高中生物 52生态系统的能量流动 新人教版必修3.docx

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高中生物52生态系统的能量流动新人教版必修3

2019-2020年高中生物5.2生态系统的能量流动新人教版必修3

教学建议

（1）“生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入、传递和散失的过程”,学生对这一概念的认识,是建立在对生态系统结构的理解基础上的,因此进入这部分学习之前,复习生态系统结构的有关概念是必要的,特别是要让学生理解制约生态系统结构组成的重要因素之一是群落成员间的营养关系,即食物链和食物网。

（2）在“能量流动的过程”的教学中,可给出某个具体的捕食食物链,教师精心设计一些问题,让学生分析、讨论能量在食物链中的输入、传递、散失过程,使学生易于理解能量流动的概念和能量流动的过程。

（3）在“能量流动的特点”教学中,要充分利用一些经典的生态学实验,除了教材中提供的“CedarBog湖的能流分析”,还可补充一些其他生态学家所做的实验加以分析、讨论,然后让学生把各营养级中的能量通过能量金字塔的形式描绘出来。

这样便于使学生理解能量流动过程的定量分析,是研究能量流动规律的关键;定量实验在研究生态学问题中的重要性。

在学生分析、讨论这些实验数据的基础上,概括出生态系统能量流动的两个特点。

（4）在“研究能量流动的意义”的教学中,要特别注意与人类的生产生活实践相联系,可在引导学生分析一些具体问题的基础上,最终让学生概括出:

