2017高考生物知识点:生态系统能量流动
能量是生物活动必须的物质,以下是生态系统能量流动知识点相关内容,请查看。
⑴能量流动是生态系统的两大功能之一。
⑵能量流动的起点是从生产者固定太阳能开始的,流经生态系统的总能量是指生产者固定的太阳能的总量。
⑶在生态系统中能量的变化是:光能→生物体有机物中的化学能→热能,而热能是不能重复利用的,所以能量流动是单向的,不循环的。
⑷流入到各级消费者的总能量是指各级消费者所同化的能量,排出的粪便中的能量不计入排便生物所同化的能量中。
⑸能量流动之所以是单向的原因是:第一,食物链中各营养级的顺序是不可逆转的,这是长期自然选择的结果;第二,各营养级的能量大部分以呼吸作用产生的热能形式散失掉,这些能量是生物无法利用的。
⑹能量流动逐级递减的原因是:第一,各营养级的生物都因呼吸消耗了大部分能量;第二,各营养级总有一部分生物未被下一营养级利用,如枯枝败叶。
⑺生态系统的能量传递效率为10%~20%的含义,是指一个营养级的总能量大约只有10%~20%传递到下一个营养级。
生态系统能量流动
例谈生态系统“能量流动”知识中的几个特殊问题
“能量流动”是生态系统的重要功能之一。在高中生物知识中,能量流动与物质循环的关系、能量流动的特点、能量传递的效率等知识共同构成了以“生态系统的能量流动”为中心的知识体系。然而在“能量流动”知识中,仍存在一些易被忽视或不常见的问题,如“能量值”的表示方式、最值的计算、能量流动与生态系统稳态的关系等。本文就此结合教材谈一谈对这些问题的认识,望能对教与学有所帮助。
一、能量流动的几种“最值”计算
由于一般情况下能量在两个相邻营养级之间的传递效率是10%~20%。故在能量流动的相关问题中,若题干中未做具体说明,则一般认为能量传递的最低效率为10%,最高效率为20%。所以,在已知较高营养级生物的能量求消耗较低营养级生物的能量时,若求“最多”值,则说明较低营养级生物的能量按“最低”效率传递,若求“最(至)少”值,则说明较低营养级生物的能量按“最高”效率传递。反之,已知较低营养级生物的能量求传递给较高营养级生物的能量时,若求“最多”值,则说明较低营养级生物的能量按“最高”效率传递,若求“最少”值,则说明较低营养级生物的能量按“最低”效率传递。这一关系可用下图来表示。
1.以生物的同化量(实际获取量)为标准的“最值”计算
例1.下图为某生态系统食物网简图,若E生物种群总能量为,B生物种群总能量为,从理论上计算,A贮存的总能量最少为()
A.B.
C.D.
解析:由图可知D为生产者,要使A获得的能量最少,则必须保证三个条件,即:一是能量来源途径最少;二是能量传递效率最低(按10%算);三是食物链要最长。故从理论上讲,与A贮存的总能量最少相关的食物链不可能是D→A,也不可能是D→A、D→E→C→A同时存在,只能是D→E→C→A。
为此,E的能量在传递给A的途径中,只有确保:①E在传递给B时用去的能量最多;②E的总能量减去传递给B的后再传给C时效率最低;③C在传递给A时效率最低,结果才能使A获得的能量最少。所以据此计算得A贮存的总能量最少为
故答案选B项。
2.以生物的积累量为标准的“最值”计算
例2.已知某营养级生物同化的能量为1000kJ,其中95%通过呼吸作用以热能的形式散失,则其下一营养级生物获得的能量最多为()
A.200kJB.40kJC.50kJD.10kJ
解析:本题具有较大的迷惑性,极易错选A项。由于该营养级的能量95%通过呼吸作用以热能的形式散失,故积累的能量只有5%,因而其最多也只有5%(即5%×1000=50kJ)的能量传递给下一营养级。因此答案选C项。
二、能量值的几种不同表示方式及相关计算
“能量值”除了用“焦耳”等能量单位表示外,在许多生物资料中,其还可用生物量、数量、面积、体积单位等形式来表示,因而使能量流动关系有了更加丰富的内涵,但是不管用何种单位形式表示,通常情况下能量的传递效率都遵循“10%~20%”的规律,下面结合一些例子分别加以阐述。
1.能量(单位)表示法及计算
以能量(单位)#0;#0;“焦耳”表示能量值的多少是“能量流动”知识中最常见的形式。在以“焦耳”为单位的能量传递过程中,各营养级的能量数值呈现出典型的“金字塔”形,不可能出现倒置。
1.1以生物体同化量的总量为特征的计算
如例1
1.2以ATP为特征的计算
这种形式的能量计算是建立在物质氧化分解的基础上的,它常涉及利用呼吸作用或光合作用的反应式。
例3:在能量金字塔中,如果生产者在光合作用过程中产生240mol的氧气,其全部用于初级消费者分解血糖,则其释放并贮存在ATP中的能量最多有()可被三级消费者捕获?
