《生态系统中的能量流动和物质循环》教学设计

 陕西省咸阳市永寿县中学  石新文

    【考纲内容及要求】

考纲内容	要求
生态系统中的能量流动的基本规律及其应用	Ⅱ
生态系统中的物质循环的基本规律及其应用	Ⅱ

 

 

 

 

 

    【考点等级】

 

考纲要求	三年考情		考点等级	考点关联
生态系统中的能量流动和物质循环的基本规律及其应用（Ⅱ）	2013·全国新课标I·T5； 2013·天津·T3；2013·四川·T6； 2013·江苏·T26；2012·天津·T9； 2012·安徽·T30；2011·江苏·T26； 2011·全国·T32；2011·天津·T9； 2011·广东·T26、28；2011·福建·T4； 2011·山东·T26；2011·海南·T21； 2011·江苏·T29；2011·安徽·T29；	三17   年考	一级	光合作用 细胞呼吸 种间关系 生态工程 生态系统的稳定性

 

  【高考命题分析】

   1.从考查力度来看,侧重于与图形图表相结合考查学生从图形图表中获取信息的能力及解决实际问题的能力。

   2.从考查内容来看,高考试题注重生态系统的物质循环及能量流动原理在生产实际中的应用等相关问题。

   3.从题型上看,选择题及非选择题大多与图形图表相结合,能力要求较高。

  【备考策略】

   生态系统中能量流动和物质循环的基本规律的应用，以及调查社区、村镇或学校附近一个淡水区域的水质。以图表曲线等为载体考查获取信息的能力以及生态系统的原理环境保护方面的应用也是高频考点。

   【考点核心方法突破】

    考点一　分析生态系统的能量流动

     1．观察下面的能量流动过程图解，回答相关问题。

 

    (1)能量的来源：太阳能。

(2)起点：从生产者固定太阳能开始。

(3)流经生态系统的总能量：生产者通过光合作用所固定的全部太阳能。

(4)渠道：食物链和食物网。

(5)能量转化：太阳能→有机物中的化学能→热能(最终散失)。

    (6)流动形式：有机物中的化学能。

(7)散失途径：呼吸作用，包括各个营养级自身的呼吸消耗以及分解者的呼吸作用。

(8)能量散失的形式：以热能形式散失。

    2．观察下图能量在营养级之间流动过程图解，回答相关问题。

(1)摄入量、同化量、粪便量三者之间的关系是摄入量＝同化量＋粪便量。

(2)在各营养级中，能量的三个去路：①通过呼吸作用以热能的形式散失；②被下一营养级生物利用；③被分解者利用。

(3)概括能量流动的特点

①单向流动：能量只能沿着食物链由低营养级流向高营养级。

②逐级递减：相邻两个营养级的能量传递效率约为10%～20%。

    3．写出能量传递效率的计算公式

相邻两个营养级的传递效率＝上一营养级同化量(下一营养级同化量)×100%。

易错警示　能量流动中的2个“比较”

(1)生态系统中同化量和摄入量的比较

同化量为每一营养级通过摄食并转化成自身有机物的能量，摄入量是消费者摄入的能量，同化量＝摄入量－粪便量。消费者产生的粪便中的能量，不属于该营养级同化的能量，它实际上与上一营养级的遗体、残骸一样，属于未被利用的那部分能量。

(2)能量传递效率与能量利用效率的比较

能量传递效率：能量在沿食物链流动的过程中，逐级减少，若以“营养级”为单位，能量在相邻两个营养级之间的传递效率约为10%～20%。其计算公式为能量传递效率＝(下一营养级同化量/上一营养级同化量)×100%。

能量利用效率：通常考虑的是流入人体中的能量占生产者能量的比值，或流入最高营养级的能量占生产者能量的比值，或考虑分解者的参与，以实现能量的多级利用。在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多，因此食物链越短，能量利用效率越高；同时，生态系统中生物种类越多，营养结构越复杂，抵抗力稳定性越强，能量利用效率越高。

    技能提升

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。

   考点二　聚焦生态系统的物质循环

    1．观察下面碳循环过程图，回答相关问题。

(1)碳进入生物群落的途径：生产者的光合作用或化能合成作用。

(2) 碳返回无机环境的途径③化学燃料的燃烧作用(②分解者的分解作用(实质是呼吸作用))

(3)分析温室效应产生的原因

①化学燃料的大量燃烧，产生CO2。

②植被破坏，降低了对大气中CO2的调节能力。

(4)概括物质循环的特点

①全球性：物质循环的范围是生物圈。

②往复循环，重复利用：物质可以在无机环境和生物群落之间反复利用。

    2．观察下面能量流动和物质循环的关系图解，填写表格中的内容。

易错警示　与物质循环有关的2点提示

(1)物质循环的“物质”和“范围”

