学年高中生物必修三教师用书第5章 第2节.docx

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学年高中生物必修三教师用书第5章第2节

第2节　生态系统的能量流动

1．理解能量在生态系统中的流动过程。

（重难点）

2．掌握能量流动的特点及意义。

（重点）

3．尝试调查农田生态系统中的能量流动情况。

能量流动的过程

1．概念：

生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。

2．过程

（1）输入

（2）第一营养级的能量分析

（3）能量流经第二营养级的过程：

（4）过程图解

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：

a．通过自身呼吸作用以热能形式散失。

b．被下一营养级同化。

c．被分解者分解利用。

探讨

：

输入第二营养级的能量是初级消费者摄入的还是其同化的？

提示：

是同化的能量。

探讨

：

判断“一只老虎捕食了一只野兔，则野兔的全部能量都流向了老虎”的对错，并思考消费者摄入的能量、同化的能量与粪便中的能量有什么关系？

提示：

错，还有一部分未被老虎消化吸收的残渣、粪便中的能量存在；同化的能量＝消费者摄入的能量－粪便中的能量。

探讨

：

在一定时间内，某自然生态系统中全部生产者固定的能量值为a，全部消费者所获得的能量值为b，全部分解者所获得的能量值为c，试分析a、b、c三者之间的关系。

提示：

生产者固定的能量传递给了消费者和分解者的同时，还有一部分能量以热能的形式散失了，所以a>b＋c。

生态系统能量流动过程分析

（1）能量的来源：

太阳能。

（2）能量流动的起点：

从生产者固定太阳能开始。

（3）流经生态系统的总能量：

生产者通过光合作用所固定的太阳能的总量。

（4）能量流动的渠道：

食物链和食物网。

（5）能量的转化：

太阳能→生物体内有机物中的化学能→热能。

（6）能量的散失：

通过呼吸作用以热能的形式散失。

1．关于草原生态系统能量流动的叙述，错误的是（　　）

【导学号：

67330032】

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】　能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失过程，A正确；分解者的作用就是将有机物分解成无机物，并从中获取生命活动所需的能量，B正确；生态系统维持正常功能需要不断地输入光能，C正确；生产者固定的能量除用于自身呼吸外，部分流向分解者，部分流向下一营养级，D错误。

【答案】　D

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

【解析】　兔经同化作用所获得的能量，有三条去路：

一是通过呼吸作用以热能的形式释放；二是兔自身的生长发育，然后被下一个营养级即狐摄入，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；三是未被狐摄入的能量。

兔的粪便中的能量应属于生产者的能量。

【答案】　B

3．如图表示一般生态系统的结构模式图，在不考虑物质的输入和输出情况下，下列说法正确的是（　　）

A．能量主要是以太阳能的形式输入生态系统

B．组分1、2、3分别代表生产者、消费者和分解者

C．在一个幼苗茁壮成长的农田生态系统中能量的输出量和输入量相等

D．如果组分1是生产者，那么组分1代表的是绿色植物

【解析】　地球上几乎所有的生态系统所需要的能量都来自太阳能，A项正确；太阳能被生产者通过光合作用转化为有机物中的化学能，生产者除了绿色植物之外，还有能进行化能合成作用的硝化细菌等生物，D项错误；组分1、2、3分别代表生产者、分解者和消费者，B项错误；农田生态系统中由于部分能量被固定在植物的有机物中，因此输出量和输入量不相等，C项错误。

【答案】　A

能量流动的特点和意义

1．特点

（1）单向流动：

沿食物链由低营养级流向高营养级，不可逆转，也不能循环流动。

（2）逐级递减：

①能量在沿食物链流动的过程中逐级减少，传递效率约为10%～20%。

②营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多，生态系统中的能量流动一般不超过4～5个营养级。

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，可以形成一个金字塔图形。

3．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。

探讨

：

某同学绘制如图所示的能量流动图解（其中W1为生产者固定的太阳能），据图讨论以下问题：

（1）由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为多少？

流入初级消费者的能量为多少？

（用图示字母表示）

提示：

D1/W1，D1＝A2＋B2＋C2＋D2。

（2）此图解体现能量流动有何特点？

提示：

单向流动、逐级递减。

探讨

：

若把每个营养级的生物量及生物数量关系用能量金字塔的形式表示出来，是不是也是正金字塔形？

有没有例外？

提示：

一般情况下，也是正金字塔形。

但是有时候会出现倒置的塔形。

例如，在海洋生态系统中，由于生产者（浮游植物）的个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃掉，所以某一时刻调查到的浮游植物的生物量可能低于浮游动物的生物量。