研究生态系统的能量流动规律,为的是能合理地调整生态系统中的能量流动关系,使能量流向对人类最有益的部分,同时还要保证生态系统的可持续发展。

参考资料

（1）生态系统中能量流动符合热力学定律。

生态系统的能量流动遵循热力学第一定律和热力学第二定律。

热力学第一定律指出,能量可以由一种形式转化为另一种形式;在转化过程中是按严格的当量比例进行的。

能量既不能消灭,也不能凭空产生。

依据这个定律可知,一个系统的能量发生变化,环境的能量也必定发生相应的变化,如果体系的能量增加,环境的能量就要减少,反之亦然。

对生态系统来说也是如此。

热力学第二定律指出,在封闭系统中,一切过程都伴随着能量的改变。

在能量传递和转化过程中,除了一部分可以继续传递和做功（自由能）外,总有一部分能量以热能的形式消散。

对生态系统来说,当能量以食物的形式在生物之间传递时,食物中相当一部分能量转化为热能而消散,其余则用于合成新的组织而作为潜能贮存下来。

（2）生态系统能量流动是单向的。

能量以光的状态进入生态系统后,就不能再以光的形式存在,而是以化学能或热能的形式存在。

生物代谢过程产生的热能也不能再转化为生物的化学能。

从总的能量流动途径来看,能量只是单程流经生态系统,是不可逆的。

（3）能量在生态系统内流动是不断递减的。

生态系统中各营养级不能百分之百地利用前一营养级的生物量和能量,总要耗散掉一部分。

耗散掉的能量包括热能、不能被生物采食到或摄入的能量。

一般来说,能量在相邻两个营养级之间的传递效率是10%~20%。

（4）能量流动速率不同。

生态系统中能量流动速率与生态系统类型和不同生物有密切关系。

2019-2020年高中生物5.2生态系统的能量流动基础巩固训练新人教版必修3

一、选择题（共7小题,每小题4分,共28分）

1.（xx·大连高二检测）流经某一生态系统的总能量是　（　　）

A.照射到该生态系统中的全部太阳能

B.该生态系统中所有生产者、消费者、分解者体内的能量

C.该生态系统中生产者体内的能量

D.该生态系统中生产者所固定的太阳能

【解析】选D。

流经生态系统的总能量是该生态系统中生产者所固定的太阳能,故选D。

2.（xx·德州高二检测）每一个营养级都具有的能量流动方向有　（　　）

①分解者②下一营养级

③生长、发育和繁殖④呼吸散失

A.①②③④B.②③④

C.①③④D.①②③

【解析】选C。

食物链中的最高营养级不能被其他生物捕食,则其固定的能量不会流入下一营养级,因此每一个营养级都具有的能量流动方向为流向分解者、呼吸散失和用于生长、发育和繁殖。

3.（xx·哈尔滨高二检测）“一山不容二虎”这一谚语,用生态学观点可以解释为　（　　）

A.虎所需的生活空间很大

B.营养级越高的生物,得到的能量越少,个体数量也越少

C.虎性情孤独,不群聚

D.身强体壮的虎以身体弱小的虎为食

【解析】选B。

虎一般位于食物链的最高营养级,而能量沿着食物链逐级递减,故虎获得的能量少,个体数量少。

【变式训练】在食物链“A→B→C”中,能量逐级减少。

其原因不包括　（　　）

A.总有一部分A和B会自然死亡和被分解者利用

B.B、C摄入的能量总有一部分被排出

C.A、B和C生命活动的维持总要消耗能量

D.照射到A上的太阳能不能被全部固定

【解析】选D。

照射到A上的太阳能不能被全部固定只是说明照射的太阳能并没有完全流入到生态系统中,不能解释能量逐渐递减的原因。

4.下图是某生态系统的能量流动过程。

下列叙述错误的是　（　　）

A.该生态系统中草食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能

C.该生态系统中的能量传递是不循环的

D.该生态系统中的第一营养级是太阳能

【解析】选D。

图示中的一条食物链为水稻→草食昆虫→鱼,其中水稻为第一营养级,草食昆虫是初级消费者;太阳能是生态系统能量的最终来源;生态系统中的能量只能从第一营养级依次流向下一营养级,不能循环流动。

5.（xx·重庆高二检测）下表是某营养级昆虫摄食植物后能量流动的情况,下列说法不正确的是　（　　）

项目

昆虫

摄食量

昆虫

粪便量

昆虫呼吸

消耗量

昆虫生长

的能量

能量（kJ）

410

210

130

70

A.呼吸作用会有能量散失,是能量传递效率不能达到100%的原因之一

B.昆虫同化的能量中约有35%用于其生长、发育和繁殖

C.昆虫的后一个营养级能够获得的能量最多为14kJ

D.昆虫的前一营养级的能量至少有1000kJ

【解析】选C。

由于每一营养级都会经呼吸作用散失一部分能量,故能量不能全部传递给下一营养级,A项正确;昆虫同化的能量=昆虫摄食量-昆虫粪便量=410-210=200kJ,其中用于昆虫生长的能量为70kJ,约占同化量的35%,B项正确;昆虫同化的能量为200kJ,后一个营养级最多能获得能量为200×20%=

40kJ,C项错误;昆虫所同化的能量为200kJ,则其上一营养级所同化的能量至少应为200÷20%=1000kJ,D项正确。

【方法规律】能量流动的分析方法

（1）一个营养级所同化的能量=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。

（2）消费者同化的能量=摄入量-粪便中有机物的能量,即摄入的食物只有部分被同化。

消费者粪便中含有的能量不能计入排便生物所同化的能量,它实际与上一个营养级的遗体残骸一样,属于未被下一个营养级利用的那一部分能量。

【延伸探究】

（1）题5中昆虫通过异化作用分解的能量约占其同化能量的多少?

提示:

65%。

昆虫的异化作用是指呼吸作用,昆虫呼吸消耗量为130kJ,而其所同化的能量为200kJ,则异化作用分解的能量所占同化能量的比例为130÷200=0.65,即65%。

（2）题5中若植物所固定的太阳能为1500kJ,则植物与昆虫之间的能量传递效率为多少?