A.B.
C.D.
解析:依据有氧呼吸反应式,可知240mol的氧气能分解40mol的葡萄糖,又由于每摩尔葡萄糖彻底氧化分解产生的能量有1161kJ转移到ATP中,故初级消费者产生的ATP中的能量最多有“”被三级消费者捕获。
答案选C项。
2.生物量(质量单位)表示法及计算
例4:如果一个人食物有1/2来自绿色植物,1/4来自小型肉食动物,1/4来自羊肉,假如传递效率为10%,那么该人每增加1千克体重,约消耗植物()
A.10千克B.28千克C.100千克D.280千克
解析:解答本题时,首先应画出食物网,然后依据食物网和题干信息来解答。①通过“植物→人”这条链计算出消耗植物的量为0.5÷10%=5千克;②通过“植物→植食动物→小型肉食动物→人”这条链计算出消耗植物的量为0.25÷10%÷10%÷10%=250千克;③通过“植物→羊→人”这条链计算出植物的量为0.25÷10%÷10%=25千克。故要消耗植物的总量为280千克。
答案选D项。
3.数量(生物体数目)表示法及计算
例5:在一片草原上,假如一年中,至少有70000只昆虫生活才可养活一只食虫鸟,而食虫鸟若按10%的能量传递率将能量传给鹰,则理论上每年大约需要3000只食虫鸟才能维持一只鹰的生存,那么如果鹰只靠捕食食虫鸟来生活,则每年至少需要()只昆虫才能保证一只鹰的生存?
A.B.
C.D.无法统计
解析:生物体的数量通常能够反映出生物体能量的多少,一般情况下其间成正相关,故常可用生物体的数量来表示能量的多少。由题意可知,昆虫与食虫鸟之间、食虫鸟与鹰之间的能量传递效率只有保证为20%,才能实现“至少”维持一只鹰生存所需的能量供应。故维持一只鹰生存至少需要食虫鸟1500只,由此可计算出维持一只鹰生存至少需要昆虫的量为1500×70000=1.05×108只。答案选C项。
需要说明的是在以生物体数目表示的能量流动关系中,有时会出现“金字塔”倒置的现象。如下例。
例6.一片树林中,树、昆虫和食虫鸟类的个体数比例关系如下图所示。下列能正确表示树、昆虫、食虫鸟之间的能量流动关系的是(选项方框面积表示能量的大小)()
解析:在树林中,由于树具有较大的体积(包括其地上的树冠、茎和地下的根系),因而尽管树的量少,但其仍具有较多的能量。故一棵树上可生活着许多昆虫和食虫鸟,又由于食虫鸟以昆虫为食,故按能量流动的特点,其总能量必将小于昆虫的总能量。
答案选C项。
4.面积(单位)表示法及计算
例7.在“棉花→棉蚜→食蚜蝇→瓢虫→麻雀→鹰”这条食物链中,如果食蚜蝇要有5m2的生活空间才能满足自身的能量需求,则一只鹰的生活空间至少是()
A.B.C.D.
