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新高考适用2024版高考生物一轮总复习选择性必修2生物与环境第9单元生物与环境微专题能量流动的相关计算课件
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这是一份新高考适用2024版高考生物一轮总复习选择性必修2生物与环境第9单元生物与环境微专题能量流动的相关计算课件，共27页。PPT课件主要包含了第九单元生物与环境，×103，29×105，2×104等内容，欢迎下载使用。
微专题 能量流动的相关计算
1．能量传递效率的计算公式
2．能量传递效率的相关“最值”计算(1)食物链能量的“最值”计算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%。设食物链为A→B→C→D，分情况讨论(如下表)：
①能量传递效率未知时(按20%即1/5、10%即1/10计算)
②已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算。例如，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为M×a%×b%×c%。
(2)食物网能量的“最值”计算在解决有关能量传递的计算问题时，需要确定相关的食物链，能量传递效率约为10%～20%，一般从两个方面考虑：
3．食物来源调整类题的分析若在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物中获得能量，计算某一生物获得的能量或需要某一生物提供的能量时，首先，要注意某一生物“从不同食物链中获得能量的比例”，或某一生物“给不同生物提供能量的比例”，然后按照各个单独的食物链分别计算后合并。在具体计算时务必先弄清分流比例在求解中应“顺推(用乘法)”还是“逆推(用除法)”，以下图为例。
(1)若已知“植物同化量(A)”，并告知其“传向动物与直接传向人比例由11调整为12”，求解人最多增重变化(M)，计算时宜“顺推(用乘法)”
(2)若已知“人同化量(M)”并告知人的食物来源“素食、肉食由11调整为21”，求解最少需要植物量(A)，计算时应“逆推(用除法)”
4．具有人工能量输入的能量传递效率计算人为输入到某一营养级的能量是该营养级同化量的一部分，但却不是从上一营养级流入的能量。如求第二营养级至第三营养级传递效率时，应为第三营养级从第二营养级同化的能量(不包括人工输入到第三营养级的能量)/第二营养级的同化量(包括人工输入到第二营养级的能量)×100%。
1．(2023·陕西西安月考)如图为能量流动示意图。其中a1是流入第一营养级的总能量，下列相关叙述正确的是( )
A．第一营养级传递给分解者的总能量是a4B．能量散失a3不能再被生物同化利用C．a1、a2、a3、a6中的能量都以稳定化学能的形式存在D．第一营养级和第二营养级之间能量传递效率是a6÷a2
解析：第一营养级传递给分解者的能量包括a4(第一营养级的残枝败叶)和a7(第二营养级排出的粪便)两部分，A错误；第一营养级散失的能量a3指的是细胞呼吸过程中以热能形式散失的能量，这部分能量是不能再被生物捕获并同化的，B正确；a3是随呼吸作用散失的能量，这部分能量不是以稳定的化学能形式存在，而是以热能形式存在，C错误；两个营养级之间的能量传递效率计算公式：该营养级的同化量/上一营养级的同化量×100%，本题中，第一营养级的同化量是a1(或a2＋a3)，D错误。
2．(2023·山西太原月考)如图为生态系统食物网简图，若E生物种群的总能量为7.1×109 kJ，B生物种群的总能量为2.3×108 kJ。从理论上计算，A储存的总能量最少为( )A．7.1×108 kJ B．4.8×107 kJC．5.95×107 kJ D．2.3×107 kJ
解析：由图可知，D为生产者，要使A获得的能量最少，则必须保证三个条件：一是能量来源途径要最少，二是能量传递效率要最低，三是食物链要最长。故从理论上讲，与A储存的能量最少相关的食物链不可能是D→A，也不可能是D→A、D→E→C→A同时存在，只能是D→E→C→A。为此，E的能量在传给A的途径中，只有确保：①E在传给B时用去的能量最多，②E的总能量减去传给B的后再传给C时传递效率最低，③C在传给A时效率最低，结果才能使A获得的能量最少。所以据此计算得A储存的总能量最少为(7.1×109 kJ－2.3×108 kJ÷10%)×10%×10%＝4.8×107 kJ。
3．如图所示的食物网中，若人的体重增加1 kg，最少需消耗水藻______kg，最多消耗水藻___________________kg。
解析：能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%～20%。求最少消耗水藻量时，应选最短的食物链，即水藻→小鱼→人，能量传递效率按20%计算，设最少消耗水藻量为x，则x×20%×20%＝1，x＝25；求最多消耗水藻量时，应选最长的食物链，即水藻→水蚤→虾→小鱼→大鱼→人，能量传递效率按10%计算，设最多消耗水藻量为y，则y×10%×10%×10%×10%×10%＝1，y＝100 000。
4．某生态系统中存在如图所示的食物网，若将C的食物比例由AB＝11调整为21，能量传递效率按10%计算，则该生态系统能承载C的数量是原来的( )A．1.875倍 B．1.375倍C．1.273倍 D．0.575倍
