高中化學公開課課件：能量之源—光與光合作用

1、什么是光合作用？什么是光合作用？光合作用是指綠色植物通過光合作用是指綠色植物通過葉葉綠體綠體，利用，利用光能光能，把，把二氧化碳二氧化碳和水和水轉化成儲存著能量的轉化成儲存著能量的有機有機物物，并且釋放出，并且釋放出氧氣氧氣的過程。的過程。 場所場所條件條件產物產物原料原料人們得出這一認識經歷了漫長的探索歷程，人們得出這一認識經歷了漫長的探索歷程，科學家們用了科學家們用了200多年的時間，經過無數多年的時間，經過無數次的實驗才對光合作用有了一個比較清楚次的實驗才對光合作用有了一個比較清楚的認識?，F在我們就沿著科學家們探尋的的認識?，F在我們就沿著科學家們探尋的足跡，去體驗他們認識問題的思維過程和

2、足跡，去體驗他們認識問題的思維過程和科學探索的樂趣?？茖W探索的樂趣。植物為什么會生長？植物為什么會生長？古希臘古希臘亞里士多德亞里士多德認為根吸收認為根吸收土壤中土壤中的養(yǎng)分的養(yǎng)分植物增加的重量植物增加的重量= =土壤減少的重量土壤減少的重量五年后五年后16481648年海爾蒙特的實驗年海爾蒙特的實驗結論：植物增重主要來自水分結論：植物增重主要來自水分海爾蒙特的實驗設海爾蒙特的實驗設計有什么不足的地方？計有什么不足的地方？17711771年普利斯特利的實驗年普利斯特利的實驗結論：綠色植物可以更新空氣結論：綠色植物可以更新空氣普利斯特利的普利斯特利的的實驗有時成的實驗有時成功，有時失敗，功，有時

3、失敗，可能的原因是可能的原因是什么？什么？可能是在無光的條件下做的實驗，因可能是在無光的條件下做的實驗，因為無光時，植物不進行光合作用，只為無光時，植物不進行光合作用，只進行細胞呼吸，所以沒有釋放氧氣，進行細胞呼吸，所以沒有釋放氧氣，而是釋放二氧化碳，所以實驗失敗！而是釋放二氧化碳，所以實驗失敗！17791779年，荷蘭科學家英格豪斯做了年，荷蘭科學家英格豪斯做了500500多次植物更新空氣的實驗，結多次植物更新空氣的實驗，結果發(fā)現：普利斯特利的實驗只有在果發(fā)現：普利斯特利的實驗只有在陽光照射下才能成功；植物體只有陽光照射下才能成功；植物體只有綠葉才能更新污濁的空氣。綠葉才能更新污濁的空氣。1

4、7851785年，法國科學家拉瓦錫發(fā)現了空年，法國科學家拉瓦錫發(fā)現了空氣的組成，人們才明確綠葉在光下放氣的組成，人們才明確綠葉在光下放出的氣體是氧氣，吸收的是二氧化碳。出的氣體是氧氣，吸收的是二氧化碳。在這一過程中，光能哪里去了呢？在這一過程中，光能哪里去了呢？1845年，德國科學家梅耶根據能量年，德國科學家梅耶根據能量轉化與守恒定律明確指出，植物在轉化與守恒定律明確指出，植物在進行光合作用時，把光能轉化成化進行光合作用時，把光能轉化成化學能儲存起來。學能儲存起來。光能轉化成化學能，儲存于什么物光能轉化成化學能，儲存于什么物質中呢？也就是植物在吸收水分和質中呢？也就是植物在吸收水分和二氧化碳、

5、釋放氧氣的過程中，還二氧化碳、釋放氧氣的過程中，還產生了什么物質呢？產生了什么物質呢？一半曝光，一半遮光一半曝光，一半遮光在暗處放置幾小的葉片在暗處放置幾小的葉片18641864年薩克斯的實驗年薩克斯的實驗暗處理暗處理光照光照酒精酒精脫色脫色結論結論: :綠色葉片在光合作用中產生了淀粉綠色葉片在光合作用中產生了淀粉碘蒸汽處理碘蒸汽處理問題問題1 1：薩克斯的實驗目的是什么？：薩克斯的實驗目的是什么？問題問題2 2：為什么對植物：為什么對植物進行一晝夜的暗處理？進行一晝夜的暗處理？問題問題3 3：為什么讓葉片的一：為什么讓葉片的一半曝光，另一半遮光呢？半曝光，另一半遮光呢？驗證光合作用的產物驗證

