3.2生态系统的能量流动课件-2025-2026学年高二上学期生物人教版选择性必修2

该高中生物学课件围绕生态系统能量流动的过程、特点及实践意义展开，以“鲁滨逊荒岛生存策略”问题导入引发兴趣，从个体、种群到营养级逐步递进，结合能量流经不同营养级的图解、摄入量与同化量关系等构建学习支架，帮助学生理解能量流动的路径和规律。 特色在于以问题驱动和案例分析深化科学思维与生命观念，如通过赛达伯格湖能量数据计算传递效率培养数据分析能力，用生态金字塔对比表格构建结构与功能观。实践意义部分结合沼气池、间作套种等实例，引导学生将能量流动原理应用于实际，提升探究实践能力。学生能在建模与计算中强化科学思维，教师可借助多样化案例和练习优化教学效果。

第2节　生态系统的能量流动 问题探讨 哪种生存策略能让你维持更长时间来等待救援？ 1.先吃鸡，再吃玉米。 2.先吃玉米和鸡蛋，玉米喂鸡， 最后吃鸡。 假设你像小说中的鲁滨逊一样，也流落到一个荒岛上，那里除了能饮用的水以外，几乎无任何食物。你随身尚存食物只有一只母鸡、15Kg玉米。 (1)能量流经个体的情况： (2)如果把这个种群作为一个整体来研究，左图应概括成哪种形式？ 能量输入 某个营养级 能量储存 能量散失 (3)如果把一个营养级中的所有种群看成一个整体，上图应概括成哪种形式？ 研究能量流动的基本思路 ★以个体为研究对象，有很大的局限性和偶然性，如果个体死亡，数据可能不准确；不同个体间差异过大。 ★如果以种群为研究对象，能量流动的渠道为食物链，在分析时，可能因为食物网的复杂性而影响结果的准确性。 ★可以比较精确地测量每一个营养级能量的输入值和输出值。 3 概念：生态系统中能量的 、 、 和 的过程。 输入 传递 转化 散失 能量来源: 能量流动的起点: 流经生态系统的总能量: 能量输入方式: 生产者通过光合作用将光能转化成为化学能，固定在它们所制造的有机物中（其次还有化能合成作用） 太阳能 生产者所固定的太阳能 生产者所固定的全部太阳能 特别提醒：若为人工生态系统，流经生态系统的总能量还 有人工补充的能量（例如饲料中有机物中的化学能） 一、能量流动的过程 概念：生态系统中能量的 、 、 和 的过程。 输入 传递 转化 散失 能量传递的形式：有机物中的化学能 能量传递的途径（渠道）：食物链和食物网 太阳能 光合作用 有机物中的化学能 热能 呼吸作用 能量散失形式：热能 能量散失途径：呼吸作用 一、能量流动的过程：1.能量流经第一营养级示意图 呼吸作用以热能形式散失 用于自身生长发育繁殖 初级消费者 （植食性动物） 分解者利用 光合作用 固定(同化) 散失 残枝 败叶 ①生产者固定的太阳能去向哪里？ 大部分 第一营养级的同化量 生产者 （植物） 呼吸作用散失； 流入下一个营养级； 分解者利用 （储存在有机物中） 生产者固定的太阳能总量 流经生态系统的总能量 6 2.能量流经第二营养级示意图 思考： （1）初级消费者粪便中能量是谁的同化量？ （2）同化量、摄入量、粪便量之间的关系？ （3）初级消费者同化量去向有？ 初级消费者 摄入 用于生长 发育和繁殖 次级消费者 摄入 呼吸作用 以热能的形式散失 遗体残骸 初级消费者 同化 分解者利用 粪便 呼吸作用 散失 ... 同化量 = 摄入量 粪便量 + 呼吸散失 = 同化量 生长发育繁殖 + 生产者同化 能量流动模型训练 1.如图表示能量流经第二营养级的示意图，a~g表示相应能量的数值大小，据图回答 1、A~E分别表示 A:_______________________________B：________________________________ C:______________________________________ D：_________________________E:________________________ 第二营养级摄入的能量 第二营养级同化的能量 用于生长、发育、繁殖的能量 流向第三营养级的能量 流向分解者的能量 2.