第五节 系统的稳定
第三章 第5节 生态系统的稳定性
下列关于生态系统稳定性的叙述,正确的是( A )。 A.负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础 B.自我调节能力越强的生态系统其恢复力稳定性往往就越高 C.不同生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性基本相同 D.提高生态系统稳定性,就是要禁止对生态系统的干扰和利用
某湖泊中发生了下图所示的变化,则以下选项中叙述错误的是(B )。
2.生态系统自我调节能力的大小与生态系统的稳定性之间有怎样的关系?
【提示】生态系统的组分越多,食物网(营养结构)越复杂,生态系统的自我调节 能力就越强,生态系统的抵抗力稳定性就越高,反之亦然。
3.为什么说负反馈调节是生态系统具备自我调节能力的基础?
【提示】负反馈调节能够抑制或减弱外界干扰对生态系统产生的影响,利于生态 系统达到并保持相对稳定。
(1)水乡人在河流中淘米洗菜、洗澡洗衣,河水能通过物理沉降、化学分解和微生 物的分解,很快消除污染,像这样生态系统能在受到干扰时,通过 自我调节 、 自我修复而抵抗变化、保持平衡状态,这就是生态系统的相对稳定性。
(2)像苏州水乡的河水那样,生态系统抵抗干扰和维持自身的结构和功能不受破坏 的能力,叫作 抵抗力 稳定性。
3.生态系统抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系
(1)图中两条虚线之间的部分表示生态系统功能正常的作用范围。
(2)y表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小,偏离的大小可以作为抵
抗力稳定性的定量指标,偏离大说明抵抗力稳定性低;反之,抵抗力稳定性 高。
(3)x可以表示恢复到原状态所需的时间,x越大,表示恢复力稳定性越低;
4.许多同学都设计制作过小生态缸,评价其设计制作水平的主要标准是(A )。 A.生态系统维持时间的长短 B.生态系统营养结构的复杂程度 C.生态系统有机物积累的速度 D.生态系统的成分是否全面
线性系统的稳定性分析
将 0.2,n 86.6代入特征方程得
s3 34.6s2 7500s 7500K 0
由特征方程列劳斯表
s3
1
7500
s2 34.6
s1 346 7500 7500K
34.6
s0 7500K
7500K
要使系统稳定,必须满足
7500K 0
解不等式得
34.6 7500 7500K 0 34.6
3.线性定常系统稳定的充分必要条件:闭环 系统特征方程的所有根都具有负实部。这个 结论好像也不新鲜。有意义吗?
二、劳斯稳定判据
由以上讨论可知:判稳先求根。但是, 对高阶系统,在求根时将会遇到较大的困 难。人们希望寻求一种不需要求根而能判 别系统稳定性的间接方法,例如:直接用系 数就可以判断系统的稳定性。而劳斯判据 就是其中的一种。
号(正值)时,则系统是稳定的,否则系统是 不稳定的。且不稳定根的个数等于劳斯表中第 一列系数符号改变的次数。
注意:a0>0
例1:已知系统的特征方程如下,试用劳斯判据分析系统的稳定性。
s5 6s4 14s3 17s2 10s 2 0
解 列劳斯表 s5
1
14
10
s4
6
17
2
s3
6 14 117 67
2.物理意义上的稳定概念
A'
Af
f A
图a 摆运动示意图 (稳定系统)
图b 不稳定系统
d c
f A
图c 小范围稳定系统
3.数学意义上的稳定概念
根据上述稳定性的定义,可以用 (t) 函数作 为扰动来讨论系统的稳定性。
设线性定常系统在初始条件为零时,输入一 个理想单位脉冲 , (这t) 相当于系统在零平衡状态 下,受到一个扰动信号的作用,如果当t趋于∞ 时,系统的输出响应c(t)收敛到原来的零平衡状 态,即
第五章第五节 生态系统的稳定性
恢复力稳定性高的生态系统特征:
① 生物种类较少,物种扩张受到的制约较小。
恢复力强
恢复力弱
恢复力稳定性高的生态系统特征:
②、生物个体小,繁殖快。能以休眠方式渡 过不利时期或产生适应新环境的变异。
6、在草原上人工种草,为了防止鸟把草籽吃掉, 用网把试验区罩上,后来发现,草的叶子几乎被 虫吃光,而没加网罩的草地反而长得较好。造成 这种现象的原因是( C ) A.植被破坏 B.环境污染 C.食物链被破坏 D.缺水干旱 7、生态系统能够保持稳定的原因主要是( A.相对稳定的物质循环 B.缺水干旱 C.自动调节能力 D.食物链被破坏
丁 甲 乙 丙 甲 乙
丙
甲 乙 丁
丙 甲
丁
乙 丁 丙
A
B
C
D
6、某生态学家以“保护和利用草原生态系统”为课题, 对某草原进行了几项专题研究,并绘制了如下两图。其 中:甲图表示一个鼠群迁入一个新的生态系统后的种群 增长曲线;乙图表示单位面积的放牧量与生产者的净生 产量的关系,图中的虚线代表未放牧时,草原中生产者 的净生产量,请据图分析并回答下列问题:
负反馈调节 兔与植物的关系
兔的数量增加 兔吃大量植物 兔因饥饿死亡
兔吃少量植物 植物减少
兔的食物增加
植物增加
结果:抑制或减弱了最初发生的变化,使 生态系统达到或保持稳定。 范围:生物群落内部、 生物群落与无机环境之间
正反馈
生态系统中某一成分 的变化所引起的其它 一系列的变化,反过 来加速最初发生变化 的成分所发生的变化。
恢复力强
恢复力较弱
3、抵抗力稳定性与恢复力稳定性的关系
人教版高中生物必修3第5节 生态系统的稳定性教案
班级某某学号[学习目标]1阐明生态系统的自我调节能力。
2举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性。
