Teaching Prcess
2.課堂教 學(xué)內(nèi)容
假設(shè)你像小說中的魯濱遜那樣，流落在一個荒島上，那里除了有能飲用的水，幾乎沒有任何食物。你身邊尚存的食物只有一只母雞、15kg玉米。
2.先吃玉米，同時用一部分玉米喂雞，吃雞產(chǎn)下的蛋，最后吃雞。
你認(rèn)為以下哪種生存策略能讓你維持更長的時間來等待救援？
1.先吃雞，再吃玉米。
科學(xué)方法：研究能量流動的基本思路
能量流經(jīng)一個種群的情況可以圖示如下：
以個體為研究對象，有很大的局限性和偶然性，如果個體死亡，數(shù)據(jù)可能不準(zhǔn)確；不同個體間差異過大。
如果將這個種群作為一個整體來研究，則左圖可以概括成下圖形式，從中可以看出分析能量流動的基本思路。
如果以種群為研究對象，能量流動的渠道為食物鏈，可能因為食物網(wǎng)的復(fù)雜性而影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。
如果將一個營養(yǎng)級的所有種群作為一個整體，那么左圖將概括為何種形式呢？
可以比較精確地測量每一個營養(yǎng)級能量的輸入值和輸出值。
生態(tài)系統(tǒng)能量流動的研究一般在群體水平上進行。將群體視為一個整體進行研究是系統(tǒng)科學(xué)常用的研究方法。
一、生態(tài)系統(tǒng)的能量流動
有多少能量能夠從玉米最終流向魯濱孫？
第一營養(yǎng)級（生產(chǎn)者）的能量來源及去路第二營養(yǎng)級（初級消費者）的能量來源及去路
①閱讀課本P55第一、二段內(nèi)容，小組討論學(xué)案中問題： 玉米的能量來自哪里？ 照射在玉米上的太陽能都被吸收了嗎？ 玉米吸收太陽能后，以何種形式儲存？有哪些去向？②完成玉米的能量流動示意圖：將以下內(nèi)容填入學(xué)案示意圖的方格中（自身呼吸作用以熱能散失、用于自身生長發(fā)育繁殖、殘枝敗葉、被分解者利用、雞攝入）
A.玉米(第一營養(yǎng)級)的能量流動情況
① 限時4分鐘，請小組所有成員全力以赴② 確定小組發(fā)言人，做好展示準(zhǔn)備，并做好點評準(zhǔn)備
同化量 = 生產(chǎn)者固定的太陽能總量
①閱讀P55圖3-5，小組討論學(xué)案中問題： 母雞的能量來自哪里？ 這些能量都被母雞吸收了嗎？ 母雞吸收能量后，以何種形式儲存？有哪些去向？②完成雞的能量流動示意圖。將以下內(nèi)容填入學(xué)案示意圖的方格中（糞便、雞同化量、自身呼吸作用以熱能散失、用于自身生長發(fā)育繁殖、遺體殘骸、被分解者利用、人攝入量）
B.雞(第一營養(yǎng)級)的能量流動情況
分解者利用（呼吸作用散失）
雞糞便中能量是誰的能量？
B.雞(第二營養(yǎng)級)的能量流動情況
最高營養(yǎng)級的能量去向：呼吸作用散失；分解者利用
C.人(第三營養(yǎng)級)的能量流動情況
同理，食物鏈2中玉米、人的能量的來源、去向與食物鏈1的相關(guān)途徑是相同的
模型構(gòu)建1：構(gòu)建食物鏈的能量流動模型
小組合作，利用所提供的材料，用箭頭表示能量的來源和去路，在展板上嘗試構(gòu)建該食物鏈完整的能量流動模型。（限時2分鐘）
每個箭頭及箭頭的方向大小、菱形方塊的大小代表什么含義？
初級消費者糞便中的能量屬于以上哪個顏色箭頭的部分？
均屬于用于自身生長、發(fā)育和繁殖的部分
模型構(gòu)建2：構(gòu)建某一營養(yǎng)級的能量流動模型
未同化（如糞便等：能量屬于上一級）
構(gòu)成機體（生長、發(fā)育、繁殖）
同化量＝攝入量－糞便量
模型構(gòu)建3：能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級的過程
遵循能量守恒定律。能量在生態(tài)系統(tǒng)中流動、轉(zhuǎn)化后，一部分儲存在生態(tài)系統(tǒng)生物體的有機物中，另一部分在呼吸作用中以熱能的形式散失，兩者之和與流入生態(tài)系統(tǒng)的能量相等。
討論1：生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動和轉(zhuǎn)化是否遵循能量守恒定律？為什么？
思考?討論：生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動
不能，能量流動是單向的。
