2022-2023學(xué)年人教版選擇性必修二 第3章第2節(jié)　生態(tài)系統(tǒng)的能量流動 課件 （48張）

1、第2節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過分析生態(tài)系統(tǒng)中能量在生物群落中單向流動并逐級遞減的規(guī)律,培養(yǎng)物質(zhì)與能量觀等生命觀念、歸納與概括等科學(xué)思維。2.通過舉例說明利用能量流動規(guī)律,人們能夠更加科學(xué)、有效地利用生態(tài)系統(tǒng)中的資源,培養(yǎng)關(guān)注生物學(xué)社會性議題的社會責(zé)任感。3.通過解釋生態(tài)金字塔表征了食物網(wǎng)各營養(yǎng)級之間在個(gè)體數(shù)量、生物量和能量方面的關(guān)系,培養(yǎng)建模的科學(xué)思維。4.通過調(diào)查生態(tài)系統(tǒng)的能量流動,培養(yǎng)觀察提問、團(tuán)隊(duì)合作、交流討論等科學(xué)探究素養(yǎng)。課前自主預(yù)習(xí)案課堂互動探究案課前自主預(yù)習(xí)案一、生態(tài)系統(tǒng)能量流動的概念和過程1.能量流動的概念:是指生態(tài)系統(tǒng)中能量的 的過程。2.能量流經(jīng)第一營養(yǎng)級的過程(

2、以綠色植物為例)(1)能量輸入:生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者通過光合作用把太陽能轉(zhuǎn)化為 ,固定在它們所制造的 中。(2)能量去向在生產(chǎn)者的呼吸作用中以 的形式散失。輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失化學(xué)能有機(jī)物熱能用于生產(chǎn)者的 等生命活動,儲存在植物體的 中。構(gòu)成植物體的有機(jī)物中的能量,一部分隨著 等被分解者分解而釋放出來;另一部分被初級消費(fèi)者攝入體內(nèi),這樣,能量就流入了第二營養(yǎng)級。3.能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級的過程(1)能量輸入: 的能量。(2)能量去向在初級消費(fèi)者的呼吸作用中以 的形式散失。用于初級消費(fèi)者的 等生命活動,儲存在初級消費(fèi)者的 中。構(gòu)成初級消費(fèi)者的有機(jī)物中的能量,一部分以 的形式被分解者利用;另一部分被次

3、級消費(fèi)者攝入體內(nèi),這樣,能量就流入了第三營養(yǎng)級。生長、發(fā)育和繁殖有機(jī)物殘枝敗葉初級消費(fèi)者同化生產(chǎn)者熱能生長、發(fā)育和繁殖有機(jī)物遺體殘骸(3)圖解4.能量在不同營養(yǎng)級間變化情況能量在第三、第四營養(yǎng)級的變化,與第二營養(yǎng)級的情況 。5.生態(tài)系統(tǒng)能量流動的示意圖(教材P55圖3-6)由圖可以看出:生產(chǎn)者及各級消費(fèi)者能量流動相同的三個(gè)去向是:通過呼吸作用以 的形式散失,被 同化,被 利用。同化 生長、發(fā)育和繁殖 分解者 大致相同熱能下一營養(yǎng)級分解者二、能量流動的特點(diǎn)和生態(tài)金字塔1.能量流動的特點(diǎn)單向流動 逆轉(zhuǎn) 循環(huán)流動 逐級遞減 逐級減少 10%20%越多 5 2.能量的輸入任何生態(tài)系統(tǒng)都需要不斷得到來自