3阐述提高生态系统稳定性的措施4设计并制作生态缸,观察其稳定性5认同生态系统稳定性的重要性,关注人类活动对生态系统稳定性的影响。
[学习重点]阐明生态系统的自我调节能力。
[学习难点]抵抗力稳定性和恢复力稳定性的概念。
问题探讨:见课本P109为什么森林、草原和苔原这些生态系统在受到干扰后,仍能保持相对稳定呢?[自主探究]一.生态系统的稳定性的概念生态系统具有的自身结构和功能的能力,叫做生态系统的稳定性二.生态系统的自我调节能力生态系统之所以能维持相对稳定,是由于生态系统具有。
1实例:①河流:河流受到轻度污染时,可通过、和很快消除污染,河流中生物种类与数量受到严重影响。
②森林:当害虫数量增加时,食虫鸟由于食物丰富,,这样害虫种群数量就会受到抑制。
2.自我调节有正反馈和负反馈调节。
其中,在生态系统中普遍存在,它是生态系统自我调节能力的基础。
3. 生态系统的自我调节能力是。
当超过了生态系统的自我调节能力,生态系统也就难以恢复了。
三.抵抗力稳定性和恢复力稳定性生态系统的稳定性包括两个方面:一方面是。
另一方面是。
(一)抵抗力稳定性1.概念:生态系统抵抗外界干扰并使自身结构功能的能力。
2.核心是:“抵抗干扰,保持原状〞3.影响因素:一般来说,生态系统的组分越多,食物网越复杂,其自我调节能力就越强,抵抗力稳定性就越高。
〔二〕恢复力稳定性1.概念:生态系统受到外界干扰使自身结构功能破坏后的能力。
2.核心:“遭到破坏,恢复原状〞3.影响因素:生态系统的特征;外界干扰的特征和强度;环境条件等〔三)抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关系一般来说,抵抗力稳定性和恢复力稳定性呈相反关系。
但这一看法并不完全合理。
如果对一个生态系统的两个方面进行说明,那么必须强调它们所处的环境条件。
环境条件好,恢复力稳定性较高,反之亦然。
〖例1〗比较两种生态系统两个方面的稳定性:苔原生态系统:抵抗力稳定性;恢复力稳定性。
_高中生物第五章生态系统及其稳定性第5节生态系统的稳定性四作业含解析新人教版必修
第5节生态系统的稳定性基础巩固1.下图为某一生态系统稳定性图解,对此理解不正确的是( )。
A.a为抵抗力稳定性,b为恢复力稳定性B.a为恢复力稳定性,b为抵抗力稳定性C.恢复力稳定性与营养结构复杂程度呈相反关系D.抵抗力稳定性与恢复力稳定性呈相反关系答案 B解析生物种类越多、营养结构越复杂,抵抗力稳定性就越强,恢复力稳定性就越弱。
因此,一般情况下恢复力稳定性与营养结构复杂程度呈负相关,且一般情况下,抵抗力稳定性与恢复力稳定性呈相反关系。
2.下列关于生态系统的叙述,正确的是( )。
A.草原生态系统因物种单一,其恢复力稳定性差B.发菜没有叶绿体,在生态系统中不属于第一营养级C.生态系统的自我调节能力越强,意味着其营养结构越复杂D.我国南方热带雨林中分解者的代谢活动比北方森林中的弱答案 C解析营养结构越简单,恢复力稳定性越强;发菜没有叶绿体,但可以进行光合作用,在生态系统中属于第一营养级,生态系统的自我调节能力越强,意味着其营养结构越复杂,我国南方热带雨林中分解者的代谢活动比北方森林中的强,所以C选项正确。
3.下列不属于生态系统为维持稳态而进行的负反馈调节的是( )。
A.生物种群密度的调控B.异种生物种群之间的数量调控C.生物群落与无机环境之间的相互调控D.受到污染的湖泊,死亡腐烂的鱼对湖泊生态系统的影响答案 D解析生态系统为维持自身稳态而进行的负反馈调节可表现为生物种群密度的调控、异种生物种群之间的数量调控以及生物群落与无机环境之间的相互调控等。
D选项表现为正反馈调节,最终会破坏湖泊生态系统的稳定性。
巩固提升4.下列关于生态系统稳定性的叙述,错误的是( )。
A.在一块牧草地上播种杂草形成杂草地后,其抵抗力稳定性提高B.在一块牧草地上通过管理提高某种牧草的产量后,其抵抗力稳定性提高C.在一块牧草地上栽种乔木形成树林后,其恢复力稳定性下降D.一块弃耕后的牧草地上形成灌木林后,其抵抗力稳定性提高答案 B解析生态系统的稳定性包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性。
第五章第五节生态系统的稳定性
生物圈Ⅱ号的启示
人类应保持对自然的敬畏,不 满300万岁的人类想对45亿高龄的 地球指手划脚当家作主,为时尚早 。人类要避免对自然环境的种种自 作聪明,否则,人们很可能不会再 有下一个五千年文明。
第五节生态系统稳定性
少量砍伐森林中的树木,森林的 结构功能不会破坏。
草原上适量放养牲畜,草原不至 于破坏。
பைடு நூலகம்
丙
7、如图是某温带草原生态系统中一个食物网简图。请据图 回答: (1)在生态系统稳定性方面,该生态系统 恢复力稳定性 _____________ 比森林生态系统要强。 捕食、竞争 (3)猫头鹰和蛇的关系属于 _________。该生态系统成分 中未表示的成分有 非生物物质和能量、分解者 。
8.根据下列材料,回答问题: 材料一 红树林是生长在热带、亚热带海岸潮间带 特有的植被,具有丰富的动植物资源。广东是我国红树 林资源最丰富的省份之一,其中雷州半岛和深圳湾的红 树林分布区被列为国家级红树林自然保护区,红树林的 保护和发展也被列为广东建设林业生态省的八大工程之 一。 材料二 2004年12月,印度洋地震引起的海啸导致 死亡十多万人,几百万人无家可归。但因为有茂密的红 树林,印度泰米尔纳德邦一个渔村里的172户人家在这次 海啸中幸免遇难。
课题:设计并制作生态缸,观察其稳定性
阅读后思考:在制作生态缸时,有哪些制作要求?