6、光合作用的產物為了將葉片中原有的淀粉運走耗盡為了將葉片中原有的淀粉運走耗盡進行對照進行對照光合作用的原料有水和二氧化碳，光合作用的原料有水和二氧化碳，那么，光合作用釋放的氧氣到底那么，光合作用釋放的氧氣到底是來自二氧化碳還是來自水呢？是來自二氧化碳還是來自水呢？隨著技術的進步，人們發(fā)現了隨著技術的進步，人們發(fā)現了放射性放射性同位素同位素，利用放射性同位素做示蹤原，利用放射性同位素做示蹤原子，為解決氧氣是來自水還是二氧化子，為解決氧氣是來自水還是二氧化碳提供了技術手段。碳提供了技術手段。19391939年，美國的年，美國的科學家科學家魯賓魯賓和和卡門卡門利用同位素標記法利用同位素標記法, ,用用

7、1818O O做示蹤原子，對光合作用的產物做示蹤原子，對光合作用的產物氧氣中氧的來源進行了探究。氧氣中氧的來源進行了探究。 返回返回1939年魯賓和卡門的實驗光合作用產生的有機光合作用產生的有機物又是怎樣合成的呢？物又是怎樣合成的呢？2020世紀世紀4040年代，美國科年代，美國科學家學家卡爾文卡爾文利用放射性利用放射性同位素同位素1414C C標記的標記的1414COCO2 2做做實驗研究這一問題。最實驗研究這一問題。最終探明終探明COCO2 2中的碳在光合中的碳在光合作用中轉化成有機物中作用中轉化成有機物中的碳的途徑，這一途徑的碳的途徑，這一途徑稱為稱為卡爾文循環(huán)卡爾文循環(huán)。1961196

8、1年諾貝年諾貝爾化學獎得主爾化學獎得主光合作用的場所究光合作用的場所究竟在什么地方呢？竟在什么地方呢？早在早在100100多年前美國科學家恩格爾多年前美國科學家恩格爾曼就以水綿和好氧細菌為實驗材曼就以水綿和好氧細菌為實驗材料，很好地解答了這個問題！料，很好地解答了這個問題！ 水綿是常見的水綿是常見的淡水藻類淡水藻類 每條水綿由許多個結構相同每條水綿由許多個結構相同的的長筒狀細胞長筒狀細胞連接而成。連接而成。 水綿很明顯的特點是：水綿很明顯的特點是：葉綠葉綠體呈帶狀體呈帶狀，螺旋螺旋排列在細胞排列在細胞里。里。 恩格爾曼實驗恩格爾曼的實驗說明了什么問題？恩格爾曼的實驗說明了什么問題？問題問題1

9、1：為什么選用水綿做為實驗材料？：為什么選用水綿做為實驗材料？ 因為水綿不僅有細而長的帶狀葉綠體，而且螺旋分布于細胞中，便于進行觀察和分析研究 問題問題2.2.為什么選用黑暗為什么選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境？并且沒有空氣的環(huán)境？ 為了排除實驗前環(huán)境中光線和為了排除實驗前環(huán)境中光線和氧的影響，確保實驗的準確性氧的影響，確保實驗的準確性 光合作用的場所是葉綠體光合作用的場所是葉綠體 光合作用的產物有氧氣！光合作用的產物有氧氣！結論:問題問題3 3為什么先用極細光束照射水為什么先用極細光束照射水綿，而后又讓水綿完全暴露在光下？綿，而后又讓水綿完全暴露在光下？ 先選極細光束，用好氧細菌檢測，能先選極細

10、光束，用好氧細菌檢測，能準確判斷水綿細胞中釋放氧的部位；準確判斷水綿細胞中釋放氧的部位；而后用完全曝光的水綿與之做對照，而后用完全曝光的水綿與之做對照，從而證明了實驗結果完全是光照引起從而證明了實驗結果完全是光照引起的，并且氧是由葉綠體釋放出來的。的，并且氧是由葉綠體釋放出來的。 小結小結: :薩克斯的實驗說明光合作用薩克斯的實驗說明光合作用的產物有淀粉，光合作用的條件需的產物有淀粉，光合作用的條件需要光；魯賓和卡門的實驗說明了光要光；魯賓和卡門的實驗說明了光合作用的產物合作用的產物O O2 2中的氧全部來自原中的氧全部來自原料中的料中的H H2 2O O；恩格爾曼的實驗說明了；恩格爾曼的實驗

