1.2.1 种群数量的变化-2025-2026学年高二生物备课优选课件（人教版选择性必修2）

该高中生物学课件聚焦种群数量变化，系统涵盖数学模型建构、“J”形与“S”形增长曲线、K值及应用等核心知识。以细菌分裂情境导入，通过数据表格引导学生从理想增长公式推导过渡到现实环境限制分析，衔接知识回顾中种群特征内容，搭建递进式学习支架。 其亮点在于融合科学思维与探究实践，通过“提出问题-建立假设-建构模型-检验修正”步骤培养建模能力，结合高斯实验分析“S”形曲线阶段及K值应用（如大熊猫保护、害虫防治），渗透生态观与社会责任。学生可提升逻辑推理与解决实际问题能力，教师能高效落实核心素养教学目标。

知识回顾 1.年龄结构和性别比例能预测种群数量未来的变化趋势(　　) 2.草地中跳蝻的种群密度一般不采用样方法进行调查(　　) 3.运用标记重捕法调查时，个体被捕捉的概率应相等，而与标记状况、年龄和性别无关(　　) 4.标记物脱落会使标记重捕法调查的结果偏大(　　) 5.估算种群密度常用的方法是　　　 　　，前者适用于　　　　　 ， 后者适用于　　　　　　　　　　　　　的动物。 6.(选择性必修2 P4)春运期间，影响北京、广州等大城市人口数量变化的主要因素是　　　　　　　 　 。 7.(选择性必修2 P4)利用　　　　　　　　　诱杀害虫的雄性个体会降低害虫的　　　　，原理是_________________________________________　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。 × × √ √ 样方法和标记重捕法 植物及活动能力弱、活动 活动能力强、活动范围大 范围小的动物 迁入率和迁出率 人工合成的性引诱剂 种群密度 性引诱剂诱杀害虫会导致害虫的性别比例失调， 从而降低出生率，导致该害虫的种群密度明显降低 情境导入 时间（min) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 分裂次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数量(个) 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1:第n代细菌数量的计算公式是什么？ 设细菌初始数量为N0，第一次分裂产生的细菌为第一代，数量为N0×2， 第n代的数量为Nn=N0×2n。 情境导入 2.72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？ n＝ 60min × 72h／20min＝216（代） N216 = 1 × 2n = 2216 3. 在一个培养瓶中，细菌的数量会一直按照这个公式描述的趋势增长吗？ 不会，因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的，该公式成立是在理想条件下的。 第1章 种群及其动态 第2节 种群数量的变化 学习目标： 1.尝试建立描述、解释和预测细菌种群数量变化的数学模型，总结建立数学模型的一般步骤。 2.运用种群的“J”形和“S”形增长的数学模型表征种群数量变化的规律，分析和解释影响不同变化规律的因素，并应用于相关实践活动中。 5 探究一.建构种群增长模型的方法 回忆一下前面所学模型的类型？ 以数学关系或坐标曲线图表示生物学规律。 物理模型 数学模型 概念模型 以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征。 用线条和文字直观而形象地表示出某些概念之间的关系。 描述、解释和预测种群数量的变化，常常需要建立数学模型 探究一.建构种群增长模型的方法 细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？ 观察研究对象，提出问题 在资源和生存空间没有限制的条件下，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响 提出合理的假设 Nn=2n，N代表细菌数量，n代表第几代 建立数学模型（根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达） 观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正 检验或修正模型（通过进一步实验或观察等） 数学模型 1.概念: 用来描述一个系统或它的性质的数学形式。 2.步骤: 研究实例 研究方法 探究一.建构种群增长模型的方法 3.表现形式: 数学公式： 曲线图 Nn＝ 1×2n 精确，但不够直观 直观，但不够精确 时间（min) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 分裂次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数量(个) 2 4 8 16 32 64 128 256 512 探究一.建构种群增长模型的方法 探究任务一：分析自然界种群增长的实例，阅读课本P8资料，回答下列问题： 1.这两个资料中种群增长有什么共同点? 2.种群出现这种增长的原因是什么？ 3.这种种群增长的趋势能不能一直 持续下去？为什么？ 种群数量增长迅猛, 且呈无限增长趋势。 