高三生物教案:《生態系統的物質循環》教學設計
來源:精品學習網 2018-11-12 11:57:38
生態系統的物質循環(人教版)
考綱要求 生態系統物質循環的基本規律及應用(Ⅱ)。
一、生態系統的物質循環
1.概念
(1)物質:組成生物體的________________等元素。
(2)物質循環:無機環境與________之間。
(3)范圍:整個________。
2.特點
(1)具有全球性,因此又稱________________循環。
(2)循環方式:________。
二、實例——碳循環
1.無機環境中的存在形式:________和碳酸鹽;生物群落中的主要存在形式:________;無機環境與生物群落之間的循環形式:________。
2.循環過程
3.溫室效應
(1)形成原因:大量化學燃料的燃燒,大氣中的________含量迅速增加,打破了生物圈中________的平衡。
(2)影響:加快極地和高山冰川的融化,導致海平面上升,進而對人類和其他許多生物的生存構成威脅。
三、能量流動與物質循環的關系及意義
1.與能量流動的關系:________作為__________的載體,使________沿著________流動;能量作為________,使物質能夠不斷地在________和________之間循環往返。
2.意義:通過________和________,使生態系統中的各種組成成分緊密地聯系在一起,形成一個統一整體。
動動腦 有人認為:“物質是能量的載體,物質是往復循環的,能量自然也應該伴隨著物質的循環而循環。”你認為這句話對嗎?如果有錯誤,請指出原因。
探究點一 碳循環
分析完成生態系統的碳循環示意圖:
1.大氣中的碳元素進入生物群落,是通過植物的________或硝化細菌等的____________而實現的。
2.碳在生物群落和無機環境之間循環是以________的形式進行的。碳元素在生物群落中的傳播,主要靠________________,傳遞形式為________。
3.大氣中CO2的來源有三個:一是________________;二是________________;三是________________。
4.實現碳在生物群落和無機環境之間進行循環的關鍵是________和________。
5.碳在無機環境與生物群落之間傳遞時,只有生產者與無機環境之間的傳遞是________的,其他各成分間的傳遞均是________的。
探究示例1 下圖為生態系統中碳循環的模式圖。相關敘述正確的是( )
A.1代表生產者,5可以代表化能合成作用
B.碳元素在1、2、3、4間以含碳有機物的形式傳遞
C.在食物鏈中占有碳元素最多的營養級可能是1
D.1、2、3中含有的有機物可以作為動力來促進碳元素在群落和環境之間循環
聽課記錄:
變式訓練1 (2010?廣東理綜,26)氣候變化與生態系統的碳循環密切相關。下表為A、B兩個不同時期陸地生態系統與大氣環境的碳交換情況。
時期 碳吸收量(kg C?a-1) 碳釋放量(kg C?a-1)
A 1.20×1014 1.20×1014
B 1.20×1014 1.26×1014
(1)生態系統碳的吸收主要是通過________作用實現的,碳的釋放主要是通過________作用實現的。
(2)表中________時期的生態系統處于穩定狀態,原因是___________________________。
(3)由于過度的人工碳排放,破壞了生態系統的___________________________________,
導致大氣中______________增加并引起全球氣候變化。
(4)人們正在積極開發新能源以減少碳排放。如“葉綠素太陽能電池”是模仿類囊體吸收光能的特性而制造的,類囊體吸收光能的過程發生在光合作用的________階段;又如經改造的藍藻能在細胞內將光合作用產生的__________________________________________直接發酵轉化為燃料乙醇。
探究點二 物質循環和能量流動的關系
分析物質循環和能量流動的關系圖解,完成下列填空:
1.從圖中可以看出,無機環境為生物成分提供________和________。
2.二者均開始于________,通過光合作用合成有機物、固定太陽能,然后沿共同的渠道——食物鏈(網)一起進行。
3.能量的固定、儲存、轉移和釋放,離不開物質的________與________等過程。
4.物質作為能量的________,使能量沿著食物鏈(網)流動。
