生态系统中能量的流动学案.docx

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生态系统中能量的流动学案

4.2.1生态系统中的能量流动

一、目标导航

1.学习目标：

（1）说出生态系统能量流动的概念；分析生态系统能量流动的过程和特点；概述研究生态系统能量流动的意义。

2、重难点

重点：

（1）生态系统能量流动的过程和特点。

（2）研究生态系统能量流动的意义。

难点：

（1）生态系统中能量流动的特点。

二、知识网络

生态系统的能量流动与物质循环

三、导学过程

“导”—自主预习

一、能量流动

1.概念：

是指生态系统中能量的输入、和的过程。

2.源头：

绿色植物的光合作用太阳能开始了能量的输入

3.总值：

生产者固定的太阳能的总量是流动的。

4.渠道：

和食物网

5.形式的变化：

太阳能→生物体有机物中的→热能

6.过程：

⑴方框大小、箭头大小的含义：

方框为；箭头为。

⑵能量流入某一营养级后的个去向

呼吸

能量流入某一营养级残落物、遗体

自身储存

流入下一营养级

还有一部分是。

7.特点

⑴单向流动：

能量只能沿着食物链由营养级流向营养级。

每个营养级生物都因呼吸作用而部分热能。

⑵逐级递减每个营养级生物总有一部分不能被下一营养级

传递效率（形象地用能量金字塔表示）

能量金字塔始终为金字塔，都遵循10%～20%传递效率

金字塔生物量金字塔

数量金字塔：

可能为正金字塔，也可能为金字塔，上下营养级音间无固定数量关系。

8.研究意义：

帮助人们合理地调整生态系统中的流动关系，使能量地流向对人类最有益的部分。

“学”—互动探究

探究一对能量流动的理解

阅读课本P83-84相关内容，结合“塞达伯格湖的能量流动图解”，进行分析、思考并小组讨论下列问题：

1.图中各箭头代表的是什么意思？

何谓能量流动？

提示：

该生态系统中的能量流动的方向及能量的多少。

能量流动是指生态系统中能量的输入、传递和散失的过程，称为生态系统中的能量流动。

2.分析图示可知能量流动具有什么样的特点？

生态系统能量的作用又是什么？

提示：

从方向上看能量流动是单向流动的，从数值上看能量流动是逐级递减的。

生态系统能量的作用：

是维持生态系统稳态的动力。

3.生态系统中所需要的能量主要来自于哪？

能量流动是从什么地方开始的？

输入生态系统的总能量是多少？

能量流动的渠道是什么？

提示：

生态系统中能量的源头：

太阳能。

能量流动的起点：

从生产者固定的全部太阳能开始。

流经生态系统的总能量：

生产者所固定的太阳能总量。

能量流动的渠道：

食物链和食物网。

4.生产者固定的能量，流经第二营养级的能量来源及去处如何？

提示：

每个营养级的能量来源。

（1）生产者：

来自太阳能。

（2）消费者：

一般来自上一个营养级。

（3）分解者：

来自生产者和消费者。

各营养级能量的去处：

（1）一是自身通过呼吸作用分解一部分有机物,释放能量；

（2）随尸体、排泄物等流入到分解者中；

（3）有一小部分有机物中的能量流入到下一个营养级。

5.为什么一个营养级的能量不能全部流向下一个营养级？

提示：

由于每一营养级的生物在呼吸的过程中都会消耗一部分能量，加上动物在摄食过程中总有一部分的能量会消耗在动物排出的粪便中，因此流经生态系统的能量在数量上是不断发生变化的。

