一切生物都需要能量energy持生命活动
以能量的观点学习高中生物学知识
⑩伽各f----------------------------------------------------------------教学研究2020年第4期（x)以能量的观点学习高中生物学知识江苏省扬州市江都区丁沟中学（225235) 戴娟文章编号 1005 -2259(2020)4x-0030 -02在自然科学体系里，“能量”不仅是一个非常重 要的概念，更是一种研究视角。
无论是物理、化学学 科，抑或是生物学科，运用能量的概念来解释某些现 象，采用能量的观点来研究某些问题，都可以让探索 变得更加简单明了。
就高中生物学教学而言，有关能 量的内容在教材中多有体现，教师要善于引导学生明 确这些生物学知识，并让他们采用能量的观点来研究 和分析问题。
1能量观点在高中生物学教材中的体现在高中生物学教材中，很多内容都涉及能量的观 点，这些知识往往具有一定的抽象性，给学生的理解 带来了很大的不便。
但这些内容又是组成整个知识 体系的关键一环,学生在学习和理解时不能存在任何 缺失。
所以教师要重视对教材的分析,并将相关内容 发掘出来，指导学生有针对性地进行突破。
能量的概念在课堂上首次被提及是在有关细胞 器的研究过程中。
例如,线粒体经常被称为“动力车 间”，而叶绿体经常被称作“能量的转换站”；在物质 跨膜运输方式的讨论中，主动运输过程更是体现了能 量的重要性。
诸如此类的知识在高中生物学教材中 比比皆是，需要教师予以强调，并让学生学会从能量 的角度来理解和认识这些知识。
对于任何一个生物系统来讲，在它的运转机制 中，能量是一个非常重要的物理量，因此，采用能量的 观点进行研究和分析，有助于研究者搞清整个机制 的工作特点和基本原理。
而且引导学生运用能量的 观点进行研究，还有助于学生对能量形成认识和理解。
2高中生物学教材中的能量知识高中生物学教材中涉及大量有关能量的知识，大 致包括以下4个方面:提供能量的物质、细胞的能量转化过程、个体的能量代谢和生态系统的能量流动规 律等。
细胞学说、能量守恒定律、生物进化论
细胞学说、能量守恒定律、生物进化论细胞学说、能量守恒定律和生物进化论是生物学中的三个重要概念。
细胞学说指出所有生命现象都是由细胞组成的，细胞是生物体的基本单位。
能量守恒定律是物理学中的基本原理之一，指出能量在转化过程中总量保持不变。
生物进化论则是描述生物种群随时间逐渐改变和适应环境的理论。
下面将分别介绍并探讨这三个概念。
细胞学说是生物学的基石之一，它的核心理念是所有生命现象都是由细胞组成的。
细胞是生物体的基本结构和功能单位，能够自我复制和进行代谢活动。
细胞学说的提出对生物学的发展产生了重大影响，它使得科学家们能够更加深入地研究生命的本质和生物体的结构与功能。
能量守恒定律是物理学中的重要定律之一，它指出在一个封闭系统中，能量在转化过程中总量保持不变。
生物体作为一个开放系统，也遵循能量守恒定律。
生物体通过摄取食物等方式获取能量，然后将其转化为细胞内的化学能、机械能和热能等形式，用于维持生命活动和执行各种功能。
能量守恒定律对于理解生物体的能量转化和代谢过程具有重要意义。
生物进化论是描述生物种群随时间逐渐改变和适应环境的理论。
根据进化论，生物种群中的个体之间存在遗传变异，这些变异可能会对个体的适应性产生影响。
环境中的选择压力会选择那些具有更好适应性的个体，使其在繁殖中获得更大的机会。
随着时间的推移，经过一系列的遗传变异和选择，物种会逐渐演化并适应其所处的环境。
进化论为我们解释了生物多样性的起源和演化提供了基础。
细胞学说、能量守恒定律和生物进化论是生物学中的重要概念，它们相互关联、相辅相成，共同构成了我们对生命现象的理解和解释。
细胞学说告诉我们生命的起源和基本单位是细胞，能量守恒定律揭示了生物体能量转化和代谢的规律，而生物进化论则解释了生物种群随时间的变化和适应性的进化过程。
这三个概念的深入研究不仅有助于我们理解生命的奥秘，还对人类的健康和生物技术的发展具有重要意义。