课题:设计并制作生态缸,观察其稳定性
设计要求 相关分析 小生态瓶中所形成的生态系统, 防止外界生物或非生物因素的 必须是封闭的 干扰 投放的生物,必须具有很强的生 要能够进行物质循环和能量流 活力,成分齐全。 动,以免破坏食物链。 让里面的植物见光,又便于学生 小生态瓶必须是透明的 进行观察。 生态瓶宜小不宜大,瓶中的水 便于操作;缸内储备一定量的 量应为容器的4/5。 空气
新教材高中生物第3章生态系统及其稳定性第5节生态系统的稳定性课件新人教版选择性必修2
2.一个生态系统的平衡遭到破坏,合理的解释是( ) A.这个生态系统没有自我调节能力 B.这个生态系统的自我调节能力一定很弱 C.这个生态系统的动植物种类一定很少 D.外界干扰因素的强度超过了这个生态系统的自我调节能力 答案:D
解析:一般情况下,生态系统中各种生物的数量及所占的比例 总是维持在相对稳定的状态,即生态平衡,这说明生态系统具 有自我调节能力,但这种调节能力是有限的。当外界干扰因 素的强度超过了这个生态系统的自我调节能力,生态系统的 平衡就会遭到破坏。
三、提高生态系统的稳定性 1.必要性 (1)处于生态平衡的生态系统可以持续不断地满足 人类生 活所需 ,如粮油、蔬果、肉蛋奶、木材等农副产品。 (2)处于生态平衡中的生态系统能够使人类生活与生产的 环境 保持稳定。
2.措施 (1)控制对生态系统的 干扰程度 ,在不超过生态系统自 我调节能力的范围内,合理适度地利用生态系统。 (2)对人类利用强度较大的生态系统,应给予相应的 物质 、 能量 的投入,保证生态系统内部结构与功能的协调。例如, 为使单一作物的农田生态系统保持稳定,需要不断施肥、灌 溉、控制病虫害;还可以人工建造“ 生态屏障 ”。
微思考2应将生态缸放置于室内通风、光线良好的地方,但 要避免阳光直接照射,请分析其原因。
提示:既能使生态缸得到良好的光照,又可避免阳光直接照 射导致生态缸内温度过高。
一 生态系统的稳定性
重难归纳 1.自我调节能力的大小 一般来说,生态系统的组分越多,食物网越复杂,其自我调节 能力就越强,反之则越弱。 2.生态系统的负反馈调节 (1)概念:负反馈是指在一个系统中,系统工作的效果, 反过来又作为信息调节该系统的工作,并且使系统工作的效 果减弱或受到限制,它可使系统保持稳定。
(2)作用:负反馈调节在生态系统中普遍存在,它是生态系统 具备自我调节能力的基础。
【高中生物】必修三第5章第5节生态系统的稳定性
第5章生态系统及其稳定性第5节生态系统的稳定性【学习目标】1.阐明生态系统的自我调节能力2举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性3.简述提高生态系统稳定性的措施4.设计并制作生态缸,观察其稳定性【学习重难点】1.阐明生态系统的自我调节能力2.抵抗力稳定性和恢复力稳定性的概念【自主学习与点拨】知识点一、生态系统的自我调节能力生态系统的自我调节能力的基础:负反馈调节在生态系统中普遍存在1.生态系统所具有的或自身结构和功能相对稳定的能力,叫做生态系统的稳定性。
2.负反馈调节在生态系统中普遍存在,它是生态系统的基础。
知识点二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性3.生态系统的稳定性表现在两个方面:一方面是生态系统并使的能力,叫做抵抗力稳定性;另一方面是生态系统在的能力,叫做恢复力稳定性。
4.一般来说,生态系统中的组分越,食物网越,其自动调节能力就,抵抗力稳定性就。
知识点三、提高生态系统的稳定性5.提高生态系统的稳定性,一方面要,对生态系统的利用应该,不应超过生态系统的自我调节能力;另一方面,对人类利用强度较大的生态系统,应实施相应的投入,保证生态系统内部的协调。
【思考与交流】〖例1〗下列生态系统中自动调节能力最强的是()A. 温带阔叶林 B.热带雨林 C.寒带针叶林 D. 温带草原解析:生态系统具有抵抗力稳定性主要是由于其内部具有一定的自动调节能力,生态系统的自动调节能力有大有小。
一般地说,生态系统的成分越单纯,营养结构越简单,自动调节能力就越小。
题中的四个生态系统中生物成分最复杂的是热带雨林,在热带雨林生态系统中,动植物种类繁多,营养结构非常复杂,假如其中的某种植食性动物大量减少,它在食物网中的位置还可以由这个营养级的多种生物代替,整个生态系统的结构和功能仍然能够维持在相对稳定的状态,其自动调节能力最强。
答案:B。
〖例2〗(2000年上海卷)在某个池塘生态系统中,因污染导致水生植物大量死亡后,池塘中首先减少的物质是()A.CO2 B.O2 C.硝酸盐 D.磷酸盐解析:生态系统发展到一定阶段,都具有一定的自动调节能力。
西工大、西交大自动控制原理 第五节 线性系统的稳定性分析9-10
1.系统稳定性概念
线性控制系统的稳定性定义
设线性控制系统在初始扰动的影响 下,其过渡过程随着时间的推移逐渐衰 减并趋向于零,则称该系统渐进稳定(简 称稳定)。反之,若在初始扰动的影响下, 系统过渡过程随着时间的推移而发散, 则称系统为不稳定。
1.系统稳定性概念
线性控制系统的稳定性是系统自身的固有特性。 稳定与否和输入信号及初始偏差的大小无关。
若通过系统自身的调节作用, 使偏差最后 逐渐减小,系统又逐渐恢复到平衡状态, 那么, 这种系统便是稳定的。