6.分析每一营养级上能量的“流入”和“流出”是否平衡。

试分析原因。

提示：

不平衡。

原因是能量流动具有单向流动和逐级递减的特点，即

（1）单向流动：

①食物链中各营养级的顺序是不可逆转的，因为捕食关系不可逆转，这是长期自然选择的结果。

②各营养级的能量大部分以呼吸作用产生的热能的形式散失，这部分能量是不能被重复利用的。

（2）逐级递减

①每个营养级的生物总有一部分能量不能被下一营养级利用。

②各个营养级的生物都会因呼吸作用消耗相当大的一部分能量。

③各营养级中的能量都要有一部分流入分解者。

（3）传递效率平均约为10%。

7.为什么一条食物链中营养级一般不超过五个？

提示：

能量通过四个左右的营养级，已减少到不足以维持下一个营养级的生命活动的程度，所以一条食物链中营养级一般不超过五个。

8.能量流动的最终归宿是什么？

提示：

能量流动的途径：

食物链和食物网。

能量的变化情况是：

太阳能→生物体中的化学能→热能。

因此热量是能量流动的最终归宿。

9.能量散失的过程是怎样的？

提示：

10.初级消费者粪便中的能量包括在它的同化量中吗？

为什么？

提示：

粪便是未消化吸收的食物残渣形成的，所以初级消费者粪便中的能量是他没有同化的，因此这部分能量不是初级消费者的，而是他的上一营养级——生产者的同化量，其关系式为：

消费者摄入量=同化量+粪便量，同化量=积累量+呼吸量，积累量=下一营养级同化量+分解者（+未被利用）。

11.研究能量流动的意义，请你给归纳一下。

提示：

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。

能量是一切生命活动的动力，是生态系统的基础。

能量的流动维持各个营养级的生命和繁衍，使得一个生态系统得以存在和发展。

【经典回眸】如图是生态系统能量流动的图解，对此图解的理解不正确的是（　　）

A.图中方框的大小可表示该营养级生物所具有的能量多少

B.该图中C所具有的能量约为B的10%

C.该图中的A表示流经该生态系统的总能量

D.图中所示四个营养级的能量关系为：

A≥B＋C＋D

【解析】本题考查能量流动的起点、传递及特点等。

【答案】D

【变式训练】

1.流经生态系统的总能量是指（）

A.照射到该生态系统内所有植物体叶面上的全部太阳能

B.射进该系统的全部太阳能

C.该生态系统全部生产者所固定的太阳能的总量

D.生产者传递给消费者的全部能量

探究二生态系统有关能量的计算

结合“塞达伯格湖的能量流动图解”，进行分析、思考并小组讨论下列问题：

1.分析“塞达伯格湖的能量流动图解”可知第二营养级获得第一营养级所同化的效率是多少？

第三营养级获得第二营养级所同化的效率是多少？

能量在相邻的营养级之间传递的效率是多少？

提示：

62.8/464.6×100%＝13.5%；12.6/62.8×100%＝20%；10%～20%。

2.计算某一个营养级一段时间的能量变化。

提示：

输入＝输出＋未利用，该营养级全部个体同化的能量。

输出：

呼吸消耗的能量＋被分解者分解释放的能量＋传递给下一营养级的能量。

3.计算某一个生物群落一段时间的能量变化。

提示：

输入＝输出＋未利用，该生物群落中生产者固定的全部太阳能。

输出：

该生物群落中所有生物（包括分解者）的呼吸作用释放的能量。

4.温带地区一年四季中生物群落的能量是如何波动的？

提示：

春末～秋初：

生物群落总能量逐渐增加。

秋末～来年早春：

生物群落总能量逐渐减少。

5．根据以上几问，试总结能量最值的计算规律？

提示：

（1）若一食物网中，已知最高营养级增重为N：

①要求最多需第一营养级多少时，按最长食物链，最低传递效率计算。

②要求至少消耗第一营养级多少时，按最短食物链，最高传递效率计算。

（2）若一食物网中，已知第一营养级重量M：

①要求最高营养级最多获得多少能量时，应按最短食物链，最高传递效率计算。

②要求最高营养级最少获得多少能量时，应按最长食物链，最低传递效率计算。

以上措施可表述为：

6.请用表格的形式，将图中营养级之间能量流动的数据进行整理。

并计算能量传递的效率。

提示：

营养级

流入能量

流出能量（输入到下一个营养级）

出入比

生产者

植食性动物

肉食性动物

——

——

分解者

——

——

7.根据以上知识，构建能量流动的数学模型与物理模型

提示：

数学模型：

第n营养级获得的能量最多为最少为

物理模型：

生态金字塔

类型项目　　

能量金字塔

数量金字塔

生物量金字塔

形状

特点

正金字塔形

一般为正金字塔形，有时会再现倒金字塔形

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逐级递减的特性

生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减

生物量（现存生物有机物的总质量）沿食物链流动逐渐递减

每一级含义

每一营养级生物所含能量的多少

每一营养级生物个体的数目

每一营养级生物的有机物总量

8.请根据以上对生态系统中能量流动的特点等，绘制能量流动的概念模型。

【经典回眸】在如图所示的食物网中，假如猫头鹰的食物有2/5来自于兔子，2/5来自于鼠，1/5来自于蛇，那么猫头鹰若增加20g体重，最少需要消费植物（　　）

A.600gB.900gC.1600gD.5600g

【解析】通过食物链（植物→兔→猫头鹰），猫头鹰增重20g×2/5＝8g，最少需要消费植物的量为8g×5×5＝200g；通过食物链（植物→鼠→猫头鹰），猫头鹰增重20g×2/5＝8g，最少需要消费植物的量为8g×5×5＝200g；通过食物链（植物→鼠→蛇→猫头鹰），猫头鹰增重20g×1/5＝4g，最少需要消费植物的量为4g×5×5×5＝500g。

