高考生物能量流动学案.docx

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高考生物能量流动学案

　生态系统的能量流动

考纲要求

　生态系统能量流动的基本规律及应用（Ⅱ）。

一、能量流动的概念

生态系统中能量的________、传递、________和散失的过程，称为生态系统的能量流动。

二、能量流动的过程

1．起点：

生产者____________开始。

2．总量：

生产者________________。

3．流动渠道：

________和________。

4．特点：

（1）单向流动：

能量只能沿着食物链由________流向高营养级。

（2）逐级递减

①每个营养级生物都因________而散失部分热能。

②每个营养级生物总有一部分不能被____________利用。

③传递效率为______（形象地用____________）。

三、能量流动研究意义

1．帮助人们科学规划，设计________________，使能量得到最有效利用，实现能量的________。

2．帮助人们合理地________生态系统中能量流动关系，使能量持续高效地流向____________________。

探究点一　生态系统中能量流动过程

分析能量流动过程图，完成下列填空：

　由上图可知：

（1）能量转化：

________→有机物中的化学能→________（最终散失）。

（2）流动形式：

________中的化学能。

（3）散失途径：

呼吸作用，包括____________自身的呼吸消耗以及________的呼吸作用。

（4）能量散失的形式：

以热能形式散失。

思维拓展

1．消费者同化的能量与摄入量的关系：

2．流入一个营养级的能量是指被这个营养级的生物所______（同化、摄入）的全部能量。

（1）能量的来源

生产者的能量主要来自______。

其余各营养级的能量来自上一营养级所同化的能量。

（2）能量的去路

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遗体、残骸、粪便等被分解者分解。

④未被利用：

包括生物每年的积累量，也包括动植物遗体、残骸以化学燃料形式被储存起来的能量。

探究示例1

　如图表示在某生态系统中，能量流经第二营养级的示意图。

对该图分析不合理的是（　　）

A．能量流动是伴随着物质利用而进行的

B．图中甲为初级消费者同化的能量，即第二营养级所含有的能量

C．该图不够完善，缺少甲中因呼吸以热能散失的能量

D．乙比甲的能量少的原因是甲的遗体、残骸中的能量被分解者利用而未传递下去

[拓展延伸]

下图为某一草原生态系统，流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，即W1。

那么，判断“草原上所有生物的总能量之和等于W1”这句话的正误。

图中的B1代表什么？

探究点二　能量流动的特点

1．分析能量流动模型，完成下列填空。

（1）大方框代表一个________。

（2）大粗箭头表示流经一个生态系统的总能量，即本生态系统中____________________。

（3）能量流动的方向（以箭头表示）________。

（4）箭头由粗到细表示流入下一个营养级的能量________。

（5）方块面积越来越小表示随营养级别的________，贮存在生物体内的能量________。

（6）分解者体内的能量及呼吸产生的能量以热能的形式散失到系统外，成为不能再利用的能量。

（7）能量流动特点：

________、________。

（8）能量传递效率：

________。

计算式为：

相邻两营养级之间的传递效率＝下一个营养级同化量/上一个营养级同化量×100%。

2．简述能量流动的意义及提高能量利用率的措施。

探究示例2

　下图为生态系统中食物链所反映的能量流动情况，图中箭头表示能量流动的方向，单位为kcal/（m2·a）。

下列说法错误的是（　　）

A．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

B．辐射的太阳能中仅有1%左右的能量被生产者利用

C．每一营养级的能量大部分用于呼吸和被分解者利用

D．此生态系统中的分解者可利用图中A的所有能量　

探究点三　生态金字塔

完成下表填空：

比较三种金字塔

类型

项目

能量金字塔

数量金字塔形

生物量金字塔

形状

特点

正金字塔形

一般为____金字塔形，有时会出现____金字塔形

一般为正金字塔形

象征含义

能量沿食物链流动过程中具有________的特性

生物个体____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______）沿食物链升高逐级递减

每一级含义

每一营养级生物所含____的多少

每一营养级生物个体的____

每一营养级生物的________

特殊形状

能量流动的过程中总是有能量的消耗

一株大树上鸟、虫、树的数量金字塔的塔形会发生倒置

浮游植物的个体小，寿命短，又不断被浮游动物吃掉，所以某一时间浮游植物的生物量（用质量来表示）可能____浮游动物的生物量

探究示例3

　如图是某个农业生态系统的结构模式图，该图中表示生态系统能量流动的箭头是（　　）

A．①③B．②③⑤

C．①③④D．②⑤

课后练习：

1．在一个草原生态系统中，如果要研究被第二营养级同化的能量去向，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．羊的生产量D．部分死亡羊的重量

