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5.1 能量流动过程

种群与群落的结构及生态系统的功能 · 高三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 生态系统中能量沿食物链单向流动、逐级递减的过程,包括输入、传递、转化和散失四个环节。

从哪来 本知识点建立在5.2 生长素的生理作用所体现的“物质/信号在生物体内有序传递”的逻辑基础之上,同时需结合1.3 内环境稳态中关于机体通过动态平衡维持生命活动正常进行的系统观,理解生态系统作为开放系统如何通过能量流动维持稳态。

为什么 能量流动遵循热力学第二定律。生物体利用有机物中的化学能进行生命活动(如运动、合成、维持体温),这些过程必然伴随大量能量以热能形式散失,而热能无法被生物体再次利用来合成有机物。因此,能量不能循环,只能单向流动;且每一营养级都有呼吸消耗和未被利用部分,导致传递效率仅为10%-20%,呈现逐级递减特征。

讲法
类比法:银行转账与手续费 适合形象思维强、对抽象概念理解困难的学生。 将生产者(第一营养级)比作“源头资金”,消费者(第二、三营养级)比作“下级账户”。能量从上游转到下游时,必须扣除“手续费”(呼吸作用散失的热能)和“冻结资金”(未被利用的残枝败叶/粪便)。因为每转一次手都要扣费,所以钱(能量)越来越少,且只能从上游流向下游,不能倒流(单向性)。
讲法
数学建模法:能量金字塔计算 适合逻辑严密、擅长数据分析的学生。 设定生产者固定太阳能为1000J。 1. 流入初级消费者:1000 × 10%~20% = 100~200J。 2. 流入次级消费者:(100~200) × 10%~20% = 10~40J。 3. 强调公式:同化量 = 摄入量 - 粪便量;同化量 = 呼吸散失 + 用于生长发育繁殖(后者=流向下一营养级 + 流向分解者)。 通过具体数字推导,让学生看到能量为何无法循环,以及为何食物链通常不超过5个环节。
讲法
图解追踪法:箭头流向分析 适合空间感强、喜欢视觉化学习的学生。 画出食物链 A→B→C。 1. 在A处画一个大圈,标注“光能输入”。 2. 从A指向B的箭头标注“同化量”。 3. 从A向下画箭头指向“呼吸散失(热能)”和“分解者”。 4. 在B处重复上述过程。 重点讲解:B的“粪便”属于A的同化量中未被B同化的部分,最终流向分解者,而非B的能量。通过追踪箭头的起点和终点,厘清能量归属。
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练一道
基础题
在某生态系统中,生产者固定的太阳能为2000 MJ,初级消费者同化量为200 MJ,次级消费者同化量为20 MJ。求第一营养级到第二营养级的传递效率,并解释为何第三营养级获得的能量远少于第一营养级。
变式
若某食物链为“草→兔→狐”,兔同化量为1000 kJ,其中300 kJ用于呼吸作用散失,200 kJ流向分解者。求狐最多能从兔处获得多少能量?若狐同化量为40 kJ,求兔到狐的传递效率。
试试手自己判
检测题
在某生态系统中,第一营养级同化量为1000 J,第二营养级同化量为100 J,第三营养级同化量为10 J。若第二营养级有50 J能量流向分解者,30 J用于呼吸作用,则第二营养级流向第三营养级的能量是多少?第二营养级到第三营养级的传递效率是多少?
看答案和判分标准
答案:流向第三营养级的能量:10 J。 传递效率:10%。
判对标准:
1. 学生能正确识别第三营养级同化量即为第二营养级流向第三营养级的能量(10 J)。
2. 学生能正确应用传递效率公式:(第三营养级同化量 / 第二营养级同化量) × 100% = (10 / 100) × 100% = 10%。
3. 若学生用 (10 / (100-50-30)) 计算,则判错,因为传递效率的分母必须是上一营养级的总同化量,而不是剩余量。
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