2020届高考生物难点及易错题精讲精练
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专题10  能量流动的过程分析及计算
【难点精讲】
一、能量流动的过程分析
例题：(2019·内蒙古赤峰二中第三次月考)生态系统中存在食物链“马尾松→松毛虫→杜鹃”，如图表示松毛虫摄入能量的流动方向，下列叙述正确的是(  )
A．该食物链中的生物在数量上呈正金字塔模型
B．松毛虫和杜鹃之间的能量传递效率可用E/A×100%表示
C．由松毛虫流入分解者的能量可用C＋D＋F表示
D．若迁走全部杜鹃，松毛虫的种数量将呈“J”型增长
【答案】　B
【解析】　该食物链中的生物在能量上呈正金字塔形，而数量上松毛虫的数量多于马尾松，不呈现正金字塔形；松毛虫的同化量是A，杜鹃的同化量是E，能量传递效率可用 E/A×100%表示；由松毛虫流入分解者的能量可用D＋F表示，C表示松毛虫粪便量，属于马尾松的能量；若迁走全部杜鹃，但由于资源和空间是有限的，松毛虫的种数量增长将呈现“S”型曲线。
【难点突破】
不同营养级能量流动示意图
构建能量流动过程模型
方法一：
说明:两个等量关系：同化量（b）＝呼吸作用消耗量（d）＋用于生长发育和繁殖的能量（e）；摄入量（a）＝同化量（b）＋粪便量（c）
方法二：
说明:三个去向（不定时分析）：同化量＝呼吸作用消耗量＋分解者分解量＋下一营养级的同化量（最高营养级除外）
方法三：
说明:四个去向（定时分析）：同化量＝自身呼吸作用消耗量（A）＋未利用（B）＋分解者的分解量（C）＋下一营养级的同化量（D）（最高营养级除外）
变式训练1：（2019·山西实验中学质量监测）某同学绘制了如下图所示的能量流动图解（其中W1为生产者固定的太阳能），下列叙述中错误的是（  ）
A.生产者固定的总能量可表示为（A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2）
B.由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为（D1/W1）×100%
C.流入初级消费者的能量为（A2＋B2＋C2＋D2）
D.图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减
【答案】　A
【解析】　生产者固定的总能量为W1＝（A1＋B18月23日是什么日子＋C1＋D1），而D1＝A2＋B2＋C2＋D2，是从第一营养级流入下一营养级的能量，因此生产者固定的总能量可表示为（A1＋B1盛夏未来插曲＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2），A错误；由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为（D1/W1）×100%或[D1/（A1＋B1＋C1＋D1]×100%，B正确；流入初级消费者的能量为D1＝（A2＋B2＋C2＋D2），C正确；图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减，D正确。
变式训练2：下图1为某湖泊生态系统的能量金字塔简图，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同
的营养级，M1、M2代表不同的能量形式；图2表示能量流经该生态系统某一营养级的流动途径示意图，其中a～g表示能量值。请据图作答：
(1)图1中，M2表示的能量形式为__________________。通常情况下，位于营养级Ⅳ的生物个体数量一般远远少于营养级Ⅲ，主要原因是_______________________________________。
(2)图2中，若A表示图1中营养级Ⅱ所摄入的全部能量，则B表示________________________，C表示_________________________________________________________________________。
(3)图2中有两处不同的能量散失途径，其中E处散失的能量是通过________________实现的。
【答案】　(1)热能(或通过呼吸作用散失的热量)　在食物链中能量传递逐级递减，Ⅳ的营养级最高，可利用的能量最少　(2)Ⅱ所同化的能量　左倾Ⅱ用于生长、发育和繁殖的能量　(3)分解者的分解作用
