绿色植物与生物圈中的碳—氧平衡

第2节绿色植物与生物圈中的碳—氧平衡教案
●目标
认知目标
1．归纳出光合作用的概念。举例说明光合作用在农业生产上的应用。
2．认识绿色植物在维持碳—氧平衡方面的重要作用。
能力目标
运用实验法独立设计并完成本章的探究活动。
情感目标
培养不断探究新知识的精神及同学间的合作精神，养成实事求是的科学态度。
●重点
1．进一步探究光合作用的实质。
2．认识绿色植物在维持碳—氧平衡方面的重要作用。
●教学难点
设计检验二氧化碳是否真的是光合作用的原料的实验。
●教学方法
观察、讨论、实验探究法。
●教具准备
1．自制CAI光合作用课件及光合作用与呼吸作用在生物圈中维持碳—氧平衡课件。
2．实验材料用具准备：（1）按演示实验一装置提前两三天（或一周）准备，并每日放在阳光充足的地方，以收集足够的氧气，便于上课使用。
（2）另准备一套和实验一装置完全相同的材料用具，便于上课演示操作步骤及注意事项。
●课时安排
2课时
●教学过程
第一课时
［导入新课］
地球上凡是生物都要呼吸，而凡呼吸，必消耗氧，产生二氧化碳。尤其是现在随着工业的发展和能源的开发利用，大量的燃料的燃烧也会消耗大 量的氧，排出大量的二氧化碳。可我们为什么还没有感觉到缺氧呢？氧从何 来？二氧化碳哪去了？大自然是怎样调节氧和二氧化碳的平衡的？要想破解这个谜，还需要我们进一步了解植物的光合作用。通过引言，创设问题情景，激发学生的求知欲和探究问题的积极性。
［讲授新课］
一、光合作用还产生氧气
师：在第四章中，我们已经知道了绿色植物通过光合作用可以制造有机物——淀粉，那么，绿色植物光合作用的产物只是有机物吗？还有没有其他成分，是什么成分？今天我们继续通过实验来探讨一下。
教师按演示实验操作，并要求学生注意观察实验装置里的金鱼藻，看它在阳光下是否放出了气泡。
生：仔细观察实验，并描述实验现象。
学生1：看到漏斗中的金鱼藻中有一个一个的小气泡产生。
学生2：看到漏斗中有气泡向试管中移动。
师：那么金鱼藻产生的小气泡是什么 成分呢？下边大家接着看实验。
教师取出事先准备好的集有氧气和二氧化碳的两个瓶子，并告诉学生甲瓶为氧气，乙瓶为二氧化碳，然后将快要熄灭的卫生香分别伸入甲、乙两瓶中，让学生观察现象并描述。
生：甲瓶中卫生香复燃，乙瓶中卫生香熄灭。
师：再将罩在金鱼藻上的集有大约1/2以上气体的试管取出来，迅速将快要熄灭的卫生香伸进管中，并要求学生注意观察卫生香的燃烧情况并与甲、乙两瓶中的燃烧情况进行对照比较，并预测金鱼藻在光下通过光合作用可能放出什么气体？
生：卫生香能复燃；与甲瓶中燃烧情况相同，所以金鱼藻在光下通过光合作用放出了氧气。
师：很好。通过实验我们可以得出结论：金鱼藻在光下能够产生氧气，可见，绿色植物进行光合作用的产物除了有机物外，还有氧气。
二、光合作用利用二氧化碳作为原料
师：俗话说：巧妇难为无米之炊。即任何事物都不会凭空产生，也就是说，绿色植物通过光合作用可以产生有机物及氧气，而这有机物和氧气是由什么转化来的呢？下边请大家看大屏幕。
教师展示普利斯特利的著名实验课件：
画面1：单击出现：一个密闭的玻璃罩内放有一支点燃的蜡烛，单击，蜡烛逐渐熄灭。单击出现问题1：蜡烛为什么会熄灭？
生：因为密闭的玻璃罩内缺氧。
画面2：单击出现一 个密闭的玻璃罩内放有一个小白鼠，单击小白鼠渐渐死去。单击出现问题2：小白鼠为什么会死去？
生：缺氧。