所以合计需要消费植物200g＋200g＋500g＝900g。

【答案】B

【变式训练】

2.树林中，“螳螂捕蝉，黄雀在后”，这可构成一条食物链。

如果黄雀增加体重10g，按理论计算，最多需要蝉（）

A.10gB.100gC.1000gD.10000g

3.若许多昆虫生活在一棵大树上，鸟又以该树上的昆虫为食。

则下图中能正确描述以上3种生物数量金字塔的是（上层代表鸟，中层代表昆虫，下层代表大树）（　　）

【变式训练参考答案】

CCC

四、达标检测

1.科学家对生活在某生态系统的一个蜘蛛种群的能量进行定量分析,得出了能量流经这种肉食动物的有关数据如图所示（能量以种群的质量表示）,下列叙述正确的是（　　）

①被蜘蛛吃下未被蜘蛛同化的能量属于上一营养级同化量中的一部分

②在食物链中,蜘蛛至少位于第三营养级

③图中X代表用于蜘蛛生长、发育和繁殖的能量

④根据图中的数据不能算出猎物种群和蜘蛛间的能量传递效率

A.①②③④B.①②④C.②③D.③④

2.对下列两条食物链的分析正确的是（　　）

①玉米→人　②玉米→牛→人

A.一个吃玉米的人获得的能量一定比一个吃牛肉的人获得的能量多

B.能量沿食物链单向流动,传递效率随营养级升高而逐级递减

C.长期坚持素食可缓解世界粮食短缺问题

D.若土壤中含相同浓度的某重金属盐,则②中的人比①中的人重金属积累少

3.如图是农业生态系统的一种结构模式,有关分析中正确的一项是（　　）

A.农作物和人是该生态系统的主要成分

B.人和畜禽所处的营养级肯定是不同的

C.分解者的有效利用,提高了该生态系统的能量利用率

D.物质的良性循环,确保了能量的循环利用,减少了废物的积累

4.某同学绘制了如图所示的能量流动图解,下列叙述正确的是（　　）

A.生产者固定的总能量可表示为（A1+B1+C1+A2+B2+C2+D2）

B.由生产者到初级消费者的能量传递效率为D2/W1

C.初级消费者摄入的能量为（A2+B2+C2）

D.W1=D1+D2

5.如图表示一个池塘生态系统中各种生物之间的关系。

下列叙述不正确的是（　　）

A.图中所有的生物构成了此池塘生态系统的生物群落

B.从外部引入消费者4可能会使生产者2的数量暂时增加

C.流经该生态系统的总能量是图中所有生产者固定的能量之和

D.组成消费者的各种元素返回无机环境都需经分解者的分解作用

【当堂检测参考答案】

1——5.ACCAD

五、依据考点，归纳总结

【例1】如图所示为某生态系统中的食物网简图，若E种群含有的总能量为5.8×109kJ，B生物种群所含有的能量为1.6×108kJ，从理论上分析，A生物种群获得的总能量最多是（　　）

A.2.0×108kJ　　　　　B.2.32×108kJ

C.4.2×108kJD.2.26×108kJ

【解析】本题考查能量流动的计算。

从图中可以看出，E的能量传递有三条途径，但只有两条途径能传递到A。

所以C和D获得的总能量为5.8×109kJ×20%－1.6×108＝1×109kJ，所以A获得的能量最多为1×109×20%＝2.0×108kJ。

规律总结：

有关生态系统的能量计算问题有食物链如下：

A→B→C。

如果已知A求C，计算至少（至多）获得的能量，则用A的能量连续乘以10%（20%）；如果已知C求A，计算至少（至多）需要的能量，则用C的能量连续除以20%（10%）。

【答案】A

【例2】下列有关生态系统中能量流动的叙述，正确的是（　　）

A.兔子吃了1千克的草，则这1千克草中的能量就流入了兔子体内

B.一只狼捕食了一只兔子，则这只兔子中约有10%～20%的能量流入狼的体内

C.生产者通过光合作用合成有机物，能量就从无机环境流入生物群落

D.生态系统的能量是伴随着物质循环而被循环利用的

【解析】兔子吃的草中的能量一部分被兔子同化，一部分残留在粪便中，故A错误；能量传递效率中的10%～20%指的是营养级与营养级之间的传递效率，并非个体与个体之间的，故B错误；生产者通过光合作用合成有机物来固定太阳能，而太阳能来自无机环境，故C正确；生态系统中的能量是单向流动的，最终都会以热能的形式散失，故D错误。

