专题十五生物学跨学科综合例举.docx
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专题十五生物学跨学科综合例举
学科:
生物年级：
高三
版本：
冲刺版期数：
2342
本周教学内容：
专题十五生物学跨学科综合例举
【经典例题解析】
例题1能源是人类生存和发展的重要因素，请回答下列有关能源问题：
（1）人类所能使用的能量绝大多数来源于太阳能，捕获太阳能的生物主要为绿色植物。
绿色植物能够通过光合作用把太阳能转化为化学能，写出光合作用的总反应式：
________________________________________________________________。
（2）根据《科学美国人》杂志，在1971年7月号刊登的《地球的能量资源》一文中提供的数据，到达地球表面的太阳能辐射通过光合作用途径提供的能量为40×109kJ·S-1。
试问：
①通过光合作用，每年约有__________kJ的太阳能转变为化学能。
②每年由绿色植物通过光合作用为我们的生存环境除去CO2的质量为m，试根据能量关系列出m的计算式，列式中缺少的数据用符号表示。
M=_________________。
（3）人类开发月球已为时不远，科学探测表明，月球土壤中富含氦-3，其资源总量初步估算达100万～500万吨，人类开发利用月壤中的氦-3的意义是什么？
___________
（4）煤、石油、开然气、水能及生物能等是多年来大规模使用的能源，被称为______能源（用“常规能源”或“新能源”填充，下同），而核能、地热、海洋能、沼气以及太阳能、风能等被称为_________能源。
（5）水能是可再生能源，可持续地利用它来发电，为人类提供“清洁”的能源。
若一水力发电站水库的平均流量为Q（m3·S-1），落差为h（m）发电效率为
，则全年发电量A（kw·h）为_______________
（6）已知（C6H10O5）n+nH2O→3nCO2+3nCH4+能量，请设想出这一反应的实际价值和意义。
________________________________________________________________________
解析本题以人类生存与发展的重要支撑——能源为背景，考查了与生物有关的物理问题及化学问题。
（1）光能是取之不尽，用之不竭的能源，在地球上绿色植物的光合作用是能够将太阳能转变成化学能为人类及其他生物利用的惟一途径。
根据生物学知识，即可写出光合作用的方程式：
6CO2+12H2O
C6H12O6+6H2O+6O2
（2）①根据题意，到达地球表面的太阳辐射能中，能被地球上的绿色植物通过光合作用所固定的太阳能为40×109kJ·S-1，则一年由光合作用所固定的太阳能W为：
W=40×109kJ·S-1×365d×24h×60m×60S×=12.6×1018kJ
即有1．26×1018kJ的太阳能转化为化学能。
②利用一般的化学计算方法，设参与光合作用的CO2的质量为mkg，则
6CO2+12H2O→C6H1206+6H2O-QkJ
6×44×10-3kgQkJ
mkg1.26×1018kJ
m=
=
kg
其中Q为每生成1mol葡萄所需要吸收的太阳能的量。
（3）对地外世界的了解，对20世纪自然科学最新发展情况的了解，也是学生科学素质的组成部分。
由物理知识可知：
3He是核聚变的原料，是人类将来可供长期使用的清洁、安全、高效的核聚变发电燃料。
但到目前为止，人类由于技术原因，还不能实现冷核聚变发电，但可以预测在不远的将来一定能够实现核聚变能的和平利用。
（4）根据一般性的地理知识，按能源利用技术状况分：
常规能源——多年大规模使用；新能源——近若干年才开始利用，现在又有新的利用方式的能源。