某同学绘制了如图所示的能量流动图解(其中W1为生产者固定的太阳能)，下列叙述中不正确的是（ ） A.生产者固定的总能量可表示为(A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2) B.由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/W1 C.流入初级消费者体内的能量可表示为(A2＋B2＋C2) D.图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减 C 能量流动模型训练 ① ② ③ ④ (1)初级消费者粪便中的能量是哪个箭头？ 　 (2)哪些或哪个箭头代表初级消费者的同化量？ (3)哪些箭头代表初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量？ ⑤或由生产者流向分解者的箭头 ①或②＋③＋④ ①－③或②＋④ 思考: 能量流动模型训练 ⑤ 10 1、生态系统中的能量流动和转化是否遵循能量守恒定律？ 2、流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统中来？为什么？ 遵循。能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生态系统（生物体的有机物）中，另一部分在呼吸作用中以热能的形式散失，两者之和与流入生态系统的能量相等。 不能，能量流动是单向的。 生态系统中的能量流动 思考讨论 【思考•讨论】分析赛达伯格湖的能量流动 1.用表格的形式，将图中的数据进行整理，并计算“流出”该营养级的能量占“流入”该营养级能量的百分比。 （先回答什么是流入？流出？） 营养级 流入能量 流出能量 出入比 （传递效率） 生产者 植食性动物 肉食性动物 —— —— 464.6 62.8 13.5% 62.8 12.6 20.1% 12.6 能量传递效率 = 下一营养级同化量 上一营养级同化量 ×100% 输入下一营养级 二、能量流动的特点 未利用：指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一个营养级和分解者利用的能量。（定时定量分析） 图中数字为能量值，单位是J(cm2·a)(焦每平方厘米年）。图中“未固定”是指未被固定的太阳能，“未利用”是指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一个营养级和分解者利用的能量。为研究方便起见，这里将肉食性动物作为一个整体看待。 12 2.流入某一营养级的能量，为什么不会百分之百地流到下一个营养级? 流入某一营养级的能量除了流入下一营养级的之外， 还有： ①一部分通过该营养级的呼吸作用散失； ②一部分作为排遗物、遗体或残枝败叶被分解者利用； ③一部分未被利用 【思考•讨论】分析赛达伯格湖的能量流动 二、能量流动的特点 从数值看：逐级递减 ①呼吸作用散失热量 ②部分能量流入分解者 ③部分未利用的能量。 从方向上看：单向流动 ①捕食关系是长期自然选择的结果， 一般不可逆转； ②各营养级呼吸作用散失的热能不能循环流动。 2.1能量流动的特点及原因 (1)单向流动 ①不可逆： ②不循环： (2)逐级递减 营养级顺序不可逆 释放的热能不能被重新利用 ①每一营养级呼吸作用消耗 ②一部分能量未被利用 ③一部分能量被分解者分解 任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充，以便维持生态系统的正常功能。 能量传递效率： 一般10-20% 营养级数量： 一般不超过5个营养级 二、能量流动的特点 ①正推型：知低营养级求高营养级（已知甲→求丁） 获得能量最多 获得能量最少 选最 食物链 选最 食物链 按 计算 按 计算 能量的传递效率的计算 能量在流经各个营养级时,上一营养级的能量大约有10%~20%传到下一营养级， 营养级越高，能量越少。