①参与物质循环的“物质”是指组成生物体的化学元素。

②循环的范围是生物圈，而不是具体的某一生态系统。

(2)碳循环及存在形式

①在生物群落和无机环境间：以CO2形式循环。

②在生物群落内部：以含碳有机物形式传递。

③在无机环境中：主要以CO2和碳酸盐形式存在。

    技能提升

巧辨图形判断参与碳循环的四种成分

 1．图1——先根据双向箭头确定A和B应为生产者和非生物的物质和能量，不能写“无机环境”，也不能写“生物类别”，再根据A→D，确定D为分解者，剩下C为消费者。

 2．图2——根据A与C之间是双向箭头判断：A和C一个是生产者，一个是非生物的物质和能量。根据A、B、D的碳都流向E，可进一步判断：A是生产者，B是初级消费者，C是非生物的物质和能量，D是次级消费者，E是分解者。

 3．图3——首先找出相互之间具有双向箭头的两个成分，即A和E，一个为生产者，一个是大气中的CO2库。又因为其他各个成分都有箭头指向A，所以A为大气中的CO2库，E为生产者。然后观察剩余的几个成分，其中其他生物部分的箭头都指向C，所以C是分解者，剩余的B、D、F则为消费者。整个图解中，食物链是E→F→D→B。

   考点三　探究土壤中微生物的分解作用

完善该实验的探究案例

实验假设		案例1	案例2
		微生物能分解落叶使之腐烂	微生物能分解淀粉
实验设计	实验组	对土壤高温处理	A杯中加入30 mL土壤浸出液
	对照组	对土壤不做任何处理	B杯中加入30_mL蒸馏水
	自变量	土壤中是否含微生物	土壤中微生物的有无
实验现象		在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组	A	A1	不变蓝
				A2	砖红色沉淀
			B	B1	变蓝
				B2	不变色
结论分析		微生物对落叶有分解作用	土壤浸出液中的微生物能分解淀粉

注　在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林试剂。

易错警示　对空白对照实验的理解：空白对照指的是不对实验对象做任何处理，但是不给对照组任何处理是相对实验组而言的。实际上对照组还是要做一定的处理，只是不加实验组的处理因素，或者说相对于实验组而言，除实验变量外，其他的处理与实验组完全相同。空白对照能清晰地对比和衬托出实验组的变化和结果，增强说服力。

 

   【高考真题训练及点评】1、（2013年新课标卷ⅠT5）（6分）某农场面积为140hm2，农场丰富的植物资源为黑线姬鼠提供了良好的生存条件，鼠大量繁殖吸引鹰前来捕食，某研究小组采用标志重捕法调查该农场黑线姬鼠的种群密度，第一次捕获100只，标记后全部放掉，第二次捕获280只，发现其中有2只带有标记，下列叙述错误的是                                                                      （   ）

A．鹰的迁入率增加会影响黑线姬鼠的种群密度

B．该农场黑线姬鼠的种群密度约为100只/hm2

C．黑线姬鼠种群数量下降说明农场群落的丰富度下降

D．植物→鼠→鹰这条食物链，第三营养级含能量少

   【答案】C

   【解析】黑线姬鼠的种群密度受天敌数量变化等因素的影响，鹰的迁入率增加，使黑线姬鼠被捕食率增加，所以黑线姬鼠的种群密度受鹰迁入率的影响，A正确；设某农场有黑线姬鼠N只，根据标志重捕法公式，N/100=280/2,可得N=14000只，黑线姬鼠的种群密度为14000/140=100只/hm2，B正确；C黑线姬鼠种群数量下降，但没有信息表明农场的物种数发生变化，所以不能说明农场群落丰富度发生变化，C错误；在食物链中，根据能量金字塔能量传递逐级递减，所以植物→鼠→鹰这条食物链，鹰含能量最少，D正确。

   【试题点评】本题主要考查种群的特征、群落的丰富度和生态系统中能量流动等知识，意在考查学生对所学知识要点的理解分析能力。

    2、（2013年天津卷T3）（6分）对下列生命现象及其生物学意义表述正确的是                   （     ）

 A.光合作用推动碳循环过程，促进了生物群落中的能量循环

 B.细胞分裂使细胞趋向专门化，提高了机体生理功能的效率

 C.主动运输使膜内外物质浓度趋向于一致，维持了细胞的正常代谢

 D.细胞凋亡使细胞自主有序死亡，有利于生物体内部环境的稳定

【答案】D

【解析】光合作用使无机碳转化成有机碳，促进了碳循环。因为在生态系统中能量是单向流动逐级递减的，是不会循环利用的，光合作用不能促进能量循环，所以A错误；细胞分裂仅使细胞数目增多，但不能使细胞专门化，细胞专门化是通过细胞分化实现的，所以B错误；主动运输使细胞选择性的吸收细胞需要的营养物质，排出代谢废物，而不是使膜内外的物质浓度趋于一致（该过程通过渗透作用实现），所以C错误；细胞凋亡是细胞的程序性死亡，是自动结束生命的过程，对生物完成正常发育，维持内环境稳定有重要作用，所以D正确。