討論2：流經(jīng)某生態(tài)系統(tǒng)的能量能否再回到這個生態(tài)系統(tǒng)中來？為什么？
由于每一營養(yǎng)級和分解者都需要呼吸作用以熱能的形式散失掉一部分能量
方案一能讓你維持更長的時間來等待救援
生態(tài)系統(tǒng)中能量的 的過程
輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失
散失：通過各營養(yǎng)級及分解者的呼吸作用以熱能形式散失
輸入:生產(chǎn)者通過光合作用固定的太陽能總量
傳遞：以有機物中化學(xué)能的形式沿著食物鏈（網(wǎng)）傳遞
（其次還有化能合成作用）
例1.(2021·衡水高三開學(xué)考試)在分析生態(tài)系統(tǒng)的能量流動時經(jīng)常涉及“總能量”、 “攝入量”、“輸入量(輸入到某一營養(yǎng)級的能量)”、“同化量”、“糞便量”、“能量傳遞效率”等說法,則下列說法中正確的是(　　)A.太陽輻射到某一生態(tài)系統(tǒng)中的能量即為輸入生態(tài)系統(tǒng)的總能量B.生產(chǎn)者積累的有機物中的能量為輸入生態(tài)系統(tǒng)的總能量C.某一營養(yǎng)級生物的攝入量減去糞便量,為該營養(yǎng)級生物同化量D.相鄰兩營養(yǎng)級生物中高營養(yǎng)級與低營養(yǎng)級生物的攝入量之比表示能量傳遞效率
自然和人工生態(tài)系統(tǒng)的填空標(biāo)準(zhǔn)：
①.流經(jīng)自然生態(tài)系統(tǒng)的總能量是：②.流經(jīng)人工生態(tài)系統(tǒng)的總能量是：③.自然生態(tài)系統(tǒng)的能量來源是：④.人工生態(tài)系統(tǒng)的能量來源是：
生產(chǎn)者固定的太陽能和人工輸入的有機物中的化學(xué)能
太陽能和人工輸入的有機物中的化學(xué)能
Raymnd Lindeman
對能量流動做了定量分析
《生態(tài)學(xué)的營養(yǎng)動態(tài)概說》
林德曼（1915-1942）
思考?討論：分析賽達伯格湖的能量流動
深1米，面積為14480平方米，湖岸線長500米 。湖底深度一致、性質(zhì)均一，沒有大的波浪。
A.用表格的形式，將圖中的數(shù)據(jù)進行整理，并計算“流出”該營養(yǎng)級的能量占“流入”該營養(yǎng)級能量的百分比。
B.通過以上分析，請總結(jié)出能量流動的特點并分析原因。
① 限時3分鐘，請小組所有成員全力以赴② 確定小組發(fā)言人，做好展示準(zhǔn)備，并做好點評準(zhǔn)備
62.8
單位（焦/厘米2 ·年）
未利用：指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一個營養(yǎng)級和分解者利用的能量。（定時定量分析）
模型構(gòu)建4：構(gòu)建能量流動的數(shù)學(xué)模型
賽達伯格湖能量流動圖解
在生態(tài)系統(tǒng)中，能量流動只能沿著_____由___營養(yǎng)級流向____營養(yǎng)級，不可_____，也不能_________；
①生物之間的捕食關(guān)系是長期自然選擇的結(jié)果，一般不可逆轉(zhuǎn)；
②各營養(yǎng)級呼吸作用散失的熱能無法再利用。
討論1：從方向上看，能量流動是否會逆轉(zhuǎn)，能不能循環(huán)流動？為什么？流出的能量能否再次回到相應(yīng)的營養(yǎng)級？
（1）生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級間取食和被食的關(guān)系是不可逆的。（2）各營養(yǎng)級通過呼吸作用散失的熱能不能再被生物利用。
不會逆轉(zhuǎn)，不能循環(huán)流動。因為：
①各營養(yǎng)級的生物都會因自身呼吸作用散失掉一部分能量。②各營養(yǎng)級能量都要有一部分流入分解者。③各營養(yǎng)級生物都不能全部被下一營養(yǎng)級捕食,各個營養(yǎng)級能量都有一部分未利用。
（能量傳遞效率為10%～20%）
討論2：從能量傳遞效率上看，能量為什么不能百分之百從一個營養(yǎng)級流到下一個營養(yǎng)級？
不矛盾。能量在流動過程中逐級遞減，指的是流入各個營養(yǎng)級的能量。能量守恒定律可以用于衡量流入某個生態(tài)系統(tǒng)的總能量，總能量=儲存在生態(tài)系統(tǒng)(生物體的有機物)中的能量+被各個營養(yǎng)級的生物利用、散發(fā)至非生物環(huán)境中的能量。因此，雖然能量在流動過程中逐級遞減，但總能量依然遵循能量守恒定律。