因此食物链越 ，能量损失越多。 为了充分利用能量，应尽量缩短食物链。 有关能量的“最值”计算方法：设食物链“甲→乙→丙→丁” 长 “×20%” 短 长 “×10%” 2.流经食物链的总能量为y，猫头鹰所得能量最多为____ ____; 最少为__ ______ y×(20%)2 y×(10%)3 1.若某生态系统固定的总能量为24 000 kJ，则该生态系统的第三和第四营养级所获得的能量最多是_______________ 960 kJ和192 kJ ②逆推型：知高营养级求低营养级（已知丁→求甲） 需最少能量 需最多能量 选最 食物链 选最 食物链 按 计算 按 计算 有关能量的“最值”计算方法：设食物链“甲→乙→丙→丁” “÷20%” “÷10%” 短 长 1.如果大鱼要增加1kg体重，那至少需要浮游植物的重量为：_______ 最多需要浮游植物的重量为：_______ 25kg 1000kg 小鱼 大鱼 1kg 浮游植物 浮游动物 1÷（20%）2 =25 1÷（10%）3 =1000 2.右图表示某生态系统食物网的图解， 猫头鹰体重每增加1kg，至少消耗A约（ ） A．100kg B．44.5kg C．25kg D．15kg C 17 3.某生态系统中存在如图所示的食物网，如将C的食物比例由A∶B＝1∶1调整为2∶1，能量传递效率按10%计算，该生态系统能承载C的数量是原来的(　　) A．1.375倍　　 B．1.875倍 C．1.273倍 D．0.575倍 设C原来的能量为a，则需要A提供的能量为 1/2 a÷10%÷10%＋1/2 a÷10%＝55 a； 改变食物比例后的C的能量设为b，则需要A提供的能量为 2/3 b÷10%＋1/3 b÷10%÷10%＝40 b。 由于生产者没有改变，所以流向该生态系统的总能量没有变化， 55 a＝40 b，即b/a＝1.375。 A 17 三、生态金字塔 3.1 能量金字塔 高 低 能量 低 高 营养级 直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系。 意义： 特点： 通常都是上窄下宽的金字塔形。 三、生态金字塔 3.2 生物量金字塔 （每个营养级所容纳的有机物的总干量） 营养级 第四营养级 第三营养级 第二营养级 第一营养级 干重g/m2 1.5 11 37 809 营养级 第四营养级 第三营养级 直观的反映生态系统各营养级所容纳的有机物的总干重的关系。 意义： 特点： 大多也是上窄下宽的正金字 塔形,但是有时候会出现倒置的金字塔形。 三、生态金字塔 3.3 生物数量金字塔 营养级 第二营养级 第一营养级 个体数量 鼠 草 鼬 第三营养级 当生产者个体比消费者个体大得多时，数量金字塔经常倒置。比方说，生产者是树，初级消费者是昆虫。 直观的反映生态系统各营养级的生物个体的数目比值关系。 可以是上窄下宽的正金字 塔形，也可以是上宽下窄的倒置 金字塔形。 意义： 特点： 昆虫 树 项目 能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔 形状 每层含义 单位时间内，食物链中每一营养级生物所 的多少 单位时间内,每一营养级生物所容纳的 . 每一营养级生物个体的数目 特点 天然生态系统一定为 的金字塔形 象征意义 能量在流动过程中总是 特殊形状 同化的能量 有机物的总干重 上窄下宽 逐级递减 某些人工生态系统(如人工鱼塘)可呈现倒置状况 一般为上窄下宽的 金字塔形 一般为上窄下宽的 金字塔形 生物量(有机物的总干重)随食物链中营养级的升高而逐级递减 在食物链中随营养级升高而逐级递减 浮游植物个体小，寿命短，又会不断被捕食，因而某一时间呈现倒置金字塔形 如果消费者个体小而生产者个体大，就会呈现倒置金字塔形，如昆虫和树 四、研究能量流动的实践意义 1. 帮助人们将生物在 、 上进行 ， 流入某个生态系统的总能量。 间作套种 多层育苗 稻—萍—蛙 时间 空间 合理配置 增大 2. 