2．某生态系统中存在如图所示的食物网，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．1.875倍B．1.375倍

C．1.273倍D．0.575倍

3．下列有关生态系统能量流动的叙述中，错误的是（　　）

A．当狼捕食兔子并转化为自身的有机物时，能量就从第一营养级流入第二营养级

B．当狼吃掉一只兔子时，狼不可能获得兔子的全部能量

C．生产者通过光合作用合成有机物，能量就从非生物环境流入生物群落

D．生态系统的能量流动是单向的，逐级递减的

4．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，下列说法不正确的是（多选）（　　）

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、分解者和消费者

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

5．某自然生态系统中有一条食物链：

甲→乙→丙→丁，测得这四种生物所含的有机物总量分别为a、b、c、d（单位：

kg/年）。

下列叙述中正确的是（　　）

A．丙种群个体所含有机物的平均值一定大于丁种群

B．甲从无机环境中获得的能量等于a所含的能量

C．若能量在相邻的两个营养级间的传递效率是20%，则b＋c＋d＝0.2a

D．甲的同化作用类型为自养型

6．如图表示某湖泊生态系统的营养结构，a～e代表各营养级的生物，下列叙述不正确的是（　　）

A．共有三条食物链

B．各营养级中，能量最多的是c，生物个体数量最多的是a

C．若水体受有机磷农药轻微污染，则受害最严重的是a

D．若c所含能量为5.8×109kJ，d含1.3×108kJ，则a至少约含4.5×107kJ

7．（2011·常州模拟）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）。

下列有关叙述正确的是（多选）（　　）

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．沼气池的建造和植树造林，提高了该生态系统的稳定性

8．我国北方的一些地区每年都会发生一定程度的蝗灾，当地政府和农牧民常用喷洒农药的方法来杀灭蝗虫。

2000年发生蝗灾时，新疆某地邀请来一批养鸭户，把几十万只鸭子放养到虫害严重的草原上，收到很好的效果。

下列有关叙述中错误的是（　　）

A．利用农药灭虫，农药对蝗虫起选择作用，生存下来的蝗虫都是抗药能力较强的

B．利用鸭子消灭蝗虫，根本目的是调整生态系统能量流动关系，使能量更多地流向鸭子

C．利用鸭子消灭蝗虫，从生态的成分看，鸭子是次级消费者，鸭子与草原上的牛、羊的关系是种间互助

D．利用鸭子消灭蝗虫不仅可以获得较好的经济效益，而且还能减轻污染、保护其他生物

学案43　生态系统的能量流动

课前准备区

一、输入　转化

二、细胞呼吸　细胞呼吸　初级消费者　次级消费者　三级消费者　细胞呼吸　有机物　细胞呼吸　热能

1．固定太阳能　2.固定的太阳能总量　3.食物链　食物网

4．

（1）低营养级　

（2）①呼吸作用　②下一营养级　③10%～20%　能量金字塔表示

三、1.人工生态系统　多级利用　2.调整　对人类最有益的部分

课堂活动区

探究点一

（1）太阳能　热能　

（2）有机物　（3）各个营养级　分解者

探究示例1　D　[由图可知，甲为初级消费者同化的能量，即第二营养级所含有的能量；乙为初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量，即第二营养级所含的能量减去因呼吸以热能形式散失的能量之后而剩余的能量，该部分的能量最终将有两个去向，一是遗体、残骸中的能量被分解者利用，二是被次级消费者摄入。

乙和甲仍然处于同一个营养级，乙比甲的能量少的原因是呼吸作用消耗。

]

探究点二

1．

（1）生态系统　

（2）全部生产者所固定的太阳能总量　（3）单向流动　（4）逐级递减　

（5）增加　越来越少

（7）单向流动　逐级递减　（8）10%～20%

2．

（1）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。

（2）措施

①尽量缩短食物链。

②使废物资源化，充分利用生产者、分解者。

如利用秸秆培育食用菌等。

探究示例2　D　[图中A中的能量包括呼吸散失的热能，分解者不能利用。

]

探究点三

正　倒　逐级递减　数目　总质量　能量　数目　有机物总量　低于

探究示例3　C　[能量金字塔反映食物链中各营养级所拥有能量值的大小。

能量金字塔的最低层为第一营养级即生产者，Ⅳ为本金字塔中最高营养级而非分解者。

非生物的物质和能量中太阳能被生产者经光合作用固定而进入生物群落。

最终被各营养级成分的呼吸作用以热能的形式散失到无机环境。

]