提示:

13.3%。

能量传递效率为两营养级所同化能量的比值,由此可得200÷1500×100%≈13.3%。

【变式训练】下图是能量流动的图解,对此图解的理解错误的是　（　　）

A.图中方框的大小可表示该营养级生物所具有的能量的多少

B.该图中C所具有的能量为B的10%～20%

C.该图中的A表示流经该生态系统的总能量

D.图中A具有的能量等于B、C、D的能量之和

【解析】选D。

生态系统能量流动是单向的、逐级递减的,能量传递效率为10%～20%。

图中A为生产者,其固定的太阳能是流经该生态系统的总能量,A具有的能量大于B、C、D的能量之和。

6.（xx·嘉峪关高二检测）在浮游植物→小鱼→海豹→虎鲸这条食物链中,若虎鲸体重增加1kg,至少消耗浮游植物为　（　　）

A.1kgB.10kgC.125kgD.1000kg

【解析】选C。

结合题中信息,已知虎鲸增重1kg,求浮游植物消耗情况,由消费者到生产者,应除以传递效率;由“至少”这一关键词可知,应选择20%这一传递效率。

基于以上分析可得,至少消耗浮游植物的量为1÷（20%×20%×20%）=

125kg。

7.（xx·广州高二检测）研究生态系统中的能量流动规律,可以帮助人们更有效地利用能量。

在农田生态系统中,能够实现对秸秆中的能量有效利用的措施包括

　（　　）

①就地燃烧秸秆②秸秆用作饲料　

③发酵秸秆产生沼气④秸秆用于造纸

A.①②B.②③C.③④D.①④

【解析】选B。

秸秆中残存着一部分能量,若就地燃烧秸秆,其所含能量就散失掉了,且会造成环境污染;而将秸秆用作饲料、发酵产生沼气,都可以将秸秆所含的能量充分利用;秸秆用于造纸,实现的是物质的再利用,而不是能量的多级利用。

【方法规律】根据生态系统的能量流动规律,在实际生产生活中借鉴以下措施

（1）尽量缩短食物链。

（2）充分利用生产者。

（3）充分利用分解者,如利用秸秆培育食用菌、利用植物残体生产沼气等。

二、非选择题（共2小题,共22分）

8.（12分）下图是对某湖泊的能量考查结果[单位:

千焦/（厘米2·年）],请据图回答:

（1）流经该生态系统的总能量主要是指　,

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约为　　　　　　,这说明了能量流动的特点是　　　　　　,也就是说食物链越长,　　　　　　越多。

（3）D热能是通过　　　　　　　释放的能量。

（4）能量流动具有单向、不循环的特点,主要原因是生物不能在代谢中利用____

　。

【解析】

（1）流经生态系统的总能量是指生产者固定的太阳能,结合图中信息可知,生产者固定的太阳能为0.46千焦/（厘米2·年）。

（2）能量传递效率是指两营养级之间同化能量的比值,由此可得0.062÷0.46×100%=13.5%,说明能量流动的特点是逐级递减的,即食物链越长,能量散失的越多。

（3）热能主要通过呼吸作用散失。

（4）由于各营养级均有一部分能量以热能的形式散失掉,而这部分能量不能被生物在代谢中重新利用,故能量流动是单向、不循环的。

答案:

（1）生产者固定的太阳能　0.46

（2）13.5%　逐级递减　能量散失

（3）呼吸作用　（4）呼吸放出的热能

9.（10分）某种植玉米的农场,其收获的玉米子粒既作为鸡的饲料,也作为人的粮食,玉米的秸秆则加工成饲料喂牛,生产的牛和鸡供人食用,人、牛、鸡的粪便经过沼气池发酵产生的沼气作为能源,沼渣、沼液作为种植玉米的肥料。

据此回答（不考虑空间因素）:

（1）请绘制由鸡、牛、玉米和人组成的食物网。

（2）流经该农场生态系统的总能量来自　　　　　　所固定的　　　　　。

（3）假设该农场将生产玉米的1/3作为饲料养鸡,2/3供人食用,生产出的鸡供人食用。

现调整为2/3的玉米养鸡,1/3供人食用,生产出的鸡仍供人食用。

理论上,该农场供养的人数将　　　　　（填“增多”“不变”或“减少”）,理由是 

　。

【解析】

（1）鸡、牛、玉米和人组成的食物网详见答案。

（2）流经一个生态系统的总能量是生产者固定的全部太阳能,因此,流经该农场生态系统的总能量来自玉米所固定的太阳能。

（3）理论上,该农场供养的人数将减少,因为改变用途的1/3玉米被鸡食用后,在鸡这一环节散失了一部分能量,导致人获得的能量减少。

答案:

