2026届高三生物一轮复习课件3.6食物链(网)中能量流动的相关计算

食物链(网)中 能量流动的相关计算 授课教师：江傅焜 各位同学，今天我们继续学习《选择性必修二》第三章“生态系统及其稳定性”中的第二节——生态系统的能量流动。今天我们聚焦一个拓展内容：“食物链（网）中能量流动的相关计算”。希望通过这节课，我们能更深入地描述能量在生态系统中是如何流动、如何计算，并能在真实情境中应用这些知识。明确了今天的学习主题之后，我们首先要清楚这节课我们要达成什么目标、重点在哪里、难点又是什么。 一、教学目标 生命观念： 能准确说出流经生态系统的总能量包括生产者固定的太阳能和人工输入的能量，并能结合桑基鱼塘实例说明其来源。 能描述同化量的四个去向：呼吸作用散失、流向分解者、未被利用、流向下一营养级，并能举例说明各去向的具体表现形式。 科学思维：能运用“拼图法”分析桑基鱼塘中能量流动过程，分析能量分配图，并说出关键能量关系式。 能针对不同类型的问题情境（最值、定值、人工输入），选择合适的计算方法，完成三类能量传递效率的计算任务。 二、教学重难点 重点：桑基鱼塘生态系统中能量流动的过程、特点；能量传递效率的各类计算方法。 难点：桑基鱼塘人工能量输入情境下的能量传递效率计算。 本节课我们要达成以下几个目标： 第一，从生命观念角度，我们要能准确说出流经生态系统的总能量包括什么，能描述同化量的四个去向，并能在桑基鱼塘这样的真实案例中说明。  第二，在科学思维方面，我们要学会用“拼图法”分析能量流动过程，掌握三类典型计算题型——最值计算、定值计算和人工输入情境下的计算。  第三，在社会责任层面，我们要在合作中学会倾听与表达，理解生态农业中能量多级利用的意义，树立可持续发展的理念。目标明确了，接下来我们来看看这节课的重难点，尤其是最后一个计算类型，需要大家特别关注。 本节课的重点是：描述桑基鱼塘能量流动的过程与特点，对能量传递效率的各类计算方法进行运用。  难点在于：在人工输入能量的情境下，如何正确计算能量传递效率。这也是我们今天要一起突破的关键点。为了帮助大家理解这些抽象的概念和计算，我们从一个真实的生态农业案例入手——桑基鱼塘。 请观看视频 【情境应用】　明代《沈氏农书》记载：“池畜鱼，其肥土可上竹地，余可雍桑、鱼，岁终可以易米，畜羊五六头，以为树桑之本。”这说明我国传统的“桑基鱼塘”模式在明代已基本成型。如图为“桑基鱼塘”局部的能量流动示意图，图中字母代表相应能量。 《沈氏农书》的记载：“池畜鱼，其肥土可上竹地，余可雍桑、鱼，岁终可以易米，畜羊五六头，以为树桑之本。”这说明我国传统的“桑基鱼塘”模式在明代就已基本成型。 图中 这是一个典型的桑基鱼塘局部能量流动图，图中的字母代表不同能量值。接下来我们就围绕它展开今天的探究。现在我们结合这张图，来回答几个关于能量流动过程的基础问题。 【核心探究一：能量流动的过程与特点】 (1)流经图中生态系统的总能量为__（填字母），图中的C表示桑树用于________________的能量。 A 生长、发育和繁殖 (2)蚕与桑树之间的能量传递效率为________________________________%（用字母表示）；桑树同化的能量与蚕同化的能量之间存在差值，差值能量的去向有______________________________。 流向分解者、呼吸散失、暂未利用 第一个问题：流经图中生态系统的总能量是哪个字母？   答案是A。  那么，图中的C表示桑树用于什么的能量？  C代表桑树用于生长、发育和繁殖的能量。 刚才同学们对生态系统的能量来源和去向的基础知识点进行了回顾和思考，我们知道了总能量和部分能量的去向。接下来，我们进一步分析能量在不同营养级之间是如何传递的。 第二个问题：蚕与桑树之间的能量传递效率怎么表示？  我们知道，能量传递效率是指在食物链或生态系统中，能量从一个营养级传递到下一个营养级的比例，通常通过以下公式来计算：能量传递效率=(下一营养级同化量/当前营养级同化量)×100%。 