1. 系统稳定性概念
c(t)
c(t)
扰动
O (a)
扰动
O t
t (b)
不稳定
稳定
1. 系统稳定性概念
大范围稳定: 不论扰动引起的初始偏差有多大,
当扰动取消后,系统都能够恢复到原有 的平衡状态。
试用Hurwitz判据判断系统的稳定性。
解:(1) 特征方程式的各项系数均大于0。 (2) 各阶Hurwitz行列式为:
D1 a1 1 0
D2
a1 a0
a3 1 a2 2
5 7 0
3
3、稳定判据(代数判据)
(1) Hurwitz稳定判据
a1 a3 a5 1 5 0 D3 a0 a2 a4 2 3 10 45 0
2线性系统稳定的充分必要条件
设线性系统在初始条件为零时,输入一个 理想单位脉冲信号 (t),这时系统的输出称为 脉冲过渡函数(或称脉冲响应)g (t)
若系统闭环传递函数为:
m
Φs
Cs Rs
M s N s
Kg
n1
s sj
s zi
i 1
s2 2ζ k ωk s ωk2
自动控制 控制系统的稳定性分析
例 已知控制系统特征方程,判断系统稳定性。 s6 +2s5 +8s4+12s3+20s2+16s+16=0 解: 劳斯表为: 由为零上一行的元素 s6 1 8 20 16 组成辅助多项式: s5 2 12 16 P(s)=2s4+12s2+16 dP(s)=8s3+24s s4 2 12 16 ds 3 s 代入 0 0 8 24 系统有虚根,不稳定。 2 s 6 16 劳斯表中某行同乘以某正数, s1 8/3 不影响系统稳定性的判断。 0 s 16
第五节 控制系统的稳定性分析
二、劳斯稳定判据
根据稳定的充分与必要条件 , 求得特 征方程的根 , 就可判定系统的稳定性 . 但对 于高阶系统求解方程的根比较困难。 劳斯稳定判据是根据闭环传递函数 特征方程式的各项系数 , 按一定的规则排 列成劳斯表,根据表中第一列系数正负符 号的变化情况来判别系统的稳定性。 下面具体介绍劳斯稳定判据的应用。
第五节 控制系统的稳定性分析
例 已知系统的特征方程,试用劳斯判据确定 方程的根在s平面上的分布。 s3-3s+2=0 解: 方程中的系数有负值,系统不稳定。 ε -2 = -∞ -3 劳斯表为: b31= ε -3 s3 1 b31→ -∞ ε →0 s2 ε0 2 第一列元素的符号变化了 1 s b ∞ 31 两次,有一对不稳定根。 0 s b 241 s3-3s+2=(s-1)2(s+2)=0 通过因式分解验证: s1.2=1 s3=-2
第五节 控制系统的稳定性分析
如果劳斯表中某一行的元素全为零, 表示系统中含有不稳定的实根或复数根。 系统不稳定。 此时,应以上一行的元素为系数,构 成一辅助多项式,该多项式对s求导后, 所得多项式的系数即可用来取代全零行。 同时由辅助方程可以求得这些根。 下面举例说明:
自动控制原理3第五节稳定性和代数稳定判据
当下标大于n或小于0时,行列式中的项取0。
20
3.5 系统的稳定性和代数稳定判据
2
3.5 系统的稳定性和代数稳定判据
稳定的定义和定理
定义1:对于线性定常系统,在任何一组初始条件下,若输入
x(t)=0,当t→∞时,系统的输出及其各阶导数为零,即
lim y(t) lim y(t) ... lim y(n1)(t) 0
t
t
t
则称该系统为渐近稳定的。
定义2:对于线性定常系统在零初始条件下,加入一个有界的输
4
3.5 系统的稳定性和代数稳定判据
稳定的充要条件和属性
前面讨论的当外作用消失后,如果经过足够长的时间它能回复到 原来的起始平衡状态可看作第二项经过足够长的时间变为零。
系数取决于初始条件的多项式 系数取决于初始条件的多项式
Y2(s)
sn an1sn1 ... a1s a0
n1
n2
(s p j ) (s2 2 kk k2 )
❖且 a1a2 a3a0 0
15
3.5 系统的稳定性和代数稳定判据
特殊情况下劳斯阵列的列写及结论:
劳斯判据特殊情况
用一个正数去乘或除某整行,不会改变系统的稳定性结论;
劳斯阵第一列所有系数均不为零,但也不全为正数,则系统 不稳定。表示s右半平面上有极点,右极点个数等于劳斯阵列 第一列系数符号改变的次数。
an an2 an4 an6 ... 0 0
0
赫尔维茨行列式: 0
an1 an3 an5 ... 0 0 an an2 an4 ... 0 0
【必修三精品】《生态系统的稳定性》教案
第五章第5节生态系统的稳定性一、教材分析本节课是生物必修三第五章《生态系统及其稳定性》第五节《生态系统的稳定性》的内容,课中讲述了什么是生态系统稳定性、如何才能维持生态系统的稳定性——生态系统的自我调节能力以及破坏生态系统稳定性的因素这三方面内容,主要的教学目的是培养学生爱护环境的环保意识。
本节内容既涉及前面所学的生态系统相关部分的知识,又是对教材始终贯穿的精神——人与自然和谐发展的终结诠释。
目的在于培养人们尊重自然发展规律,寻求人与自然和谐发展的途径。
因此,上好本节课的知识,对学生、乃至环境的发展都起到至关重要的作用。
二、教学目标1.知识目标:(1)说出什么是生态系统的稳定性;(2)通过分析生态瓶、草原生态系统的稳定性,概述生态系统具有一定的自我调节能力;(3)简述生态系统稳定性破坏的原因。