4、 的能量補(bǔ)充,以便維持生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。3.生態(tài)金字塔:包括能量金字塔、生物量金字塔和數(shù)量金字塔(1)能量金字塔:將單位時(shí)間內(nèi)各營養(yǎng)級所得到的 數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)面積(或體積)的圖形,并將圖形按照營養(yǎng)級的次序排列,可形成一個(gè)金字塔圖形。(2)生物量金字塔:將單位時(shí)間內(nèi)各營養(yǎng)級的 (每個(gè)營養(yǎng)級所能容納的有機(jī)物的總干重)數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)面積(或體積)的圖形,并將圖形按照營養(yǎng)級的次序排列,可形成一個(gè)金字塔圖形。系統(tǒng)外能量生物量(3)數(shù)量金字塔:將單位時(shí)間內(nèi)各營養(yǎng)級 轉(zhuǎn)換為相應(yīng)面積(或體積)的圖形,并將圖形按照營養(yǎng)級的次序排列,可形成一個(gè)金字塔圖形。(4)能量金字塔通常都是 的金字塔形;生物量和數(shù)量金字塔

5、大多是 的金字塔形。三、研究能量流動的實(shí)踐意義1.幫助人們將生物在 上進(jìn)行合理配置,增大流入某個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的總能量。2.幫助人們科學(xué)地規(guī)劃和設(shè)計(jì) ,使能量得到 。3.幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的 關(guān)系,使能量 地流向?qū)θ祟?。生物個(gè)體的數(shù)目上窄下寬上窄下寬時(shí)間、空間人工生態(tài)系統(tǒng)最有效的利用能量流動持續(xù)高效最有益的部分預(yù)習(xí)自測1.判斷下面有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)能量流動過程說法的正誤。(1)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動指能量的輸入和散失過程。( )(2)散失的熱能不可以被生產(chǎn)者固定再次進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)。( )(3)流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量是照射在生產(chǎn)者上的太陽能。( )(4)初級消費(fèi)者糞便中的能量屬于生產(chǎn)者同化的能量。( )

6、(5)初級消費(fèi)者攝入的能量全部轉(zhuǎn)化為自身的能量,儲存在有機(jī)物中。( ) 2.判斷下面有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)能量流動特點(diǎn)和意義說法的正誤。(1)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是逐級遞減的,原因是一個(gè)營養(yǎng)級同化的能量只有一部分流入下一個(gè)營養(yǎng)級。( )(2)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是單向的,原因是一個(gè)營養(yǎng)級呼吸散失的能量不能被生產(chǎn)者再同化,以及捕食關(guān)系是不可逆的。( )(3)能量金字塔和生物量金字塔均可以出現(xiàn)倒置現(xiàn)象。( )(4)拔去田地中的雜草是人為地調(diào)整能量流動的方向,提高生態(tài)系統(tǒng)的能量傳遞效率。( )(5)相鄰兩個(gè)營養(yǎng)級的能量傳遞效率不會小于10%,也不會大于20%。( )(6)沼渣、沼液作為肥料還田,使能量能夠循環(huán)利用

7、。( ) 課堂互動探究案探究點(diǎn)一能量流動的過程活動 閱讀教材P55能量流動的過程相關(guān)文字及圖3-5和圖3-6。(1)據(jù)圖分析下列問題。a、b、c、d、e、f之間具有怎樣的等量關(guān)系?提示:a=b+c;b=d+e+f。第一營養(yǎng)級中未被利用能量的最終去向是什么?提示:死亡后被分解者吸收利用,通過分解者的呼吸作用散失。(2)結(jié)合教材圖3-5和3-6,分析回答下列問題。被初級消費(fèi)者攝入的能量(攝入量)全部被初級消費(fèi)者同化(同化量)了嗎?提示:沒有。初級消費(fèi)者攝入生產(chǎn)者后要排出糞便。糞便中有機(jī)物的能量(糞便量)最終流向了分解者。即攝入量=同化量+糞便量。初級消費(fèi)者糞便中的能量是其同化量的一部分嗎?為什么?