画面3：单击出现一个密闭的玻璃罩内放有一盆植物和一支点燃的蜡烛，单击蜡烛不熄灭，植物也能长时间活着。单击出现问题3：蜡烛为什么不熄灭？其燃烧时所需的氧气从哪来？植物为什么也能很好地生长？
生：因为绿色植物光合作用放出了氧气。蜡烛燃烧时要产生二氧化碳，可能为植物所利用。
画面4：单击出现一个密闭的玻璃罩内放有一盆植物和一只小白鼠，小白鼠不死亡，植物也生长良好。单击出现问题4：为什么二者放在一起时，却都能正常地活着，它们之间有什么关系？
生：植物通过光合作用放出的氧可满足小白鼠呼吸作用所需要，而小白鼠呼吸作用产生的二氧化碳可能也满足了绿色植物的需要。
师：很好，那么大家再考虑一个问题：普利斯特利的实验是否总能成功？此实验成功的条件是什么？在普利斯特利之后，也有一些科学家重复了他的实验，但有的并未成功，请你帮他们找找失败的原因。
生：因为绿色植物必须在光下才能进行光合作用，所以此实验成功的条件是必须有光。
师：对，分析得很好，所以每一位科学家做每一项实验都必须有严谨的科学态度和严密的思维。下边我们来总结一下，普利斯特利的实验能得出什么结论？
生：植物能更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊了的空气。同时蜡烛燃烧或动物呼吸排出的二氧化碳又是绿色植物光合作用的原 料。
三、探究实验：二氧化碳是光合作用所必需的原料吗？
师：那么二氧化碳真的是绿色植物光合作用所必需的吗？你能否设计一个实验，来验证一下二氧化碳确实是光合作用所必需的，下面大家自己动手设计一下实验，也可以前后左右互相讨论讨论，实验材料及提示，大家可参考P129探究实验。写出实验设计方案并做到以下三点：①写出所选用的主要实验材料的原因。②写出所选用的实验仪器设备在实验中的作用。③写出每个实验步骤可以说明什么问题。
第二课时
教师组织学生在小组内交流自己的实验设计方案，先进行小组内评议，共同评析小组内各组员的实验设计方案是否严谨、合理，给同学提出自己的建议，也可将自己在设计过程中遇到的疑问提出来，大家共同讨论、解答。教师边巡视，边指导，也可参与到各小组讨论中，适时给予指点与评价。对有创意的给予肯定与表扬，对有明显漏洞与不足的方案给予帮助与指点。最后教师可归纳总结评议结果，也可给学生提供一个简便易行的实验方案，供学生参考。
四、光合作用与生物圈中的碳—氧平衡
师：大家先在 小组内交流一下你们的实验设计方案，选出你们认为较好的、设计较合理的方案，咱们在班上来共同分析一下。
生：小组内交流并选出较好的方案。
师：教师挑选较好的方案，用实物投影将学生的实验设计方案投到大屏幕上。
甲同学：

师：用点燃的蜡烛为绿色植物提供二氧化碳，而且也设计了对照实验，甲中的氢氧化钠可用来吸收二氧化碳，方案可行，但还有一点问题未考虑周全，谁来说一下？
生：要将植物在黑暗处放一昼夜，再移到光下做实验，这样可避免原有叶片中秋景的有机物的干扰。
师：很好，下边咱们再看一个较好的实验设计方案。请乙同学介绍其设计原理。
生：乙同学自己介绍：将甲、乙两套装置（如下图所示）同时放在黑暗处一昼夜，然后一起移到光下，几小时后，检验甲、乙装置里的叶片是不是都有淀粉生成。

师：这个实验方案既设计了对照，也用了提示中的实验材料，还考虑 到了检验的方法及结果，是较好的实验方案。由于时间关系就不一一展示分析了。通过这个实验，我们可以得出结论：二氧化碳是光合作用必需的原料，而且光合作用的原料中还需要水的参与。
五、光合作用与生物圈中的碳—氧平衡