2.能力目标:(1)培养“自主、合作、探究”的学习方法,初步具有收集和利用课内外图文资料及信息的能力;(2)解读生态系统的自动调节曲线图,培养处理信息和获得新知识的能力;(3)养成相互合作、自主学习的能力;(4)锻炼学生的知识迁移的能力。
3.情感、态度和价值观目标:(1)形成对影响生态系统稳定性的因素关注,养成尊重生态系统自身规律的习惯,树立社会可持续发展的观点(2)形成生命科学价值观,树立人与自然和谐统一、协调发展的观点三、教学重点难点重点:破坏生态系统稳定性的因素。
难点:生态系统维持稳定性的原因。
四、学情分析学生已经接触过一些生态学知识,如今在原有知识的基础上学习新的内容,为本节授课提供一定的知识基础。
但课中的一些知识点如:生态系统的具有自我调节能力等比较抽象,需要学生进行知识迁移和综合分析,因此在知识的掌握上还存在很大的难度。
高二年级学生已开始从具体思维向抽象思维的过渡,喜欢接受新鲜事物,在一定生物学的经验基础上,能充分完成课前的准备工作,能够找寻到周围存在有关生态学的现象。
本节课应从学生的主体性出发,创造充分机会让学生拥有成功的喜悦,在和谐的氛围中探究并完成教学任务,让学生主动学习,学有所获。
高中生物《第五章 第五节 生态系统的稳定性》课件 新人教版必修3
同时存在,相互依存,不可分割,形成一个统 关系 一整体。
1.如果一个生态系统中有4种生物,它们可以形成下面 几种营养结构,如图所示,其中最稳定的是( B )
丁 甲 乙 丙 乙 丁 甲 丙 甲 乙 丁 丙 甲 丙 乙 丁
A
B
C
D
2.下列哪种措施能提高生态系统的稳定性 A.减少寄生生物和捕食者的数量 B.平衡生产者和消费者的数量 C.增加物种的数目 D.对生态演替进行限制
措施1、控制对生态系统干扰的程度,对生
态系统的利用应该适度,不应超过生态系统的 自我调节能力。
适量砍伐森林中的树木,森林的结构 功能不会破坏,还能促进森林的更新。
措施2、对人类利用强度较大的生态系统,应
实施相应的物质、能量投入,保证生态系统内部 结构与功能的协调。 对农田生态系统要不断施肥、灌溉,增加投入, 控制病虫害,才能保证高产出。
适度捕捉生态系统中的动物, 也不会导致种群严重减小,更不会 灭绝。
二、生态系统的自我调节能力
1、实例: 1) 净化作用 河流受到轻度污染是,能通过什么方式消除污染? 物理沉降 化学分解 微生物的分解 2)生物群落内部负反馈调节的实例
害虫数量增加 食虫鸟数量减少 食虫鸟数量增加
害虫数量减少
2)生物群落与无机环境之间负反馈调节的实例
环境资源与人的比例严重偏小
恐怕还有比例不对的原因,在真的生物圈中平均每人所 对应的大气,水,植物等是那么的广阔,而二号呢?环境资源与 人的比例严重偏小,就那点大气,水,植物等,哪怕就是生活一个 人也已严重不够了,更何况是几个人. 二氧化碳多、氧气少是结果而非原因,二氧化碳多、氧 气少是因为植物相对太少了,不足以将人和植物自身产生的 那么多二氧化碳转化并释放氧气.氧气的消耗速度高于产生 速度,而二氧化碳的产生高于消耗.
必修三 第五章 第五节 生态系统的稳定性
2014年上学期
提高生态系统的稳定性的措施
湖南长郡卫星远程学校
制作 12
2014年上学期
提高生态系统的稳定性的措施 控制对生态系统干扰的程度,对生 态系统的利用应适度,不应超过生态系 统的自我调节能力。
湖南长郡卫星远程学校
制作 12
2014年上学期
提高生态系统的稳定性的措施 对人类利用强度大的生态系统,应 实施相应的物质、能量投入,保证生态 系统内部结构与功能的协调。
制作 12
2014年上学期
③通过以上例子,你可得出什么结论?
生态系统具有抵抗外界干 扰并使自身的结构与功能保 持原状的能力。
湖南长郡卫星远程学校 制作 12 2014年上学期
③通过以上例子,你可得出什么结论?
抵抗力稳定性
生态系统具有抵抗外界干 扰并使自身的结构与功能保 持原状的能力。
湖南长郡卫星远程学校 制作 12 2014年上学期
稳 定 性
湖南长郡卫星远程学校
生物量、生态系统复杂程度等
制作 12 2014年上学期
抵抗力稳定性与恢复力稳定性的关系
稳 定 性 抵抗力 稳定性
湖南长郡卫星远程学校
生物量、生态系统复杂程度等
制作 12 2014年上学期
抵抗力稳定性与恢复力稳定性的关系
稳 定 性 抵抗力 稳定性
恢复力 稳定性
湖南长郡卫星远程学校
森林生态系统
湖南长郡卫星远程学校
草原生态系统
制作 12 2014年上学期
抵抗力稳定性与恢复力稳定性的关系
湖南长郡卫星远程学校
制作 12
2014年上学期
抵抗力稳定性与恢复力稳定性的关系
稳 定 性
湖南长郡卫星远程学校
《生态系统的稳定性》人教版高中生物必修PPT精品课件
• 例2 某生物兴趣小组的同学用河水、池泥、水藻、植食性小鱼等材料制作了2个生态 瓶(如图所示),并用凡士林将广口瓶密封,观察其稳定性。请回答下列问题
•: 生态系统
• (1)每个生态瓶构甲成一个 甲瓶有光,其照,中植各物种能生进物行存光合活作用
• 时间更长的是 是
CO2等瓶无,机原物因
物质循环 。
四、提高生态系统的稳定性-----措 施
设计生态缸并观察其稳定性 目标:通过动手自制小型生态瓶(缸),认真观察记录这一人工生态系统的稳定性。
思考:1.设计时要考虑的生态系统成分有哪些? 2.达到稳定状态后,生态缸内的生物种类和数量有无变化?