【解析】　(1)M1是输入到生态系统中的总能量，是太阳能。M2是生态系统散失的能量，是热能。在能量传递中由于大量能量以热能的形式散失，故最高营养级获得的能量最少，位于营养级Ⅳ的生物个体数量一般远远少于营养级Ⅲ。(2)图2中，若A表示图1中营养级Ⅱ所摄入的全部能量，摄入的能量中有一部分(c)未被同化，B表示被同化的能量，同化的能量去掉呼吸散失的，即是用于生长、发育和繁殖的能量(C)。(3)图2中E处散失的能量是通过分解者的分解作用实现的。
二、能量流动传递效率的计算
例题：下表是对某水生生态系统营养级和能量流动情况的调查结果，表中A、B、C、D分别表示不同的营养级，E为分解者。Pg表示生物同化作用固定能量的总量，Pn表示生物体储存的能量(Pn＝Pg－R)，R表示生物呼吸消耗的能量。
单位：102 kJ/(m2·a)
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Pg
Pn
R
A
15.9
2.8
13.1
B
870.7
369.4
501.3
C
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0.9
0.3
0.6
D
141
61.9
79.1
E
211.5
20.1
191.4
回答下列问题：
(1)能量流动是从A、B、C、D中的哪个营养级开始的？__________。判断依据是____________________________________________。
(2)该生态系统中能量从第三营养级传递到第四营养级的效率约为__________。
(3)从能量输入和输出角度看，该生态系统的总能量是否增加？__________(填“是”或“否”)，原因是________________________________________________________________。
【答案】　(1)B　B营养级含能量最多，B为生产者  (2)5.7%　(3)是　该生态系统输入的总能量大于所有生物消耗的能量之和
【解析】　首先根据表格、题干分析可知，B营养级固定的能量最多，故B为生产者，又因为E为分解者，所以食物链为B→D→A→C，再根据公式②计算从第三营养级到第四营养级的传递效率是0.9/15.9×100%≈5.7%。输入的总能量即为生产者固定的总能量＝870.7，输出的总能量＝所有生物呼吸消耗的能量之和＝13.1＋501.3＋0.6＋79.1＋191.4＝785.5，因为870.7＞785.5，所以生态系统输入的总能量大于所有生物消耗的能量之和，即该生态系统的总能量增加了。
【难点突破】
计算能量传递效率
(1)生态系统的总能量＝生产者固定的全部太阳能＝第一营养级的同化量。
(2)能量传递效率＝×100%。
特别注意：必须是两个营养级的同化量之比。
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%
变式训练1：如图是以种植玉米为主的某农田生态系统整个生长季节能量流动示意图，数值单位为kJ/cm2，输入该农田生态系统的总能量________(填“小于”“等于”或“大于”)玉米固定的太阳能总量。已知图中生产者同化的能量有160 kJ/cm2未被利用，由此可知，生产者用于生长、发育和繁殖的能量有__________ kJ/cm2，由初级消费者到次级消费者的能量传递效率为________。
【答案】　大于　460　10%
【解析】　生态系统的总能量为生产者固定的太阳能总量，该生态系统中生产者不止有玉米，还有其他的绿植物，因此输入该农田生态系统的总能量大于玉米所固定的太阳能总量。已知图中生产者同化的能量尚有160 kJ/cm2未被利用，由此可知，生产者用于生长、发育和繁殖的能量有160＋200＋100＝460 kJ/cm2，由初级消费者到次级消费者的能量传递效率为20/200×100%＝10%。
变式训练2：如图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值(单位为103 kJ·m－2·a－1)。顶位肉食动物从上一营养级获得的能量为0.25，则肉食动物从上一营养级获得的能量为________；能量从该生态系统的第二营养级到第三营养级的传递效率约为________。第一营养级到第二营养级的传递效率约为________。
【答案】　2.5　15.6%　12.7%
【解析】(1)因顶位肉食动物从上一营养级获得的能量为0.25(103 kJ·m－2·a－1)，流入肉食动物的总能量＝0.25＋0.05＋5.1＋2.1＝7.5(103 kJ·m－2·a－1)，又因为有机物输入为5(103 kJ·m－2·a－1)，则肉食动物从上一营养级获得的能量为7.5－5＝2.5(103 kJ·m－2·a－1)。