5.能量作為________,使物質循環不斷地在生物________與________之間循環往返,能量以物質形式存在和流動,能量促進了物質的循環。
思維拓展
1.能量流動具有單向流動、逐級遞減的特點,能在各級生態系統中進行。
物質循環是在生物群落與無機環境之間反復循環,不具遞減性,具有全球性。
2.任何一個生態系統中,能量流動和物質循環都保持著相對的平衡,這是決定一個生態系統相對穩定的重要保證。
探究示例2 下圖表示生物圈中碳循環的部分示意圖。A、B、C、D構成生物群落,箭頭①~⑨表示循環過程。下列有關說法正確的是( )
A.大氣中的氣體X是指二氧化碳和一氧化碳
B.完成①過程的能量主要是由⑧過程提供的
C.D經⑤、⑥、⑦過程獲得的能量占A、B、C總能量10%~20%
D.C處在第三營養級
聽課記錄:
變式訓練2 (2011?蘇州聯考)圖1是某生態系統碳循環示意圖,其中A、B、C、D是生態系統內各生物成分,1、2、3、4、5表示有關的生理過程;圖2為該生態系統中某一食物鏈及部分能量流動情況,請分析回答:
(1)在圖1中,B、C分別屬于________________。碳元素在生物群落內傳遞是沿________實現的。
(2)圖1中表示呼吸作用過程的是________(填序號)。A、C、D為B提供____________。
(3)若圖1中的C產生60 mol氧氣,則流入D的能量一般不超過相當于________mol葡萄糖的能量。如果A發生瘟疫,D發生的變化是________________________。
(4)在圖2的食物鏈中,②/①的比值代表________(生物之間)的能量傳遞效率,③和④分別屬于________和________(生物)間的同化量的一部分。
實驗探究 探究土壤微生物的分解作用
1.實驗原理
(1)土壤中存在種類、數目繁多的細菌、真菌等微生物,它們在生態系統中的成分為________。
(2)分解者的作用是將環境中的有機物分解為無機物,其分解速度與環境中的____________、____________等生態因子相關。
2.實驗流程
案例1 案例2
實驗假設 微生物能分解落葉使之腐爛 微生物能分解____
實
驗
設
計 實驗組 對土壤____處理 A杯中加入____________
對照組 對土壤不做任何處理 B杯中加入30 mL蒸餾水
自變量 土壤中是否含微生物 土壤中的微生物的有無
實驗現象 在相同時間內實驗組落葉腐爛程度____
對照組 A A1 ______
A2 產生______
B B1 ______
B2 ______
結論分析 微生物對落葉有分解作用 土壤浸出液中的微生物能分解淀粉
思維拓展
1.探究活動最好在實驗室中進行,以便控制變量,避免環境中不可控制的因素的影響。
2.各地氣候與環境等因素不同,微生物分解落葉的能力也不同,需要的時間也有差異,一般需要溫暖、濕潤的條件。
探究示例3 (2011?泰州聯考)同學們在課外活動中發現植物的落葉在土壤里會逐漸腐爛,形成腐殖質。他們猜測落葉的腐爛是由于土壤微生物的作用,不同生態系統的土壤微生物分解能力不同,并設計了實驗進行驗證。
(1)實驗設計首先要遵循的是________________原則和________________原則。
(2)以帶有同種落葉的土壤為實驗材料,均分為A和B兩組。實驗時A組不做處理(自然狀態);B組用塑料袋包好,放在60℃的恒溫箱中滅菌1小時。B組處理的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)(2)中實驗的自變量是________________________,因變量是________________,無關變量是________________________________________________________________________
____________(至少寫出兩點)。
(4)如果同學們的猜測是正確的,若干天后(2)中B組的落葉________________。
(5)如果同學們用帶有相同量同種植物落葉的凍土苔原和熱帶雨林的等量土壤為實驗材料,分別模擬原生態系統的無機環境條件進行C組和D組的實驗,定期抽樣檢測樣品土壤中未腐爛的落葉的含量,請根據預測結果在右圖中繪出相應的曲線。
聽課記錄:
題組一 碳循環的過程及特點
1.(2011?徐州摸底)從生態系統的物質循環角度看,人體內碳元素的根本來源是( )
A.大氣中的CO2 B.生產者
C.分解者 D.消費者
2.
