第3章 能量流系统设计总结
第3节 生态系统的物质循环
(不定项)下图是我国北方处于平衡状态的某森林生态系统的碳循环示意图,其
中箭头表示碳的传递方向,字母表示碳传递途径。下列叙述正确的是( ABC )。
A.碳从植物流入动物的主要形式是含碳有机物 B.a途径是通过光合作用实现的,b、d、g途径是通过呼吸 作用实现的 C.碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要以二氧化碳的形式进行 D.如果图中的字母表示碳传递的数量,植物正常生长,那么夏季a、b、c、e之间的关系可表 示为a=b+c+e
(×)
7.[第 64 页]同一条食物链中营养级越高的生物体内聚集的有害物质越多。 (√ )
8.[第 65 页]能量流动和物质循环是生态系统的主要功能,能量和物质在生态 系统中都可以被生物群落反复利用。 ( ×)
9.[第 65 页]在探究“落叶是不是在土壤微生物的作用下腐烂”的实验中,不 做处理的土壤(自然状态)是对照组。 ( √ )
课前预学区 明确目标 课前准备
目
课中导学区 情境问题 探究体验
录
课堂思学区 学习反思 评价检测
一、生态系统的物质循环 1.概念:组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等① 元素 ,都在不断进行着 从非生物环境到② 生物群落 ,又从生物群落到③ 非生物环境 的循环过程。 2.特点:(1)这里所说的生态系统指④ 生物圈 ,物质循环具有⑤ 全球 性,又 叫生物地球化学循环。 (2)物质在生态系统中⑥ 循环往复 运动。
碳循环和生物富集 活动1 认识碳循环和生物富集 1.在碳循环中碳出入生物群落和非生物环境的途径分别有哪些?
【提示】碳进入生物群落的途径有光合作用和化能合成作用等,从生物群落释 放出来的途径有动物和植物的呼吸作用、微生物的分解作用以及化石燃料的 燃烧。
生态系统的能量流动
1.已知较低营养级生物具有的能量(或生物 .已知较低营养级生物具有的能量( ),求较高营养级生物能够从较低营养级 量),求较高营养级生物能够从较低营养级 生物获得能量(或生物量) 生物获得能量(或生物量)的最大值 例1. 若某生态系统固定的总能量为24000kJ, 1. 24000kJ 则该生态系统的第三和第四营养级所获得的 能量最多是( ) A. 540kJ和81kJ C. 240kJ和24kJ B. 3600kJ和960kJ D. 960kJ和192kJ
【解析】据题意,生态系统固定的总能量是生态系统中生产者 (第一营养级)所固定的能量,即24000kJ,当能量的传递效率 为20%时,每一个营养级从前一个营养级获得的能量是最多的. 因而第三和第四营养级所能获得的最大能量分别是: 24000×20%×20%和24000×20%×20%×20%,即960kJ和 192kJ. 【答案】D 【小结】在未知能量传递效率时,按能量传递效率为20%进行计 算,所得数值为较高营养级从较低营养级获取的最多能量.在此 基础上,可演变为另外一种题型,即"已知较低营养级具有的能 量(或生物量)及其能量传递效率时,求较高营养级从较低营养 级获得的最多能量(或生物量)",此时,依据给定的能量传递 效率计算即可.
什么是能量金字塔?
能量金字塔
由单位时间内各营养级所得到的能量数值 由低到高绘制的图形叫做能量金字塔. 绘制的图形叫做能量金字塔 由低到高绘制的图形叫做能量金字塔
说一说
能量金字塔可以说明 什么问题? 什么问题?
在一个生态系统中, 在一个生态系统中,营养级 越多, 越多,在能量流动的过程中 消耗的能量就越多, 消耗的能量就越多,能量流 动是单向,逐级递减的. 动是单向,逐级递减的.