四、提高生态系统的稳定性-----措 施
原理: 生态系统的稳定性是结构和功能发展要协调的重要标志
生态缸中能够进行物质循环和能量流动, 在一定时期内保持相对稳定
生态缸的材料必须透明
为光合作用提供光能;保持生态缸内的温度;便于观察
生态缸宜小不宜大,缸中的水量应 占其容积的4/5,要留出一定的空间
生态缸的采光用散射光
选择生命力强的生物,动物不宜太 多,个体不宜太大
便于操作;缸内储备一定量的空气
防止水温过高导致水生生物死亡 容易适应新生态环境,减少对O2的消耗, 防止O2的产生量小于消耗量
生态系统的稳定程度,取决于它的物种组成、营养结构和非生物因素之间的协调 关系
观察指标:观察生态缸中生物的生存状况和存活时间,了解生态系统稳定性及影 响稳定性的因素
四、提高生态系统的稳定性-----措 施
分析下列生态缸设计的相关要求
设计要求
相关分析
生态缸必须是封闭的
防止外界生物或非生物因素的干扰
生态缸中投放的几种生物必须具有 很强的生活力,成分齐全(具有生产 者、消费者和分解者)
(新教材)人教版高中生物选择性必修2第3章第5节《生态系统的稳定性》优质说课稿
(新教材)人教版高中生物选择性必修2第3章第5节《生态系统的稳定性》优质说课稿今天我说课的内容是人教版高中生物选择性必修二《生物与环境》的第3章第5节《生态系统的稳定性》。
第3章的主题是“生态系统及其稳定性”。
群落中生活着多种多样的物种,各个物种间存在复杂的相互关系,并形成稳定的天然群聚。
群落在自然界并非是孤立的,群落中的物种与所处环境也存在相互作用,并与环境共同组成生态系统。
对生态系统的研究,可以从整体上理解生态系统的组成、结构与功能;认识如何将生态系统的物质循环、能量流动和信息传递原理应用于生产实践,理解维持生态平衡、提高生态系统稳定性的意义和做法,有助于学生进一步形成生态观、系统观、物质与能量观、信息观等生命观念,并为学习第4章“人与环境”打好基础。
本节“生态系统的稳定性”分析生态系统中的反馈调节过程,阐明生态系统具有维持或恢复生态平衡的能力,承担实现本章教学目标的任务。
为了更好地教学,下面我将从课程标准、教材分析、教学目的和核心素养、教学重难点、学情分析、教学准备、教学方法、教学过程等方面进行说课。
一、说课程标准。
课程标准对本节内容的要求为:2.3生态系统通过自我调节作用抵御和消除一定限度的外来干扰,保持或恢复自身结构和功能的相对稳定。
2.3.1解释生态系统具有保持或恢复自身结构和功能相对稳定,并维持动态平衡的能力。
2.3.2举例说明生态系统的稳定性会受到自然或人为因素的影响,如气候变化、自然事件、人类活动或外来物种入*等。
2.3.3阐明生态系统在受到一定限度的外来干扰时,能够通过自我调节维持稳定。
二、教材分析。
本节的主题是“生态系统的稳定性”,本节内容主要包括生态平衡与生态系统的稳定性、扺抗力稳定性和恢复力稳定性、提高生态系统的稳定性。
教材先介绍生态平衡,说明反馈调节对维持生态平衡的作用,解释了生态平衡与生态系统稳定性的关系,并说明生态系统的稳定性受哪些因素影响,最后介绍如何提高生态系统的稳定性。
【高中生物】第5节 生态系统的稳定性
【高中生物】第5节生态系统的稳定性学习导航1.学习目标(1)阐明生态系统的自我调节能力。
(2)举例说明了阻力和恢复力的稳定性。
(3)简述提高生态系统稳定性的措施。
(4)设计制造生态水池,观察其稳定性。
(5)认同生态系统稳定性的重要性,关注人类活动对生态系统稳定性的影响。
2.学习建议生态系统的稳定性内容较抽象,学习时应通过仔细阅读领会教材上举出的例子、注意发生在我们身边的事实并回顾前面所学的激素调节过程中的反馈调节,进行知识迁移,使知识的掌握变得相对容易。
在理解生态系统具有稳定性时,注意从群落的种间关系、生态系统的结构与功能等方面进行思考。
阻力稳定性和恢复力稳定性的概念是本课程的难点。
学习时,首先要把握抗干扰稳定的核心是“抗干扰、保持原状”,韧性稳定的核心是“被破坏、恢复原状”。
并举例说明两者之间的关系。
自我测评一、多项选择题1.下列生态系统中,自动调节能力最强的是()。
a. 温带草原B温带落叶林C北部针叶林D热带雨林2.人造马尾松林比天然马尾松林易遭松毛虫危害,其主要原因是()。
a、马尾松人工林营养结构复杂。
B.人工马尾松林适应环境的能力较弱c.人造马尾松林营养结构简单d.松毛虫适应环境的能力弱3.在下面对生态系统的描述中,问题是()。
a.生态系统是生物群落及其无机环境相互作用的自然系统b、生态系统的结构包括生态系统、食物链和食物网的组成部分c.生态系统的功能主要是进行物质循环和能量循环d、生态系统具有在一定限度内自动调节以维持生态平衡的能力4.下图表示某草原生态系统的几种生物间的食物关系,如果大量捕杀蛇会导致()。
a、大鼠降低了B.草产量增加c.羊因食物不足而减少d.人口增加5.在一个稳定的池塘生态系统中,突然的污染会杀死所有的植物。
在可测量的变化中,首先增加浓度的是()。
a.二氧化碳b.硝酸盐c.氧d.磷酸盐6.由于污染物的排放,池塘生态系统的结构和功能受到破坏。
污染物停止排放后,由于其自身的净化效果(这是由于生态系统的特性),它将逐渐恢复到原始状态()。
第五节稳定性和代数稳定判据
9
劳斯判据特殊情况
劳斯阵某行系数全为零的情况。表明特征方程具有大小相等 而位置径向相反的根。至少要下述几种情况之一出现,如:大 小相等,符号相反的一对实根,或一对共轭虚根,或对称于虚 轴的两对共轭复根。
例如: 1 (s2 4)(s2 25)(s 2) s5 2s4 24s3 48s2 25s 50 2 (s2 4)
[例3-7]已知系统的结构图,试确定系统的临界放大系数。 k
s(s 1)(s 2)
k
[解]:闭环传递函数为:(s)
s(s 1
1)(s k
2)
k
s3 3s2 2s k
s(s 1)(s 2)
特征方程为:s3 3s2 2s k 0
Tuesday, April 14, 2020
19
劳斯阵: s3 1 2