师：通过这几节的学习，我们知道了：光合作用消耗二氧化碳，放出氧，而其他所有的生物包括植物自己都要呼吸，吸进氧呼出二氧化碳，这样大气中的碳—氧如何保持平衡呢？好，下边大家阅读P129~P130的光合作用与生物圈中的碳—氧平衡部分，并在阅读过程中，思考并讨论以下几个问题：
（1）碳—氧平衡会打破吗？在什么情况下会打破？我们应当怎样预防？
（2）联系自己的生活环境，谈谈环境中二氧化碳增多的原理。
（3）二氧化碳增多已经给环境带来了什么影响？
（4）请同学们预测一下，如果环境中的二氧化碳再继续增多，将会使我们的生活环境发生什么变化，对人类有什么影响？
学生自学阅读、讨论回答问题。
学生1：碳—氧平衡会打破，如当 我们大量砍伐森林、破坏植被时就会打破平衡，还有我们大力开发能源如化石燃料的大量燃烧会增加大气中的二氧化碳量，我们应大力开展植树造林、绿化祖国的活动，同时减少能源资料的过度浪费。
学生2：环境中二氧化碳增多会带来一系列的影响，如使全球气候变暖，极地冰川融化，海平面升高，使一些海边城市变为海底世界，动植物也会因气候变暖而变得不适应等。
师：同学们回答得都挺好，大家的知识面还比较宽。我们每一位同学都要积极行动起来，尽自己的一份力，保护好自己的家园。
六、光合作用及其在农业生产上的应用
师：光合作用不仅给我们地球上的所有生物提供了食物，还提供了氧气。可以看出，光合作用是多么伟大的一项生理活动啊，那么就让我们用一个简单的式子来永远记住这一伟大过程吧。
学生抄写光合作用反应式，朗读光合作用的实质。
师：在农业生产上，你能否用你所学的知识来指导农民伯伯们应怎样做才能充分利用光能，提高产量呢？
生：如应注意在种植农作物时，要合理密植。还可以延长光合作用时间，采取一定的方法，提高植物周围的二氧化碳浓度等。
师：很好，下去以后大家还可以想办法，多找资料。接下来我们来共同小结一下这一节课的内容。教师利用多媒体展示课件。
单击：屏幕左上角出现鲜红的太阳，并光芒四射，画面中央是一盆盆栽植物，点击叶片，则放大叶片，点击太阳则出现光线并能沿箭头进入叶片中，点击二氧化碳则进入叶片，叶脉中的水也进入叶片中，二者通过箭头汇聚在一起，单击，则叶片中有淀粉形成，并且有氧气不断地扩散出叶片之外，进入大气中。
［课堂小结］
教师组织学生自行小结，可让不同学习程度的学生分别用自己的语言概述本节课主要内容，教师加以点评、补充与强调，来及时了解教学效果。
［巩固练习］
1．进行光合作用时，植物不需要的外界条件是
A．二氧化碳B．水
C．高温D．光
答案：C
2．植物光合作用的实质是
A．合成有机物，释放能量B．合成有机物，贮存能量
C．分解有机物，贮存能量D．分解有机物，释放能量
答案：B
3．要保证城市居民每天都能得到新鲜氧气，可以采取的措施是
A．多盖高楼，居住在高层B．扩大居住面积
C．美化环境 D．多植草坪多种树
答案：D
4．仙人掌由于叶变成刺，所以不能进行光合作用
答案：×
5．有机物中储存的能量，归根结底来源于太阳光能
答案：√
6．绿色植物生物必需的有机物，可以由根从土壤中吸取
答案：×
7．植物体的所有活细胞都能进行光合作用
答案：×
8．新疆吐鲁番盆地，由于昼夜温差较大，白天光合作用旺盛，晚上呼吸作用微弱，所以种植的瓜果味道特别甜
答案：√
9．植物在光下不进行呼吸作用，因为呼吸作用放出的二氧化碳被光合作用利用了
答案：×