11、說明了光合作用的場所是葉綠體，光合作光合作用的場所是葉綠體，光合作用的產物有用的產物有O O2 2！ 自主探究：請設計實驗探究光自主探究：請設計實驗探究光合作用的過程中需要二氧化碳合作用的過程中需要二氧化碳 科學探究的一般過程科學探究的一般過程提出問題提出問題作出假設作出假設設計實驗設計實驗進行實驗進行實驗分析結果分析結果表達與交流表達與交流（光合作用需要二氧化碳嗎？）（光合作用需要二氧化碳嗎？）（光合作用需要二氧化碳）（光合作用需要二氧化碳）（設計方案、預期結果（設計方案、預期結果）（按預定方案進行實驗）（按預定方案進行實驗）（分析實驗結果，得出結論（分析實驗結果，得出結論）（總結，寫實驗報

12、告并適當交流）（總結，寫實驗報告并適當交流）3、 （2001廣東高考）為證實廣東高考）為證實“二氧化碳是光合作二氧化碳是光合作用合成有機物必需的原料用合成有機物必需的原料”， 某人設計了下列實驗方某人設計了下列實驗方案：案：目的（略）目的（略）材料和用具（略）材料和用具（略）實驗方法和步驟：實驗方法和步驟：用一適當大小的玻璃罩罩住一株生長正常的盆栽用一適當大小的玻璃罩罩住一株生長正常的盆栽綠色植物和一杯綠色植物和一杯NaOH溶液，密封不漏氣。溶液，密封不漏氣。將上述植物及裝置放在暗室中饑餓，消耗掉葉片將上述植物及裝置放在暗室中饑餓，消耗掉葉片內貯藏的有機物。暗室內裝有紅色安全燈。內貯藏的有機物

13、。暗室內裝有紅色安全燈。饑餓一定時間后，自暗室中取出，照光若干小時，饑餓一定時間后，自暗室中取出，照光若干小時，使其充分進行光合作用。使其充分進行光合作用。取一葉片，放入盛有酒精的燒杯中，水浴加熱，取一葉片，放入盛有酒精的燒杯中，水浴加熱，使葉綠素溶于灑精中。使葉綠素溶于灑精中。將已脫綠的葉片取出，平鋪在一個培養(yǎng)皿內，用將已脫綠的葉片取出，平鋪在一個培養(yǎng)皿內，用碘碘碘化鉀溶液檢測有無葡萄糖的特異顏色出現。碘化鉀溶液檢測有無葡萄糖的特異顏色出現。該實驗方案有幾項明顯的錯誤，請指出錯誤并該實驗方案有幾項明顯的錯誤，請指出錯誤并改正改正。實驗、光合實驗、光合COCO2 2答案答案為了增強實驗的可信度

14、和說服力，應設立對照為了增強實驗的可信度和說服力，應設立對照組，對照組的設計如下：組，對照組的設計如下：對照組：A、裝置同題干中的步驟，且玻璃罩的大小顏色等相同，但其內用同種長勢相同的另一株植物代替題干中的植物，用一杯清水代替NaOH溶液（即：條件對照）；B、作適當的饑餓處理；C、重復題干中的步驟、；D、有效檢驗葉片淀粉的存在情況。實驗、光合實驗、光合COCO2 2答案答案本題還涉及到特殊干擾因素的排除問題，即先應本題還涉及到特殊干擾因素的排除問題，即先應把原有的有機物消耗殆盡，饑餓處理的環(huán)境是無光的把原有的有機物消耗殆盡，饑餓處理的環(huán)境是無光的人造暗室（可安裝綠色安全燈），題中紅光是光合作人

15、造暗室（可安裝綠色安全燈），題中紅光是光合作用主要吸收的單質光之一，無法有效去除原有的有機用主要吸收的單質光之一，無法有效去除原有的有機物，因此應改為綠光燈。物，因此應改為綠光燈。暗室內裝綠色安全燈（而不是紅色安全燈）實驗、光合實驗、光合COCO2 2答案答案此步是正確的，饑餓的時間和光照時間等一些定量問題在實驗設計中往往用 “一定”、“適當”、“適量”、“若干”等模糊語言表示。實驗、光合實驗、光合COCO2 2答案答案此步是正確的，為了使實驗結果更明顯必須脫去葉綠素等色素，而葉綠素等色素是脂溶性色素，必須用有機溶劑脫色。這里用酒精脫色，而酒精是一種易燃品，必須水浴加熱，以免發(fā)生危險。實驗、光合實驗、光合COCO2 2答案答案鑒定不同的有機物往往采用不同的方法，葡鑒定不同的