解析:本题以生物的生活范围来反映所具能量的大小。由题意可知鹰处于最高营养级,按能量最高传递效率可求出一只鹰至少所需的生活空间为:(1÷20%÷20%÷20%)×5m2=54m2。
答案选D项。
5.体积(单位)表示法及计算
例8:具有三个营养级的能量金字塔,最上层的体积是最下层的()
A.10%~20%B.1%~4%
C.0.1%~1%D.1%~10%
解析:具有三个营养级的能量金字塔,若用体积表示能量值的大小,则能量按最低传递效率传递时,最上层体积应为10%×10%=1%,按最高传递效率传递时,最上层体积应为20%×20%=4%。故答案选B项。
三、能量流动与生态系统的稳定性
能量流动效率能直接反映生态系统的稳定性,能量在传递过程中,若超过一定的限度,则容易引起种群的生长、繁殖或再生等的障碍,从而导致生态系统稳定性的破坏,故在研究生态系统的稳定性时必须时刻关注能量流动效率。
例9:某生态系统中初级消费者和次级消费者的总能量分别是W1和W2,当下列哪种情况发生时,最有可能使生态平衡遭到破坏?()
A.W110W2B.W15W2C.W110W2D.W15W2
解析:一般情况下,生态系统的能量在两个相邻营养级之间传递效率大约是10%~20%。小于或等于20%则不会导致其稳定性的破坏,而大于20%则有可能引起某些营养级生物量的大起大落或生态环境的改变,导致生态系统抵抗力稳定性被破坏。纵观本题的四个选项,A选项反映的能量传递效率小于10%,B选项反映的能量传递效率小于20%,C选项反映的能量传递效率大于10%(但不一定大于20%),只有D选项反映的能量传递效率大于20%。
故本题答案选D项。
例10:某海滩黄泥螺种群现存量约3000吨,正常状况下,每年该种群最多可增加300吨,为充分利用黄泥螺资源,又不影响可持续发展,理论上每年最多捕捞黄泥螺的吨数为()
A.3000B.1650C.1500D.不超过3000
解析:生态系统的稳定性是生物与无机环境长期相互作用形成的,要不影响可持续发展,又要能够获得最大的捕捞量,则必须注意在维持生态系统稳定性的前提下进行捕捞。
故答案选D项。生态系统的能量流动
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第二节 生态系统的能量流动
1.生态系统的能量流动是指生态系统中能量的___________、___________、___________和____________的过程。
2.地球上几乎所有的生态系统所需要的能量来自__________,流经一个生态系统的总能量为_________________。第一营养级获得的能量一部分通过_________以_________形式散失;一部分被________分解;还有一部分__________,其余的流入_________。
3.能量流动的特点是______________、______________。能量在相邻两个营养级间传递效率大约是_________。生态系统中的能量流动一般不会超过_______个营养级。
4.从生态学角度分析,生态系统中流动的能量最初来源于
A.光合作用B.高能化学键C.绿色植物D.太阳光能
5.某食物链a→b→c中,a肯定比b具有
A.更大的个体体积B.更多的能量
C.更广阔的生存区域D.更多的个体数
6.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
7.一片树林中,树、昆虫和食虫鸟类的个体数比例关系如图所示,下列选项能正确表示树、昆虫、食虫之间的能量流动关系的是(选项方框面积表示能量的大小)
8.流经一个生态系统的总能量
A.等于生产者固定的能量B.大于生产者固定的能量C.小于生产者固定的能量D.无法估计