食物链和食物网生产者3流经生态系统总能量
B．生产者 D．分解者
3.根据生态学原理，要使能量流经食物链总消耗
最少，人们应采用哪种食物结构（ C ）
A．以禽类、蛋类为主
B．以淡水养殖的鱼、虾为主
C．以谷物和植物蛋白为主
D．以猪肉等家畜肉类为主
4、调查得知某河流生态系统的营养结构共有4个 营养级（以a、b、c、d表示）。经测定一年中流 经这4个营养级的能量分别为：
三级消费者（吃大鱼的鱼）
3万吨。
小鸟数目
昆虫数目
树数
大象是植食性动物，有一种螳螂专 以象粪为食。设一大象在某时间段内同 化的能量 为107KJ，则这部分能量中可 流入螳螂体内的约为（ ）
√A、0 KJ B、106 KJ
C、3×106 KJ
D、106---2×106 KJ
绿色植物→鼠→猫头鹰
这条食物链中，猫头鹰增重1Kg，至少 需要消耗绿色植物______Kg。
间的关系是 （ B ）
• A a=b+d
B a＞b+c
• C a＜b+c
D c=a+b
2、能量流动是逐级递减的：传递率为 10％～20％。
（1）每个营养级都要呼吸消耗一部分能量； （最终被分解者分解）。
能量金字塔
由单位时间内各营养级所得到的能量数值 由低到高绘制的图形叫做能量金字塔.
说一说
能量金字塔可以说明 什么问题？
在一个生态系统中，营养级 越多，在能量流动的过程中 消耗的能量就越多，能量流 动是单向、逐级递减的。
生产者固定的太阳能的总量，是流 经这个生态系统的总能量。
传递： 能量沿着食物链（网）逐级流动
转化： 太阳光能 光合作用 化学能 呼吸作用 热能
散失： 各级生物的呼吸作用及分解者的分解 作用（呼吸），能量以热能散失
人教版生物必修三讲义：第5章 第2节 生态系统的能量流动 含答案
第2节生态系统的能量流动学习目标核心素养1.识记能量流动的概念2.理解能量流动在生态系统中的流动过程3.掌握能量流动的特点及意义4.尝试调查农田生态系统中的能量流动情况1.通过分析生态系统的能量流动的过程，建立生命系统的物质和能量观2.分析能量流动过程，归纳总结能量流动特点，形成科学思维的习惯3.通过总结研究能量流动的实践意义，形成学以致用，关注生产生活的态度一、能量流动的过程1．概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。
2．能量流经第一营养级的过程(1)输入：生产者通过光合作用把太阳能转化为化学能，固定在有机物中。
(2)能量去向①在生产者的呼吸作用中以热能形式散失。
②随着残枝败叶等被分解者分解而释放出来。
③被初级消费者摄食同化，流入第二营养级。
3．能量流经第二营养级的过程(1)输入：通过摄食生产者获得。
(2)去向①通过呼吸作用以热能形式散失。
②随尸体、排泄物流向分解者。
③被次级消费者摄食同化，流入下一营养级。
4．能量流动过程图解(1)补充图中标号代表的内容甲：生产者；乙：初级消费者；丙：次级消费者；丁：呼吸作用；戊：分解者。
(2)据图总结流入每一营养级的能量最终去向：①通过自身呼吸作用以热能形式散失。
②被下一营养级同化。
③被分解者分解利用。
二、能量流动的特点1．特点(1)单向流动：沿食物链由低营养级流向高营养级，不可逆转，也不能循环流动。
(2)逐级递减：①能量在沿食物链流动的过程中逐级减少。
②营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多，生态系统中的能量流动一般不超过4～5个营养级。
2．能量传递效率(1)能量在相邻两个营养级间的传递效率一般只有10～20%，也就是说，在输入某一营养级的能量中，只有10～20%能够流入下一营养级。
(2)计算公式相邻两个营养级间的能量传递效率＝下一营养级同化量上一营养级同化量×100%3．能量金字塔将单位时间内各个营养级所得到的能量数值，由低到高绘制成图，可以形成一个金字塔图形。
生态系统的能量流动(第一课时)-高二生物同步课件(人教版2019选择性必修2)
一、能量流动的概念
输入 —
源头：太阳能 . 流经生态系统的总能量： 生产者固定的全部太阳能 .