细胞学说、能量守恒定律和生物进化论是生物学中不可忽视的三个重要概念。
能量ppt课件
BMI ＜ 18.5 18.5≦BMI＜23.9 24≦BMI＜27.9
BMI≧28
练习题
• 已知某男性为教师，年龄32岁，身高 175cm, 体重80kg，计算其全天能量需要量。
练习题
• 已知某男性为教师，年龄32岁，身高175cm, 体 重80kg，计算其全天能量需要量。
1.标准体重= 身高（cm）- 105= 175-105=70 （kg） 2.体质指数BMI = 实际体重（kg）/ 身高的平方（m2）
1. 能量单位 ① 焦耳 J
1J相当于1牛顿的力使1kg的物质移动1m所消耗的能量。
营养学上常使用千焦耳 kJ ② 卡 cal
1cal是使1g纯水由15°C升到16°C所需要的能量。
营养学上常使用千卡 kcal ③ 换算：1kcal=4.184kJ
1kJ=0.239kcal
1. 基础代谢 (BM)
5. 排泄丢失能量
• 食物中不能完全消化吸收的代谢物质需排 出体外时，要消耗一定的能 量，一般不超 过摄入总能量的10％，婴儿每日每千克体 重约消耗能量62千焦耳。
儿童总能量需要量=基础代谢 +劳动和各种活动 +食物特殊动力作用 +生长发育所需 +排泄丢失能量
能量的膳食参考摄入量
• 根据生长发育的不同时期，一般年龄 越小，相对的能量需要量越多。
影响人体基础代谢有以下一些因素
●体格的影响 同等体重，瘦高者>矮胖者，男性高于女性5%-10%。
●不同生理、病理状况的影响 儿童、孕妇比成人高，30岁以上每10年降2%。
婴幼期约占总能量的50％～60％，比成人约高1 0％～15％。1岁以内婴儿每日每千克体重约需 230千焦耳（55kcal）；以后随年龄增长而递减，至7岁时每日每千克体重约需184千焦耳 (44kcal)；12～13岁时约需125千焦耳（30kcal,成人为58千焦耳）。
农业生态学名词解释
系统(System) 由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的、具有特定功能的有机整体。
生态系统(Ecosystem) 生物与生物之间以及生物与其生存环境之间密切联系、相互作用，通过物质交换、能量转化和信息传递，成为占据一定空间具有一定结构、执行一定功能的动态平衡整体，称为生态系统。
简言之，在一定空间内的全部生物与非生物环境相互作用形成的具有一定功能的统一体称为生态系统。
生产者(Producer) 能利用简单的无机物制造食物的自养生物。
主要是各种绿色植物。
消费者( Consumer) 是指除了微生物以外的异养生物，主要指依赖初级生产者或其他生物其他生物为生的各种动物。
分解者(Decomposer) 主要是指以动物残体为生的一样微生物，包括真菌、细菌、放线菌，也包括一些原生动物和腐食性动物，如甲虫、蠕虫、白蚂蚁和某些软体动物。
生物圈(Biosphere) 地球上存在生物有机体的圈层。
包括大气圈的下层、岩石圈的上层、整个水圈和土壤圈全部。
农业生态系统( Agroecosystem) 是指在人类的积极参与下，利用农业生物种群和非生物环境之间以及农业生物种群之间的相互关系，通过合理的生态结构和高效的生态机能，进行能量转化和物质循环，并按人类的理想要求进行物质生产的综合体。
组分结构(Components Structure) 即生态系统中生物组分由哪些生物种群所组成，以及它们之间的量比关系。
垂直结构(Vertical structure) 指农业生物类群在同一土地单元内，垂直空间上的组合与分布。
农业生物也因适应环境的垂直变化而形成各类层带立体结构。
水平结构(Horizontal Structure) 指一定区域内，各种农业生物类群在水平空间上的组合与分布，亦即由农田、人工草地、人工林、池塘等类型的景观单元所组成的农业景观结构。
时间结构(Temporal Structure) 指农业生物类群在时间上的分布与发展演替。
农业生态学-第6章-能量流动