当然，总的来看，一年中流过浮游植物的总能量还是比流过浮游动物的要多。

同理，成千上万只昆虫生活在一株大树上，该数量金字塔的塔形也会发生倒置。

探讨

：

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？

提示：

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。

能量流动的特点分析

1．单向流动

（1）食物链中，相邻营养级生物的吃与被吃关系不可逆转，因此能量不能倒流，这是长期自然选择的结果。

（2）各营养级的能量总有一部分以细胞呼吸产生热能的形式散失掉，这些能量是无法再利用的。

2．逐级递减

（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细胞呼吸消耗相当大的一部分能量，供自身利用和以热能形式散失。

（3）各营养级中的能量都要有一部分流入分解者。

3．能量传递效率：

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。

计算方法为：

能量传递效率＝

×100%。

4．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（　　）

【导学号：

67330033】

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】　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固定的太阳能＝175＋200＋875＝1250kJ；从乙到丙的能量传递效率为30÷200×100%＝15%；将乙和丙的粪便作为有机肥还田，为作物提供了无机盐，但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。

【答案】　C

5．如图甲为某湖泊生态系统的能量金字塔简图，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，m1、m2代表不同的能量形式。

图乙表示能量流经该生态系统某一营养级的变化示意图，其中a～g表示能量值。

请据图作答：

图甲

图乙

（1）图甲中，m1、m2表示的能量形式分别为________、________。

通常情况下，位于营养级Ⅳ的生物个体数量一般远远少于Ⅲ，主要原因是__________。

（2）图乙中，若A表示图甲中营养级Ⅱ所摄入的全部能量，则B表示________，C表示____________。

若图甲中营养级Ⅰ所固定的太阳能总量为y，则营养级Ⅰ、Ⅱ间的能量传递效率是________（用图中所给字母表示）。

（3）由图乙可以总结出生态系统能量流动的主要特点是________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

_____________________________________________________________。

（4）若图甲中营养级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各有一种生物甲、乙、丙，构成的食物关系如图丙。

其中，甲的能量中比例为X的部分直接提供给丙，则要使丙的能量增加AkJ，至少需要消耗甲的能量为________kJ（用所给字母表示）。

图丙

【解析】　

（1）m1表示流入该生态系统的总能量，这部分能量是太阳能或生产者固定的能量，m2表示从该生态系统散失的能量，即热能或呼吸作用散失的热量。

由于能量在传递过程中是逐级递减的，因此营养级越高的生物，可利用的能量越少，所以个体数量往往也越少。

（2）若A表示图甲中营养级Ⅱ所摄入的全部能量，则B表示Ⅱ同化的能量，C表示Ⅱ用于生长、发育和繁殖的能量。

若图甲中营养级Ⅰ所固定的太阳能总量为y，而图乙中营养级Ⅱ同化的总能量为b，则营养级Ⅰ、Ⅱ间的能量传递效率是b/y×100%。

（3）生态系统中能量流动的主要特点是单向流动、逐级递减。

（4）假设至少需要消耗甲的能量为a，则丙从甲→丙途径获得的能量为a×X×20%，丙从甲→乙→丙途径获得的能量为a×（1－X）×20%×20%，根据题干中的条件可知：

a×X×20%＋a×（1－X）×20%×20%＝A，因此a＝25A/（1＋4X）。

【答案】　

（1）太阳能（或生产者同化固定的能量）　热能（或呼吸作用散失的热量）　营养级高，可利用的能量少

（2）营养级Ⅱ同化的能量　营养级Ⅱ用于生长、发育和繁殖的能量　b/y×100%

（3）单向流动、逐级递减

（4）25A/（1＋4X）

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】　在生态系统中，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。

【答案】　A

2．下图表示生态系统中生产者能量的来源和去路，下列说法错误的是

（　　）

A．流经该生态系统的总能量为a

B．b以热能形式散失

C．c用于自身生长发育繁殖

D．若d为下一个营养级同化的能量，则d的量是c的10%～20%

【解析】　若d为下一营养级同化的能量，则d的量是a的10%～20%。

【答案】　D

3．某同学通过分析蛇的食性绘制了如图所示的食物关系。

假定一条1kg的蛇，4/5的食物来自鼠，1/5的食物来自蛙。

按能量流动的最高效率计算，此蛇间接消耗的植物为（　　）

A．45kgB．22.5kg

C．90kgD．20kg

【解析】　依题意知此蛇间接消耗的植物为（4/5）÷20%÷20%＋（1/5）÷20%÷20%÷20%＝45kg。

【答案】　A

4.右图是一个农业生态系统模式图，下列关于该系统的叙述中，错误的是

（　　）

A．微生物能利用农作物通过光合作用储存的能量

B．沼气池中的微生物是该生态系统的分解者

C．沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用

D．多途径利用农作物可提高该系统的能量利用效率

【解析】　在生态系统中，能量流动是单向的，不能循环利用，故C项错误。

该系统中，沼气池中的微生物能利用农作物固定的太阳能，属于分解者，选项A、B正确；物质和能量的多级利用，减少了能量的流失，提高了能量的利用率，选项D正确。

【答案】　C

5．下图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值，单位为百万千焦。

已知该生态系统受到的太阳辐射为118872百万千焦，但其中118761百万千焦的能量未被利用，请回答：

（1）请将该生态系统的总能量值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传递效率为________%，从第二营养级到第三营养级的传递效率为________%。