10．1862年，德国科学家沙克斯做过这样的实验：他每天早晨、傍晚、深夜三个时间从同一棵植物上摘下一片叶子，再用打孔器在这三片叶子上各取下同样大小的一块圆片，烘干后称重，结果发现：深夜取下来的叶片最轻，早晨取下来的比较重，傍晚的最重。他又把这三个圆片放入酒精中煮一下，取出后，用水冲洗，加碘液染色，结果发现：深夜的颜色最浅，傍晚的颜色最深。试分析说明早晨、傍晚、深夜出现三种不同结果的原因。
（1）早晨的样品比较重，这说明___________________________________________。
（2）傍晚的样品最重，碘酒处理时蓝色最深，这说明___ _________________________。
（3）深夜的样品最轻，颜色最浅，这表明_______________________________________。
答案：（1）早晨有关，植物进行光合作用大于呼吸作用　
（2）经过一天的光合作用积累有机物，所以最重　
（3）深夜只进行呼吸作用，要消耗有机物
12．下图为呼吸作用实验。

（1）实验要用黑布遮住大烧杯，不让透光，其目的是___________
_____________________________________。
（2）第二天揭开黑布，小烧杯内的石灰水变得________________，说明大烧杯内________________的浓度大大增加。
（3）将燃着的火柴放进大烧杯，火柴立刻__________，说明大烧杯内___________________浓度大大减少。
答案：（1）防止进行光合作用，影响实验结果　（2）浑浊　二氧化碳　（3）熄灭　氧气
●活动与探究
课题：探究二氧化碳是光合作用的原料。
提示：本实验只有一个变量即二氧化碳；氢氧化钠溶液能吸收二氧化碳。
材料用具：玻璃罩、烧杯、氢氧化钠溶液、碘液、植物。

●板书设计
第二节 绿色植物与生物圈的碳—氧平衡
一、光合作用的产物——有机物+氧气
二、光合作用的原料——二氧化碳+水
三、光合作用与生物圈中的碳—]氧平衡
1．碳—氧平衡
2．绿色植物在维持碳—氧平衡方面的作用
3．维持生物圈中碳—氧平衡的措施
（1）寻求国际合作，限制二氧化碳的排放量
（2）植树 造林、种草，发挥绿色植物的作用
四、光合作用及其在农业生产上的 应用
1．光合作用的反应式
二氧化碳+水 有机物+氧气
　　　　　　　　 （储存着能量）
2．光合作用的实质
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，并且释放出氧气。
3．光合作用在农业生产上的应用
合理密植。
●备课资料
一、增加CO2浓度的方法
温室中和露天都可以利用人工的方法增加空气中CO2浓度，使作物增加产量。用人工的方法增加空气中CO2的含量，称为“CO2施肥”。室外一般在土壤中加厩肥、泥炭、混合肥料及无机肥料（如碳酸氢铵既能提供氮素又能提供CO2），依靠微生物的活动使有机物分解，在土壤中产生CO2，分散到大气中。室内常以燃烧碳源物质、用干冰（固体CO2）、喷施CO2气体等方法提高空气中CO2的含量。这种施肥对蔬菜和花卉栽培都有很大的价值。
二、二氧化碳肥料
在讲二氧化碳肥料时，可以用下面的实验来证明二氧化碳能促进植物的生长发育。取两个小花盆，每盆内播种3~5粒小麦种子。等出苗后，分别用两个玻璃罩把它们罩起来，其中在一个小花盆旁边放一只小烧杯，烧杯内放入碳酸氢钠20 g和10%的盐酸80 mL。碳酸氢钠 和盐酸反应生成了二氧化碳。这样，生活在这个玻璃罩下的小麦苗因得到比较丰富的二氧化碳，它就长得比较好。而对照组内，因二氧化碳比较少，相形之下，就长得差。这个实验结果，经过两周后就可以看得很清楚。烧杯内的碳酸氢钠和盐酸，每隔一天就要更换一次，因为这样才可以源源不断地供给丰富的二氧化碳。