（二）食物网（Food Web）
在生态系统中，各种生物成员之间的取食与 被取食关系，往往不是单一的，多数情况是 交织在一起的，一种生物常常以多种食物为 生，而同一食物又往往被多种消费者取食， 于是就形成了生态系统内多条食物链相互交 织，互相联结的“网络”，这种网络被称为 “食物网”。
含义是系统从温度为绝对零度无分子运动 的最大有序状态向含热状态变化过程中每 一度(温度变化)的热量(变化)，即熵变化 就是热量变化与绝对温度之比，在温度处 于绝对零度时熵值为零。
熵 实际上是对热力学体系中不可利用的热能
的度量。
热力学第二定律也称熵定律，因为能量总是从
集中形式趋向分散，这个过程不可逆。
二、食物链与食物网
Food chain and food web
食物链和食物网是生态系统中能量流动的渠 道。
(一)食物链(Food chain)
1.食物链的概念与特点
食物链 指生态系统中生物组分通过吃与被吃
的关系彼此连接起来的一个序列，组成一个整 体，就像一条链索一样，这种链索关系就被称 为食物链。
重要问题
1.农业生态系统能量传递途径与转化的实质 2.农业生态系统能量转化的基本定律 3.人工辅助能对农业生产的作用 4.农业生态系统能值分析与调控途径
第一节 能量流动的途径 Pathway of the energy flow
农业生态系统能量的来源 食物链与食物网 农业生态系统能量流动的路径
一、农业生态系统能量的来源
营养级（Trophic levels)
科学名词及解释—第二讲 生命支持系统(1)
2.1 生命支持系统生命支持系统（Life support system）：地球生态系统，以有机界为一方，包括植物、动物、微生物及人类社会，以无生命的自然界（物理环境）为一方，包括太阳能、地热能、大气、水、土壤、岩石，以及由它们的相互作用而形成的生成物、中间产物、组合环境和条件；二者互相作用、互相影响，共同构成了生命支持系统的基本骨架。
其研究内容主要包括：①无机界的要素组合匹配与要素组合条件能够提供给生命界生存与发展的能力，主要强调无机界的贡献大小；②生命界在其生存发展过程中，对无机界的影响和调节，主要强调生命界的改造作用；③二者相互作用的综合特征描述，主要强调耦合。
环境（Environment）：某一特定生物体或生物群体以外的空间，是直接或间接影响生物体或生物群体生存的一切事物的总和。
大气圈（Atmosphere）：又叫大气层，是因重力关系而围绕着地球的一层混合气体，是地球最外部的气体圈层。
大气层的成分主要有氮气，占78．1%；氧气占20．9%；氩气占0．93%；还有少量的二氧化碳、稀有气体（氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气）和水蒸气。
大气层的空气密度随高度而减小，越高空气越稀薄。
大气层的厚度大约在1000千米以上，但没有明显的界限。
整个大气层随高度不同表现出不同的特点，分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层，再上面是星际空间。
对流层在大气层的最低层，紧靠地球表面，其厚度大约为10至20千米。
对流层的大气受地球影响较大，云、雾、雨等现象都发生在这一层内，水蒸气也几乎都在这一层内存在,还存在大部分的固体杂质。
这一层的气温随高度的增加而降低，大约每升高1000米，温度下降5～6℃；动、植物的生存，人类的绝大部分活动，也在这一层内，因为这一层的空气对流很明显，故称对流层。
对流层以上是平流层，大约距地球表面20至50千米。
平流层的空气比较稳定，大气是平稳流动的，故称为平流层。
在平流层内水蒸气和尘埃很少，并且在30千米以下是同温层，其温度在－55℃左右，温度基本不变，在30千米至50千米内温度随高度增加而略微升高。
earth's energy cycle解析
地球能量循环解析地球能量循环是指太阳能在地球大气、地表和海洋中的循环过程。
这一循环过程涉及到太阳辐射、大气吸收、地表和海洋的物理过程以及生态系统的能量转换。