⇓
思考：人工鱼塘需要投喂
传递
⇓
—
途径：食物链和食物网. 形式：有机物中的化学能.
饲料，此时流入鱼塘生态 系统的总能量如何表示？
转化 — 太阳能→有机物中的 化学能 →热能
还有人工投入的有 机物中的化学能。
讨论4：流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统中来？能量能否从 植食性动物流向生产者？为什么？
原因：①生物之间食物关系是不可逆转的； ②散失的热能不能循环流动。
【总结】能量流动的特点： ①单向流动 ②逐级递减（传递效率为10%-20%）
讨论5：为什么食物链上一般不超过5个营养级？ 能量在流动过程中逐级递减，营养级越多，消耗的能量就越多。
2021年1全国甲卷高考真题
31. 捕食是一种生物以另一种生物为食的现象，能量在生态系统中是
沿食物链流动的。回答下列问题：
（1）在自然界中，捕食者一般不会将所有的猎物都吃掉，这一现象
对捕食者的意义是
（答出1点即可）。
（2）青草→羊→狼是一条食物链。根据林德曼对能量流动研究的成
果分析，这条食物链上能量流动的特点是
第3章 生态系统及其稳定性
第2节 生态系统的能量流动 （第一课时）
本节聚焦: 能量在生态系统中是怎样流动的？ 怎样理解生态金字塔？ 研究能量流动有什么实践意义？
问题探讨
假设你像小说中的鲁滨逊那样，流落在一个荒岛 上，只有一只母鸡、15kg玉米可以食用，那么使自己 活的最长的方法是：
A.先吃鸡，再吃玉米。
同化量=摄入量-粪便量
2.粪便中的能量属于初级消费者同化量吗？ 属于生产者的同化量
新人教生物一轮复习学案：第41讲 生态系统的能量流动(含答案解析)
新人教生物一轮复习学案 第41讲 生态系统的能量流动概 念 落 实1.能量流动概念剖析2.每一营养级能量的来源（1）生产者的能量主要来自 。
（2）消费者的能量来自 的能量。
3.能量去路分析（以初级消费者为例）（1）摄入量（a ）＝ ＋ ，其中粪便量不属于该营养级的同化量，而属于上一营养级的同化量。
（2）同化量（b ）＝＋ 。
（3）用于生长、发育和繁殖的能量去向，从以下两个角度分析： ①定量不定时（在足够长的时间内能量的最终去路）用于生长、发育和繁殖的能量（e）＝遗体残骸流向的能量（f）＋流向下一营养级的能量，即下一营养级（i）。
②定量定时（流入某一营养级的一定量的能量在一定时间内的去路）用于生长、发育和繁殖的能量（e）＝遗体残骸流向分解者的能量（f）＋下一营养级摄入量（i）＋的能量（j）。
如果是以年为单位研究，未被利用的能量（j）将保留到下一年，因此“未被利用”是指在有限的时间“还没来得及被利用的能量”。
（4）合并（2）（3）中等式，总结同化量（b）的去路可用下图表示，即同化量＝消耗量＋流向的能量＋流向的能量（＋未被利用的能量）。
4.能量流动效率相邻两个营养级之间的能量传递效率＝（某营养级同化的能量/上一营养级同化的能量）×100%。
一般为。
◉方法规律能量流动过程中相关“最值”计算在食物链（网）中，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10%，最高效率为20%。
◀诊断·加强▶1.判断下列说法的正误：（1）生态系统的能量流动就是指能量的输入和散失过程。
（）（2）流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能。
（）（3）流经第三营养级的总能量是指三级消费者摄入体内的能量。
（）（4）生产者通过光合作用合成有机物时，能量就从无机环境输入到了生物群落。
（）（5）某一营养级的总能量由四个部分组成：自身呼吸消耗的能量、流向下一个营养级的能量、被分解者利用的能量和未被利用的能量。
教学设计2：生态系统中的能量流动和物质循环
《生态系统的物质循环》教案一．教学目标1. 知识目标：（1）理解生态系统物质循环的概念；（2）识记、应用碳循环的过程；（3）比较得出能量流动与物质循环的关系。