【试题点评】本题主要考查学生对光合作用、物质循环、能量流动、细胞分裂和分化、主动运输及细胞凋亡等生命现象理解程度。

3、（2013年四川卷T6）（6分）稻田生态系统是四川盆地重要的农田生态系统，卷叶螟和褐飞虱是稻田中两种主要害虫，拟水狼蛛是这两种害虫的天敌。下列叙述错误的是

A．害虫与拟水狼蛛间的信息传递，有利于维持生态系统的稳定

B．防治稻田害虫，可提高生产者与消费者之间的能量传递效率

C．精耕稻田与弃耕稻田的生物群落，演替的方向与速度有差异

D．用性外激素专一诱捕卷叶螟，短期内褐飞虱的种群密度会下降

【答案】B

【解析】捕食者和被捕食者之间的信息传递有利于维持生态系统的稳定，A正确；人和害虫都属于消费者，防治稻田害虫，能增加稻田的产量，并不能提高生产者与消费者之间的能量传递效率，B错误；人类活动会使群落按照不同于自然演替的速度和方向进行，C正确；用性外激素专一诱捕卷叶螟，导致卷叶螟的数量下降，拟水狼蛛捕食褐飞虱的数量增多，短期内褐飞虱的种群密度会下降，D正确。

【试题点评】本题考查种群、群落及生态系统的有关内容。本题以农田生态系统为背景，考查了与生态系统相关的多个知识点，意在考查考生灵活应用知识的能力。

    4、（2013年四川卷T26）（7分）在江苏某地进行稻田养鱼的实验研究。6月5日在一定面积的实验小区插秧后放  养300条小鲫鱼（杂食性），稻田水深8 -10 cm。对照小区不放鱼，其他条件相同。所有处理设置3次重复，实验持续2个月，期间检测浮游植物生物量（干重）。请回答下列问题：

  （l）每个处理设置3次重复，其主要目的是                        。

  （2）实验的第一个月期间，检测发现实验组浮游植物生物量显著高于对照组，原因分析如下：放鱼对浮游植物的不利之处是鱼的取食作用；有利之处是鱼粪便为浮游植物提供营养物质，以及鱼会大量捕食       从而减弱其对浮游植物的捕食作用。在此期间，有利因素占据优势。

  （3）实验的第二个月期间，所有小区的浮游植物生物量均显著下降，主要原因是此时生长旺盛的水稻与浮游植物之间具有                 关系。

  （4）放养鱼增加了该生态系统中             的复杂性，从而增加了该生态系统中             的速率。

  （5）除了上述因素之外，对该实验研究影响最大的不定因素是              （填序号）。

    ①鸟    ②土壤质地    ③光照    ④水体肥力    ⑤稻田杂草

   【答案】  (l)减少实验误差（增加实验的精确性）（2分）    (2)浮游动物  (3)竞争     

(4)营养结构（食物网或食物链）    物质转化和能量流动        (5)①

（除标明外，其余每空1分）

   【解析】（1）实验数据如果少，容易导致误差，所以每个处理设置3次重复，可以减少实验误差或增加实验的精确性。

   (2)鲫鱼是杂食性的鱼类，说明既以浮游植物为食，也以浮游动物为食，而浮游动物是以浮游植物为食物的，当鲫鱼捕食浮游动物后，减弱了浮游动物对浮游植物的捕食作用；再加上鱼粪便为浮游植物提供营养物质，所以在最初的一个月里实验组浮游植物生物量显著高于对照组。

   （3）实验的第二个月期间，由于生长旺盛的水稻与浮游植物之间具有竞争关系，在竞争中水稻处于优势，所以导致所有小区的浮游植物生物量均显著下降。

   (4)放养鱼增加了该生态系统中食物链或食物网即营养结构的复杂性，从而增加了该生态系统中物质循环和能量流动的速率。

  （5）实验组中鲫鱼的数量是影响本实验的关键因素，而鸟类能捕食鲫鱼，这个变量不好控制，即使利用稻草人或基本方法驱赶，也很难确保完全相同，从而影响实验的准确性。而土壤质地、光、水体肥力和稻田杂草对实验结果有影响，但这些无关变量可以控制在相同的状态，光照在自然状态下虽然不能控制，但实验区与对照区是相同的。

    【试题点评】 本题考查生态系统的相关知识，意在考查考生运用所学知识解决稻田养鱼这个小型生态农业中涉及的生物学问题的能力。

    【2016年命题趋势预测】

     生态系统中能量流动和物质循环的基本规律的应用,生态系统的稳态及其调节,以及调查社区、村镇或学校附近一个淡水区域的水质。以图表曲线等为载体考查获取信息的能力以及生态系统的原理在低碳生活、环境保护等方面的应用也是本单元的高频考点。

   【教学反思】

　　1.一轮复习多联系学生实际，重在授予学生方法和思维。

　　2.抓住教材建立完整的知识体系，但不可拘泥于过教材。学生应自主梳理知识框架，教师重在难点透析。

　　3.考点式复习，一点一练，充分体现对位训练，及时巩固。