按题意，煤、石油、天然气、水能及生物能等是多年来大规模使用的能源，应属于常规能源；而核能、地热、海洋能、沼气以及太阳能等应属于新能源。
（5）由物理知识可知：
水的密度为
=1×105kg·m-3，在1S内流水重力势能减少了△Ep＝pQgh，转化为电能为：
△Ep·
=
pQgh，即设水电站发电功率为：
P=
pQg（瓦）
由W=Pt得：
全年发电总量为：
A=W=
pQght=
=8760
pQgh（kw·h）
（6）按题意，是人类应如何合理开发利用生物能，因为地球上的绿色植物一年通过光合作用所固定的太阳能的总量是非常巨大的，这些能量都贮存在糖类等有机物。
在秸秆、杂草等农作物的废弃物中蕴藏着大量的生物能，充分利用这些生物都是解决农村能源短缺的问题。
目前常用的主法是将秸杆、杂草等农作物的废弃物在发酵池中发酵产生沼气，为农村提供能源。
答案
（1）6CO2+12H2O
C6H12O6+6H2O+6O2
（2）12．6×1018kJ3．33×1017／Q（kg）（式中Q表示每生成1mol葡萄糖所需要吸收的能量（3）3He将是人类可长期使用的清洁、安全、高效的核聚变发电燃料（4）常规新（5）A＝876
Qgh（kw·h）（7）利用秸杆、杂草、树叶等农作物的废弃物经微生物发酵之后便有沼气产生，它是农村能源的重要来源。
也是扩大肥源，提高肥效和改善农村卫生条件的重要措施
例题2随着工业化程度的提高以及世界范围内的人工采伐，使森林面积锐减，导致大气中CO2浓度迅速增加；同时生物的新陈代谢也产生CO2。
大气中CO2对来自太阳的短波辐射几乎不吸收，但对从地表射向太空的长波光，特别是红外辐射有强烈的吸收作用，从而阻碍了地球向太空辐射能量。
（1）人们习惯上把大气中以CO2为主的气体所产生的效应称为（）
A．光热效应B．光气效应C．温室效应D．光电效应
这种效应会使_________________。
（2）大量采伐森林会使大气中CO2浓度增加的原因是_________。
写出植物的这种作用的总反应方程式：
___________________。
（3）为了减缓大气中CO2浓度的增加，除了植树造林外，主要可行的措施还有_____等。
A．优化能源结构
B．减少地球上的生物，因为它们的新陈代谢要产生大量CO2
C．利用化学方法回收空气中的CO2
D．对燃料及燃烧进行优化处理
E．将燃油汽车改为燃液化气汽车
F．降低工业化程度
（4）植树造林不仅可以减少空气中的CO2，还可中以防止水土流失，防风固沙减少灾害等。
风沙的移动会带来很多灾难，而它又与风速有关。
森林对风有很好的减速作用。
若两地间风速差的平方与两地距离的2/3次方成正比，比例系数为k，若风吹到林区时速度为30m/s，要求减弱5m/s，则林区的宽度为多少米？
此时风的能量减少为原来的多少倍?
（设空气密度恒定）
解析本题以近年来大家比较多地关注的环境问题和大气中以CO2为主的气体所产生的“温室效应”为出发点，结合平时所学的一些理论知识并以此来考查同学对所学知识的了解程度和综合运用能力，以及分析问题、解决问题的能力。
（1）二氧化碳的这种使短波进入而阻止长波逸出的单向阀门作用，类似温室玻璃的作用，所以习惯上称“温室效应”。
地球吸收了太阳的辐射热，又被CO2吸收而不能射向太空，减缓了热量散失，这种作用如同将地球置入一大温室中，所以会使全球气温上升而使“全球变暖”。
（2）森林以绿色植物为主。
绿色植物光合作用吸收大量的CO2,使大气中CO2量减少，而大量采伐使这种作用减弱，CO2的减少减缓，而CO2的产生仍持续，所以采伐森林会使CO2浓度增加。
（3）需要对能源及能源结构和燃料的成分及燃烧的产物有所了解。
另外对方法的可行性还要加以考虑，如B、C两选项在本题中其燃烧产物仍为CO2气体，不能减缓CO2浓度增加，只是其环保效果好不产生SO2等气体。
（4）第一问是纯数学计算。
由题意设林区宽为S，则（30-5）2=KS