图中D代表蚕从桑树中得到的同化量，A代表桑树的总同化量。所以，蚕与桑树之间的能量传递效率可用图中这种表示方法。 桑树同化的能量与蚕同化的能量之间存在差值，这些差值能量去了哪里？ 主要去向有三个：流向分解者、呼吸散失、暂未利用。 那么，这个生态系统的总能量到底由哪些部分构成？我们又该如何维持它的稳定呢？ (3)流经此生态系统的总能量为______________________________________ _________。从能量流动的角度考虑，要保证生态系统可持续发展，需要__________________________（答出两点），以提高桑基鱼塘生态系统的稳定性。 人工输入的有机物的能量以及生产者固定的 太阳能 及时输入能量，避免过多输出 (4)“桑基鱼塘”农业生态系统提高了能量利用率的原因是______________ ____________。 实现了对能量的 多级利用 流经此生态系统的总能量到底是什么？ 思考一下，在这样一个人工生态系统中，我们人类是可以投入饲料来喂养鱼虾等生物的，所以图中除了生产者固定的太阳能的能量，还有没有其他能量来源？ 其实同学们已经想到了，流经一个生态系统的总能量包括生产者固定的太阳能和人工输入的有机物中的能量。  从能量流动角度，要保证系统可持续发展，我们应该怎么做？   其实可通过及时输入能量、避免能量过多输出、合理调控营养级结构等来维持生态系统的可持续发展。  正是因为这些能量来源和去向的合理安排，桑基鱼塘才成为一个高效的农业系统。那么，它的高效体现在哪里？也就是说，“桑基鱼塘”为什么能提高能量利用率？ 其实答案很明显。因为它实现了对能量的多级利用，让能量在系统内多级利用，减少浪费，最终最大限度的把能量流向对人类有益的部分。 理解了能量流动的过程之后，我们如何更清晰地分析它呢？这里给大家介绍一个工具——“拼图法”。 “拼图法”分析能量流动过程 小结： 分析这个图，结合所学知识点，进行分析 1．W1、D1指相应营养级的________，B1、B2指相应营养级中____________的能量。 2．各营养级用于生长、发育和繁殖的能量为B1＋C1＋D1或___________。 3．能量传递效率不会是100%。从上图可以看出，相邻两个营养级的能量传递效率等于________×100%，一般情况下，能量在相邻两个营养级间的传递效率为______________。 4．利用“拼图法”可得关系式： 同化量 未被利用 B2＋C2＋D2 D1/W1 10%~20% 第一，W1、D1指相应营养级的同化量，B1、B2指相应营养级中未利用的能量。 第二，各营养级用于生长、发育和繁殖的能量为B1＋C1＋D1或B2＋C2＋D2。  第三，能量传递效率不会是100%。从上图可以看出，相邻两个营养级的能量传递效率等于D1/W1×100%，一般情况下，能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%。  那么利用“拼图法”可得图中的关系式。W1=A1+B1＋C1＋D1=A1+B1＋C1+A2+B2+C2+D2。 掌握了拼图法，我们就能用它来分析更复杂的计算问题。首先来看最简单的“最值计算”。 例1　如图表示该桑基鱼塘的生态系统食物网的图解，猫头鹰体重每增加1 kg，至少消耗A约(　　) A．100 kg B．44.5 kg C．25 kg D．15 kg C 【核心探究二：能量传递效率的相关“最值”计算】 来看例1：猫头鹰体重每增加1kg，至少消耗A约多少？ 图中共含有三条食物链，而题中所求为至少消耗的A，根据能量流动规律可知，食物链越短能量消耗越少，能量传递效率以20%计算可以求得最低营养级的最少消耗量。故食物链A指向B指向猫头鹰为最短食物链，消耗的A为1÷20%÷20%＝25(kg)。 这种“至少消耗”问题，我们一般用最高传递效率计算。那么，如果是“最多消耗”呢？我们总结一下规律。 