討論3：能量在流動過程中逐級遞減，與能量守恒定律矛盾嗎？為什么？
任何生態(tài)系統(tǒng)都需要不斷得到來自系統(tǒng)外的能量補充，以便維持生態(tài)系統(tǒng)的正常功能
例2.(2021·北京高考模擬)下圖為甲、乙兩生態(tài)系統(tǒng)中的食物網(wǎng)。
請回答問題:(1)食物網(wǎng)由 　　　　交織而成,它反映了　　 中 　　關(guān)系。 (2)在食物網(wǎng)甲中,A魚體內(nèi)的能量直接來自　　　　。
請回答問題: (3)甲、乙兩食物網(wǎng)的營養(yǎng)級最多均有　　　　級,導(dǎo)致這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是　 　。
能量在各個營養(yǎng)級之間的傳遞效率只有大約10%~20%(生產(chǎn)者固定的能量在沿食物鏈流動過程中大部分都損失了,傳遞到下一營養(yǎng)級的能量較少)
附1：營養(yǎng)級數(shù)量：一般不超過5個營養(yǎng)級？
附2：生態(tài)系統(tǒng)中食物鏈的營養(yǎng)級數(shù)量一般不會太多，原因是？
技法必備若題干中未做具體說明，則一般認(rèn)為能量傳遞的最低效率為10%，最高效率為20%，則：1.在食物鏈中
二、能量流動中的最值計算
例1.不是以個體或種群為單位，而是以 為單位。
如圖為某生態(tài)系統(tǒng)中的食物網(wǎng)簡圖，若E種群中的總能量為5.8×109kJ，B種群的總能量為1.6×108kJ，從理論上分析，A種群獲得的總能量最多是（　?。?A 2.0×108kJ B．2.32×108kJ C．4.2×108kJ D．2.26×108kJ
附1：調(diào)查結(jié)果顯示,E種群同化的總能量為m kJ/(m2·a),B種群同化的總能量為n kJ/(m2·a),從理論上分析,A種群同化的能量最多有 　 　kJ/(m2·a)來自E種群,這是因為能量流動具有　　　　　　　　　　的特點。?附2：調(diào)研小組發(fā)現(xiàn),A種群密度在調(diào)查的第3年顯著上升,出現(xiàn)這種結(jié)果的決定性因素是A種群的 　。
1/25m-1/5n　
例2.食物網(wǎng)中，某一營養(yǎng)級同時從上一營養(yǎng)級的多種生物中按比例獲得能量，則按照單獨的食物鏈進行計算后再合并。
在如圖食物網(wǎng)中，假如貓頭鷹的食物有2/5來自兔，2/5來自鼠，1/5來自蛇，那么，貓頭鷹若要增加20 g體重，最少需要消耗的植物為(　　)A．80 g　　　B．900 g　　　C．800 g　　　D．600 g
附1：若a表示海鳥食物中甲殼類食物所占的比例，若要使海鳥的體重增加x，至少需要生產(chǎn)者的量為y，那么x與y的關(guān)系式可表示為：____________。
y＝625x－600ax
附2：若營養(yǎng)級Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各有一種生物甲、乙、丙，它們構(gòu)成的食物關(guān)系如圖。其中，甲能量中比例為x的部分直接提供給丙，要使丙能量增加A kJ，至少需要消耗甲的能量________________kJ(用含所給字母的表達式表示)。
甲?x?1/5 + 甲?(1-x)?1/5?1/5 =A整理：(5x + 1-x )?甲/25 = A
附3：某生態(tài)系統(tǒng)中存在如圖所示的食物網(wǎng)，如將丙的食物比例由甲：乙=1：1調(diào)整為2：1，能量傳遞效率按10%計算，該生態(tài)系統(tǒng)能承載丙的數(shù)量是原來的（　?。〢、1.875倍B、1.375倍C、1.273倍D、0.575倍
應(yīng)該從丙出發(fā)，甲：乙為1：1時，丙的能量為x，需要的甲為（1/2）x÷10%+（1/2）x÷10%÷10%=55x．設(shè)當(dāng)食物由甲：乙為2：1時，丙的能量為y，需要的甲為（2/3）y÷10%+（1/3）y÷10%÷10%=40y．由于兩種情況下，生產(chǎn)者的數(shù)量是一定的，所以55x=40y，則y=1.375x．
附：丙的數(shù)量發(fā)生變化的理由是？　?　?