9.假设一个生态系统的总能量为100%,按最高传递效率计算,第三营养级和三级消费者所获得的能量应为
A.4%和0.8%B.0.8%和0.8%C.4%和4%D.20%和4%
10.在南极生态系统中,一条食物链为:浮游植物→小鱼→海豹→虎鲸。按能量传递规律,若虎鲸靠吃海豹来增加1公斤体重,至少消耗浮游植物的量为
A.1kgB.10kgC.125kgD.1000kg
11.若牛的摄入量为100%,粪便量为36%,呼吸量为48%,则牛的同化量为
A.16%B.52%C.64%D.84%
12.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,提供给猫头鹰的能量最多的是
A.绿色植物→蚱蜢→蜘蛛→蜥蜴→蛇→猫头鹰
B.绿色植物→蚱蜢→青蛙→蛇→猫头鹰
C.绿色植物→鼠→蛇→猫头鹰
D.绿色植物→鼠→猫头鹰
13.下列叙述,正确的是
A.当狼吃掉一只兔子时,就获得了兔的全部能量
B.当狼捕食兔子并经同化作用合成了自身的有机物时,能量就从第一营养级流入了第二营养级
C.生产者通过光合作用制造了有机物时,能量就由非生物环境流入了生物群落
D.生态系统的能量流动是往复循环的
14.下列叙述中,处于能量“金字塔”塔顶的生物是
A.第一营养级、生产者B.第四营养级、次级消费者
C.第四营养级、三级消费者D.第四营养级、四级消费者
15.某一生态系统中,已知一只鹰增重2kg要吃10kg小鸟,小鸟增重0.25kg要吃2kg昆虫,而昆虫增重100kg要吃1000kg绿色植物。在此食物链中这只鹰对绿色植物的能量利用百分率为
A.0.05%B.0.5%C.0.25%D.0.025%
16.运用生态系统能量流动规律分析下列选项,能量不利于流向对人类最有益的部分的是
A.在森林中,使能量多储存在木材里
B.在草原牧场,使能量多流向牛和羊
C.能量流经初级消费者→次级消费者→三级消费者(人的食物)
D.在养鱼池,让有机肥料以腐屑形式被鱼类或饵料动物直接摄食
17.下图是食物网简图。分析并简要回答:
(1)该食物网含有______条食物链,写出能量损失最少的一条食物链______________________,该食物网的主要成分是_________。
(2)图中的初级消费者是_________,蛇是_________消费者,鹰占有的营养级分别有_________营养级。
(3)图中的兔和蚱蜢两者是_________关系。图中所列生物是生态系统的一个部分,再与_________一起,就构成了一个群落。
(4)如果蚱蜢突然减少,蚯蚓数量将会_________。
(5)蛇每增加1千克体重至少需消耗的绿色植物_________千克。
生态系统的能量流动教案
古人云,工欲善其事,必先利其器。教师要准备好教案,这是每个教师都不可缺少的。教案可以让学生们充分体会到学习的快乐,帮助教师缓解教学的压力,提高教学质量。教案的内容要写些什么更好呢?下面的内容是小编为大家整理的生态系统的能量流动教案,欢迎阅读,希望您能阅读并收藏。
第2节生态系统的能量流动
教学目标
一、知识目标
1、使学生理解能量流动是生态系统的两大功能量之一。
2、使学生了解生态系统能量流动的概念,掌握生态系统能量流动的过程和特点。
3、使学生体会研究人员研究生态系统能量流动的意义。
二、能力目标
通过引导学生定量地分析某个具体生态系统的能量流动过程和特点,培养学生分析、综合和推理的思维能力。
三、情感目标
通过讨论“研究生态系统能量流动的意义”这一教学内容,使学生理解科学是第一生产力的观点。
教学建议
教材分析
这部分教学内容主要从“生态系统中能量的流动过程”、“生态系统中能量流动的特点”和“人类研究生态系统能量流动的意义”这三个方面来阐明生态系统中的能量流动问题。