解得：
S＝15625k
。
第二问，设单位时间吹到同一面上风的质量为m，则m数值上等于pS·v，而Ek=
mv2=
pSv3。
所以其能量之比正比于速度的三次方，即能量减少为原来的（
）3=
倍。
答案
（1）C，全球变暧（或意思对即可）
（2）植物光合作用吸收的CO2量减少了
6CO2+12H2O
C6H12O6+6H2O+6O2
（3）AD（4）15625k
（米），l／216倍。
例题3请合理规划一个乡镇的一些基本设施。
下表所列各项设施在此乡镇内应怎样选址，试根据要求在图15-1的设点处（圆圈）填上表中编号（见图15-1）。
项目
编号
规划要求
学校
1
宁静，上学方便
商场
2
居民购物便利
疗养所
3
光照充足，空气清新，地势高，干燥，很少噪声
电视发射台
4
便利发射
火力发电厂
5
减少对居民区的大气污染，燃料运输方便
自来水厂
6
能获得洁净的水源
垃圾处理场
7
远离居民区，防止污染水体
造纸厂
8
取水便利，防止污染水体
图15-1
解析此题主要是多方面能力的综合，包括辨识地图所示方位、图例等高线等，要求根据各项目的物理、化学、生物、社会、政治、居民的日常生活等属性，考虑到社会、政治、经济和环境的综合效应，进行科学选址。
答案见图15-2
图15-2
例题4图15-3为我国长江中下游地区某地的生态结构图，根据所提供的信息，完成下列有关问题：
图15-3
（1）将正确的选项填在上表相应的空白格内
A．流域蓄水能力降低B．围湖造田C．水土流失D．旱涝增多
（2）为了保障本地区农业的良性持续发展，目前应当采取的主要措施是（）
A．计划生育、控制人口B．绿化造林、兴修水利
C．退耕还湖、扩大水域面积D．发展乡镇企业，增加人均收入
（3）围湖造田对本地区水患的影响在于：
A.___________________________________________________________
B.___________________________________________________________
（4）该地区旱涝发生的规律是：
A.___________________________________________________________
B.___________________________________________________________
（5）综合上述材料反映了哪些辩证唯物主义原理？
（6）1998年夏季，长江中下游地区发生了有史以来最大的洪涝灾害，是天灾还是人祸？
你是怎样理解的？
解析本题以长江中下游地区近年来不断发生洪涝灾害为背景，以生态环境遭到人为的破坏，人们得到大自然严酷惩罚的事实为依据进行题目立意，意义深远，本题涉及地理、生物、自然、政治、经济等等方面的知识，有理论深度和综合的强度。
有针对性和前瞻性，对培养学生遵循科学规律办事和科学的决策能力大有益处。
答案
（1）见图15-4
图15-4
（2）C（3）A、减小了湖区的水域面积，降低了流域的蓄流能力；B、降低了湖泊对洪水的调节能力，增加了干流的排洪负荷（4）A、梅雨过强，梅雨期过长则涝害发生；B、梅雨期过短，梅雨过弱则旱灾发生（5）①事物的运动是有规律的，规律是可以认识和掌握的，发挥人的主观能动作用必须以尊重客观规律为基础；②世界上一切事物都处在普遍的联系之中，没有任何一个事物孤立地存在的，整个世界是一个普遍联系的整体。
③世界上的一切事物都是变化发展的，一切事物的变化发展都是从量变引起质变的；④实践是认识的来源，发展的动力，认识的根本目的就是把理性认识应用于实践，去指导实践，实践是检验认识是否正确的惟一标准（6）既是天灾，更是人祸。
说是“人祸”：
长期以来由于对生态环境保护不力，森林资源被乱砍乱伐，造成长江中上游水土流失严重，中下游湖泊泥沙淤积，再加上长江中下游图湖造田，湖泊面积萎缩，蓄水调节功能减弱；说是“天灾”：