（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的能量的百分比是________。

（4）由图可知，下个营养级不能得到上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________；②上个营养级的部分能量_________

______________________________________________________________；

③还有少量能量被________利用。

【解析】　流入生态系统的总能量＝所有生产者所固定的太阳能的总量；某一营养级的总能量＝呼吸作用释放的能量＋流入到下一营养级的能量＋流向分解者的能量＋未被任何生物利用（如燃烧）的能量；能量转化（利用）率＝上个营养级流到下个营养级的能量÷上个营养级的总能量×100%。

另外，还要明白能量逐级递减的原因是每一营养级的生物都会因呼吸作用消耗相当大的一部分能量，还有未被利用的能量，并有一部分能量被分解者直接利用。

【答案】　

（1）111　生产者A　

（2）13.5　20　（3）60%

（4）呼吸作用消耗　未被下一个营养级利用　分解者

课堂小结：

网络构建

核心回扣

1.生态系统的能量流动是指能量的输入、传递、转化和散失的过程。

2．生态系统的能量流动从生产者固定太阳能开始。

3．生态系统中能量流动是单向的，逐级递减的。

4．能量在相邻两个营养级间的传递效率大约10%～20%。

5．研究生态系统的能量流动，可以帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。

6．研究生态系统的能量流动，还可以帮助人们合理地调整能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。

学业分层测评（十六）

（建议用时：

45分钟）

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．①②③④　　　　　B．①②④

C．①②④⑤D．①②③⑤

【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。

【答案】　C

2．某人想同时养鼠和水貂，用鼠喂水貂，再用剥去皮的水貂喂鼠。

这样可以实现能量的循环利用吗（　　）

A．可能，因为这个系统会平衡

B．可能，因为用鼠喂水貂所损失的能量可以用水貂喂鼠收回来

C．不可能，因为不能用食肉动物喂养食肉动物

D．不可能，因为食物中大部分能量都丢失了

【解析】　能量只能单向传递，逐级递减，不可循环利用。

【答案】　D

3．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】　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。

【答案】　C

4．营养级生物的能量、数量构建的金字塔分别称为能量金字塔、数量金字塔。

在某一栎林中，第一营养级生物为栎树，第二营养级生物为昆虫，第三营级生物为蛙、蜥蜴和鸟，第四营养级生物为蛇。

该栎林数量金字塔的示意图是

（　　）

【解析】　在数量金字塔中昆虫的数量远远大于栎树的数量，第三营养级生物数量小于昆虫的数量，第四营养级生物的数量小于第三营养级生物的数量，故选B。

【答案】　B

5．某池塘生态系统的一条食物链为：

浮游植物→浮游动物→鱼→水鸟。

假如水鸟只依靠鱼来增加体重，那么水鸟每增加1kg体重，至少需要该生态系统内浮游植物的量为（　　）

A．50kgB．125kg

C．625kgD．1000kg

【解析】　据题意可知，能量由浮游植物到水鸟经过了三次传递，按最高的能量传递效率可使该过程消耗的浮游植物最少，即：

1/（20%）3＝125（kg）。

【答案】　B

6．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．③和④分别属于草和兔同化量的一部分

B．①是流入该生态系统的总能量

C．图中②/①的比值代表草→兔的能量传递效率

D．分解者分解动植物遗体释放出来的能量，可供绿色植物再利用

【解析】　图中①、②分别是兔和狐摄入的能量，②与①之比不能代表“草→兔”的能量传递效率，所以C错。

③是兔排出的粪便中所含的能量，兔是初级消费者，初级消费者的粪便所含的能量不属于初级消费者，而应属于生产者；④是由兔流向分解者的能量，应属于兔同化量的一部分，所以A正确。

流入该生态系统的总能量应该是生产者所固定的太阳能的总量，而①仅是其中的一部分，所以B错。

分解者分解遗体，其中的能量最终是以热能的形式释放，而热能不能被绿色植物固定利用，所以D错。

【答案】　A

7．下列4种现象中，不适宜用生态系统中能量流动规律进行合理分析的是

（　　）

A．虎等大型肉食动物容易成为濒危物种

B．蓝藻易在富营养化水体中爆发

C．饲养牛、羊等动物，成本低、产量高

D．巨大的蓝鲸以微小的浮游动物为食

【解析】　A项，虎属于最高营养级，获取能量少，容易成为濒危物种；B项，在富营养化的水体中，N、P含量高，蓝藻会进行爆发式繁殖，但是没有体现出食物链，所以不适宜用能量流动规律来分析；C项，牛、羊属于初级消费者，直接从生产者获取食物，获得的能量多，因此成本低；D项，能体现出食物链，能用能量流动规律来解释。