生态系统能量流动的过程和特点是本节的重点内容之一;能量流动具有单向性和逐级递减的原因是本节的难点之一。充分利用“赛达.伯格湖中能量流动定量分析”这一经典的生态学实验,是突破这一难点的关键,同时也是这部分教学内容的精华所在,因为在指导学生讨论这个实验数据的过程中,可初步训练学生的分析、推理能力。
“研究生态系统能量流动的意义”这一教学内容,紧密联系人类的生产生活实际,充分体现了“科学、技术、社会”观点。
重难点分析
重点:生态系统能量流动的过程和特点。
(1)能量是一切生命活动的动力,也是生态系统存在和发展的基础。生物圈中每一个完整的生态系统都是一个能量输入、传递和输出的系统。生态系统内能量单向传递的全过程,叫做能量流动。这是生态系统功能的一个重要体现。
(2)指导学生分析生态系统能量流动过程和特点的过程,也就是培养学生分析综合和推理的思维能力的过程;同时,生态系统能量流动的过程,渗透着物质运动和物质普遍联系的辩证观点,是渗透辩证唯物主义观点教育的极好素材。
(3)研究能量流动的过程和特点,一方面可以巩固前面学习的食物链和食物网的知识,另一方面,也为研究生态系统的目的——服务于人类自身(能量流向对人类最有益的部分)打好基础。
难点:(1)生态系统能量流动的过程和特点
①能量本身是一个抽象的概念,能量流动也是抽象的,在学生原有的认知结构中,对于能量的认识不是很充分,对于能量流动的过程和特点更是生疏,因而成为认知上的难点。教师引导学生分析时,应首先提示学生“能量是一切生命活动的动力”,生态系统存在和发展的基础也需要能量,再引导学生分析生态系统的能量输入、传递和输出过程。
②对于能量流动特点的分析,引导学生从具体的能量流动过程分析出抽象的能量流动特点,组织学生分析必须有很好的切入点,采用设计合理的问题或提示分析的角度的方式引导学生分析能量流动的特点,教师在组织教学时要仔细考虑。
(2)能量金字塔的概念
能量金字塔是生态系统能量传递效率的一种直观表示方法,能量金字塔概念的提出是教学的难点,教师可以从如何直观表示生态系统能量传递效率的角度提出能量金字塔的概念,既有利于对能量金字塔概念的理解,又有利于对生态系统传递效率知识的理解。
教法建议
(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,可给出学生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。
教学设计方案(一)
教学目的
1、握生态系统能量流动的过程和特点。
2、解研究生态系统能量流动的意义。
教学重点
生态系统能量流动的过程和特点。
教学难点
生态系统能量流动的特点及其形成原因。
教学方法
引导探索、谈话、讨论相结合。
课时安排
一课时。
教学过程
复习:生态系统的营养结构是什么?
(回答:是食物链和食物网。)
复习:如果我们写一个一般的食物链,就是:生产者→初级消费者→次级消费者,这么写的意思是什么?
学生:是后一营养级以前一营养级为食的现象,后一营养级从前一营养级获得了物质和能量,物质和能量就从前一营养级流动到后一营养级。我们现在就学习生态系统的能量是怎样流动的。
提问:那么,能量是怎样输入生态系统的?能量流动的渠道是什么?能量流动的过程是怎样的?请同学们阅读教材“能量流动的过程”一段,并思考这些问题。
(在同学们阅读后,分别请几位同学总结这几个问题。)
讲述:生态系统流动的能量来自太阳能,即生态系统中能量的源头是太阳。但并不是所有的太阳能都参与生态系统中的能量流动,必须是输入到生态系统的第一营养级的能量才能开始在生态系统中流动。怎样输入?依赖于生产者的光合作用把太阳能转变成化学能。生产者固定的太阳能总量就是流经这个生态系统的总能量。它沿着食物链流动。
提问:输入生态系统的能量是怎样流动的?或者说,生产者固定的太阳能流向什么方向?