【小结核心探究二：能量传递效率的相关“最值”计算】 若题干中未做具体说明，则一般认为能量传递的最低效率为________，最高效率为_______。 (1)在食物链A→B→C→D中，则有 10% 20% 一般未说明时，能量传递最低效率为10%，最高为20%。 在食物链A→B→C→D中，若已经知道高营养级D这个营养级的净增重量为M，求低营养级A这个营养级的最少消耗量时，能量传递效率应该取20%，求A营养级的最多消耗量时，能量传递效率应该取10%. 若已经知道低营养级A这个营养级的净增重量为N，求高营养级D这个营养级的最多获得量时，能量传递效率应该取20%，求D营养级的最少获得量时，能量传递效率应该取10%. (2)在食物网中则有 注：①食物链越短，最高营养级获得的能量越_____； ②生物间的取食关系越简单，生态系统消耗的能量越______。 【小结核心探究二：能量传递效率的相关“最值”计算】 多 少 也就是说，食物链越短，最高营养级获得的能量越多； 生物间的取食关系越简单，生态系统消耗的能量越少。 除了最值计算，有时候题目会给出具体的传递效率，这时就不能用10%或20%来估算了，而要用“定值计算”。 例2　由于“水华”的影响，桑基鱼塘中一条6 kg重的杂食性大鱼死亡，假如该杂食性大鱼的食物有1/3来自植物，1/3来自食草鱼类，1/3来自以食草鱼类为食的小型肉食鱼类。那么能量传递效率按20%来计算，该杂食性鱼增重6 kg共需植物(　　) A．310 kg B．240 kg C．180 kg D．150 kg A 【核心探究三：能量传递效率有关的“定值”计算】 例如这道题，由于“水华”的影响，桑基鱼塘中一条6 kg重的杂食性大鱼死亡，假如该杂食性大鱼的食物有1/3来自植物，1/3来自食草鱼类，1/3来自以食草鱼类为食的小型肉食鱼类。那么能量传递效率按20%来计算，该杂食性鱼增重6 kg共需植物多少克？ 由题意可知，题干中存在3条食物链： ①植物→杂食性大鱼， ②海洋植物→食草鱼→杂食性大鱼， ③海洋植物→食草鱼→小型肉食鱼→杂食性大鱼； 杂食大性鱼的食物1/3来自食物链①，1/3来自食物链②，1/3来自食物链③。题干说能量传递效率按20%计算。 那么该杂食性大鱼从食物链①消耗的海洋植物为6×1/3÷20%＝10(kg)，从食物链②消耗的海洋植物为6×1/3÷20%÷20%＝50(kg)，从食物链③消耗的植物为 6×1/3÷20%÷20%÷20%＝250 kg，因此共需海洋植物 10＋50＋250＝310(kg)。 这种题型的关键是“拆链计算，按比求和”。接下来我们来总结这种题型的通用规律。 【小结核心探究三：能量传递效率有关的“定值”计算】 1.已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算，而需按具体数值计算。 例如：在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为____________________________。 2.如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物中获得能量，且各途径获得的能量比例确定，则按照各单独的食物链进行计算后再合并。（见课后作业第（3）题） M×a%×b%×c% 对于能量传递效率有关的“定值”计算，第一．已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算，而需按具体数值计算。 例如：在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为M×a%×b%×c%。  第二．如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物中获得能量，且各途径获得的能量比例确定，则按照各单独的食物链进行计算后再合并。 简单来说就是，如果已知具体传递效率，就按实际数值计算。 