如圖為生態系統碳循環模式圖,下列分析錯誤的是( )
A.f表示大氣中的二氧化碳庫
B.該圖中有三條食物鏈
C.圖中的a一定是自養生物,b、c、d、e一定是異養生物
D.碳以有機物的形式由a傳到b
3.下圖表示生物圈中碳元素的循環過程,下列有關敘述不正確的是( )
A.③過程代表綠色植物的光合作用
B.圖中A、B分別代表消費者和生產者
C.溫室效應主要是由⑦過程造成的
D.農業生產中的中耕松土可以增大⑤過程
4.關于碳循環的敘述,錯誤的是( )
A.不依賴于水 B.伴隨能量流動
C.產生溫室氣體 D.具有全球性
5.圖甲、乙分別表示人體體液中物質交換、生態系統碳循環的模型圖,以下說法正確的是( )
A.甲圖中O2濃度最高的是B
B.乙圖中的D是生態系統中的主要成分
C.人體發生過敏反應時,甲圖中的A增多導致組織水腫
D.因捕食關系而建立的食物鏈中,能量最少的是乙圖中的B所處的營養級
題組二 能量流動和物質循環的關系
6.下列實例中不能體現物質循環和能量流動原理的是( )
A.增加對農田的物質投入(如施農家肥)可以有效防止土壤肥力下降
B.北京奧運會前大量植樹造林以改善空氣質量
C.在夏季通過縮短菊花的光照時間使其提前開花
D.汶川大地震破壞了大熊貓的生存環境,使其食物短缺
7.(2009?重慶卷,5)如圖是某森林生態系統物質和能量流向示意圖,h、i、j、k表示不同用途的有機物(j是未利用部分),方框大小表示使用量,下列敘述不正確的是(多選)( )
A.進入該生態系統的CO2量與各h產生的CO2總量相等
B.生產者i的量大于被初級消費者同化有機物的量
C.流向分解者的k可被生產者直接吸收利用
D.流經該生態系統的物質和能量可循環利用
8.(2011?南通質檢)下列與生態系統功能相關的描述中,錯誤的是( )
A.碳循環過程需要能量的驅動
B.物質與能量在生物與環境之間循環流動,信息的流動只在生物之間發生
C.植物的光合作用和生物的死亡分解是碳循環的一部分
D.全球氣候變暖與地球上大氣中碳的收支不平衡有關
題組三 土壤微生物的分解作用
9.下圖表示a、b、c三地區森林土壤有機物分解狀況,則分解者的作用強弱是( )
A.a>b>c B.c>b>a
C.c=b>a D.a>c=b
10.現提供桂花和月季的落葉若干,同種且大小和生理狀態相同的蚯蚓若干。以蚯蚓的日排糞便量為實驗因變量,來探究溫度與蚯蚓分解落葉速率的關系。完成下列實驗:
(1)取同樣大小的玻璃缸標記為A、B、C,并控制A、B、C的溫度分別為5℃、15℃、25℃。
(2)取________的落葉足量,再加入數量相等的蚯蚓,在適宜的條件下培養。
(3)每天取出A、B、C中的蚯蚓糞便并________。
(4)一周后分別求出A、B、C中蚯蚓________________,并進行比較。
(5)蚯蚓分解落葉速率最快的玻璃缸最可能是________(填字母)。
題組四 綜合題
11.建設生態農業時巧設、增設食物鏈的目的不包括( )
A.努力實現物質的分層次多級利用
B.減輕對環境的污染,提高抵抗力穩定性
C.加強生物防治,控制有害生物的危害
D.實現物質和能量的循環,使廢物資源化
題 號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11
答 案
12.根據下面的碳循環示意圖回答問題:
(1)從微觀上看,過程③主要是在細胞內________________中進行。
(2)碳從無機環境進入生物群落的主要途徑①是____________;碳主要以________的形式從無機環境進入生物群落。
(3)參與過程④的生物新陳代謝類型是____________________________。它們與同區域中的動、植物共同構成了________________。