[处理办法]:可将不为零的最后一行的系数组成辅助方程,对 此辅助方程式对s求导所得方程的系数代替全零的行。大小相等, 位置径向相反的根可以通过求解辅助方程得到。辅助方程应为 偶次数的。
Tuesday, April 14, 2020
10
劳斯判据特殊情况
[例] s6 2s5 8s4 12s3 20s2 16s 16 0
[解]:劳斯阵为:s3 a3
a1
s 2 a2
a0
s1 a2a1 a3a0 0 a2
s0 a0
0
稳定的充要条件为:
❖ a3, a2 , a1, a0 均大于零
❖且a1a2 a3a0 0
Tuesday, April 14, 2020
7
劳斯判据特殊情况
特殊情况下劳斯阵列的列写及结论:
用一个正数去乘或除某整行,不会改变系统的稳定性结论;
生态系统的稳定性
生态系统处于动态变化过程中。 但成熟的生态系统,外界干扰只要 不超出一定限度,生态系统的结构 与功能就不会发生大的改变。 生态系统具有自我调节能力
第五节 生态系统的稳定性
一、生态系统的自我调节能力
1、生态系统稳定性的概念 生态系统具有保持或恢复自身结构和功能 相对稳定的能力,叫生态系统的稳定性。
恢复力强
恢复力较弱
温带针阔混交林
热带雨林
(三)抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关系
一般情况下,二者存在相反关系
稳 定 性
抵抗力 稳定性
恢复力 稳定性
生物量、生态系统复杂程度等
三、提高生态系统的稳定性 1、意义
人类的生存和发展离不开一个适宜稳 定的环境。(自然生态系统)
人类活动的干扰正在全球范围内使生 态系统偏离稳定状态. 走持续发展的道路需要一个适宜稳定 的环境。
结论:地球是我们唯一的家园
2、生态系统具有稳定性的原因
生态系统具有一定的自我调节能力
3、自我调节能力的基础 负反馈调节
浮游植物 虾 食物增加
小鱼
大鱼
数量 浮游植物 增加
取食减少
捕捞
数量 虾 增加
群落内部、群落与无机环境之间,及无 机环境自身普遍存在的负反馈调节是…基础
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
(一)抵抗力稳定性
1、概念 生态系统抵抗外界干扰使自身结构功能 维持原状的能力。 2、来源
实验材料 土壤、水、玻璃板、粘胶、动物、植物
方法步骤 制缸、加土加沙、加草、加动物,放臵一 段时间封缸,臵于通风、光线良好又避免 阳光直射的地方。
注意 比例(空间水土壤各 事项 种生物);有食物链 结果 一段时间相对稳定 结论 生态系统能在一定时 间内保持相对稳定
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f1 g1
c3
an 1 b1 b1
an 7 b4 b1an 7 b4an 1 b1
c1b2 b1c2 d1 c1
Wednesday, July 17, 2013
c1b3 b1c3 d2 c1
c1b4 b1c4 d3 c1
18
依次类推。可求得 ei , f i , gi ,...( i 1,2,...)
特征方程的全部系数为正值;
由特征方程系数组成的劳思阵的第一列也为正。
劳思阵如右:
n 1 n 2n 3 n 4n
s an s an 1 s b1 s c1 s d1 s g1
an 2 an 3 b2 c2 d2
an 4 an 5 b3 c3 d3
Wednesday, July 17, 2013
3
稳定的定义
定义二:在有界输入-有界输出(Bouned-Input-Bounded-Output) 意义下的稳定性定义。若线性系统在有界的输入量或干扰量的 作用下,其输出量的幅值也是有界的,则称系统是稳定的,否 则如果系统在有界输入作用下,产生无界输出,则称系统是不 稳定的。
y(t ) y ( )r (t )d
0
| r (t ) | M r
| y (t ) |
0
0
y ( )r (t )d y ( )r (t ) d
0 0
y ( ) | | r (t ) d M r y ( ) d
an 4 an 5 b3 c3 d3
c1 c2
an 1 b1 b1 an 1 b1 b1
an 3 b2 an 5 b3 b1an 5 b3an 1 b1 b1an 3 b2an 1 b1
s n 3 c1 s n 4 d1 s1 s0
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4
线性控制系统稳定的充分必要条件 两种稳定性定义虽然表述不同,但在本质上是一致的。 由于系统的稳定性与外界条件无关,因此,可设线性系统的初 始条件为零,输入作用为单位脉冲信号 (t ) ,这时系统的输出便 是单位脉冲响应 y (t ) 。这相当于在扰动信号作用下,输出信号 偏离原来工作状态的情形。根据李亚普诺夫意义下的稳定性定 义,当时间趋于无穷大时,若脉冲响应收敛于原来的工作状态 lim ,即: y (t ) 0 则线性控制系统是稳定的。下面讨论系统稳定 t 性与系统极点之间的关系: 由于系统的输入为单位脉冲信号 R( s) 1 ,则系统的输出为:
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2
稳定的定义
定义一:俄国学者李亚普诺夫意义下的渐进稳定性定义:如果 线性系统受到扰动的作用而使被控量产生偏差,当扰动消失后, 随着时间的推移,该偏差逐渐减小并趋向于零,即被控量趋向 于原来的工作状态,则称该系统为渐进稳定,简称稳定。反之, 若在初始扰动的影响下,系统的被控量随时间的推移而发散, 则称系统不稳定。 该定义说明,由于扰动的作用,使系统的工作状态发生变 化,如果系统的状态能恢复到原来的工作状态,则系统是稳定 的。
Y ( s ) k g ( s zi )
i 1 m
( s p j ) ( s 2 2 lnl s nl )
2 j 1 l 1
n1
n2