2. 能力目标：（1）学会分析生态系统中碳循环的方法；（2）通过分析“温室效应”的形成与危害，培养学生的推理，联想，思维迁移的能力；（3）利用“能量流动和物质循环的关系”教学过程，培养学生比较，归纳以及对自己所持观点的总结表达能力。
3. 情感目标：（1）通过学习人类对碳循环的影响，培养学生环境保护意识（2）积累生态学知识，形成科学的世界观二．教学重点：碳循环的过程三．教学难点：能量流动和物质循环的关系四. 教法与学法教法：课前导学、启发式讲解、分析与归纳学法：课前预习、质疑讨论、反馈矫正、迁移创新五. 课时安排: 1课时六．教学过程1. 复习提问(1)地球上最大的生态系统是什么？(2)生态系统的组成成分？(3)输入生态系统的总能量是什么？(4)能量流动的特点？2. 引入新课生态系统依靠太阳不断提供能量，而生态系统中的物质却都是由地球提供的。
讨论：生物为维持生命每天都要消耗大量的物质，如氧、水、氮、碳和许多其他物质，为什么这些物质亿万年来没有被生命活动所耗尽？（因为这些物质可以被循环利用）碳是构成生命有机体的重要元素之一，没有碳就没有生命。
——碳循环 3. 碳循环出示“碳循环模式图”投影片。
(1)知识背景：光合作用 )(22O CH CO −−−→−光合作用呼吸作用 22)(CO O CH −−−→−有氧呼吸(2)分析碳循环模式图，思考如下问题：①碳在无机环境中的存在形式？ CO2和碳酸盐②碳由无机环境进入生物群落的途径？ 绿色植物的光合作用（主要），化能合成作用③碳由无机环境进入生物群落的形式？ CO2④碳在生物群落内部的传递形式？ 含碳有机物； 传递渠道? 食物链（网） ⑤碳返回无机环境的途径：a.生产者、消费者的呼吸作用b.微生物的分解作用c.化石燃料的燃烧⑥碳由生物群落回到无机环境的形式？ CO2⑦碳在无机环境和生物群落间循环的主要形式？ CO2 [师生归纳]4. 物质循环（1）提问：①我们所讲的碳循环是指在什么之间进行循环？（生物群落与无机环境之间）②除了碳以外，还有没有其他物质能在生物群落与无机环境之间循环？（了解氮循环和水循环，理解物质循环发生在生物群落和无机环境之间）动物、植物、微生物呼吸作用光合作用、化能合成作用无机环境（CO 2） 生物群落（有机物）（2）归纳生态系统的物质循环的概念生态系统：生物圈 物 质：化学元素循环发生在：生物群落和无机环境之间生态系统的物质循环具有全球性，因此又叫生物地球化学循环(生物地化循环)。
3.2生态系统的能量流动教学设计-2023-2024学年高二上学期生物人教版选择性必修2
3.2生态系统的能量流动教学设计-2023-2024学年高二上学期生物人教版选择性必修2一、教材分析本节课的内容是《生态系统的能量流动》，选自人教版高中生物选择性必修2。
主要介绍了生态系统中能量流动的概念、特点以及能量流动的过程。
课程内容与学生的实际生活紧密相关，有助于学生更好地理解生态系统中能量的传递和转化。
二、核心素养目标本节课旨在培养学生的生物学核心素养，包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。
通过学习生态系统的能量流动，使学生能够建立正确的生命观念，理解生态系统中能量的传递和转化过程，培养学生的科学思维能力。
同时，通过观察和分析实际案例，培养学生的科学探究能力，使学生能够运用所学知识解决实际问题。
最后，通过本节课的学习，使学生认识到保护生态系统的重要性，培养学生的社会责任感。
三、学情分析1. 学生层次：本节课的学生为高二学生，经过一年的高中生物学习，已经具备了一定的生物学基础知识，对生态系统的基本概念有了一定的了解。
但学生在能量流动方面的知识还不够深入，需要通过本节课的学习来进一步理解和掌握。
2. 知识、能力、素质方面：学生在知识方面，对生态系统的结构和功能有一定的了解，但对于生态系统中能量流动的具体过程和特点还不够熟悉。