【答案】C

技巧点拨：

生态系统中能量传递的相关计算

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，理清生物在营养级上的差别，能量传递效率为10%～20%，解题时注意题目中是否有“最多”、“最少”、“至少”等特殊的字眼，从而确定使用10%或20%来解题。

1.设食物链A→B→C→D，分情况讨论如下：

（1）已知D营养级的能量为M，则至少需要A营养级的能量＝M÷（20%）3；最多需要A营养级的能量＝M÷（10%）3。

（2）已知A营养级的能量为N，则D营养级获得的最多能量＝N×（20%）3；最少能量＝N×（10%）3。

2.在食物网中分析：

如在A→B→C→D中，确定生物量变化的“最多”或“最少”时，还应遵循以下原则：

（1）食物链越短，最高营养级获得的能量越多。

（2）生物间的取食关系越简单，生态系统消耗的能量越少，如已知D营养级的能量为M，计算至少需要A营养级的能量，应取最短食物链A→D，并以20%的效率进行传递，即等于M÷20%；计算最多需要A营养级的能量时，应取最长的食物链A→B→C→D，并以10%的效率进行传递，即等于M÷（10%）3。

3.在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物按一定比例获取能量，则按照单独的食物链进行计算后再合并。

六、布置作业

1.对下列两条食物链的分析正确的是（　　）

①玉米→人　②玉米→牛→人

A.一个吃玉米的人获得的能量一定比一个吃牛肉的人获得的能量多

B.能量沿食物链单向流动，传递效率随营养级升高而逐级递减

C.长期坚持素食可缓解世界粮食短缺问题

D.若种植玉米的土壤中含相同浓度的某重金属盐，则②中的人比①中的人重金属元素积累少

2.如图甲表示某生态系统的能量锥体图，P为生产者，Q1为初级消费者，Q2为次级消费者。

现对图中的各营养级所含有的能量进行分类剖析，其中分析不正确的是（注：

图乙中a、a1、a2表示上一年留下来的能量，e、e1、e2表示呼吸消耗量）（　　）

A.b＋c＋d＋e为本年度流入该生态系统的总能量

B.c1表示初级消费者中被次级消费者所同化的能量

C.b和d之一可代表生产者传递给分解者的能量

D.初级消费者产生的粪便中所含的能量是包含在c中的

3.某生态系统中的四种生物构成一条食物链a→b→c→d，通过测定得到这四种生物a、b、c、d所含的有机物总量分别为M1、M2、M3和M4。

下列叙述中错误的是（　　）

A.M1一定不是a种群固定的太阳能总量

B.若M1<5M2，则生态系统稳态可能遭到破坏

C.d个体所含的有机物的质量应比c个体的小

D.若M2大量增加，一般会导致M1减少、M3增加

4.如图为草原生态系统的能量流动图解模型，A、B、C分别表示流入各营养级生物的能量，D、E、F分别表示各营养级生物用于生长、发育和繁殖的能量，G、H、I分别表示草、兔子、狼呼吸作用消耗的能量，J、K、L分别表示流入分解者的能量。

下列说法中，正确的是（　　）

A.图中A＝D，B＝E，C＝F

B.K中能量包括兔子尸体及狼粪便中的能量

C.食物链中能量最少的是分解者所处的营养级

D.第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是E/D

5.如图为碳循环的主要途径，下列有关叙述错误的是（　　）

A.图中B能实现光能→电能→化学能的转化

B.碳元素在B→C→D中以有机物的形式流动

C.B、E是实现生物群落与无机环境沟通的关键环节

D.B、C、D被E食用，E处于第二、三、四营养级

6.一只羊在一年内吃了100kg的草，排出20kg的粪，长了10kg的肉（不考虑其他散失），下列有关说法不正确的是（　　）

A.该羊一年的同化量是80kg

B.第一营养级到第二营养级的能量传递效率为10%

C.20kg的粪属于羊未同化的能量

D.该羊一年的呼吸量是70kg

7.在某鱼塘中有A、B、C、D四种鱼,其营养结构如图甲所示。

请据图回答下列问题:

（1）若该鱼塘只有C一种鱼,种群的数量变化曲线如图Ⅰ所示,鱼塘的承载量（K值）是　　　　；若该鱼塘中只有A和D两种鱼，种群数量变化曲线如图　　　　所示；若该鱼塘中只有A和B两种鱼（假设二者都只取食同一种藻类），两种鱼种群数量变化曲线如图　　　　所示。