(4)能量流動和物質循環是生態系統的主要功能,其中物質作為能量的________,使能量沿著食物鏈(網)流動。能量作為________,使物質能夠不斷地在生物群落和無機環境之間循環往復。
(5)從上圖可知,減少溫室效應的最關鍵的措施是:
第一:_____________________________________________________________________
________________________________________________________________________;
第二:____________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
學案44 生態系統的物質循環
課前準備區
一、1.(1)C、H、O、N、P、S (2)生物群落 (3)生物圈
2.(1)生物地球化學 (2)往返循環
二、1.CO2 有機物 CO2 2.光合 細胞呼吸
3.(1)CO2 碳循環
三、1.物質 能量 能量 食物鏈(網) 動力 生物群落 無機環境 2.能量流動 物質循環
動動腦 不對。這句話很難從字面上挑出錯誤,實際上采用了“漢字(詞)”的通用方法,偷換了概念,“物質是能量的載體”中的“物質”是指含有化學能的有機物質(如糖類、脂質、蛋白質),而“物質是往復循環的”中的“物質”則是指基本元素(如C、H、O、N、P…),二者本質含義根本不同。
課堂活動區
探究點一
1.光合作用 化能合成作用
2.CO2 食物鏈和食物網 有機物
3.分解者的分解作用 動植物的呼吸作用 化學燃料的燃燒
4.生產者 分解者 5.雙向 單向
探究示例1 C [首先需要確定這四種成分,1箭頭指向2、3、4可以確定1是生產者,因為生物群落總能量流動的起點是生產者。由于生產者聯系了無機環境和生物群落,所以確定4為無機環境。然后根據生產者和消費者都有箭頭指向分解者,確定3為分解者。5代表生產者的呼吸作用產生二氧化碳。碳元素在1和4間,是以二氧化碳形式傳遞的;1、2、3之間是以有機碳的形式傳遞的。1是生產者,所含有的有機物最多。物質作為能量的載體,使能量沿著食物鏈(網)流動;能量作為動力,使物質能夠不斷地在生物群落和無機環境之間循環往返。]
變式訓練1 (1)光合 呼吸 (2)A 碳吸收量等于碳釋放量 (3)穩定性 CO2 (4)光反應 葡萄糖
解析 (1)光合作用吸收CO2,呼吸作用放出CO2,生態系統中碳循環主要通過光合作用和呼吸作用進行。(2)生態系統中碳的吸收量等于釋放量時,該生態系統正處于穩定狀態;而當碳的吸收量大于釋放量時,處于生長期;當碳的吸收量小于釋放量時,則處于衰退期。(3)過度的人工碳排放使得碳的釋放量大大超出碳的吸收量,從而破壞了生態系統的穩定性,大氣中不能被吸收的大量CO2能引起溫室效應,導致全球氣候變化。(4)光合作用的光反應階段,光能的吸收發生在葉綠體的類囊體的薄膜上。光合作用的產物葡萄糖經酒精發酵可生成乙醇。
探究點二
1.物質 能量 2.生產者 3.合成 分解 4.載體
5.動力 群落 無機環境
探究示例2 D [生物群落與無機環境之間的碳循環是以CO2形式進行的,故圖中大氣中的氣體X代表CO2;圖中A為生產者,B為初級消費者(第二營養級),C為次級消費者(第三營養級),D為分解者;完成①過程的能量主要由太陽能轉化的活躍的化學能提供;食物鏈中相鄰營養級間的能量傳遞效率為10%~20%,但不包括分解者(D)。]
思路導引 ①各字母、標號所代表的意義。②圖示中的食物鏈組成包括什么?并排出食物鏈、營養級。③食物鏈中能量傳遞效率是多少?④區別①、⑧能量的轉化類型。
變式訓練2 (1)分解者、生產者 食物鏈(網) (2)2、3、4、5 物質和能量 (3)2 先增加,后減少,最后穩定