根據(jù)能量流動的逐級遞減的特點,食物鏈越長,消耗的能量越多,甲的能量流向長的食物鏈的比例減少,則丙獲取能量增多,丙的數(shù)量增多
例3.有一食物網(wǎng)如圖所示。如果能量傳遞效率為10%，各條食物鏈傳遞到庚的能量相等，則庚同化1 kJ的能量，丙最少需同化的能量為(　　)A．550 kJ B．500 kJC．400 kJ D．100 kJ
例4.如圖表示某生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)的圖解，若一種生物攝食兩種前一營養(yǎng)級的生物，且它們被攝食的生物量相等，則貓頭鷹體重增加1 kg，至少需要消耗A(　　)A．100 kg B．312.5 kgC．25 kg D．15 kg
3.利用“拼圖法”解決能量的流動輸入第一營養(yǎng)級的能量(W1)，被分為兩部分：一部分在生產(chǎn)者的呼吸作用中以熱能的形式散失了(A1)，一部分則用于生產(chǎn)者的生長、發(fā)育和繁殖(B1＋C1＋D1)。而后一部分能量中，包括現(xiàn)存的植物體中的能量(B1)、流向分解者的能量(C1)、流向下一營養(yǎng)級的能量(D1)。如下圖所示：
流經(jīng)整個生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產(chǎn)者固定的總能量，即W1。將圖中第三營養(yǎng)級同化的總能量D2“拼回”第二營養(yǎng)級，則A2＋B2＋C2＋D2剛好等于D1，即第二營養(yǎng)級同化的總能量；再將D1“拼回”第一營養(yǎng)級，則A1＋B1＋C1＋D1剛好等于生產(chǎn)者固定的總能量W1?？梢?，在一個生態(tài)系統(tǒng)中，所有生物的總能量都來自W1，所有生物總能量之和都小于W1(呼吸作用消耗的緣故)。
例5.某同學(xué)繪制了如圖所示的能量流動圖解(其中W1為生產(chǎn)者固定的太陽能)，下列敘述中不正確的是（ ）A.生產(chǎn)者固定的總能量可表示為(A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2)B.由第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級的能量傳遞效率為D1/W1C.流入初級消費者體內(nèi)的能量可表示為(A2＋B2＋C2)D.圖解表明能量流動的特點是單向流動、逐級遞減
解析：生產(chǎn)者固定的總能量可表示為(A1＋B1＋C1＋D1)，A1表示呼吸作用消耗，B1表示未被利用，C1表示流向分解者，而D1＝A2＋B2＋C2＋D2，是流入下一營養(yǎng)級的能量，A正確。由第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級的能量傳遞效率為D1/(A1＋B1＋C1＋D1)＝D1/W1，B正確。流入初級消費者的能量為D1＝(A2＋B2＋C2＋D2)，C錯誤。圖解表明能量流動的特點是單向流動、逐級遞減，單向流動表示沿著食物鏈向高營養(yǎng)級傳遞，而不能倒過來流動。逐級遞減表示前一營養(yǎng)級生物所包含的能量只有10%～20%能夠傳給下一營養(yǎng)級生物，D正確。
1.生態(tài)系統(tǒng)中所有生物的生命活動都需要能量，而不同營養(yǎng)級的生物獲取能量的途徑是有差別的。據(jù)此判斷下列表述是否正確。(1)太陽能只有通過生產(chǎn)者才能輸入到生態(tài)系統(tǒng)中。 ( )(2)生態(tài)系統(tǒng)中初級消費者越多，次級消費者獲得的能量越少。 ( )(3)能量沿食物鏈流動是單向的。 ( )
2.流經(jīng)神農(nóng)架國家級自然保護區(qū)的總能量是( )A.該保護區(qū)中生產(chǎn)者體內(nèi)的能量B.照射到該保護區(qū)中的全部太陽能C.該保護區(qū)中生產(chǎn)者所固定的太陽能D.該保護區(qū)中所有生產(chǎn)者、消費者、分解者體內(nèi)的能量

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第2節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修2

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