恰逢长江中下游地区梅雨季节，我国受厄尔尼诺现象影响，降水量猛增，降雨集中，持续时间长。
例题51999年上半年，比利时爆发的“二口恶英”食品污染事件使得世界各国民众都对食品中是否含有“二口恶英”大起警惕之心。
“二口恶英”是一种含C、H、O、Cl等元素的混合物，对人体有很强的致畸作用，其主要成分中，毒性较大的名称为：
2，3，6，7-四氯代二苯并二口恶英，结构简式如图15-5所示。
图15-5
（1）写出以上物质的化学式：
___________________________
（2）结构中的
部分称为二口恶烷，在有机化学上是典型的___________结构。
（3）自然环境中的“二口恶英”一般是怎样产生的？
（4）“二口恶英”的化学稳定性强，是脂溶性物质，一旦进入环境或人体，由于它能在脂肪中高度溶解，从而能在生物体内积畜而很难排出，因其能在环境中持续存在称为持续性有机污染物，“二口恶英”为什么有亲脂性？
（5）“二口恶英”不仅可以通过食物毒害人类，还可以通过存在于空气中的气态物质伤害人类，据调查，在高浓度“二口恶英”环境下的工人，患癌症的死亡率比普通人群高60个百分点，空气中“二口恶英”是通过哪些途径进入人体组织细胞内的？
（6）在食物链中，生物所处的营养级越________，体内的“二口恶英”含量就越多，这种现象称为什么？
（7）“二口恶英”对人体会产生怎样的危害？
（8）“二口恶英”的形成需要3个条件：
有机物、氯和反应环境，这符合化学上的什么原理？
解析比利时的“二口恶英污染鸡”事件继疯牛病危机之后欧洲最大的一起食品污染案，波及世界各地。
本题能过“二口恶英”的剖析，让学生能用学过的知识进行知识迁移，触类旁通，举一而反三，进行发散性思维。
（1）要求学生根据“二口恶英”的结构式写出分子式，“二口恶英”的分子式为：
C12H4O2Cl4。
（2）“二口恶英”结构式中的
结构，在有机化学上是一种典型的醚结构。
（3）“二口恶英”是工业化社会产生的恶果之一。
自然环境中的“二口恶英”一般是在焚烧有毒的生活垃圾（特别是合有大量废旧塑料制品的垃圾）时产生的。
在自然界中，分解者在分解生物有机物的过程中是不会产生的。
（4）“二口恶英”是有机物，分子结构中无亲水基因，也不带有极性，所以它不溶解于水，而溶解于有机溶剂中，而且它在脂类中的溶解度很大。
（5）食物中的“二口恶英”进入人体的途径，主要是通过消化道的上皮细胞吸收的，小肠绒毛上皮细胞吸收它的方式是扩散，随脂肪等物质一起进入小肠绒毛的毛细胞淋巴管，随淋巴循环进入血液，再运输到全身各处，在脂肪组织中贮存起来。
“二口恶英”在进入人体的过程中，没有经过肝脏的解毒作用，所以在体内几乎不被分解，进入脂肪组织后也几乎不被排出体外。
空气中的“二口恶英”还可以通过呼吸道、粘膜、皮肤进入人体组织细胞。
（6）“二口恶英”通过食物链进入各种生物体内，并积累在其脂肪层或脏器中。
一般来说，动物寿命越长，吃的食物越多，或者是营养级别越高，体内积累的“二口恶英”就越多。
这种有毒物质通过食物链而在生物体内逐步浓缩的现象称为“生物富集作用”。
（7）当人食用了被“二口恶英”污染的禽畜的肉、蛋、奶及其制成品，“二口恶英”也就进入了人体，在人体中积累起来，而且几乎不可能通过消化系统或泌尿系统排出去。
当人体内的“二口恶英”堆积达到一定数量时，就会导致人体组织发生癌变。
（8）“二口恶英”中含有C、H、O、Cl元素，根据质量守恒原理，其可以由含这些元素的物质反应生成。
答案见解析。
例题6随着社会经济的发展，迫切需要大量的能源。
核能应用作为第三次技术革命的标志之一，受到人们普遍的重视。
（1）早在20世纪40年代就发生了与核能有关的重大历史事件，试举一例。
（2）二次世界大战后，开始了和平利用核能的时代。
到80年代，我国已有两座正式并网试用的核电站。