8、提示:不是。初級消費(fèi)者糞便中的能量不屬于其同化的能量,而是屬于生產(chǎn)者所同化的能量。流入初級消費(fèi)者體內(nèi)的能量(同化量)有何用途?提示:初級消費(fèi)者在呼吸作用中以熱能的形式散失;初級消費(fèi)者進(jìn)行生長、發(fā)育和繁殖等生命活動。流入初級消費(fèi)者體內(nèi)的能量(同化量)最終去向有哪些?提示:呼吸作用散失的熱能、第三營養(yǎng)級同化的能量、分解者利用的能量。能量流動的渠道是什么?提示:食物鏈和食物網(wǎng)。對每個(gè)營養(yǎng)級來說,能量流動的各個(gè)過程之間有何關(guān)系(不包括最高營養(yǎng)級)?提示:流入能量=呼吸作用散失的熱能+下一營養(yǎng)級同化的能量+分解者利用的能量。流入生物群落的能量,最終通過什么途徑離開生物群落?提示:通過生物(各個(gè)營養(yǎng)級和分

9、解者)的呼吸作用以熱能形式散失。深度思考 某營養(yǎng)級能量來源就是同化上一營養(yǎng)級的能量的說法是否正確?為什么?提示:不正確。自然生態(tài)系統(tǒng):生產(chǎn)者的能量主要來自固定的太陽能,消費(fèi)者的能量來自同化上一營養(yǎng)級的能量。人工生態(tài)系統(tǒng):消費(fèi)者的能量來自同化上一營養(yǎng)級的能量和人工輸入的能量。歸納總結(jié) 流入某一營養(yǎng)級能量的來源和去路(以自然生態(tài)系統(tǒng)為例)(2)能量去向:流入某一營養(yǎng)級(最高營養(yǎng)級除外)的能量去向可從以下兩個(gè)角度分析應(yīng)用 假設(shè)某生態(tài)系統(tǒng)中有a、b、c、d四個(gè)種群,構(gòu)成食物鏈abc,d為分解者,如圖是該生態(tài)系統(tǒng)中能量流入b處發(fā)生的一系列變化示意圖,下列說法錯(cuò)誤的是( )A.圖中的甲表示b的同化量,乙表

10、示b用于生長、發(fā)育和繁殖的能量B.參與丁過程的都是異養(yǎng)型生物,主要包括營腐生的細(xì)菌、真菌等C.當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)處于相對穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),b的種群數(shù)量一般處于K/2D.圖中d的能量不全部來自b生物C 解析:b攝入量為其同化量(甲)和糞便量之和,其同化量一部分用于呼吸消耗,一部分用于自身的生長、發(fā)育和繁殖(乙);丁過程為分解者的分解作用,分解者主要是營腐生生活的細(xì)菌、真菌等,都是異養(yǎng)型生物;當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)處于相對穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),b種群數(shù)量一般達(dá)到環(huán)境容納量,即處于K值;d的能量可來自b的糞便,而此部分屬于上一營養(yǎng)級a同化的能量。探究點(diǎn)二能量流動的特點(diǎn)情境1 閱讀教材P56“思考討論”,分析賽達(dá)伯格湖的能量流動情況。思

11、考 (1)對于每一個(gè)營養(yǎng)級來講,輸入和輸出的能量是否相等?為什么?提示:不相等。因?yàn)槊總€(gè)營養(yǎng)級中都有未被利用的能量。(2)從第一營養(yǎng)級流入第二營養(yǎng)級的能量,占第一營養(yǎng)級所固定能量的百分比是多少?提示:由圖可知,流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量為464.6 J/(cm2a),第二營養(yǎng)級的同化量為62.8 J/(cm2a),因此占第一營養(yǎng)級所固定能量的百分比為62.8464.6100%13.5%。(3)流入某個(gè)營養(yǎng)級的能量,為什么不能百分之百地流向下一個(gè)營養(yǎng)級?提示:各營養(yǎng)級生物體內(nèi)大部分能量被呼吸作用消耗;其次是上個(gè)營養(yǎng)級的部分能量未被下一個(gè)營養(yǎng)級利用;還有少數(shù)能量被分解者利用。應(yīng)用 下圖是麻風(fēng)樹樹林中兩