【答案】　B

8．下列关于生态系统的能量流动的叙述中，不正确的是（　　）

A．能量流动是单向的、不循环的

B．食物链越短，可供最高营养级消费者获得的能量越多

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】　次级消费者获得的能量为初级消费者总能量的10%～20%。

初级消费者越多，向下可传递的能量也就越多，因此次级消费者获得的能量也越多。

【答案】　C

9．如图表示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种群中的总能量为1.6×108kJ，则从理论上分析，A种群获得的总能量最多是（　　）

A．2.0×108kJB．2.32×108kJ

C．4.2×108kJD．2.26×108kJ

【解析】　从图中可以看出，E种群中的能量传递有三条途径，但只有两条途径能传递到A种群。

C种群和D种群获得的总能量为5.8×109×20%－1.6×108＝1.0×109kJ，所以A种群获得的能量最多为1.0×109×20%＝2.0×108kJ。

【答案】　A

10．如图是某生态系统能量流动过程图解，利用图中箭头的序号回答问题。

（1）流经该生态系统的总能量是________。

（2）图中________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________性动物，它的粪便中的能量会被________利用，通过过程________表示。

【解析】　生产者（图中A）固定的太阳能即图中的①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。

【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　E（分解者）　⑥

11．下图为某鱼塘中能量流动图解部分示意图，①②③④⑤各代表一定的能量值，下列各项中正确的是（　　）

A．在人工饲养的高密度鱼塘中⑤一定小于①

B．图中④包含了次级消费者粪便中的能量

C．在食物链中各个营养级能量输入的方式和形式是完全相同的

D．第三营养级到第四营养级的能量传递效率为（③/②）×100%

【解析】　在人工鱼塘中，人们可通过投放饲料等措施来饲养更多的鱼类，所以⑤可能比①小，故A错；粪便中的能量属于上个营养级，所以④应包含三级消费者粪便中的能量，故B错；在食物链中各营养级能量输入的方式和形式不完全相同，故C错；能量传递效率＝一个营养级的同化量/上一个营养级的同化量，所以第三营养级到第四营养级的能量传递效率为（③/②）×100%，D正确。

【答案】　D

12．如图为能量流动示意图。

其中a1是流入第一营养级的总能量，相关说法正确的是（　　）

A．第一营养级传递给分解者的总能量是a4

B．能量散失a3，不能再被生物同化利用

C．a1、a2、a3、a6中的能量都以稳定化学能的形式存在

D．第一营养级和第二营养级之间能量传递效率是a6÷a2

【解析】　由题图可知，第一营养级传递给分解者的总能量是a4＋a7。

a1是生产者同化固定的能量，散失的能量a3以热能的形式存在，热能不能再被其他营养级利用，这也是能量流动逐级递减的重要原因。

第一营养级和第二营养级之间的能量传递效率是a6÷a1。

【答案】　B

13．图为现代版“桑基鱼塘”农业生态系统的能量流动和物质循环模式图，据图分析正确的是（　　）

A．“

桑”不能代表能量流动

B．模式图中不应有“

池塘”的箭头

C．鱼是二级消费者

D．该生态农业提高了能量的利用率

【解析】　“

桑”代表该生态系统能量的输入，A错误；该池塘水体中还有其他的生产者，模式图中应有“

池塘”的箭头，B错误；图中显示鱼以蚕粪为食，是分解者，C错误；该生态农业提高了能量的利用率，D正确。

【答案】　D

14．某生态系统中有A、B、C、D四种生物，其中D为分解者，其余生物构成一条食物链A→B→C，如图是该生态系统中能量流入B后发生的一系列变化示意图。

回答下列问题。

（1）图中的甲表示________，乙表示______________________，丙表示__________________。

（2）参与丁过程的是________（填“自养型”或“异养型”）生物。

（3）能量流入A、B、C三个营养级的方式________（填“相同”或“不同”），该生态系统中生物________（填字母）组成一个群落。

【解析】　

（1）图中的甲表示B的同化量，乙表示B用于生长、发育和繁殖等的能量，丙表示呼吸作用消耗的能量。

（2）丁表示分解者消耗的能量，参与丁过程的是异养型生物。

（3）A、B、C构成一条食物链A→B→C，说明A表示生产者，生产者主要通过光合作用固定太阳能，BC为消费者，通过捕食获得有机物中的化学能，因此能量流入A、B、C三个营养级的方式不同。

生物群落是指一定自然区域内相互间有直接或间接联系的所有生物