在能力方面，学生具有一定的观察能力和分析问题的能力，但在运用所学知识解决实际问题的能力上还需要进一步提高。
在素质方面，学生对生态环境的关注度较高，具有一定的社会责任感。
3. 行为习惯：学生在学习过程中认真听讲，积极发言，课堂参与度高。
但在自主学习和探究能力上还有待提高，需要教师在教学过程中进行引导和培养。
4. 对课程学习的影响：由于学生在能量流动方面的知识储备不足，可能会对课程学习产生一定的影响。
因此，教师需要通过生动有趣的案例和直观的图片、视频等教学资源，帮助学生理解和掌握能量流动的过程和特点。
同时，教师还需要关注学生的学习进度，及时解答学生的疑问，帮助学生克服学习中的困难。
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氢能 沼气 酒精
2
二、能量流
（一）能量流及其支持系统
能量流在能源和载体支持下，实现能量的供给、传递、 转换及使用。能量流载体包括：能量传递装置、能量转换装 置、能量使用装置及能量回收利用装置。
3
（二）能量流的分类
1. 热能型能量流
提供含热能的物质，如燃料、蒸汽、热水等的利用热 能。热能型能量流简称热能流。
第3章 能量流系统设计
郑刚
1
§3.1 概述
一、能源
人工性 自然能源 （一次能 源） 传统性 来源 再生能源 传统能源 来自太阳 植物燃料 水能 海水热能 海浪能 太阳能 风能 油页岩 新能源 来自地球 天体引力 火山能 地震能 地热能 核能 潮汐能
非再生能 源
天然气 石油 煤
人工能源（二次能源） 火药 蒸气 电能 煤油 汽油 煤气 石油液化气
E2回收利用时
Qx xi W Ex 2 1 Ex1 Ex1
E2不回收利用时 Ex 2 Qx xi W 1
Ex1 Ex1
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能分析法仅研究能量的外部损失，如摩擦损失、 散热等等。而（火用）分析法不仅研究外部（火用） 损失，而且还研究系统内部各种不可逆传递、转换过 程所造成的（火用）损失，因此（火用）分析法更加 全面和深入。
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（二）能级系数
任何能量都由两部分组成，该能量中可以转化为 有用功的那部分能量，称为Exergie（火用）；其余不 可以转化为有用功的那部分能量，称为Avergie（火 无）。 E=Ex+An （火用）值，即有用功在能量中所占的比例，称为 能级系数。用λ来表示，它是能质的评价指标。 1. 高级能：λ=1 2. 低级能：λ=0 3. 中级能：0<λ<1
W E Q 1 2 E1 E1
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（二）（火用）分析法
Ex1 W Ex 2 Qx xi
Ex1----输入系统，或由工质带入系统的（火用）值； Ex2----输出系统，或由工质带出系统的（火用）值； W----系统做出的有用功，即（火用）值； Qx----系统向环境排放能量中所含的（火用）值，它退化为 （火无）； xi ----系统内部各种不可逆的能传递和转换所造成的（火用） 损失总合。
四、节能
节能是指完全地、充分地利用能源，以最少的能 源，取得最大的经济效益和社会效益。
18
1、节电 2、工业窑炉节能 3、工业锅炉节能 4、大力开发再生能源，取代非再生能源 5、管理途径节能 提高效率和功率因数，回收利用能源，加强科学 管理。
大
中等
大
很大
石油 制品
太阳能 电池能
自然 不再 生
自然 再生 人工
大
稍难
中等
中等
交通工具中的内燃机，要求 体积紧凑的窑炉
太空航天器，远离城市无电 力供应地区 交通运输工具中能源，备用 电器
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小 小
中等 较易
小 小
无 较小
（二）能量传递和转换装置