12、個(gè)營養(yǎng)級的能量流動圖解,已知麻風(fēng)樹的同化的總能量為a,其中字母代表了能量,則下列敘述不正確的是( )A.從麻風(fēng)樹輸入下一營養(yǎng)級的能量傳遞效率為a/a100%B.c是第二營養(yǎng)級用于生長、發(fā)育和繁殖的能量C.d是指第二營養(yǎng)級呼吸作用消耗的能量D.a到e的箭頭中含有的能量屬于生產(chǎn)者同化的能量A 解析:根據(jù)題意和圖示分析可知,該圖只包括兩個(gè)營養(yǎng)級,麻風(fēng)樹是第一營養(yǎng)級,則a只能代表第二營養(yǎng)級的攝入量,b代表第二營養(yǎng)級的同化量,d代表第二營養(yǎng)級用于呼吸作用消耗的能量,c是指第二營養(yǎng)級用于生長、發(fā)育和繁殖的能量,e則是流入分解者的能量。被消費(fèi)者同化的能量是b,所以從麻風(fēng)樹流入下一營養(yǎng)級的能量傳遞效率為b/a

13、100%;c=同化量b-呼吸消耗的能量d,為第二營養(yǎng)級用于生長、發(fā)育和繁殖的能量;a到e的能量來自a的糞便,a的糞便中的能量屬于上一個(gè)營養(yǎng)級生產(chǎn)者同化的能量。情境2 閱讀教材P57P58生態(tài)金字塔內(nèi)容。思考 比較能量金字塔、數(shù)量金字塔和生物量金字塔。類型 金字塔 金字塔 金字塔形狀特點(diǎn)正金字塔形一般為正金字塔形一般為正金字塔形象征含義能量沿食物鏈流動過程中具有逐級遞減的特性一般生物個(gè)體數(shù)目在食物鏈中隨營養(yǎng)級升高而逐級遞減一般生物有機(jī)物的總干重隨食物鏈中營養(yǎng)級升高而逐級遞減每一階含義每一營養(yǎng)級生物所含能量的多少每一營養(yǎng)級生物個(gè)體的數(shù)量每一營養(yǎng)級生物的有機(jī)物總干重能量數(shù)量生物量歸納總結(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中

14、能量流動特點(diǎn)的原因單向流動原因:食物鏈中的捕食關(guān)系不能逆轉(zhuǎn);熱能不能再次被固定。逐級遞減原因:每個(gè)營養(yǎng)級都有能量通過呼吸作用散失;每個(gè)營養(yǎng)級都有能量被分解者利用。應(yīng)用 (不定項(xiàng)選擇)如圖是某同學(xué)繪制的生態(tài)系統(tǒng)能量金字塔,其中ad代表能量值。下列相關(guān)敘述正確的是( )A.圖中所示的各種生物成分組成一條食物鏈B.次級消費(fèi)者、三級消費(fèi)者分別屬于第三、第四營養(yǎng)級C.能量c可代表生產(chǎn)者呼吸釋放的熱能及流向分解者的能量D.在生態(tài)系統(tǒng)中,b的值不可能超過d的10倍BC 解析:題圖中各營養(yǎng)級的生物不是一種,所以圖示的各種生物可以構(gòu)成多條食物鏈;次級消費(fèi)者、三級消費(fèi)者分別屬于第三、第四營養(yǎng)級;圖中c表示呼吸作用

15、散失的能量及流向分解者的能量;在生態(tài)系統(tǒng)中,能量傳遞效率一般在10%20%之間,但也會有特例,即b的值可能會超過d的10倍。探究點(diǎn)三生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程中的相關(guān)計(jì)算情境 分析下圖食物網(wǎng),進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。思考 (1)如果A增重1 kg,C最多增重多少千克,最少增重多少千克?提示:C增重最多,按最短食物鏈,最高傳遞效率計(jì)算:1 kg20%20%=1/25 kg。C增重最少,按最長食物鏈,最低傳遞效率計(jì)算:1 kg10%10%10%10%=1/10 000 kg。(2)如果C增重1 kg,至少需消耗A多少千克,最多需消耗A多少千克?提示:消耗A最少,按最短食物鏈、最高傳遞效率:1 kg20%20%=