解析：解题时应该从C出发，设当食物比例为AB＝11时，C的能量为x，需要的A为(1/2)x÷10%＋(1/2)x÷10%÷10%＝55x。设当食物比例为AB＝21时，C的能量为y，需要的A为(2/3)y÷10%＋(1/3)y÷10%÷10%＝40y。由于两种情况下，生产者A的数量是一定的，所以55x＝40y，则y＝1.375x，即该生态系统能承载C的数量是原来的1.375倍。
5．某陆地生态系统中存在如图所示的食物网。请回答问题：(1)若人类获取植食性食物与肉食性食物的比例是11，将此食物结构改为31，能量流动效率按10%计算，则调整后可供养的人口约是调整前的____________(结果精确到小数点后两位)倍。(2)若植物向动物及向人提供的能量比例由11调整为13，能量流动效率按10%计算，则调整后可供养的人口约是调整前的_______(结果精确到小数点后两位)倍。
解析：(1)设将人获取的食物比例由植食性食物肉食性食物＝11调整为31前后传递给人的能量分别为M和N，依题意则有：1/2M÷10%＋1/2M÷(10%×10%)＝3/4N÷10%＋1/4N÷(10%×10%)，解得N/M≈1.69。可见，调整后可供养的人口约是调整前的1.69倍。(2)若植物向动物及向人提供的能量比例由11调整为13，假设植物固定的太阳能总量为X，调整前后传递给人的能量分别为M和N，依题意则有：M＝1/2X×10%＋1/2X×10%×10%，N＝3/4X×10%＋1/4X×10%×10%，解得N/M≈1.41。可见，调整后可供养的人口约是调整前的1.41倍。
6．某地出现了较为严重的自然灾害，如图为在人为干预下恢复过程中的能量流动图(单位：103kJ·m－2·a－1)。(1)由图可知，肉食性动物需补偿输入的能量为______kJ·m－2·a－1，根据图中数据可知，营养级______(填“较高”或“较低”)的生物在这场灾害中受到的影响较大。
(2)流入该生态系统的总能量是________________kJ·m－2·a－1，用于植食性动物自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量是__________kJ·m－2·a－1。(3)在人为干预下，能量在第二营养级与第三营养级之间的传递效率为_______________(保留3位有效数字)。
解析：(1)各营养级之内，所有输入的能量和输出的能量相等。因此植食动物传递给肉食动物的能量就是14＋2－4－9－0.5＝2.5×103(kJ·m－2·a－1)，肉食动物需补偿输入的能量为2.1＋5.1＋0.05＋0.25－2.5＝5×103(kJ·m－2·a－1)。图中营养级越高，需要补偿输入的能量值越大，说明受影响较大。(2)流入该生态系统的总能量为生产者固定的总能量＋补偿输入的能量＝(110＋2＋12＋5)×103＝1.29×105(kJ·m－2·a－1)。第二营养级总能量为16×103 kJ·m－2·a－1，其中呼吸消耗的能量是4×103
微专题 能量流动的相关计算
1．能量传递效率的计算公式
2．能量传递效率的相关“最值”计算(1)食物链能量的“最值”计算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%。设食物链为A→B→C→D，分情况讨论(如下表)：
①能量传递效率未知时(按20%即1/5、10%即1/10计算)
②已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算。例如，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为M×a%×b%×c%。
(2)食物网能量的“最值”计算在解决有关能量传递的计算问题时，需要确定相关的食物链，能量传递效率约为10%～20%，一般从两个方面考虑：
3．食物来源调整类题的分析若在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物中获得能量，计算某一生物获得的能量或需要某一生物提供的能量时，首先，要注意某一生物“从不同食物链中获得能量的比例”，或某一生物“给不同生物提供能量的比例”，然后按照各个单独的食物链分别计算后合并。在具体计算时务必先弄清分流比例在求解中应“顺推(用乘法)”还是“逆推(用除法)”，以下图为例。
(1)若已知“植物同化量(A)”，并告知其“传向动物与直接传向人比例由11调整为12”，求解人最多增重变化(M)，计算时宜“顺推(用乘法)”
(2)若已知“人同化量(M)”并告知人的食物来源“素食、肉食由11调整为21”，求解最少需要植物量(A)，计算时应“逆推(用除法)”
4．具有人工能量输入的能量传递效率计算人为输入到某一营养级的能量是该营养级同化量的一部分，但却不是从上一营养级流入的能量。如求第二营养级至第三营养级传递效率时，应为第三营养级从第二营养级同化的能量(不包括人工输入到第三营养级的能量)/第二营养级的同化量(包括人工输入到第二营养级的能量)×100%。
1．(2023·陕西西安月考)如图为能量流动示意图。其中a1是流入第一营养级的总能量，下列相关叙述正确的是( )
A．第一营养级传递给分解者的总能量是a4B．能量散失a3不能再被生物同化利用C．a1、a2、a3、a6中的能量都以稳定化学能的形式存在D．第一营养级和第二营养级之间能量传递效率是a6÷a2
