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第五章绿色植物与生物圈中的碳一氧平衡本章综合解说本章内容概览本章首先通过科学实验，说明了光合作用能吸收氧气，释放二氧化碳，并与第四章的知识整合，形成了关于光合作用全过程的完整介绍：光合作用是以水和二氧化碳为原料合成有机物，储存能量，并释放氧气的过程。为培养科学实验创新能力，首先让同学们自己设计一个实验来验证“二氧化碳是光合作用的原料”，然后安排演示实验验证光合作用的产物之一——氧气，还介绍了光合作用原理在农业生产上的应用。教材以多个演示实验证明了植物的呼吸作用是吸收氧气、放出二氧化碳、分解有机物、释放能量的过程；然后根据演示实验的结论归纳总结呼吸作用的概念和反应式，并且指出呼吸作用是生物的共同特征。最后说明了绿色植物在维持生物圈碳一氧平衡中的作用。重点难点提示重点：（1）光合作用的概念。（2）呼吸作用的过程。难点：（l）运用实验的方法独立设计并完成探究活动“二氧化碳是光合作用必需的原料吗？”（2）呼吸作用的实质——分解有机物、释放能量。本章学法点津（1）实验探究法是学好本章的重要方法，本章安排一系列实验就是希望同学们通过参与实践，理解和感悟光合作用消耗二氧化碳、释放氧气和呼吸作用分解有机物、释放能量的现象，而不是生硬地记忆这些知识。因此在学习过程中我们要主动学习，自主探究，注意对问题的观察、分析、推理和归纳，对于难度较大的问题，要注意与其他同学进行讨论，总结方法，举一反三。（2）要根据有关的实验，归纳出光合作用和呼吸作用的概念和反应式，认识光合作用在维持生物圈碳一氧平衡中的重要作用，并结合生活实践，认识光合作用和呼吸作用原理在农业生产上的应用。第一节光合作用吸收二氧化碳释放氧气教材预习全解趣味情景导入在生活中，各种生物的呼吸和燃料的燃烧在时时刻刻消耗着大气中的氧气，同时排出大量的二氧化碳，那么大气中的氧气会不会越来越少，二氧化碳会不会越来越多呢？学习目标导航1．阐明光合作用的概念。2．运用实验的方法独立设计并完成探究活动“二氧化碳是光合作用必需的原料吗？”3．举例说出光合作用原理在农业生产上的应用。相关知识链接1．通过“绿叶在光下制造有机物”的实验，我们知道，光是绿色植物进行光合作用必不可少的条件，植物通过光合作用制造了有机物（淀粉）。2．光合作用的场所是叶绿体。由于叶肉细胞中含有大量的叶绿体，因此植物进行光合作用的主要器官是叶。教材内容全解想一想，议一议（见教材第121页）海尔蒙特忽略了空气的作用。知识点一光合作用利用二氧化碳作为原料1．普利斯特利的实验（教材第122页图3-33全解）1773年，英国科学家普利斯特利做了一个有关光合作用的经典实验。（1）实验过程①把一支点燃的蜡烛放到密闭的玻璃罩里，蜡烛不久就熄灭了。②把一只小白鼠放到密闭的玻璃罩里，小白鼠很快也死去了。③把一盆植物和一支点燃的蜡烛一同放到一个密闭的玻璃罩里，结果蜡烛没有熄灭。④把一盆植物和一只小白鼠一同放到—个密闭的玻璃罩里，结果小白鼠能够正常地活着。注意这些实验都是在有光照的条件下进行的，否则实验不能成功。（2）结论普利斯特利通过实验得出了结论：植物能够更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊了的空气。2．其它科学家的实验继普利斯特利以后，又有许多科学家做了许多有关光合作用的实验，一些科学实验证明，蜡烛燃烧或动物呼吸都会排出二氧化碳，消耗氧气，而植物的光合作用能够释放氧气，消耗二氧化碳。除水以外，二氧化碳也是绿色植物光合作用的原料。3．教材第122页“探究”全解（二氧化碳是光合作用必需的原料吗？）（重点、难点）这是一个要求独立设计完成的探究实验，要根据探究实验的步骤、应注意的一些问题以及探究的实际情况，对探究全过程进行设计。特别是设计对照实验时，变量的选择要和探究的问题相联系。设计探究过程时要和其他同学进行讨论和交流，互相取长补短。遇到难以解决的问题，要向老师请教。下面的探究过程仅供参考。