(4)兔與狼 草 兔
解析 (1)大氣中的二氧化碳通過綠色植物的光合作用進入生物群落,生產者、消費者、分解者通過呼吸作用把二氧化碳釋放到大氣中,生產者、消費者最終都被分解者分解,因此C屬于生產者,A、D屬于消費者,B屬于分解者。(2)1表示的生理過程是光合作用,2、3、4、5表示的生理過程是呼吸作用。A、C、D為B提供物質和能量。(3)圖1表示的食物鏈為C→D→A,C產生60 mol氧氣,則產生的葡萄糖為10 mol,因此流入D的能量一般不超過相當于10×20%=2 mol葡萄糖的能量。A以D為食,A如果發生瘟疫,A的數量將減少,則D的數量先增加,當D增加到一定數量時,由于生存環境限制及種內斗爭的加劇,導致D的數量又減少,最后趨于穩定。(4)①為兔的同化量,②為狼的同化量,所以②/①的比值代表兔與狼之間的能量傳遞效率;③表示的能量儲存于兔的糞便中,而糞便主要是草未被兔消化的殘渣,故③為草的同化量的一部分;④表示的能量存在于兔的遺體中,故④為兔的同化量的一部分。
實驗探究
1.(1)分解者 (2)溫度 水分
2.淀粉 高溫 30 mL土壤浸出液 小于 不變藍 磚紅色沉淀 變藍 不變色
探究示例3 (1)單一變量 等量性 (2)殺死土壤微生物,同時避免土壤理化性質的改變 (3)土壤微生物(作用)的有無 落葉的腐爛程度 土壤溫度、含水量、pH、落葉的種類和大小等(合理即可) (4)腐爛程度小于A組
(5)如圖
解析 由題意可知該實驗的目的是驗證落葉的腐爛是由于土壤微生物的作用,實驗的自變量是土壤中微生物的有無,因變量是落葉的腐爛程度。為遵循生物實驗設計的等量性原則和單一變量原則,應盡量減少無關變量對實驗的影響,如土壤溫度、濕度、pH、落葉的種類和大小等。在繪制曲線時,應注意以下幾點:①明確橫坐標和縱坐標的意義,其中縱坐標為未腐爛的落葉量;②兩曲線的起點相同,注意縱坐標初始值不為0;③由于微生物的分解作用,兩曲線均呈下降趨勢,且D組下降速度較C組快;④隨時間延長,微生物的數量增多,故兩曲線的下降趨勢是由慢到快。
構建知識網絡
生物圈 全球性 光合 化能合成 呼吸
課后練習區
1.A [人體內碳元素來源于食物中的有機物,而有機物來源于光合作用,光合作用產生的有機物中碳的來源是大氣中的CO2。]
2.B [f表示大氣中二氧化碳庫,a是生產者,b是分解者,c、d、e都是消費者。該圖中只有1條食物鏈。消費者和分解者都是異養型生物。碳以有機物的形式從生產者傳給分解者和消費者。]
知識鏈接 有關碳循環的幾個易考點
(1)C的存在形式:C在生物群落內(生物體內及生物之間傳遞時)以有機物的形式存在,在無機環境中的主要存在形式有CO2、碳酸鹽等。
(2)C的循環形式:C在生物群落與無機環境之間以CO2的形式循環。
(3)與碳循環直接相關的生理過程:光合作用和呼吸作用,其中呼吸作用包括有氧呼吸和無氧呼吸,分解作用的主要過程是分解者的呼吸作用。
3.ABD [化學燃料的大量燃燒是造成溫室效應的主要原因。③過程表示呼吸作用,A表示分解者,中耕松土對過程③有促進作用。]
4.A [碳循環過程中,首先依賴于綠色植物吸收CO2進行的光合作用,這一過程消耗水;另外,生物呼吸作用分解有機物產生CO2的過程也產生水。]
5.C [圖乙中的A代表生產者,B代表分解者,C代表消費者,D代表大氣中的CO2庫,生態系統的主要成分是生產者,A和C因捕食關系可建立食物鏈,分解者不屬于任何營養級。圖甲中A代表組織液,B代表淋巴,C代表血漿,D代表細胞內液,圖甲中O2濃度最高的是C(血漿)。]
方法技巧 物質循環過程相關圖解
(1)碳循環過程示意圖
弄清箭頭的方向及代表含義。
(2)將上圖換成字母,并嘗試判斷四種成分(找依據),如下面三種變式圖
據圖判斷A、B、C、D各代表哪種成分?