（2）科研人员对该鱼塘由浮游藻类、A和D三个环节组成的食物链进行了能量流动分析,得到下表相关数据。

NP（净同化量）=GP（总同化量）-R（呼吸量）。

食物链环节

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

GP和NP

GP=55.6×102

NP=1.3×102

GP=176×103

NP=6×103

GP=59.3×106

NP=50.5×106

NP/GP

0.02

0.03

0.85

R

54.3×102

170×103

8.8×106

未利用

—

62.8%

99.7%

①Ⅲ所代表的生物是　　　　　　　,其呼吸产生的能量主要用于　。

②第一营养级与第二营养级的净同化量与总同化量的比值不同,主要原因是。

③该食物链中,第一营养级到第二营养级的能量传递效率约为　　　　,该数据不在10%~20%这一范围内,原因是  　。

参考答案与解析

1.C【解析】能量的传递效率是10%～20%，与营养级高低没有直接关系，故B错误；长期坚持素食，可减少能量传递过程中的损失，有利于缓解世界粮食短缺问题，故C正确；重金属元素在食物链中流动时存在富集现象，营养级越高，富集作用越强，所以②中的人体内重金属元素积累相对较多，故D错误。

2.D【解析】由图可知，c、c1分别是生产者流入初级消费者、初级消费者流入次级消费者的能量，即初级消费者、次级消费者同化的能量。

b＋c＋d＋e为生产者固定的能量，即本年度流入该生态系统的总能量；b和d（b1和d1、b2和d2）之一可代表粪便、遗体残骸等传递给分解者的能量；初级消费者产生的粪便中所含的能量属于生产者同化的能量，应包含在b或d中。

3.C【解析】生产者固定的太阳能总量中会通过细胞呼吸损失一部分，故A正确；根据能量流动的特点，前一营养级同化的能量要大于或等于后一营养级同化的能量的5倍，才能满足后一营养级的能量需要，故B正确；相对较高营养级的个体不一定比相对较低营养级的个体小，如虎与兔，故C错误；一定时间内，M2大量增加会导致被捕食者减少，捕食者增多，故D正确。

4.B【解析】图中应是A>D，B>E，C>F；食物链中能量最少的是狼所处的营养级；第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是B/A。

5.D【解析】由图可以看出A为无机环境、B为生产者、C为初级消费者、D为次级消费者、E为分解者，所以B能实现光能→电能→化学能的转化；B、E是实现生物群落与无机环境沟通的关键环节；而E表示分解者，不占营养级。

6.B【解析】羊一年的同化量＝摄入量－粪便量＝80kg。

粪便是羊未同化的能量。

羊一年的呼吸量＝同化量－有机物积累量＝70kg。

题干中未指出草的同化量，故不能计算出第一营养级到第二营养级的能量传递效率。

7.【答案】

（1）b　Ⅲ　Ⅱ

（2）①浮游藻类　维持正常生命活动　②呼吸所消耗的能量不同（初级消费者A的呼吸强度相对较高,浮游藻类的呼吸强度相对较低）　③0.3%　Ⅲ未被Ⅱ利用的能量多

【解析】

（1）从图Ⅰ中曲线的变化趋势可以看出,种群数量增加到a后,环境并不能承受,资源不能满足种群生长的要求,种内斗争加剧,种群数量减少,并最终在b位置左右保持稳定,因此鱼塘的承载量（K值）为b。

A和D两种鱼为捕食关系,对应图Ⅲ;A和B两种鱼的食性相同,对同一种浮游藻类竞争激烈,竞争能力弱的将被淘汰,对应图Ⅱ。

（2）由表根据生物同化固定的能量,得出食物链是Ⅲ→Ⅱ→Ⅰ。

因此Ⅲ为生产者浮游藻类,Ⅱ为初级消费者A,Ⅰ为次级消费者D。

第一营养级与第二营养级的净同化量与总同化量的比值不同,关键是因为初级消费者A和浮游藻类的呼吸强度不同,初级消费者A的呼吸强度相对较高,浮游藻类的呼吸强度相对较低,呼吸所消耗的能量不同,因而,二者的比例不同;能量由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为:

176×103/59.3×106≈0.3%。

该数据不在10%~20%这一范围内,原因是第一营养级未被第二营养级利用的能量多。

七、课后反思

同学们，通过这节课学习，你有哪些收获和体会，存在哪些疑问，请把它填在下面的表格中，以便及时总结、弥补知识缺漏。

收获

内容

疑点

内容