解析：第一营养级传递给分解者的能量包括a4(第一营养级的残枝败叶)和a7(第二营养级排出的粪便)两部分，A错误；第一营养级散失的能量a3指的是细胞呼吸过程中以热能形式散失的能量，这部分能量是不能再被生物捕获并同化的，B正确；a3是随呼吸作用散失的能量，这部分能量不是以稳定的化学能形式存在，而是以热能形式存在，C错误；两个营养级之间的能量传递效率计算公式：该营养级的同化量/上一营养级的同化量×100%，本题中，第一营养级的同化量是a1(或a2＋a3)，D错误。
2．(2023·山西太原月考)如图为生态系统食物网简图，若E生物种群的总能量为7.1×109 kJ，B生物种群的总能量为2.3×108 kJ。从理论上计算，A储存的总能量最少为( )A．7.1×108 kJ B．4.8×107 kJC．5.95×107 kJ D．2.3×107 kJ
解析：由图可知，D为生产者，要使A获得的能量最少，则必须保证三个条件：一是能量来源途径要最少，二是能量传递效率要最低，三是食物链要最长。故从理论上讲，与A储存的能量最少相关的食物链不可能是D→A，也不可能是D→A、D→E→C→A同时存在，只能是D→E→C→A。为此，E的能量在传给A的途径中，只有确保：①E在传给B时用去的能量最多，②E的总能量减去传给B的后再传给C时传递效率最低，③C在传给A时效率最低，结果才能使A获得的能量最少。所以据此计算得A储存的总能量最少为(7.1×109 kJ－2.3×108 kJ÷10%)×10%×10%＝4.8×107 kJ。
3．如图所示的食物网中，若人的体重增加1 kg，最少需消耗水藻______kg，最多消耗水藻___________________kg。
解析：能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%～20%。求最少消耗水藻量时，应选最短的食物链，即水藻→小鱼→人，能量传递效率按20%计算，设最少消耗水藻量为x，则x×20%×20%＝1，x＝25；求最多消耗水藻量时，应选最长的食物链，即水藻→水蚤→虾→小鱼→大鱼→人，能量传递效率按10%计算，设最多消耗水藻量为y，则y×10%×10%×10%×10%×10%＝1，y＝100 000。
4．某生态系统中存在如图所示的食物网，若将C的食物比例由AB＝11调整为21，能量传递效率按10%计算，则该生态系统能承载C的数量是原来的( )A．1.875倍 B．1.375倍C．1.273倍 D．0.575倍
解析：解题时应该从C出发，设当食物比例为AB＝11时，C的能量为x，需要的A为(1/2)x÷10%＋(1/2)x÷10%÷10%＝55x。设当食物比例为AB＝21时，C的能量为y，需要的A为(2/3)y÷10%＋(1/3)y÷10%÷10%＝40y。由于两种情况下，生产者A的数量是一定的，所以55x＝40y，则y＝1.375x，即该生态系统能承载C的数量是原来的1.375倍。
5．某陆地生态系统中存在如图所示的食物网。请回答问题：(1)若人类获取植食性食物与肉食性食物的比例是11，将此食物结构改为31，能量流动效率按10%计算，则调整后可供养的人口约是调整前的____________(结果精确到小数点后两位)倍。(2)若植物向动物及向人提供的能量比例由11调整为13，能量流动效率按10%计算，则调整后可供养的人口约是调整前的_______(结果精确到小数点后两位)倍。
解析：(1)设将人获取的食物比例由植食性食物肉食性食物＝11调整为31前后传递给人的能量分别为M和N，依题意则有：1/2M÷10%＋1/2M÷(10%×10%)＝3/4N÷10%＋1/4N÷(10%×10%)，解得N/M≈1.69。可见，调整后可供养的人口约是调整前的1.69倍。(2)若植物向动物及向人提供的能量比例由11调整为13，假设植物固定的太阳能总量为X，调整前后传递给人的能量分别为M和N，依题意则有：M＝1/2X×10%＋1/2X×10%×10%，N＝3/4X×10%＋1/4X×10%×10%，解得N/M≈1.41。可见，调整后可供养的人口约是调整前的1.41倍。
6．某地出现了较为严重的自然灾害，如图为在人为干预下恢复过程中的能量流动图(单位：103kJ·m－2·a－1)。(1)由图可知，肉食性动物需补偿输入的能量为______kJ·m－2·a－1，根据图中数据可知，营养级______(填“较高”或“较低”)的生物在这场灾害中受到的影响较大。
(2)流入该生态系统的总能量是________________kJ·m－2·a－1，用于植食性动物自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量是__________kJ·m－2·a－1。(3)在人为干预下，能量在第二营养级与第三营养级之间的传递效率为_______________(保留3位有效数字)。
解析：(1)各营养级之内，所有输入的能量和输出的能量相等。因此植食动物传递给肉食动物的能量就是14＋2－4－9－0.5＝2.5×103(kJ·m－2·a－1)，肉食动物需补偿输入的能量为2.1＋5.1＋0.05＋0.25－2.5＝5×103(kJ·m－2·a－1)。图中营养级越高，需要补偿输入的能量值越大，说明受影响较大。(2)流入该生态系统的总能量为生产者固定的总能量＋补偿输入的能量＝(110＋2＋12＋5)×103＝1.29×105(kJ·m－2·a－1)。第二营养级总能量为16×103 kJ·m－2·a－1，其中呼吸消耗的能量是4×103
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