食物充足，缺少天敌等 不能，因食物和空间有限 【典例1】数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。某同学在分析某种细菌(每20 min分裂一次)在营养和空间没有限制的情况下数量变化模型时，采取如下的模型建构程序和实验步骤，你认为建构的模型和对应的操作，不合理的一组是(　　) A．观察研究对象，提出问题：细菌每20 min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？ B．提出合理假设：资源和生存空间无限时，细菌种群的增长不会受种群密度增加的制约 C．根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达：Nn＝2n D．进一步实验或观察，对模型进行检验或修正：根据Nn＝2n画出数学曲线图 D 对模型进行检验或修正，需要观察、统计细菌数量，对所建立的模型进行检验或修正。 【典例2】在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，某细菌每20 min就分裂繁殖一代。现将该细菌种群(t个个体)接种到培养基上(资源、空间无限)，m小时后，理论上该种群的个体总数是(　　) A．t·2m B．t·220 C．t·22m D．t·23m D 在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，m小时细菌繁殖代数为3m，则种群的数量为t·23m 探究二.种群的“J”形增长 1.概念: 自然界确有类似的细菌在 条件下种群数量增长的形式，如果以 为横坐标， 为纵坐标画出曲线来表示，曲线大致呈“ ”形。 理想 时间 种群数量 J 2.模型假设: ①食物和空间条件充裕 ②气候适宜 ③没有天敌 ④没有其他竞争物种等 理想条件 ①实验室条件下； ②当一个种群刚迁入到一个新的适宜环境时 。 注意： 该曲线的起点不是原点。 3. 建立模型： 种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的λ倍。若起始数量为N0， 则t年后种群的数量：Nt= N0×λt N0为起始数量， t为时间，Nt表示t年后该种群的数量，λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。 探究二.种群的“J”形增长 探究任务二：1、请据图分析，种群数量变化符合数学公式：Nt＝N0λt时，种群增长曲线一定是“J”形吗？并说明理由。 项目 种群数量变化 年龄结构 λ > 1     λ＝1     λ < 1     增加 增长型 相对稳定 稳定型 减少 衰退型 不一定； 只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长 2、当λ＞1时，种群一定呈“J”形增长吗？ 探究二.种群的“J”形增长 3、据图说出种群数量如何变化 1-4年，种群数量呈_____形增长； 4-5年，种群数量__________； 5-9年，种群数量__________； 9-10年，种群数量 ； 10-11年，种群数量________； 11-13年，种群数量_________________ _________________ 前9年，种群数量第_____年达到最高； 9-13年，种群数量第____年最低。 “J” 增长 相对稳定 下降 下降 11-12年下降，12-13年增长 5 12 探究二.种群的“J”形增长 4、“J”形增长的增长率和增长速率 （增长的倍数） 增长率＝λ-1 实质就是“J”形曲线的斜率 ①增长率：单位时间内净增加的个体数占原来个体数的比率，无单位。 ②单位时间内增加的个体数量，有单位（如：个/年等）。 探究任务三：生态学家高斯（G. F. Gause，1910—1986）曾经做过单独培养大草履虫的实验：在0.5 mL培养液中放入5个大草履虫，然后每隔24 h统计一次大草履虫的数量。经过反复实验，得出了如图所示的结果。 探究三.种群的“S”形增长 时间/d 种群数量/个 K=375 ①大草履虫的数量第几天增长较快？数量达到最多呢？ 第2天和第3天 ②为什么大草履虫种群没有出现“J”形增长？ 资源和空间有限 种群密度增大时种内竞争加剧 出生率降低 死亡率升高 出生率=死亡率时，种群稳定在一定水平 探究三.种群的“S”形增长 2.模型假设: →即存在环境阻力 1.概念： 种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，增长曲线呈“S”形，这种类型的种群增长称为“S”形增长。 ①资源和空间有限 ②天敌的制约等 自然条件 ab段: bc段: c点: cd段: de段: 种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢； 资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速； 资源和空间有限，种群密度增大，种内竞争加剧，出生率降低，死亡率升高，种群增长减缓； 出生率约等于死亡率，种群增长速率几乎为0， 种群数量达到K值，且维持相对稳定。 种群数量达到最大,且种内斗争最剧。 注意： 该曲线的起点不是原点。 K/2：增长速率最快 探究三.种群的“S”形增长 3.K值（环境容纳量）: 一定的环境条件所能维持的种群最大数量。 