（1）如图所示:

（2）玉米（其他合理答案也可）　太阳能

（3）减少　改变用途的1/3玉米被鸡食用后,在鸡这一环节散失了一部分能量,导致人获得的能量减少

一、选择题（共6小题,每小题5分,共30分）

1.（xx·安庆高二检测）深海热泉生态系统中流动的能量最初来源于　（　　）

A.微生物化能合成作用　　　B.火山口的热量

C.无机物的氧化D.太阳光能

【解析】选A。

生态系统能量流动的最初来源一般为太阳能,但是对于一些特殊的生态系统,如深海热泉,由于没有光,其能量来源于微生物的化能合成作用。

2.（xx·泉州高二检测）下列有关生态系统能量流动的叙述中,正确的是　

（　　）

A.生态系统的能量可循环利用

B.生产者通过光合作用合成有机物时,能量就从非生物环境流入生物群落

C.一种蜣螂专以象粪为食,则该种蜣螂最多能获取大象所同化能量的20%

D.当狼捕食兔子并将其同化为自身的有机物时,能量就从第一营养级流入了第二营养级

【解析】选B。

生态系统中的能量是单向流动的,不能循环利用,A项错误;生产者通过光合作用合成有机物的同时实现了光能→生物体中化学能的转变,B项正确;象粪不属于大象所同化的能量,C项错误;兔子为第二营养级,狼为第三营养级,D项错误。

3.下图表示某草原生态系统中能量流动图解,①～④表示相关过程能量流动量。

下列有关叙述正确的是　（　　）

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能量的一部分

C.图中②/①的值代表草→兔的能量传递效率

D.分解者获得的能量最少

【解析】选B。

图中①表示流入兔的能量;③是兔粪便中的能量,来自被兔摄入而未被同化的草,④表示兔同化能量的一部分;图中②/①的值代表兔→狐的能量传递效率;分解者获得的能量不一定少于各营养级获得的能量。

4.下表是对某生态系统营养级和能量流动情况的调查结果[单位:

102kJ/（m2·a）]。

表中的①②③④分别表示不同的营养级,⑤为分解者。

GP表示生物同化作用固定的能量,NP表示生物体储存着的能量（NP=GP-R）,R表示生物呼吸消耗的能量。

下列有关叙述正确的是　（　　）

GP

NP

R

①

15.91

2.81

13.10

②

871.27

369.69

501.58

③

0.88

0.34

0.54

④

141.20

62.07

79.13

⑤

211.85

19.26

192.59

A.该生态系统的食物链可能是②→④→①→③→⑤

B.能量在初级消费者和次级消费者之间的传递效率约为5.5%

C.若该生态系统维持现在的能量输入、输出水平,则有机物的总量会增多

D.④营养级GP的去向中,未被利用的能量有一部分残留在自身的粪便中

【解析】选C。

食物链是由生产者和消费者组成的,该生态系统的食物链是②→④→①→③;能量在初级消费者和次级消费者之间的传递效率为15.91÷141.20×100%≈11.3%;能量的输入为871.27×102kJ/（m2·a）,能量的输出为13.10+501.58+0.54+79.13+192.59=786.94×102kJ/（m2·a）,所以长期维持现在的状态,有机物总量会增多;④营养级GP的去向中,未被利用的能量仍然保留在该营养级的生物体内,而它们粪便中的能量属于营养级②的GP。