①圖1——先根據雙向箭頭確定A和B應為生產者和非生物的物質和能量,不能寫“無機環境”,也不能寫“生物類別”,再根據A→C確定C為消費者,剩下D為分解者。
②圖2——根據A與C之間的雙向箭頭判斷:A是生產者,C是非生物的物質和能量。根據ABD的碳都流向E,可進一步判斷:B是初級消費者,D是次級消費者,E是分解者。
③圖3——首先找出相互之間具有雙向箭頭的兩個成分即A和E,一個為生產者,一個是大氣中的CO2庫。又因為其他各個成分都有箭頭指向A,所以A為大氣中的CO2庫,E為生產者。然后觀察剩余的幾個成分,其中其他生物部分的箭頭都指向C,所以C是分解者,剩余的B、D、F則為消費者。整個圖解中,食物鏈是E→F→D→B。
6.C [夏季縮短光照使菊花提前開花應用的是生態系統的信息傳遞功能。]
7.ACD [進入該生態系統的CO2量應該包括各h產生的CO2總量和未利用部分的總和,所以A是錯誤的;能量流動是逐級遞減的,所以生產者i的量大于被初級消費者同化有機物的量,所以B是正確的;能量流動是單向的,所以流向分解者的k不能被生產者直接吸收利用,所以C是錯誤的;物質是循環的,能量流動是單向的,所以D是錯誤的。]
歸納提升 生態系統中能量流動和物質循環的關系
生態系統的主要功能是進行能量流動和物質循環,這兩大功能之間既有明顯的差別,又有必然的聯系。
(1)區別
能量在生態系統內是單向流動的,在逐級流動中遞減。因此,生態系統要不斷地從外界獲得能量(太陽光能),只有這樣,生態系統的能量才能持續下去。至于生態系統的物質循環,則是在生物群落和無機環境之間反復出現,循環流動(見下表)。
項目 能量流動 物質循環
形式 以有機物形式流動 以無機物形式流動
特點 單向傳遞 反復循環
范圍 生態系統的各營養級 生物圈
(2)聯系
8.B [物質循環指組成生物體的C、H、O、N、P、S等化學元素在生物群落和無機環境間的往返循環,能量流動是動力,但能量不能循環,能量流動是單向遞減的。]
知識鏈接 溫室效應
溫室效應是指地球表面變熱的現象。溫室效應主要是由于現代化工業過多燃燒煤炭、石油和天然氣等燃料釋放大量CO2進入大氣造成的,大氣層中的CO2等溫室氣體有一種特殊作用,它們能夠使太陽通過短波輻射到達地球,而地球以長波輻射形式向外散發的能量卻無法透過溫室氣體層,這種現象被稱為“溫室效應”。地球平均溫度上升、極端氣候事件(如颶風、暴雨、大旱等災害性天氣)發生頻率增加是地球溫室效應的主要特征。
9.A [由題圖可知,a地區落葉量大,但土壤中有機物的含量最少,說明a地區的有機物分解速度快,依次類推b地區有機物的分解速度小于a大于c。由此可推知,分解落葉的能力a>b>c。]
10.(2)同種等量(或等量的桂花落葉,或等量的月季落葉)
(3)稱重 (4)日平均排糞便量 (5)C
解析 題干已明確指出的蚯蚓日排糞便量為實驗因變量,目的是“探究溫度與蚯蚓分解落葉速率的關系”,即其自變量為溫度。按照對照原則及單一變量原則,不難完成本題。
11.D [生態農業建設實現了能量的多級利用,而不能實現能量的循環利用。]
12.(1)線粒體 (2)光合作用 CO2 (3)異養需氧型或異養厭氧型 生物群落 (4)載體 動力 (5)保護植被、大力植樹造林,提高森林覆蓋率 嚴格控制化學燃料燃燒,提高能量利用率,開發除化學燃料以外的能源如水能、太陽能等,切實減少CO2的排放量
解析 (1)從圖中信息可知③為動、植物的有氧呼吸作用產生CO2的過程。該過程主要是在細胞的線粒體中進行的。(2)大氣中的CO2主要通過綠色植物的光合作用進入生物群落,又以CO2形式返回到無機環境。(3)過程④為分解者的分解作用,代謝類型是異養需氧型或異養厭氧型,均為腐生。分解者與其他生物共同構成了生物群落。(4)生態系統的能量流動與物質循環是同時進行、相互依存、不可分割的,前者以后者為載體,后者以前者為動力。
(5)要減輕溫室效應,就要減少CO2的釋放或增加CO2的利用,使大氣中CO2濃度維持相對穩定,其措施是多方面的。
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