构建知识网络

单向流动　逐级递减　人工生态系统　更有益

课后练习区

1．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，此部分属于第一营养级。

因此羊的粪便量不是被羊同化的能量去向。

]

图型解读　能量的来源及去向图解

（1）图示

（2）析图：

①消费者摄入能量（a）＝消费者同化能量（b）＋粪便中能量（c），即动物粪便中能量不属该营养级同化能量，应为上一个营养级固定或同化能量。

②消费者同化能量（b）＝呼吸消耗（d）＋生长、发育和繁殖（e）。

③生长、发育和繁殖（e）＝分解者分解利用（f）＋下一营养级同化（i）＋未被利用（j），即消费者同化能量若为两部分之和是b＝d＋e；若为四部分之和是b＝d＋f＋i＋j。

2．C　[初级消费者的多少，理论上并不影响相邻营养级间能量的传递效率，因此次级消费者获得的能量还是相对稳定的。

]

3．A　[兔子是第二营养级，狼是第三营养级，故狼捕食兔子后，能量从第二营养级流入第三营养级。

]

方法技巧　利用“拼图法”解决能量流动中的难题

输入第一营养级的能量（W1），被分为两部分：

一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了（A1），一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖（B1＋C1＋D1）。

而后一部分能量中，包括现存的植物体B1流向分解者的C1、流向下一营养级的D1。

参考图示，很容易理解以下问题：

（1）流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，即W1。

将图中第三营养级同化的总能量D2“拼回”第二营养级，则刚好等于D1，即第二营养级同化的总能量；再将D1“拼回”第一营养级，则刚好等于生产者固定的总能量W1。

可见，在一个草原生态系统中，草原上所有生物的总能量都来自W1，所有生物总能量之和都小于W1（呼吸作用消耗的缘故）。

（2）能量传递效率不会是100%。

从上图可以看出，从第一营养级向第二营养级能量的传递效应等于D1/W1，因此不会达到100%，一般情况下，能量传递效率为10%～20%。

（3）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，理清生物与生物在营养级上的差值。

4．ACD　[组分1为生产者，既可代表绿色植物，也可代表硝化细菌、蓝藻等自养生物，故D错误；幼苗茁壮成长，能量的输入大于输出，C错误；能量主要以化学能的形式输入生态系统。

]

5．D　[丙营养级有机物大于丁营养级而不是种群；甲从无机环境中获得的能量大于a所含的能量；能量在两营养级之间的传递效率为20%，则b为0.2a，c为0.04a，d为0.008a；生产者甲一定是自养型。

]

6．B　[图中共有c→d；c→e→a；c→b→a三条食物链；a处的营养级最高，所以生物富集作用最严重；a“至少”获得的能量：

按10%传递，选择食物链最长的计算；d消耗c的能量按最多为1.3×108kJ÷10%＝1.3×109kJ，c剩余的能量为5.8×109kJ－1.3×109kJ＝4.5×109kJ，按10%的传递效率，由c→b→a，得4.5×107kJ，故D正确。

]

7．ABD　[该生态农业实现了物质和能量的多级利用，大大提高了能量的利用率，而非能量传递效率。

]

8．C　[农作物的能量可传给人、鸡、猪、牛，而鸡、猪、牛的能量也可传给人；但人和鸡、猪、牛的能量不能传给农作物，这是由食物链的方向决定的。

]

9．B　[利用鸭子消灭蝗虫并非想使能量更多地流向鸭子，根本目的是利用鸭子与蝗虫的捕食关系更好地消灭蝗虫，获得更好地经济效益。

]

10．D　[生态系统的能量流动指的是种群间的能量流动，而非个体，故①错误。

能量沿食物链单向流动，随着营养级的升高而逐级递减，能量传递效率并未随着营养级的升高而逐级递减，故②错误。

]

知识归纳　对三种类型金字塔的理解

（1）在一条食物链中，由低营养级到高营养级推算，前一营养级比后一营养级含量一定多的指标是“能量”，而“数量”和“生物量”均可能出现反例。

（2）在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）多。

天然生态系统则必须当能量状况表现为金字塔形状时，方可维持生态系统的正常运转，从而维持生态系统的稳定性。

（3）某营养级的“粪便”中的能量不同于“尿液”中的能量。

前者应归于上一营养级，是未被该营养级利用的能量（含在上一营养级同化能量的80%～90%中）；后者则归于该营养级，是该营养级所同化的能量中的一部分（含在上一营养级传递来的10%～20%的能量中）。