【方法规律】能量的输入和散失

能量的输入是生产者固定的总能量,能量的散失是生产者、消费者以及分解者的呼吸作用。

（1）当能量的输入=能量的散失时,生态系统中群落处于相对稳定的状态。

（2）当能量的输入<能量的散失时,生态系统中群落处于衰落的状态。

（3）当能量的输入>能量的散失时,生态系统中群落处于成长的状态。

5.根据生态系统的结构和功能,下列叙述中不正确的是　（　　）

A.“桑基鱼塘”是人工建立的良性生态系统

B.在我国西部大开发中应采用“退耕还林、还草”等措施

C.为充分利用生产者所固定的能量,水产养殖业中应以食物链长的鱼类为养殖对象

D.营养级别越高的生物种群体内所获得的能量越少

【解析】选C。

“桑基鱼塘”是我国珠江三角洲地区,为充分利用土地而创造的一种挖深鱼塘、垫高基田、塘基植桑、塘内养鱼的高效人工生态系统,A项正确;采用“退耕还林、还草”等措施有利于解决水土流失和土地沙化问题,B项正确;食物链越短,能量损失就越少,水产养殖业中以食物链短的鱼类为养殖对象,有利于充分利用生产者固定的太阳能,C项错误;随着食物链的延长,消费者所获得的能量逐渐减少,D项正确。

6.（能力挑战题）下图表示动物利用食物的过程。

下列叙述不正确的是（多选）　

（　　）

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

【解题关键】

（1）关键词:

“获取量”与“未获取量”“食入量”与“未食入量”“同化量”与“未同化量”。

（2）关键知识:

理解三个比值的含义:

④/③联系呼吸消耗量,③/①联系能量传递效率,③/②联系动物生长量。

【解析】选A、B、D。

④/③的含义为有机物积累量/同化量,在同化量相同的情况下,由于恒温动物要维持自身的体温,需要消耗较多的有机物,故恒温动物的④/③值一般低于变温动物,A项错误;③/①表示同化量/获取量,不是能量传递效率,B项错误;③/②表示同化量/食入量,圈养动物一般要求短时间内长大,同化量高就意味着长得快,这个比值高意味着用同样的饲料能够让圈养的动物长得更快,C项正确;食草动物的食物中含有大量纤维素,绝大部分纤维素不能被同化,食肉动物的食物中,营养物质主要是蛋白质、脂肪等,绝大部分都可以被同化,即食肉哺乳动物的③/②值要高于食草哺乳动物,D项错误。

【延伸探究】

（1）题6图中呼吸代谢消耗能量的去向有哪些?

提示:

一部分形成ATP用于各项生命活动,另一部分以热能的形式散失。

（2）圈养的鸡与野生的鸡相比食入量大,它们快速增肥的原因还与题6选项中哪对比值有关?

为什么?

提示:

④/③。

由于圈养鸡的活动量较小所以有机物的消耗量小,积累量大。

二、非选择题（共20分）

7.下图是一水域生态系统在一年之内的能量流动情况资料[能量单位:

kJ/（m2·a）]。

据图回答:

（1）流经该生态系统的总能量为　　　kJ/（m2·a）。

（2）该系统的能量传递效率在　　　　　之间,能量传递效率如此之低,是因为大部分能量　　　　　　　　　　　,另有一部分能量流向　　　　　。

（3）按图中的能量传递效率,若食肉动物增重1kg（有机物干重）,则需消耗生产者约　　　　　kg（有机物干重）。

（4）人类对生态系统的能量流动进行调查研究,其意义是　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

【解析】生产者固定的太阳能是流经生态系统的总能量,能量的传递效率是相邻营养级同化量的百分比,但由于各营养级的呼吸消耗和分解者的分解作用,使能量传递效率一般在10%～20%,但也可能低于10%。

食肉动物增重1kg,则需消耗的生产者为1÷11.4%÷16.2%≈54.1kg。

人类研究能量流动的目的是为了更有效地利用能量。

答案:

（1）20810

（2）5.5%～16.2%

被各营养级自身的呼吸作用消耗　分解者

（3）54.1

（4）帮助人们合理地调整能量流动关系,使能量流向对人类最有益的部分

【误区警示】能量利用率≠能量传递效率

调整生态系统中能量流动的关系,是提高了流入对人类有益部分的能量的比例,即能量利用率,而不是能量传递效率。