如果在食物网中，某营养级的各个能量来源比例确定，应按各链分别计算再相加。  在人工输入能量的系统中，传递效率的计算逻辑会发生变化。我们来看一个例题。 例3　如图为某桑基鱼塘生态系统在人为干预下恢复为常绿阔叶林过程的能量流动示意图，单位为103 kJ/(m2·a)，图中数字和m、n为能量数值。下列说法正确的是(　 　)(多选) ？？？ 【核心探究四：具有人工能量输入的能量传递效率计算】 如图为某桑基鱼塘生态系统在人为干预下恢复为常绿阔叶林过程的能量流动示意图，要注意每个数值后面的单位。图中数字和m、n为能量数值。问下列说法正确的是。 【核心探究四：具有人工能量输入的能量传递效率计算】 A.图中n代表的数值为24 B.①表示的是流向分解者的能量 C.输入该生态系统的总能量是1.316×106 kJ/(m2·a) D.植食性动物到肉食性动物的能量传递效率约为13.1% √ √ √ 我们来分析一下。 对于A选项，这种计算比较简单。植食性动物固定的能量＝植食性动物呼吸作用以热能的形式散失的能量＋流向下一个营养级的能量＋流向分解者的能量＋未利用的能量，因此，217＋43＝63＋22＋141＋m，则m＝34，同理，17＋m＝16＋4＋7＋n，把上面计算得到的M=34代入求得n＝24，A正确； 对于B选项，某一营养级的同化量有四个去向：呼吸作用以热能的形式散失、流向下一个营养级(最高营养级除外)、流向分解者及未被利用的能量，据题图可知，①表示的是流向分解者的能量，B正确； 对于C选项，生产者固定的能量及人工输入的有机物中的能量为流入该生态系统的总能量，即流入该生态系统的总能量＝(302＋217＋733＋64＋17＋43)×10的三次方＝1.376×10的六次方[kJ/(m2·a)]，C错误； 对于D选项，能量传递效率是指相邻两营养级同化量的比值，据题图可知，从植食性动物到肉食性动物的能量为m=34，而植食性动物自身的总同化量是217+43，所以植食性动物到肉食性动物的能量传递效率约＝34÷(217＋43)×100%≈13.1%，D正确。 【小结探究四：具有人工能量输入的能量传递效率计算】 人为输入到某一营养级的能量是该营养级同化量的一部分，但却不是从上一营养级流入的能量。如求第二营养级至第三营养级传递效率时，应为第三营养级从第二营养级__________的能量(不包括人工输入到第三营养级的能量)/第二营养级的同化量(包括人工输入到第二营养级的能量)×100%。 同化 通过刚才这道题，我们发现了人工输入能量后的计算要点。我们来小结一下。 人为输入到某一营养级的能量是该营养级同化量的一部分，但却不是从上一营养级流入的能量。如求第二营养级至第三营养级传递效率时，应为第三营养级从第二营养级同化的能量(不包括人工输入到第三营养级的能量)/第二营养级的同化量(包括人工输入到第二营养级的能量)×100%。 也就是说，人工输入的能量计入某一营养级同化量，但不属于从上一营养级流入。  计算传递效率时，分子应为“从上一营养级同化的能量”，分母为该营养级总同化量（含人工输入）。 理论讲完了，我们来做几道跟踪训练，看看大家是否真的掌握了。 7.某地出现了较为严重的自然灾害，如图为在人为干预下恢复过程中的能量流动图(单位：103 kJ·m－2·a－1)。请回答下列问题： (1)由图可知，肉食性动物需补 偿输入的能量为______kJ·m－2· a－1，根据图中数据可知，营养 级________(填“较高”或“较 低”)的生物在这场灾害中受到 的影响较大。 跟踪训练 5×103 较高 某地出现了较为严重的自然灾害，如图为在人为干预下恢复过程中的能量流动图，请回答下列问题。 第一问，各营养级之内，所有输入的能量和输出的能量相等。因此植食性动物传递给肉食性动物的能量就是(14＋2－4－9－0.5)×10的三次方＝2.5×10的三次方(kJ·m－2·a－1)，肉食动物需补偿输入的能量为(2.1＋5.1＋0.05＋0.25－2.5)×10的三次方＝5×10的三次方(kJ·m－2·a－1)。