三、“气肥”的使用
近年来，随着科学技术的进步与发展，气体化肥正逐渐被人们所接受。光合作用是农作物丰产的核心。农作物生产所需的二氧化碳远远超过空气中的正常含量（约0．032%）。温室大棚内，白天光照增强，光合作用相应加快，消耗的二氧化碳又得不到及时补充，致使光合作用不能正常进行。为了提高产量，对温室大棚补充二氧化碳是非常必要的。温室大棚补充二氧化碳“气肥”的方法较多，常见的有干冰法、发酵法、石灰石与盐酸法、碳酸氢铵与硫酸反应法等，较受欢迎的是碳酸氢铵与硫酸反应法。实践证明，二氧化碳“气肥”的施用，可以显著提高农作物的产量，如水稻抽穗前二氧化碳的体积分数增加到0．09%时，其产量将增加30%。
四、光合作用的副产物
按光合作用简单的反应式（6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2），其过程中产生氧气，并扩散至大气中。我们称氧气为副产品，因为氧气是制造淀粉时附带产生的。地球大气中存有的氧气绝大多数是通过绿色植物的光合作用产生的，这些氧气除了满足绿色植物 利用外，也满足其他生物生命活动的需要。
将植物沉浸于水内，并在日光中照射，则绿色植物进行光合作用时所产生的气体形成气泡上升。淡水中的丝状藻类经过日光照射后，因气泡的聚集可使藻体浮至水面。如以一玻璃漏斗覆于水中的藻类或水生的植物上，使漏斗颈中充满水，继续将其颈封闭可收集植物所放出的气体，待气体收集至相当容量时，开启其封闭的颈，以燃烧的木片试之，则木片燃烧旺盛，这证明其气体中含有大量的氧气。

五、生物圈中的碳—氧平衡
植物通过光合作用从大气中吸收碳的速率，与通过动植物的呼吸和微生物的分解作用将碳释放到大气中的速率大体相等，因此，大气中二氧化碳的含量在受到人类活动干扰以前是相当稳定的。
六、温室效应
二氧化碳是影响地球能量平衡的一个重要方面。能量主要以光的形式到达地球，其中大部分被吸收，并通过各种方式转化为热量，热量最后以红外（热）辐射形式从地球再辐射出去。在大气层中，二氧化碳对光辐射没有阻碍，但是能吸收红外线并阻挡红外线通过，就像温室的玻璃顶罩一样，能量进来容易出去难。大气中的二氧化碳越多，对地球上热量逸散到外层空间的阻碍作用就越大，从而使地球温度升高得越快，这种现象叫做温室效应。
科学家预测，今后大气中二氧化碳每增加1倍，全球平均气温将上升1．5℃~4．5℃，而两极地区的气温升幅要比平均值高3倍左右。因此，气温升高不可避免地使极地冰层部分融解，引起海平面上升。海平面上升对人类社会的影响是十分严重的。如果海平面升高1 m，直接受影响的土地约5×106 km2，人口约10亿，耕地约占世界耕地总量的1/3。如果考虑到特大风暴潮和盐水侵入，沿海海拔5 m以下地区都将受到影响，这些地区的人口和粮食产量约占世界的1/2。一部分沿海城市可能要迁入内地，大部分沿海平原将发生盐渍化或沼泽化，不适于粮食生产。同时，对江河中下游地带也将造成灾害。当海水入侵后，会造成江水水位抬高，泥沙淤积加速，洪水威胁加剧，使江河下游的环境急剧恶化。温室效应和全球气候变暖已经引起了世界各国的普遍关注，目前正在推进制订国际气候变化公约，减少二氧化碳的排放已经成为大势所趋。
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