讲述:生产者固定的太阳能有三个去处:一部分被自身的生命活动消耗了,即被呼吸作用分解了;储存在体内的能量一部分被初级消费者摄食同化流入下一营养级,没被初级消费者利用的枯枝落叶和初级消费者摄食未消化而排出的粪便中的这一部分被分解者释放出来。简单他说,生产者固定的太阳能的三个去处是:呼吸消耗,下一营养级同化,分解者分解。对于初级消费者所同化的能量,也是这三个去处。并且可以认为,一个营养级所同化的能量=呼吸散失的能量十分解者释放的能量十被下一营养级同化的能量。但对于最高营养级的情况有所不同。
提问:生态系统中能量流动有什么特点?形成这些特点的原因是什么?相邻两个营养级之间的能量传递效率是多少?教材107页也有两个问题,请同学们带着这些问题阅读教材“能量流动的特点”一段,阅读完后,可以讨论一下这些问题。
(待同学们阅读完后)现在请一位同学概括一下能量流动的特点。
是单向流动和逐级递减。为什么是这样呢?请继续回答。
讲述:对于单向流动来讲,是说能量只能从前一营养级流向后一营养级,而不能反向流动,可以理解为肉食动物以植食动物为食,植食动物不能以肉食动物为食。植物与植食动物的关系也是如此。
对于逐级递减来讲,也是教材的第二个问题,一个营养级同化的能量,不能百分之百流向下一营养级,除了自身呼吸消耗外,还有一部分未被下一营养级利用。这就决定了能量越流越少。
在赛达伯格湖,第二营养级只获得第一营养级同化能量的13.5%,第三营养级只获得第二营养级同化能量的20%,能量在相邻两个营养级间的传递效率只有10%~20%,那么,其余80%~90%的能量哪里去了?请一位同学回答这个问题。
讲述:对,被呼吸消耗,被分解者释放,还有一大部分未被利用。未被利用的,可以理解为后一营养级不能利用的(如荒地中的草根)和后一营养级能利用而未利用的(如羊不可能将草地的草吃净。这些未利用的能量除少量被分解者分解释放外,它们或者进入别的生态系统,如被河水冲向海洋,或者沉积在湖底成为有机质沉积物,或者仍然是前一营养级的生存个体,保持了前一营养级的生产能力。
提问:在赛达伯格湖一个营养级所同化的能量,是怎样分配的?
是未利用的呼吸的下一营养级同化的分解者释放的。
提问:能量金字塔是什么含义?如以生物个体数量表示有无例外?(请一位同学回答)
讲述:研究能量流动的意义在于使能量持续高效地流向对人类有益的部分。比如草原怎样放牧产畜量高而草原又不退化?农作物怎样才能给人类提供更多的产品?教材中提到的办法就是一个好办法。假如给你一个池塘,你该怎样经营,才能最大获益?请大家讨论。
(讨论后请几个同学阐述他们的结论)
现在已经出现一种叫做“生态农业”的农业经营模式。这种经营模式可以最小投入,得到最大收益。比如桑基渔塘就是一例。(在此稍作解释)
总结:通过学习生态系统的能量流动,我们知道生态系统必须不断地从外界获取能量。能量是一切生命的动力,是生态系统的基础。能量流动维持各个营养级的生命和繁殖后代,使得一个生态系统得以存在和发展。
巩固:
1.请从能量流动的角度解释为什么食物链一般不超过五个营养级?
2.俗话说,“一山不容二虎”,有没有道理?为什么?
(这两个问题可启发学生根据生态系统中能量逐级递减的规律分析,得出随着营养级的升高,可利用的能量往往减少到很小的程度,以至不足以维持下一个营养级的存在。)
板书设计
三、生态系统的能量流动
1.能量来源:太阳
2.能量输入:生产者的光合作用
3.能量流动的渠道:食物链(网)
4.能量流动的过程:光→生产者→初级消费者
5.能量流动的特点。单向流动,逐级递减
6.能量流动的传递效率:10~20%
7.能量金字塔。
8.研究能量流动的意义 文章来源:http://m.jab88.com/j/74184.html
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