16、25 kg。消耗A最多,按最長食物鏈、最低傳遞效率:1 kg10%10%10%10%=10 000 kg。(3)如果C從B、F中獲得的能量比為31,C增重1 kg,則最少需要消耗A多少千克?提示:消耗A最少,按最高傳遞效率計(jì)算,沿食物鏈ABC逆推:3/4 kg20%20%=75/4 kg;沿食物鏈ADEFC逆推:1/4 kg20%20%20%20%=625/4 kg。所以最少需要消耗A為75/4 kg+625/4 kg=175 kg。(4)如果C取食B、F的能量比例關(guān)系由11變?yōu)?2,當(dāng)C增重1 kg,傳遞效率為10%時(shí),所需要A的能量是改變前的約多少倍?提示:當(dāng)比例關(guān)系為11時(shí),當(dāng)C增重1

17、kg,C從B獲得1/2 kg,沿食物鏈ABC計(jì)算:1/2 kg10%10%=50 kg;C從F獲得1/2 kg,沿食物鏈ADEFC計(jì)算:1/2 kg10%10%10%10%=5 000 kg。A總量為50 kg+5 000 kg=5 050 kg。當(dāng)比例關(guān)系變?yōu)?2后,當(dāng)C增重1 kg時(shí),C從B獲得1/3 kg,沿食物鏈ABC計(jì)算:1/3 kg10%10%=100/3 kg;C從F獲得2/3 kg,沿食物鏈ADEFC計(jì)算:2/3 kg10%10%10%10%=20 000/3 kg。A總量為100/3 kg+20 000/3 kg=6 700 kg。所以所需要A的能量是改變前的6 700 kg

18、5 050 kg1.33倍。深度思考 具有人工能量輸入的能量傳遞效率如何計(jì)算?提示:人工輸入到某一營養(yǎng)級的能量是該營養(yǎng)級同化量的一部分,但卻不是從上一營養(yǎng)級流入的能量。如求第二營養(yǎng)級到第三營養(yǎng)級傳遞效率時(shí),應(yīng)為第三營養(yǎng)級從第二營養(yǎng)級同化的能量(不包括人工輸入到第三營養(yǎng)級的能量)/第二營養(yǎng)級的同化量(包括人工輸入到第二營養(yǎng)級的能量)100%。歸納總結(jié) 能量流動的相關(guān)計(jì)算(1)能量傳遞效率的相關(guān)“最值”計(jì)算食物鏈越短,最高營養(yǎng)級獲得的能量越多。生物間的取食關(guān)系越簡單,生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程中消耗的能量越少。具體計(jì)算方法如下:(2)能量傳遞效率的有關(guān)“定值”計(jì)算已確定營養(yǎng)級間能量傳遞效率的,不能按“

19、最值”法計(jì)算,而需按具體數(shù)值計(jì)算。例如,在食物鏈ABCD中,能量傳遞效率分別為a%、b%、c%,若A的能量為M,則D獲得的能量為Ma%b%c%。如果是在食物網(wǎng)中,某一營養(yǎng)級同時(shí)從上一營養(yǎng)級多種生物獲得能量,且各途徑所獲得的能量比例確定,則按照各單獨(dú)的食物鏈進(jìn)行計(jì)算后合并。應(yīng)用 某生態(tài)系統(tǒng)中存在如圖所示的食物網(wǎng),如將C的食物比例由AB=11調(diào)整為AB=21,其他條件不變,相鄰兩個(gè)營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率按10%計(jì)算,該生態(tài)系統(tǒng)能承載C的數(shù)量是原來的( )A.1.875倍B.1.375倍C.1.273倍D.0.575B 課堂小結(jié)完善概念圖記憶節(jié)節(jié)清1.生態(tài)系統(tǒng)的能量流動:生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞

