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2.1 "J"型曲线

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 在理想条件下,种群数量随时间呈指数增长,曲线形状似字母“J”的数学模型。

从哪来 本知识点建立在 1.3 内环境稳态 之上。理解“理想条件”需类比内环境稳态中“适宜的温度、pH、渗透压”等恒定且适宜的环境因素,即资源无限、空间无限、无天敌干扰,从而排除环境阻力,使种群仅受自身繁殖能力限制。

为什么 种群增长遵循指数函数 $N_t = N_0 \lambda^t$。 1. 初始阶段:种群基数小,虽然增长率 $\lambda$ 恒定,但绝对增量小。 2. 加速阶段:随着基数 $N$ 增大,即使 $\lambda$ 不变,单位时间新增个体数 $\Delta N = N(\lambda - 1)$ 也随之线性增加。 3. 本质逻辑:因为假设环境资源(食物、空间)无限,不存在“环境阻力”(如竞争、捕食),所以出生率始终大于死亡率,且差值随基数扩大而扩大,导致曲线斜率越来越大,形成“J”型。

讲法
适合:逻辑抽象思维强、擅长数学建模的学生 核心逻辑:复利效应 不要只背公式,要讲“复利”。 1. 假设初始100个细菌,每20分钟翻倍($\lambda=2$)。 2. 第1次:200;第2次:400;第3次:800…… 3. 问学生:为什么后面长得快?因为基数大了。 4. 引入公式 $N_t = N_0 \lambda^t$,强调 $\lambda > 1$ 且恒定。 5. 结论:只要 $\lambda$ 不变,$N$ 就会无限膨胀。这就是“J”型。
适合:形象思维强、喜欢生活实例的学生** **核心逻辑:滚雪球与无限跑道** 1. **比喻
想象你在一条无限长、无限宽、铺满食物的高速公路上开车,且没有红绿灯、没有警察、没有油费限制。 2. 对比: - “S”型是高速公路有终点、有收费站、有堵车(环境阻力)。 - “J”型是这条公路永远延伸下去,你踩死油门(高繁殖率),速度(增长速率)只会越来越快。 3. 关键点:强调“理想条件”就是“没有刹车”。
适合:基础薄弱、容易混淆“J”型与“S”型的学生** **核心逻辑:排除法与条件锁定** 1. **提问
自然界中真的存在“J”型增长吗? 2. 回答:长期不存在,但短期或特定情况下存在(如外来物种入侵初期、实验室培养)。 3. 锁定条件:只要题目出现以下词汇,必选“J”型: - “理想条件” - “资源无限” - “空间充裕” - “无天敌” - “迁入新环境初期” 4. 记忆口诀:理想无限无阻力,指数增长画J字。
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练一道
基础题
某岛屿上引入一种鼠类,初期食物充足、空间无限、无天敌。若初始种群数量为 $N_0$,每年数量是上一年的 $\lambda$ 倍($\lambda > 1$)。 (1) 该种群的增长曲线呈什么型? (2) 写出 $t$ 年后种群数量的数学表达式。 (3) 该种群的增长速率(单位时间增加量)是恒定还是变化的?
变式
科学家在实验室培养大肠杆菌,在适宜温度、pH且营养充足的条件下,大肠杆菌每20分钟分裂一次。 (1) 若初始有100个细菌,1小时后(3个分裂周期)细菌总数是多少? (2) 此时种群的增长速率是否达到最大值?为什么? (3) 若继续培养,该曲线能否一直保持“J”型?为什么?
看解答过程
(1) 由于满足“食物充足、空间无限、无天敌”的理想条件,故呈 J 型增长。 (2) 根据J型增长模型公式,t年后数量为 $N_t = N_0 \lambda^t$。 (3) 增长速率 = $\frac{N_t - N_{t-1}}{\Delta t} = N_{t-1}(\lambda - 1)$。因为 $N_{t-1}$ 随时间增大,所以增长速率 逐渐增大(不恒定)。
试试手自己判
检测题
某地引入一种外来植物,初期因气候适宜、无天敌,种群数量呈“J”型增长。下列关于该种群增长的叙述,正确的是( ) A. 种群增长速率保持不变 B. 种群数量呈指数增长 C. 种群增长受环境容纳量K值的限制 D. 种群增长率随时间推移逐渐降低
看答案和判分标准
答案:B
判对标准:
- 选B:正确。J型增长即指数增长。
- 选A:错误。J型增长速率随基数增大而增大。
- 选C:错误。J型增长假设资源无限,无K值限制。
- 选D:错误。J型增长中,增长率($\lambda-1$)保持不变。
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