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1. 种群增长的"J"形曲线

种群的特征与数量变化 · 高二
讲清楚它是什么

定义 在食物和空间条件充裕、气候适宜且无天敌等理想条件下,种群数量随时间呈指数增长的曲线。

从哪来 本节为高二生物第1讲起点,无前置知识点记录。

为什么 J形曲线的本质是指数增长。在理想环境中,种群没有环境阻力(如食物竞争、空间限制、捕食压力),每个个体的繁殖潜力都能完全发挥。 数学上,若初始数量为$N_0$,增长率为$\lambda$($\lambda > 1$),则$t$年后种群数量$N_t = N_0 \lambda^t$。 因为$\lambda$是常数且大于1,随着时间$t$增加,$\lambda^t$呈指数级放大,导致种群数量在单位时间内增加的绝对值越来越大,曲线斜率不断增大,形成“J”字形。这反映了生物在不受限制时具有无限增殖的内在潜能。

类比法:复利效应** **适合学生
对数学概念敏感、喜欢逻辑推导的学生。 讲解: 想象你有一笔钱,每年本金翻倍($\lambda=2$)。 第1年:1万 -> 2万(增加1万) 第2年:2万 -> 4万(增加2万) 第3年:4万 -> 8万(增加4万) 第10年:1024万 -> 2048万(增加1024万) 你会发现,虽然每年的“翻倍规则”没变,但每年新增的钱越来越多。种群增长就是这样,只要环境不限制,基数越大,下一年新增的个体就越多,曲线就会像滚雪球一样越来越陡。
情境法:细菌分裂** **适合学生
形象思维强、对微观生物感兴趣的学生。 讲解: 假设一个细菌每20分钟分裂一次(一分为二)。 0分钟:1个 20分钟:2个 40分钟:4个 1小时:8个 2小时:64个 3小时:512个 …… 10小时后:$2^{30} \approx 10$亿个。 如果这个细菌在无限大的培养液中,没有营养耗尽,没有废物积累,它的数量就会这样一直翻倍下去。画在坐标轴上,横轴是时间,纵轴是数量,这条线就会像字母“J”一样,先平缓后陡峭地冲上去。
对比法:理想 vs 现实** **适合学生
容易混淆J形和S形曲线、需要辨析概念的学生。 讲解: 先问学生:地球上有没有真正的J形曲线? 学生:没有,因为资源有限。 老师:对,J形曲线是一个理论模型。它假设了“无限资源”和“无天敌”。 现实中的种群增长通常受环境容纳量(K值)限制,呈S形。 J形曲线是S形曲线在初期的近似,或者是理想状态下的极端情况。 记住:J形 = 理想 + 无限 + 指数增长;S形 = 现实 + 有限 + 逻辑斯谛增长。
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练一道
基础题
某岛屿上引入一种外来昆虫,初始数量为100只。假设该岛屿食物充足、无天敌,该昆虫种群每年增长率为$\lambda=2$。请问第3年结束时,该昆虫种群数量是多少?
变式
某实验室培养酵母菌,初始数量为$10^3$个。在理想条件下,酵母菌每2小时分裂一次($\lambda=2$)。若培养12小时,酵母菌数量是多少?若此时培养液体积为1L,求酵母菌密度。
试试手自己判
检测题
下列关于种群“J”形增长的叙述,正确的是( ) A. 种群“J”形增长时,种群增长率随时间增加而增大 B. 种群“J”形增长时,种群增长速率随时间增加而增大 C. 种群“J”形增长时,种群数量达到环境容纳量K值后停止增长 D. 种群“J”形增长时,种群数量呈线性增加
看答案和判分标准
答案:B
判对标准:
- 选B:正确。J形增长中,$\lambda$不变,但$N$增大,故增长速率 $dN/dt = rN$ 随$N$增大而增大。
- 选A:错误。J形增长中,增长率($\lambda$或$r$)是常数,不随时间变化。
- 选C:错误。J形增长没有K值限制,会无限增长。
- 选D:错误。J形增长是指数增长,不是线性增长(线性增长对应的是固定增长量)。
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