它们分别是______省境内的_________和________省境内的_______。
其中__________是我国自行设计制造的。
我国正在建设中的第三座核电站在_________省境内，位于____________铁路线的东端。
（3）试从影响工业布局因素的角度，简述在上述三地建造核电站的理由。
（4）按产业分类，核电业属于________产业。
我国开发这一新能源，体现了邓小平关于__________的重要观点。
（5）核电站中要用核反应堆使重核裂变，将释放出的巨大能量转换成电能。
①完成下列核反应方程式：
+
→
+
+3
+8+
+反中微子
（反中微子的质量数和电行数均为0）
②写出核裂变反应和一般化学反应的不同点。
（请答3点）
③核电站在热量传递的循环系统中应用了钠钾合金作为传热介质，试根据钠钾合金的性质说明这一应用的两点理由。
（6）依据上述核反应方程式，计算：
①1kg铀235全部裂变产生多少kJ的能量？
②需要燃烧多少吨标准煤才能释放出相同的能量？
已知：
铀（U）核的质量为235．0439u中子（u）质量为1．0087u，钕（Nd）核的质量为142．9098u，锆（Zr）核的质量为89．9047u，1u=1.6606×10-27kg，燃烧出标准煤能产生2．93×104kJ的热量。
（7）核反应除释放巨大的能量外，还可以用来生产各种放射性同位素。
请分别阐明放射性同位素的辐射育种和临床治癌原理。
解析这是一个围绕核能设计的跨学科综合题。
（1）核能又称原子能，原子核发生裂变或聚变反应时释放出来的能量称为原子能。
这种能量比燃烧同量物质放出的能量约大数百万倍。
利用原子核反应所放出的能量起杀伤破坏作用的武器叫核武器。
二战期间，德、美等大国竞相研制这种新型的武器，最后由美国率先研制成功。
1945年，二战结束前夕，美国首次将这种武器用于实战中，在日本的广岛、长崎投掷原子弹，造成巨大的伤亡。
1949年，苏联打破了美国的核垄断，研制成原子弹。
本题考查学生再认识再现历史知识的能力。
（2）广东的大亚湾核电站是引进法国的资金和技术兴建的；浙江的秦山核电站是利用我国的资金和技术自行设计建造的；第三座正在建设中的核电站在江苏的连云港，是引进苏联的技术和部分资金建造的。
连云港地处欧亚大陆桥铁路线的东端（即陇海铁路线的东端）。
（3）解本题的切入点是分析两个核电站所在区域的区域特征，提取它与布局因素的关系，筛选作答。
主要应从建立核电站的原因，即从能源的供求量和核能的特点来分析，由于核电的开发投资大，技术要求高，所以，一般核电站往往要建在邻近经济发达、技术雄厚、资源需求量大而常规能源缺乏的地区，例如我国就选择了珠江三角洲和长江三角洲这两个地区。
（4）从核电业这一新能源，考查三大产业的知识和邓小平理论。
从产业结构的知识可以知道：
核电工业应该属于第二产业，我国开发这一新能源体现了邓小平理论中科学技术是第一生产力的重要观点。
（5）核电利用的是重核裂变时所释放的巨大能量。
用中于轰击铀的原子核，使铀原子核分裂成两个（或更多个）中等质量的原子核并放出2～3个中子，这样的过程称为重核裂变。
①发生核反应时，核电荷数和质量数都是守恒的，也就是说核反应方程左、右两边的核电荷数和质量总数是分别相等的，核反应方程的平衡依据的就是这个原则。
从方程的左边，我们可以算出铀235和中子的质量数之和为236，核电荷数之和为92。
而方程的右边Zr的核电荷数及质量数均未知，Nd核电荷数为60、质量数为143，中子质量数为1、电行数为0，电子质量数为0，电荷数为-1，反中激子质量数、电荷数均为0。
运用核质量数守恒原理，设Zr质量数为x，则235+=143+x+3·1＋8·0，得x=90。
运用核电荷数守恒原理，设Zr电荷数为y，则92+0=60+y+3·0＋8·（-1），得y=40。
所以填空题
.
