浙科版高中生物必修三《能量流动和物质循环》教案

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第三节 能量流动和物质循环

【教学过程】 一、能量流动

1.输入生态系统的总能量：等于生产者固定太阳能的总量。 2.起点：生产者固定太阳能开始。

3.能量流动的途径：能量不断沿着太阳→植物→植食动物→肉食动物→顶位肉食动物的方向流动。

4.能量流动的特点：一是能量流动是单向的，不可逆转的，也不能循环流动；二是能量在流动的过程中逐级递减，能量在相邻两个营养级间的传递效率一般只有约10%。

思考：市场上肉类和鸡蛋的价格比粮食和蔬菜高，你能从生态学角度分析肉类和鸡蛋价格高的原因吗？

提示：在农业生态系统中，动物一般处于第二、三营养级，新陈代谢要消耗一些能量，只有约10%的能量传到下一营养级，而蔬菜和粮食处于第一营养级，所以与粮食和蔬菜相比，要得到同质量的肉类和鸡蛋，需要消耗更多能量，故肉类、鸡蛋成本高，价格也高。 二、物质循环

（一）物质循环的概念

1.概念：组成生物体的物质，都不断地进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程，这就是生态系统的物质循环。 2.物质循环的特点是：全球性和反复循环。 （二）碳循环

1.循环形式：碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是以二氧化碳的形式进行的。

2.循环途径：从大气圈到植物和动物，再从动植物通向分解者，最后又回到大气圈。

3.图解

（1）①～⑥表示的生理过程分别是：①光合作用，②呼吸作用，③呼吸作用，④捕食，⑤呼吸作用，⑥燃烧。

（2）A、B、C、D表示的生物类群是：A生产者，B分解者，C次级消费者，D初级消费者。

思考：“温室效应”导致当今地球上气温不断上升，引发了地球上各种热带风暴、红色警报不断，人们已经切身感受到人类的活动对自然的破坏造成的严重恶果。那么“温室效应”是由于什么原因导致的？

提示：“温室效应”是由于地球上二氧化碳过多引起的，二氧化碳过多的主要原因是化石燃料的燃烧。 （三）水循环、氮循环

循环形式：水、氮在生物群落与无机环境之间的循环主要是以无机物的形式进行的，在生物群落内水主要以无机物的形式循环，氮以有机物的形式循环。

三、物质循环与能量流动的区别与联系

1.区别：物质循环的特点不同于能量流动，物质可以被生物群落反复利用，而能量流动是单向的，逐级递减的，是不循环的。

2.联系：生态系统的主要功能是进行能量流动和物质循环，并且二者同时进行，彼此相互依存，不可分割。使生态系统的各组成成分紧密地联系在一起，形成一个统一的整体。

思考：远离南极的地区进行农业生产时使用农药，结果发现在南极的企鹅体内有这个地区使用的农药，这说明了什么？ 提示：物质循环具有全球性。

【合作探究】

探究一：生态系统的能量流动

能量流动是生态系统的重要功能之一。生态系统中的能量流动是从生产者固定太阳能开始的，能量的变化情况是：太阳光能→生物体中的化学能→热能。因此热能是能量流动的最终归宿。 1.起点：生产者。

2.流经生态系统的总能量：全部生产者固定的太阳能总量。 3.途径：食物链和食物网。

4.每个营养级的能量来源和能量去路：生产者的能量主要来自太阳光；各级消费者的能量来自上一个营养级，流入各级消费者的总能量是指各级消费者在进行同化作用过程中所同化的物质中含有的能量总和，消费者粪便中所含有的能量不能计入排便生物所同化物质中的能量；分解者的能量来自生产者和消费者。

每个营养级的能量去路：一是通过呼吸作用分解一部分有机物，释放能量，供生命活动利用；二是随尸体、排泄物等流入分解者中去；三是有一小部分有机物中的能量流入到下一个营养级中（最后一个营养级除外），这是通过捕食关系进行的。

5.特点：逐级递减和单向流动。

逐级递减的原因：第一，各营养级的生物都会因呼吸作用消耗相当大的一部分能量；第二，各营养级总有一部分生物未被下一个营养级的生物所利用。 单向流动的原因：第一，食物链中各营养级的顺序是不可逆转的，这是长期自然选择的结果；第二，各营养级的能量大部分以呼吸作用产生的热能的形式散失掉，热能是能量流动的最终归宿。这些能量是不能重复利用的。 6.“林德曼效率”（即“十分之一定律”）：其含义是“在输入到一个营养级的能量中大约只有10%的能量流动到下一个营养级”。这里的能量指的是该营养级生物同化的能量。

即：能量传递效率下一个营养级的同化量/上一个营养级的同化量×100%。 探究二：生态系统的物质循环

组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等化学元素在生态系统中一次次地

被循环利用，就是生态系统的物质循环，又称生物地球化学循环。 对于生态系统的物质循环的概念，要从以下四个方面理解：

1.生态系统的物质循环的范围是指地球上最大的生态系统——生物圈，也就是说物质循环具有全球性。

2.所指的物质主要是指组成生物体的基本元素，而不是指由这些元素组成的糖类、脂肪和蛋白质等具体形态的物质。

3.所指的循环是指组成生物体的基本元素在生物群落与无机环境之间的往返运动，其中伴随着复杂的物质变化和能量变化。 4.生态系统的物质循环离不开能量流动。 探究三：生态系统的能量流动与物质循环的关系 项目 形式 过程 范围 特点 能量流动 以有机物的形式流动 沿食物链（网）单向流动 生态系统各营养级 单向流动、逐级递减 物质循环 以无机物的形式流动 在无机环境生物群落间往复循环 全球性 反复出现、循环流动 ①能量的固定、转移、释放离不开物质的合成和分解②物质是能量沿食联系 物链（网）流动的载体③能量是物质在生态系统中往复循环的动力总之，二者互为因果、相辅相成，具有不可分割的联系 生态系统中的各种组成成分——非生物环境、生产者、消费者和分解者，正是通过能量流动和物质循环，才紧密地联系在一起，形成一个统一的整体，图解如下：

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