图中营养级越高，需要补偿输入的能量值越大，说明在灾害中受到的影响较大。 (2)流入该生态系统的总能量是 _________kJ·m－2·a－1，用于植 食性动物自身生长、发育和繁殖 等生命活动的能量是________kJ· m－2·a－1。 跟踪训练 1.29×105 1.2×104 第二问，流入该生态系统的总能量为生产者固定的总能量＋补偿输入的能量，流经该生态系统的总能量＝(23＋70＋3＋14＋2＋5＋12)×10的三次方＝1.29×10的五次方(kJ·m－2·a－1)。 第二营养级总能量为14+2=16×10的三次方 kJ·m－2·a－1，其中呼吸消耗的能量是4×10的三次方 kJ·m－2·a－1，因此用于植食性动物自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量是16-4=12×10的三次方=1.2×10的四次方 kJ·m－2·a－1。 (3)在人为干预下，能量在第二营养级与第三营养级之间的传递效率约为______(保留3位有效数字)。 跟踪训练 15.6% (4)一段时间后，该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A∶B＝2∶1，其他条件不变，相邻两个营养级之间的能量传递效率按10%计算，该生态系统能承载C的数量是原来的(　　) A．1.875倍  B．1.375倍C．1.273倍 D．0.575倍 B 第三问，能量传递效率＝下一个营养级的同化量÷某一个营养级的同化量×100%。在人为干预下，传递效率＝从植食性动物流入肉食性动物的总能量/流入植食性动物的总能量＝2.5/(14＋2)×100%≈15.6%。 第四问，当C的食物比例A∶B为1∶1时，设C获得的能量为x，则需要A的能量为(1/2)x÷10%＋(1/2)x÷10%÷10%＝55x；当C的食物比例A∶B调整为2∶1时，设C获得的能量为y，需要A的能量为(2/3)y÷10%＋(1/3)y÷10%÷10%＝40y。两种情况下，生产者的数量是一定的，所以55x＝40y，则y＝1.375x，即该生态系统能承载C的数量是原来的1.375倍。 相信大家已经能灵活运用今天学的计算方法了。最后，我们来系统总结一下这节课的核心内容 分别从“能量流动过程与特点”“三类计算规律”两个维度总结本节课核心内容，其他学生补充完善，教师在板书上梳理核心框架 【课堂总结】 食物链（网）中能量流动相关考点——以桑基鱼塘为例 一、桑基鱼塘能量流动 1. 总能量：生产者固定的______能+人工输入（饲料等）有机物中的_________ 2. 同化能量去向：_________消耗、流向____________（残枝落叶、遗体粪便等）、_______________、流向____________ 3. 特点：_______________、_______________（传递效率______%-______%） 4. 计算规律：    最值：短链+______%（最多获能/最少消耗）；长链+______%（最少获能/最多消耗）    定值：按具体比例/效率分步计算    人工输入：传递效率=C从B所得同化量÷B的总同化量（含人工输入）×100% 太阳 化学能 呼吸作用 分解者 未被利用 下一营养级 单向流动 逐级递减 10 20 20 10 现在请两位同学分别从“能量流动过程”和“计算规律”两个角度总结本节课内容。 1. 总能量：桑树固定的太阳能+人工输入（饲料等）能量  2. 同化能量去向：呼吸消耗、流向分解者（残枝落叶、遗体粪便等）、未被利用、流向下一营养级（桑→蚕/鱼等）  3. 特点：单向流动、逐级递减（传递效率10%-20%）  4. 计算规律：     最值：短链+20%（最多获能/最少消耗）；长链+10%（最少获能/最多消耗）     定值：按具体比例/效率分步计算     人工输入：传递效率=C从B所得同化量÷B的总同化量（含人工输入）×100% 今天的课就到这里，希望大家课后能通过练习进一步巩固。 