能量是指对运动着物质的做功能力的量度。 机电一体化生产系统中广泛使用的能量形态，借助 能量转化装置，不同能量形态之间可以相互转换。 有些能量转化效率接近100%，如电动机，电炉， 变压器等等。而有些则只能转换一部分能量，如内 燃机。 能流传递条件：存在能量不平衡势，能量自发从高 位传递到低位。
2. 物质运动型能量流 提供和利用物质运动能。物质运动可以是机械运动、 电流、液流等，相应的能量称为机械能流、电能流及液压 能流等。 下面以机电能流和热能流为例说明。
4
切削机床进给驱动系统
5
炼Hale Waihona Puke 高炉系统6炼铁高炉系统的能流图
高炉是使用热能的生产 设备，又是能量流的载体， 焦炭和热空气在高炉内发生 化学反应。 其余能量转换装置有： 热风机、发电站、炉顶透平发电机。
综合法
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§3.2 能量流分析
一、能量
能的数量简称能量，统指度量物质运动时做功能 力的物理量。 单位： 国际单位制：焦耳（J） 工程上：千卡（kcal）热能单位 千瓦小时（kW· h） 电能单位 换算关系式： 1kcal=4186J 1kW· h=3.6×106J
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二、能质
（一）能质概念
能不但有数量之差，还有质量高低之分。能的质 量简称能质。 理论基础：热力学第二定律 1. 热能传递具有方向性。 2. 机械能可以百分之百的转换为热能，但 不能逆向转换。 各种形态的能质可以归纳为三类： 1. 高级能，如机械势能和动能、电能等 2. 中级能，如热能、化学能 3. 低级能，如大气，海洋等环境拥有的能
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机电一体化生产系统常用能源
能源种类 来源 能流 密度 大 转换机械 能的难度 较易 载体 占地 较小 对环境污 染程度 小 应用场合 电能 人工 应用广泛，各种机电一体化 生产系统直接使用电能，或 转换成机械能，光能等使用 用热量大、固定不运动的窑 炉，火力发电系统
燃 料 能
煤及 制品
自然 不再 生
7
三、能量流支持系统
机电一体化生产系统的能量流支持系统由能源、能量 传递和转换装置、能量使用装置、余能回收利用装置等 组成。
（一）机电一体化生产系统的能源
1. 电能 方便转化、能流密度大、方便、污染小 2. 煤及石油制品 能流密度大、污染大 3. 太阳能 无污染、能流密度小、能流不稳定 4. 化学能 用于蓄电池便于携带、能流小
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（三）能量使用装置
生产过程的基本功能是制造产品，即使用能量对 原料做功，使其转化成产品。对于自动化的或机电一 体化的生产系统来说，还有一些重要的辅助功能，即 为实现自动化生产过程，提供物料流和信息流。 许多能量使用装置就是生产设备本身，有的能量 使用装置又是能量转换装置。
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切削成形法 束缚成形法 几何成形法 堆积成形法 编织成形法 化合法（ 包括燃烧法） 化学变化法 化分法（ 包括还原法） 原料--产品转换方法 粉碎--混合法 物理变化法 溶化--蒸发--烘干法 气相--液相转换法
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三、能分析法和（火用）分析法
（一）能分析法
E1=W+E2+Q
E1----输入系统，或由工质带入系统的能量； E2----输出系统，或由工质带出系统的能量； W----系统做出的有用功； Q----系统排向环境的能量损失。
E2回收利用时
W E2 Q 1 E1 E1
E2不回收利用时