②核反应和化学反应的本质是不同的，对单位质量的物质，核裂变反应所释放出来的能量远远大于化学反应所释放的能量。
在核反应中，原子核发生了变化，一种元素变成另外一种或几种元素，在化学反应中，原子核不发生变化，元素在反应前后不变，所以说核反应是原子层次上的变化，而化学反应是分子层次上的变化。
一种同位素不论处于何种价态，它们核反应性质是相同的，而它们的化学性质是不同的，同一元素的不同同位素的化学性质完全相同，但它们的核反应性质是不同的。
因为它们核内的中子数不同。
③小题则着重考查学生对常见金属的物理性质及其用途的了解。
钠和钾的熔点低，钠和钾的合金的熔点更低，在室温下为液态，可在管道中自由流动，而钠和钾又都是热和电的良导体，所以钠钾合金可作为电站的热量传递循环系统中的传热剂。
（6）从能量的角度去认识核电，可通过物理的计算进行。
铀核裂变发生质量亏损，减少的质量等于反应前中子和铀核的质量与反应产物的总质差（不是质量数之差，因为质量数之差为0，质量亏损小于1个质量数单位），发生质量亏损时放出能量△E=△m·c2，式中△m为减少的质量，c为光速。
核的质量单位用u来表示，1u=1．6606×10-27kg
铀裂变反应中释放的能量计算如下：
裂变以前的数量之和：
裂变以后的数量之和：
235.0493u
142.9098u
1.0087
89.9047u
____________________
236.0526u
3.0261u
_______________________
235.8406u
反应过程中质量减少△m=0.212u
反应中释放的能量：
△E=△m·C2=0.212×1.6606×10-27×（3×108）2J=3.168×10-11J
所以，1kg铀全部裂变时共释放的核能等于1kg铀的原子总数乘以每个铀核裂变放出的能量。
△E=
·NA·△E=
=8.12×1010kJ
将面△E的值除以燃烧1kg标准煤放出的热量，即可算出1kg铀完全裂变放出的能量相当于燃烧多少kg标准保放出的能重，即：
=2.77×106kg=2.77×103t
（7）在农科研和生产实践中常用诱变育种的方法来选育良种，其原理是利用各种物理、化学等方法去处理生物，如利用放射性同位素的辐射来育种，通过放射性同位素的射线对遗传物质的影响，以此来诱发生物发生基因突变，这种方法可以极大地提高基因突变的频率。
基因突变后通常可以产生新基因，决定出新的性状，然后再经过人们的选育，获得性状的大幅度改良的新品种。
由于放射性物质（如放射性同位素）处理生物可引起生物体基因突变等一系列反应，这些反应还包括可以杀伤细胞和抵制细胞分裂。
所以这项技术也可用于临床治疗癌症，其目的是利用杀死癌细胞或抑制癌细胞的细胞分裂，这在临床上取得一定成效，但也有一定副作用。
答案
（1）美国在日本的广岛和长崎投掷的原子弹
（2）广东大亚湾核电站浙江秦山核电站秦山核电站江苏欧亚大陆桥（或珑海）（3）珠江三角洲和长江三角洲地区，经济发达，技术雄厚，资源需求量大而常规能源缺乏（4）第二，科学技术是第一生产力（5）
；②对单位质量的物质而言，核裂变产生的能量远远大于化学反应的能量。
核反应是原子层次上的变化，而化学反应是分子层次的上变化（或核反应前后元素发生变化，化学反应前后元素不变）；一种同同位素不论处于何种价态，它们的核反应性质是相同的，而它们的化学性质是不同的；同一元素的不同同位素它们的化学性质是相同的，但它们的核反应性质是不同的；③钠钾合金熔点低，常温下为液态，可在管道中自由流动（6）1kg铀共释放核能
E=[
×6.02×1023×（235.0439-142.9098-89.9047-2×1.0087）×1.6066×10-27×（3×108）2]J=
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