20、、轉(zhuǎn)化和散失的過程。2.一個(gè)營養(yǎng)級的同化量:自身呼吸散失、流向下一個(gè)營養(yǎng)級(最高營養(yǎng)級除外)、被分解者利用和未被利用的能量。3.能量流動的途徑:食物鏈(食物網(wǎng))。4.能量轉(zhuǎn)換:光能化學(xué)能熱能。5.能量流動特點(diǎn):單向流動、逐級遞減。隨堂反饋1.判斷下列關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)能量流動的說法是否正確。(1)生態(tài)金字塔可采用生物量單位,能量單位和個(gè)體數(shù)量單位,生態(tài)金字塔必然呈正金字塔形。( )(2)每一個(gè)營養(yǎng)級的同化量都是自身呼吸散失+流向下一個(gè)營養(yǎng)級+被分解者利用+未被利用的能量。( )(3)相鄰兩個(gè)營養(yǎng)級的能量傳遞效率可以小于10%,也可以大于20%。( )(4)研究能量流動,可合理設(shè)計(jì)人工生態(tài)系統(tǒng),提高能

21、量的利用率。( ) 2.下列有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)能量流動的敘述中,錯(cuò)誤的是( )A.能量流動是單向的,不可逆轉(zhuǎn)的B.食物鏈越短,可供最高營養(yǎng)級消費(fèi)的能量越多C.初級消費(fèi)者越多,次級消費(fèi)者獲得的能量越少D.營養(yǎng)級越多,散失的能量越多解析:由于相鄰兩個(gè)營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率為10%20%,所以初級消費(fèi)者越多,次級消費(fèi)者獲得的能量也越多。C 3.如圖所示的食物網(wǎng)中,戊的食物有1/2來自乙,1/4來自丙,1/4來自丁,且能量從生產(chǎn)者到消費(fèi)者的傳遞效率為10%,從消費(fèi)者到消費(fèi)者的能量傳遞效率為20%。若戊體重增加20 g,需要消耗植物( )A.1 125 gB.1 600 gC.2 000 gD.6 500

22、gC 解析:甲為生產(chǎn)者,戊所在食物鏈共有以下三條:甲乙戊,戊增加20 g1/2=10 g,需要乙10 g5=50 g,需要甲50 g10=500 g;甲丙戊,戊增加20 g1/4=5 g,需要丙55 g=25 g,需要甲25 g10=250 g;甲丙丁戊,戊增加20 g1/4=5 g,需要丁55 g=25 g,需要丙25 g5=125 g,需要甲125 g10=1 250 g,故共需要甲500 g+250 g+1 250 g=2 000 g。4.(不定項(xiàng)選擇)為提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量,農(nóng)民采取了如下手段,某同學(xué)根據(jù)能量流動的特點(diǎn)進(jìn)行分析,其中敘述正確的是( )人工除草使用農(nóng)藥消滅害蟲溫室種植時(shí),適當(dāng)降低

23、夜間溫度對農(nóng)作物施肥A.是為了減少營養(yǎng)級,從而降低能量傳遞過程中能量的損失B.是為了使能量盡可能多地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠諧.是為了減少農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的能量消耗D.是為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)額外補(bǔ)充能量,從而提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量BC 解析:人工除草,使用農(nóng)藥消滅害蟲,都是調(diào)整能量流動的方向,使能量能夠持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?溫室種植時(shí),適當(dāng)降低夜間溫度,降低呼吸作用強(qiáng)度,可以減少有機(jī)物的消耗;對農(nóng)作物施肥是補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì),而不是補(bǔ)充能量。5.若某生態(tài)系統(tǒng)中只具有三個(gè)營養(yǎng)級,且處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。如圖表示該生態(tài)系統(tǒng)的能量流動的關(guān)系圖,a、b、c、d等表示不同的生理過程和相應(yīng)的能量數(shù)值。請據(jù)圖回答下列相關(guān)問題:(1)從生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)級上分析,圖