探究任务五： 1.种群数量到达K值后就不再变化了吗？ 2.K值是不是种群数量的最大值？判断图中种群的K 值为 。 3.同一种群的K值是固定不变的吗？ 会变化，在K值上下波动，动态平衡 不是；K值是种群在一定环境条件下所能维持的种群最大数量 K2 不是； 食物减少和活动范围缩小等不利条件下，K值会变小； 食物充足和生存空间扩大等有利条件下，K值会增大； 探究三.种群的“S”形增长 4.“S”形增长的增长率和增长速率 在“S”型曲线中，种群增长率逐渐减小，增长速率先增大后减小。 时间 t0 种群的增长速率 t1 t2 例：“一个种群有1000个个体，一年后增加到1100”， 则该种群的增长率为： 而增长速率为： （1100-1000）/1000×100%=10%。 （1100-1000）/1年=100个/年。 探究三.种群的“S”形增长 5.K值的表示方法 K值 时间 t0 出生率或死亡率 死亡率 K/2值时 时间 死亡速率 出生速率 t0 t1 t2 出生速率或死亡速率 K值时 K值时 K/2值时 时间 t0 种群的增长速率 t1 t2 探究三.种群的“S”形增长 6.“J”形增长和“S”形增长的比较 0 K 时间 环境阻力 环境容纳量 S形 J形 种群数量 探究任务六： （1）图中阴影部分表示什么？ （2）环境阻力如何用自然选择学说 内容解释？ （3）“S”形曲线中，有一段时期近似于“J”形曲线，这一段是否等同于“J”形曲线？为什么？ 环境阻力。 生存斗争中被淘汰的个体数。 不等同，已经存在环境阻力。 ②从K/2考虑：控制有害生物害虫数量务必要及时，一般在 时就进行防治。严防种群数量达到 。 探究三.种群的“S”形增长 7.K值和K/2的应用 (1)对野生生物资源和濒危物种的保护: ①野生大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？ 野生大熊猫的栖息地遭到破坏：食物的减少和活动范围的缩小，K 值就会变小。 ②保护大熊猫的根本措施是什么？ 建立自然保护区：从而提高K值。 (2)对有害生物防治: ①从环境容纳量考虑： 环境阻力， K值； 增大 降低 K/2前 K/2 探究三.种群的“S”形增长 7.K值和K/2的应用 (3)生物资源的利用: ①持续获得最大捕鱼量： 应在 时开始捕捞，捕捞后种群的剩余量维持在 左右。此时种群具有最大增长速率，可以在最短时间恢复种群数量，有利于人类持续获得较大收获量。 大于K/2 K/2 ②获得最大日捕获量: 应在 时捕捞，此时种群密度最大。 K值 因为捕鱼后保留在K/2值处，种群增长速率最大，可实现“既有较大收获量又可保持种群高速增长”，符合可持续发展的原则。 【典例3】如图为种群数量增长曲线，不考虑迁入和迁出，下列有关叙述不正确的是(　　) A．种群的数量变化除了“J”形和“S”形增长，还有稳定、波动和下降等 B．bc段种群增长速率逐渐下降，是因为出生率小于死亡率 C．自然状态下种群数量达到K值时，种群的增长速率接近于0 D．当环境条件发生变化时，种群的K值也会发生相应的变化 B 种群的增长速率仍然大于零，出生率大于死亡率 【典例4】科学家对某荒原上的子午沙鼠种群数量进行连续多年的调查，获得如图所示的信息。下列叙述正确的是(　　) A．第5年的子午沙鼠种群属于稳定型 B．第10年和第20年的子午沙鼠种群数量相同 C．第1～5年，子午沙鼠种群增长模型呈“S”形 D．第15～20年，子午沙鼠种群数量一直减少 D λ＞1，种群属于增长型 λ<1，所以种群密度减小 λ＞1，而且恒定不变，种群数量呈“J”形增长 探究四.种群数量的波动 2.对于大多数生物种群来说，种群数量总是在波动中。 1.在自然界，有的种群能够在一段时期内维持数量的相对稳定。 (1)处于波动状态的种群，在某些特定条件下可能出现种群爆发。 如蝗灾、鼠灾、赤潮等就是种群数量爆发增长的结果。 探究四.种群数量的波动 (2)当种群长期处于不利条件下，种群数量会出现持续性的或急剧的下降。 (3)当一个种群的数量过少，种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。 捕鲸现场 北极熊栖息地遭到破坏 *种群的延续需要有一定的个体数量为基础 网络构建 种群增长模型 建构种群增长模型的方法 种群的“S”形增长 种群的“J”形增长 条件：食物和空间充裕、气候适宜、无天敌和其他竞争物种 特点：种群数量每年以一定倍数增长 条件：食物和空间有限 特点：种群增长速率先增大后减小，最后为0 K 值：一定环境条件下所能维持的种群最大数量 曲线： 曲线： 拓展 东亚飞蝗在我国的大爆发没有周期性规律，干旱是大爆发的主要原因。在黄河三角洲上的湿地草地，若遇到连年干旱，土壤中的蝗卵成活率就会提高，这是造成蝗虫大爆发的主要原因。在淮河流域，前一年大涝，第二年飞蝗大发生的概率最大。故河北蝗区常出现“先涝后旱，蚂蚱成片”，“大水之后，必闹蝗灾”的情况。 1、种群数量的爆发 2、周期性波动和不规则波动 当堂检测 (1)“J”形曲线是发生在自然界中最为普遍的种群增长模式(　　) (2)种群数量达到K值以后，种群受食物、空间等因素的限制，增长速率为零，种群数量不再发生变化(　　) (3)对于“S”形增长曲线，同一种群的K值不是固定不变的，会受到环境的影响(　　) (4)环境容纳量即为种群数量最大值(　　) × × √ × Lavf58.29.100 $