（1）提出问题：二氧化碳是光合作用必需的原料吗？（2）作出假设：二氧化碳是光合作用必需的原料。（3）制定和实施计划：①取如图所示的甲、乙两套装置，在小烧杯中各放上一株同样的植物，甲装置的水槽中盛有氢氧化钠溶液（氢氧化钠溶液能吸收空气中的二氧化碳），乙装置的水槽中盛有清水。②把它们同时放在黑暗处一昼夜，然后一起移到光下。③几小时后，各取甲、乙装置中的一个叶片，分别编号为A、B，放在酒精中隔水加热，脱去叶绿素，然后用清水冲洗。④在A、B叶片上各滴上两滴碘液。稍等片刻，用清水冲掉碘液。注意观察有什么现象产生。⑤预期结果：A叶片不变蓝，B叶片变蓝。⑥分析实验现象：因为淀粉遇碘变蓝，则甲装置的叶片中没有产生淀粉，而乙装置的叶片中产生了淀粉。甲、乙两装置的唯一区别是甲装置的水槽中是氢氧化钠溶液，乙装置的水槽中是清水，氢氧化钠溶液将甲装置内的二氧化碳全吸收了。这一实验说明，二氧化碳是光合作用的原料。（4）结论：二氧化碳是光合作用必需的原料。注意本实验的变量是二氧化碳，而不是氢氧化钠溶液。讨论（见教材第123页）1．如果实验结果与假设不一致，应仔细分析原因，重新设计实验方案，并通过实验重新检验假设。2、3．根据自己和其他同学的实际情况进行讨论、交流。例1（2014•广东揭阳）将一株绿色植物在黑暗处放置24小时，选择一片绿叶，把主叶脉剪断（如图所示），然后将该植物放在阳光下照射2～4小时，发现B区不能正常制造淀粉，原因是B区叶片缺少（）A．叶绿素B．光C．二氧化碳D．水【答案】D【解析】叶脉中有导管，能运输水分和无机盐，把主叶脉剪断后，B区得不到水分，光合作用因缺少水分而无法进行，就无法产生淀粉。故选择D选项。知识点二光合作用还能产生氧气1．教材第123页“演示实验”全解取一个大烧杯，注入清水，里面放上金鱼藻，在金鱼藻上罩上一个透明玻璃漏斗（注意烧杯内的水面要高出漏斗柄），在漏斗上面接一支试管。然后将这一装置放在阳光下，大约半小时后，会看到金鱼藻上冒出许多气泡。待试管中的气体充满试管容积的1/2左右时将试管取出，将快要熄灭的卫生香（或竹签）迅速插入试管口内，我们发现，快要熄灭的卫生香（或竹签）立刻猛烈地燃烧起来。讨论（见教材第123页）光合作用产生了氧气。因为金鱼藻在光下放出的气体可以促进燃烧，氧气有助燃作用，由此可以推断，绿色植物通过光合作用产生了氧气。2．光合作用产生了氧气（重点）氧气是一种助燃剂。快要熄灭的卫生香（或竹签）遇到金鱼藻在光下释放出的气体，立刻燃烧起来，说明金鱼藻在光下产生了氧气，同时说明氧气是光合作用的产物。例2用金鱼藻和相关仪器进行如图所示实验，请回答问题。（1）将乙装置放在阳光下照射一段时间后，玻璃管中收集的气体可以助燃，这说明光合作用的产物除淀粉等有机物外，还有_________。（2）若将乙装置用透明钟罩罩住，并向其中放入一个盛有氢氧化钠溶液的烧杯，发现气泡的产生逐渐变少，甚至停止，原因是钟罩内缺少_________；除此之外，光合作用的原料还有_________。（3）甲装置内无气泡产生，这说明_________是光合作用所必需的条件。【答案】（1）氧气（2）二氧化碳水（3）光【解析】（1）光合作用的产物之一是氧气，氧气有助燃作用。（2）氢氧化钠溶液能吸收装置内的二氧化碳，导致金鱼藻因缺少二氧化碳而无法进行光合作用。光合作用除需要二氧化碳外，还需要水作为原料。（3）甲装置遮光，金鱼藻无法进行光合作用，说明光是光合作用所必需的条件。3．光合作用的反应式和概念（l）根据前面学习的有关光合作用的实验现象及结论，我们可以归纳出光合作用的反应式为：光能叶绿体二氧化碳水有机物储存着能量氧气（2）概念：植物的光合作用实质上是绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物（如淀粉），并且释放出氧气的过程（如图）。注意①光合作用反应式的书写中用“→”而不用“=”。②光合作用只有在光的条件下才能进行。③光照最强时光合作用并不是最强的，如夏天中午光照强度最强时，部分气孔关闭，以减少水分的散失，但同时光合作用的强度也会受到影响而降低。