,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。
3.在“水藻→小鱼→大鱼”组成的食物链中,小鱼不会吃大鱼,但大鱼可以吃小鱼,该食物链的不可逆性,说明在一个生态系统中( )
A.物质循环是单向的B.能量流动是单向的
C.碳循环是单向的D.水循环是单向的
选B 在一条食物链中,大鱼吃小鱼,即意味着能量由一个营养级流向下一个营养级,这种流动方向是不可逆的,说明能量流动是单向的。
4.下图为某生态系统的能量流动过程,下列叙述错误的是( )
A.该生态系统中食草昆虫属于初级消费者
B.该生态系统中能量的最终来源是太阳光能
C.该生态系统中的能量在传递过程中是逐级递减的
D.该生态系统中的第一营养级是太阳能
选D 该生态系统中的第一营养级是水稻等植物。
5.a→b→c→d是某生态系统的一条食物链,测得a、b、c、d四种生物所含能量分别为m1、m2、m3、m4。
对这一食物链中能量流动的叙述,错误的是( )
A.a所固定的太阳能为流入食物链的总能量
B.m1、m2、m3、m4之和为该食物链的总能量
C.四种生物所含能量的关系是a>b>c>d
D.四种生物呼吸所消耗的能量的关系是a>b>c>d
选B 流经该生态系统的总能量是生产者a固定的太阳能总量。
由于能量流动逐级递减,所以a、b、c、d同化的能量越来越少,其呼吸作用释放的能量也是逐级递减的。
6.大象是植食性动物,有一种蜣螂则专以象粪为食。
设大象在某段时间所同化的能量为107kJ,则这部分能量可流入蜣螂体内的约为( )
A.0kJB.106kJ
C.2×
106kJD.106~2×
106kJ
选A 象粪中的能量,是大象取食植物后未消化的能量,属于生产者的同化能量的一部分,而大象同化的能量没有流入蜣螂体内。
7.右面是自然界碳循环的简图,对图中甲、乙、丙的分析正确的是( )
A.甲为生产者,乙为分解者,丙为消费者
B.甲为消费者,乙为分解者,丙为生产者
C.甲为分解者,乙为生产者,丙为消费者
D.甲为生产者,乙为消费者,丙为分解者
选A 无机环境中的碳进入哪一营养级,哪一营养级即是生产者,则甲为生产者;
生产者、消费者均有所指向的那一类生物应为分解者,则乙为分解者,丙为消费者;
且分解者、生产者、消费者均有指向无机环境的箭头,即它们通过呼吸作用产生CO2。
8.下列关于生态系统能量流动和物质循环的关系的叙述,不正确的是( )
A.二者是密切联系的两个过程
B.在能量流动过程中,物质是能量的载体
C.能量是物质循环的动力
D.从能量流动和物质循环的角度来看,生态系统是一个自给自足的系统
选D 组成生物体的各种元素不断进行着从无机环境到生物群落,再回到无机环境的循环,循环的动力来自能量,而物质又是能量的载体,以保证能量从一种形式转变为另一种形式;
在全球范围(生物圈)内,物质是循环的,但能量是不循环的。
生态系统的物质可以自给自足,但能量需来自系统外。
9.图示某生态系统中,四种生物所同化的有机物的量占该生态