帮助人们科学地规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。 *沼气池实现了对能量的多级利用，大大提高了能量的利用率； 用秸秆作饲料 粪便制作沼气 沼渣田肥 能量利用率= 生产者固定总能量 流入最高营养级的能量 ×100% 研究能量流动的实践意义 食物链越短，能量利用率越高 23 3. 帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。 合理确定草场载畜量 麦田除草、除虫 四、研究能量流动的实践意义 请根据以上数据计算： 这些玉米的含碳量折合成葡萄糖是多少？ 这些葡萄糖储存的能量是多少？ 这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？ 1926年，一位生态学家研究了一块玉米田的能量流动情况，得到如下数据。 1.这块田共收割玉米约10 000株，质量为6000kg。通过对玉米植株的化学成分进行分析，计算出其中共含碳2675kg。 2.据他估算，这些玉米在整个生长过程中通过细胞呼吸消耗的葡萄糖共2045kg。 3.1kg葡萄糖储存1.6×104kJ能量。 4.在整个生长季节，入射到这块玉米田的太阳能为8.5×109kJ. = 2675×180(C6H12O6)÷72(C6) 6687.5kg 1.07×108kJ 6687.5×1.6×104kJ = 2045×1.6×104kJ= 3.272×107kJ 思维训练：分析和处理数据 25 一、概念检测 1.生态系统中所有生物的生命活动都需要能量，而不同营养级的生物获取能量的途径是有差别的。据此判断下列表述是否正确。 (1)太阳能只有通过生产者才能输入到生态系统中。 ( ) (2)生态系统中初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少。（ ） (3)能量沿食物链流动是单向的。 ( ) 2.流经神农架国家级自然保护区的总能量是( ) A.该保护区中生产者体内的能量 B.照射到该保护区中的全部太阳能 C.该保护区中生产者所固定的太阳能 D.该保护区中所有生产者、消费者、分解者体内的能量 √ × √ C 练习与应用 一、概念检测 3.在一定时间内，某生态系统中全部生产者固定的能量值为a，全部消费者所获得的能量值为b，全部分解者所获得的能量值为c，则a、b、c之间的关系是 ( ) A. a=b+c B. a>b+c C. a<b+c D. c=a+b 二、拓展应用 1.下图是两个农业生态系统的模式图。图a 中农作物为人类提供的食物、为家禽和家畜提供的饲料，都与图b相同。 (1)分析这两幅图，完成这两个生态系统的能量流动图解。 B 练习与应用 二、拓展应用 1.下图是两个农业生态系统的模式图。图a 中农作物为人类提供的食物、为家禽和家畜提供的饲料，都与图b相同。 (1)分析这两幅图，完成这两个生态系统的能量流动图解。 (2)哪个生态系统的能量能够更多地被人类所利用？为什么？ 【答案】图b所示生态系统中流向分解者的能量，还有一部分可以以生活能源或食物中化学能的形式被人类再度利用，因此，该生态系统实现了能量的多级利用，提高了能量的利用率。 ① ② 练习与应用 2.将一块方糖放入水中，方糖很快就会溶解，消失得无影无踪。溶解在水中的方糖还能再自行变回原来的形状吗？为什么？ 生活在水中的硅藻，它们能利用溶解在水中的硅化物制造口己绚丽精致的外壳，而通常情况下水体中硅化物的含量极为微少，仅有百万分之几，这比方糖溶解后水中的含糖量低得多。硅藻依靠什么力量筑造自己的精美小“屋”呢？ 通过以上事例，你对能量在生态系统中的作用是否有了进一步的认识？ 【答案】不能。在一个封闭的系统中,物质总是由有序朝着无序(熵增加)的方向发展。 硅藻能利用获取的营养通过细胞呼吸释放能量,依靠能量完成物质由无序向有序的转化,维持其生命活动。能量的输入对于生态系统有序性的维持来说是不可 缺少的。 练习与应用 $