④要验证植物光合作用需要水，常用切断叶片主脉的方法；要验证光合作用的场所是叶绿体，常用银边天竺葵或黄斑叶来进行实验。规律总结光合作用：①原料：二氧化碳和水。②产物：有机物和氧气。③条件：光照。④场所：叶绿体。⑤物质转化：合成简单无机物复杂有机物。⑥能量转化：转化储存光能有机物中化学能。⑦实质：合成有机物、储存能量。例3（2015•黑龙江齐齐哈尔）绿色植物进行光合作用的实质是（）A．制造有机物，释放能量B．制造有机物，储存能量C．分解有机物，释放能量D．分解有机物，储存能量【答案】B【解析】绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水等无机物转化成储存能量的有机物，可见其实质是制造有机物，并储存能量。故选择B选项。知识点三光合作用原理在农业生产上的应用在农业生产上，为了更好地促进作物的生长以获得高产，根据光合作用的原理，要保证作物有效地进行光合作用的各种条件。1．充分利用光照（1）合理密植合理密植既充分利用了单位面积上的光照而避免浪费，又不至于让叶片相互遮挡，影响光合作用。（2）立体种植（间作套种）立体种植就是把两种或两种以上的作物，在空间和时间上进行最优化组合，以达到增产、增收、延长供应的目的。2．增加二氧化碳的浓度二氧化碳是植物进行光合作用的原料，空气中二氧化碳的浓度一般是0．03%。当空气中二氧化碳的浓度为0．1%时，农作物的光合作用就会显著增强，产量有较大的提高。在温室中，增加二氧化碳浓度的方法有很多。例如，增施有机肥料（农家肥），利用微生物分解有机物放出二氧化碳；喷施储存在钢瓶中的二氧化碳；用化学方法产生二氧化碳等。3．其它方面植物光合作用受诸多因素的影响，最大限度地满足农作物进行光合作用时对水、无机盐、温度等的需求，农业生产就能获得丰收。例4（2014•湖南株洲）下列措施中，与利用光合作用原理提高农作物产量无关的做法是（）A．合理密植B．增加二氧化碳浓度C．降低夜间温度，减少有机物的消耗D．种植大棚蔬菜，阴天开灯增加光照【答案】C【解析】光是光合作用的必要条件，合理密植可以充分利用光，提高光合作用效率；二氧化碳是光合作用的原料，被称为“空中肥料”，增加二氧化碳浓度，可以提高光合作用效率；大棚内开灯，可以弥补自然光的不足，利于光合作用进行；光合作用的实质是合成有机物，储存能量，故C项符合题意。故选择C选项。知识点四教材第125页“技能训练”全解（分析实验结果）在科学实验和调查过程中，通过观察、测量等方法常常收集到大量数据。对这些数据运用数学知识加以整理、分析、归纳，可以得出结论，发现其中的规律，从而提出看法或建议，写出实验研究报告或调查报告，以揭示事物的内在规律，有助于观察后推论的形成。注意分析实验结果和假设之间的关系，假若结果和假设不一致，应重新假设后进行实验。金鱼藻在光照下进行光合作用，产生了氧气，在试管中就出现了气泡。根据实验过程中的记录数据认真分析，由实验现象人手分析出现这种现象的原因，从而得出正确的结论。（l）从表中数据可以看出，金鱼藻和光源距离的远近与其产生的气泡数目成反比，金鱼藻离光源越近，产生的气泡越多。因为气泡中的气体是金鱼藻进行光合作用产生的，气泡越多，说明光合作用越强，因此可以得出结论：光照越强，光合作用也就越强。（2）如果将试管放在黑暗处，试管中将没有气泡出现，这是因为金鱼藻在黑暗处无法进行光合作用。例5（2015•山东烟台）如图是某生物兴趣小组用金鱼藻设计的实验装置，观察在不同距离灯光照射下，试管内产生的气泡数目，得到的数据如下：试管与灯的距离（厘米）5101520253035每分钟产生的气泡数（个）61554232252119根据表中数据不能得出的结论是（）A．植物离光源越近产生的气泡数目越多B．植物与光源的距离与产生的气泡数呈负相关C．光照越强，植物的光合作用越强D．光照时间越长，植物的光合作用越强【答案】D【解析】根据表中数据可知，试管距离灯越近，金鱼藻产生的氧气（气泡）越多，A项正确。光合作用受光照强度的影响：试管与灯的距离越大，光照越