（4）以金字塔图形式呈现

如下图所示，如果成千上万只昆虫生活在一棵大树上，鸟又以该树上的昆虫为食（食物链：

树→昆虫→鸟）。

那么树、昆虫和鸟的能量金字塔、生物量金字塔和生物数量金字塔可依次表示为A、A、C。

11．

（1）G2　6　

（2）A、B、C　（3）4月份不放牧，5～10月份放牧强度保持在G2水平　

（4）有机物生成量（CO2的消耗量或O2生成量）　（5）二　（6）分解者

解析　

（1）净光合产量最大时的放牧强度最适宜，由图1可知，5～10月份，最适宜的放牧强度是G2。

净光合产量最大时，被初级消费者利用的能量最多，由图1可知，6月份的净光合产量最大，该月份被初级消费者利用的总能量最多。

（2）因净光合产量＝光合作用合成量－呼吸作用消耗量。

不放牧时，影响光合作用的因素是光照强度和肥料多少。

枝叶长大后，枝叶对下层植物有遮光作用，导致光照强度下降，从而使光合作用合成量减少。

此外，植株衰老时，细胞中相应酶的活性降低，也会导致光合作用强度降低。

（3）由图1可知，净光合产量与放牧量有关，故其措施是4月份不放牧，5～10月份放牧强度保持在G2水平，净光合产量都保持最大值。

（4）光合作用强度可用O2生成量、有机物生成量或CO2消耗量表示。

（5）营养级越高的生物，体内积累的32P越多，此为生物富集效应。

由图2可知，A消费者的放射强度相对值的最大值小于B，说明A消费者的营养级级别低于B，故A消费者为初级消费者，属于第二营养级。

（6）生产者的能量除被消费者利用外，还有部分被分解者利用。

12．

（1）太阳能（或同化固定的能量）　热能（或呼吸作用散失的热量）　营养级越高，可利用能量越少（或营养级高的物种，往往体型较大）　

（2）同化固定的能量　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）

解析　

（1）m1表示流入该生态系统的能量，这部分能量是太阳能或同化固定的能量，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，则营养级越高的生物，可利用能量越少，所以个体数量也越少。

（2）若A表示图甲营养级Ⅱ所摄入的全部能量，则B表示Ⅱ同化固定的能量，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同化固定的总能量为b，因此营养级Ⅰ、Ⅱ间的能量传递效率是b/y×100%。

（3）生态系统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，则甲中直接提供给丙的能量为a×X×20%，由甲经过乙传递给丙的能量为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）。

学案44　生态系统的物质循环

考纲要求

　生态系统物质循环的基本规律及应用（Ⅱ）。

一、生态系统的物质循环

1．概念

（1）物质：

组成生物体的________________等元素。

（2）物质循环：

无机环境与________之间。

（3）范围：

整个________。

2．特点

（1）具有全球性，因此又称________________循环。

（2）循环方式：

________。

二、实例——碳循环

1．无机环境中的存在形式：

________和碳酸盐；生物群落中的主要存在形式：

________；无机环境与生物群落之间的循环形式：

________。

2．循环过程

3．温室效应

（1）形成原因：

大量化学燃料的燃烧，大气中的________含量迅速增加，打破了生物圈中________的平衡。

（2）影响：

加快极地和高山冰川的融化，导致海平面上升，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。

三、能量流动与物质循环的关系及意义

1．与能量流动的关系：

________作为__________的载体，使________沿着________流动；能量作为________，使物质能够不断地在________和________之间循环往返。

2．意义：

通过________和________，使生态系统中的各种组成成分紧密地联系在一起，形成一个统一整体。

动动脑　有人认为：

“物质是能量的载体，物质是往复循环的，能量自然也应该伴随着物质的循环而循环。

”你认为这句话对吗？

如果有错误，请指出原因。

探究点一　碳循环

分析完成生态系统的碳循环示意图：

1．大气中的碳元素进入生物群落，是通过植物的________或硝化细菌等的____________而实现的。

2．碳在生物群落和无机环境之间循环是以________的形式进行的。

碳元素在生物群落中的传播，主要靠________________，传递形式为________。

3．大气中CO2的来源有三个：

一是________________；二是________________；三是________________。

4．实现碳在生物群落和无机环境之间进行循环的关键是________和________。

5．碳在无机环境与生物群落之间传递时，只有生产者与无机环境之间的传递是________的，其他各成分间的传递均是________的。

探究示例1

　下图为生态系统中碳循环的模式图。