地球能量循环对于地球的气候、生态平衡和人类生活都具有重要的影响。
1. 太阳辐射太阳辐射是地球能量循环的起源。
太阳辐射主要包括可见光、紫外线和红外线。
这些辐射穿过大气层直接照射到地表和海洋表面，并且是地球上所有生命活动的直接能源。
2. 大气吸收地球大气对太阳辐射的吸收和反射是地球能量循环的重要环节。
大气中的各种气体和气溶胶对太阳辐射有不同的吸收和反射特性，其中以水蒸气和二氧化碳的吸收能力最强。
大气吸收太阳辐射后会产生大气加热和辐射能量，成为地表和海洋的次生能源。
3. 地表和海洋物理过程地表和海洋表面的太阳辐射主要表现为热量的吸收和反射。
其中，地表的岩石、土壤和水体会吸收太阳辐射并将其转化为热能，随后释放到大气中。
而海洋则会吸收和贮存大量的太阳辐射能量，导致海洋表面温度升高、产生海洋环流和气候变化。
4. 生态系统能量转换生态系统中的植物通过光合作用将太阳能转化为生物能量，植物的生长和呼吸过程释放出氧气和二氧化碳。
动物和微生物通过食物链和食物网获取能量，并释放出二氧化碳和热能。
这些能量转化过程对地球能量循环起着至关重要的作用。
5. 地球能量平衡地球能量循环通过各种物理和生态过程实现能量的平衡。
太阳辐射提供能量输入，大气和地表的物理过程实现热量的转移和平衡，生态系统能量转换维持了生物圈内的生命活动。
这种平衡对地球的气候和生态系统的稳定具有重要的意义。
总结起来，地球能量循环是一个复杂而又精密的系统，由太阳辐射、大气吸收、地表和海洋的物理过程以及生态系统的能量转换共同完成。
这一循环过程对于维持地球的气候、生态平衡和生命活动具有至关重要的作用。
深入研究地球能量循环，不仅有助于我们更好地理解地球的运行机制，也有助于我们更好地预测和应对地球气候和环境变化。
地球能量循环的复杂性地球能量循环是一个包含多种要素和相互作用的复杂系统。
个体生态学
决定生物的 宏观分布
生态因子的空间分布特征
生态因子的空间分布特征
纬度地带性：从赤道到两极，整个地球表面具有过渡状的分带性规律。 – 太阳辐射量差异 太阳辐射－－热量带 －－水分差异－－植被分 带－－土壤分带 – 热量带：赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、亚寒带、 寒带 – 植被地带性分布: 热带雨林—亚热带常绿阔叶林—温带落叶阔叶 林—寒温带针叶林—极地苔原 经度地带性：地球内在因素如大地构造形成地貌和海洋分异引起经度 地带性分异。 – 海洋上蒸发的大量水汽，通过大气环流输送到陆地，是陆地上大 气降水的主要来源。在同一热量带范围内，陆地上的降水量从沿 海到内陆渐次减少。 – 植被地带性分布：森林植被—草原植被—干旱荒漠植被
地形因子 光照、温度、雨水等 生物类型、生长、分布
焚风效应
不可替代性和补偿作用
• 任何一个因子，由于对生物具有不同的作用，其缺失都不能由 另一个因子来代替，这就是植物生态因子不可代替性和同等重 要性规律。
– N元素用于合成蛋白质，不可能由C、O或H代替 • 在一定情况下，某一因子在量上的不足，可以由其它因子的增 加或加强而得到调剂，并且仍然有可能获得相似或相等的生态 效益。 – 例如：增加CO2的浓度，可以补偿由于光照减弱所引起的光 合强度降低的效应。但是生态因子之间的补偿作用，也并非 经常的和普遍的。
理解环境概念的要点：
① 相对的概念，针对某一主体而言的，主体 不同， 环境的范围大小不同。 ② 环境包括生物生存的空间 (space)。 ③ 环境是某一主体周围一切事物的总和，包 括生命活动所需要的一切物质 (matter)和 一切能量(energy)。
物质有三种形态：固体、液体和气体，在地球 上它们分别组成了岩石圈、水圈和大气圈。 太阳辐射是地球的主要光源和热源，为地球上 的生物有机体带来了生机，推动了生物圈这个 庞大生态系统的正常运转，是地球上一切能量 的源泉。 ④ 太阳和地球是生物生存最根本的环境基础。 ⑤ 现今的地球环境是已经被生物强烈改造过的环 境。