若某桑基鱼塘生态系统只存在如图所示的食物关系，尝试完成以下问题： 【课后作业】 (1)在如图的食物网中，猫头鹰要增加20 g体重，最多消耗植物________g，最少消耗植物________g。 (2)假如猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，那么，猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为________g。 20 000 500 900 请同学们核对一下答案！ 我们来进行分析， 第一问比较简单，猫头鹰要增重20克，求最多消耗植物的量时，则选择最长食物链+能量传递效率取10%，这时候选择的食物链是植物→鼠→蛇→猫头鹰，求得最多消耗植物的量为20÷10%÷10%÷10%=20000克。同理，猫头鹰要增重20克，求最少消耗植物的量时，则选择最短食物链+能量传递效率取20%，这时候选择的食物链是植物→鼠（兔）→猫头鹰，求得最少消耗植物的量为20÷20%÷20%=500克。 第二问，由于要求植物的最少消耗量，那能量传递效率要取20%。 按照题干的要求，可知在食物链植物→兔→猫头鹰中，猫头鹰从兔子上获得的能量是20×（2/5）=8克，则在该食物链中，可知最少需要植物8÷20%÷20%=200克。 在食物链植物→鼠→猫头鹰中，猫头鹰从鼠身上获得的能量是20×（2/5）=8克，则在该食物链中，可知最少需要植物8÷20%÷20%=200克。 在食物链植物→鼠→蛇→猫头鹰中，猫头鹰从蛇身上获得的能量是20×（1/5）=4克，则在该食物链中，可知最少需要植物4÷20%÷20%÷20%=500克。 三条食物链叠加，可知在这个食物网中，植物真正的最少消耗量是200+200+500=900克。 若某桑基鱼塘生态系统只存在如图所示的食物关系，尝试完成以下问题： 【课后作业】 (3)假如植物有2/5被兔所食，有3/5被鼠所食；鼠有2/3直接被猫头鹰捕食，有1/3被蛇捕食后流入猫头鹰体内。猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为__________g(精确到个位数)。 595 第三小问，由于求最少消耗的植物的量，那么能量传递效率应该要取20%。 我们就设植物的最少消耗量为a，则 在食物链植物→兔→猫头鹰中，兔子可以获得的能量是（2/5）a×20%。猫头鹰可以获得的能量是（2/5）a×20%×20%。 在食物链植物→鼠→猫头鹰中，鼠可以获得的能量是（3/5）a×20%。猫头鹰可以获得的能量是（3/5）a×20%×（2/3）×20%。 在食物链植物→鼠→蛇→猫头鹰中，鼠可以获得的能量是（3/5）a×20%。蛇可以获得的能量是（3/5）a×20%×（1/3）×20%，猫头鹰可以获得的能量是（3/5）a×20%×（1/3）×20%×20%。 三条食物链中，猫头鹰获得的总能量合计是：（2/5）a×20%×20%+（3/5）a×20%×（2/3）×20%+（3/5）a×20%×（1/3）×20%×20%。 化简得，（21/625）a=20克 求得a=595.2381克 【课堂反馈】 教学目标 对应的评价任务（表现性指标） 我能阐述桑基鱼塘能量流动特点，能运用“拼图法”分析能量流动 核心探究1，填写12个空，正确了_____空 我已经掌握了能量传递效率的相关“最值”计算 核心探究2，填写13个空，正确了_____空 我已经掌握了能量传递效率有关的“定值”计算 核心探究3，填写2个空，正确了______空 我已经掌握了具有人工能量输入能量时，能量传递效率计算 核心探究4，填写2个空，正确了_____空 我能综合运用以上知识内容 课后作业，填写4个空，正确了_____空 本节课同学们辛苦了！请完成这个课堂反馈并且上交！ ×100（或×100） $