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7
部分分式展开得: 2 n1 n2 Aj Bl (s lnl ) Clnl 1 l Y ( s) 2 s p j l 1 s 2 2 lnl s nl j 1 单位脉冲响应为:
an an 6
f1 g1
b3
an 1 an 7 an 1an 6 an an 7 an 1 an 1
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劳斯判据
sn s s
n 1 n2
an an 1 b1
an 2 an 3 b2 c2 d2
0
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闭环传递函数为: s1 , 的闭环极点 1 s2 2
( s)
பைடு நூலகம்
2( s 1) ( s 1)( s 2) 的系统是稳定的,因为该系统
都在s左半平面。
10( s 2) 闭环传递函数为: ( s) (s 1)( s 3)( s 4) 的系统是不稳定的,因为
有界输入-有界输出稳定性的概念是考虑在输入影响下系 统的行为。
尽管在引出稳定性的定义时提到了输入作用和扰动作用, 但对线性定常系统来说,不论是在李亚普诺夫,还是在有界输 入-有界输出的意义下,系统稳定与否完全取决于系统本身的 结构和参数,稳定性是系统本身的一种特性,而与输入作用无 关。输入量不影响输出量的瞬态项,只影响输出量的稳态项。
劳思阵的前两行由特 征方程的系数组成。 第一行为1,3, 5,…第二行为2,4, 6,…项系数。
0
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劳斯判据
以下各项的计算式为:
sn
b 1 b2
an
an 2
an
an 2 an 3 b2 c2 d2
an 4 an 5 b3 c3 d3
第五节 系统的稳定性和代数 稳定判据
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1
一、稳定的基本概念和线性系统稳定的充要条件 稳定是控制系统的重要性能,也是系统能够正常运行的 首要条件。控制系统在实际运行过程中,总会受到外界和内 部一些因素的扰动,例如负载和能源的波动、系统参数的变 化、环境条件的改变等。如果系统不稳定,就会在任何微小 的扰动作用下偏离原来的平衡状态,并随时间的推移而发散。 因此,如何分析系统的稳定性并提出保证系统稳定的措施, 是自动控制理论的基本任务之一。
| y (t ) | M r M 若 y (t ) dt 无界,则不能保证输出响应 y (t ) 有界。因此得出结论 0 为:若系统的单位脉冲响应函数为 y (t ) ,则当且仅当积分: y (t ) dt
l 1 l 1
Bl e
n2
l nl t
cos nl 1 l t Cl e l nlt sin nl 1 l t,t 0
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稳定的充要条件和属性
注意:稳定性是线性定常系统的一个属性,只与系统本身的结 构参数有关,与输入输出信号无关;只与极点有关,与零点无 关。
a0 对于一阶系统, 1s a0 0, s , 只要 a0 , a1都大于零, a a1 系统是稳定的。 a1 a12 4a2 a0 a 2 对于二阶系统, 2 s a1s a0 0, s1, 2 2a2 只有 a0 , a1 , a2 都大于零,系统才稳定。(负实根或实部为负)
劳斯判据例子
[例]:特征方程为: 3 s 3 a2 s 2 a1s a0 0 ,试判断稳定性。 a [解]:劳斯阵为: 3 s
a3 a2 a2 a1 a3 a0 a2 a0 a1 a0 0 0
s2 s1 s0
稳定的充要条件为: a3 , a2 , a1 , a0 均大于零
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线性系统稳定的充要条件: 系统特征方程的根(即传递函数的极点)全为负实数或具 有负实部的共轭复根。或者说,特征方程的根应全部位于s平面 的左半部。 如果特征方程中有一个正实根,它所对应的指数项将随时间 单调增长; 如果特征方程中有一对实部为正的共轭复根,它的对应项是 发散的周期振荡。 上述两种情况下系统是不稳定的。
s n 1 an 1 s n 2 b1 s n 3 c1 s n 4 d1 s1 s
0
an 1 an 3 an 1an 2 an an 3 an 1 an 1
an an 4 an 1 an 5 an 1an 4 an an 5 an 1 an 1
s 3 为正实数极点,位于 s 右半平面,与此相对应的时间响应 分量按 e 3t 的规律随时间无限增大。
闭环传递函数为: 虚轴上的闭环极点 s1, 2 j ,其零输入响应为频率 1 的等幅 振荡,因此在工程上认为该系统不稳定。
( s)
1 s 2 1 的系统是临界稳定系统,它有一对
2 2
n2
时,即该积分有界时,系统在有界输入-有界输出意义下稳定。 由单位脉冲响应式,可知有界输入-有界输出意义下稳定 的充分必要条件是系统的全部极点均位于s左半平面。 显然,在有界输入-有界输出稳定性意义下得出的稳定的充 分必要条件与在李亚普诺夫稳定性意义下得出的充分必要条件 是一致的。可将对系统稳定性的判别转化为对系统特征根大小 的判别或计算。
y (t ) A j e
j 1 n1 p jt
Bl e
l 1
n2
l nl t
cosnl 1 l t Cl e l nl t sin nl 1 l t,t 0
2 2 l 1
n2
可见,若 lim y (t ) 0 ,则式中 p j和 lnl 应该为负数。而 p j 和 lnl t 分别为系统的实数极点和共轭复数极点的实部,表明若要使单 位脉冲响应收敛于零,系统的极点均应有负的实部。则线性系 统稳定的充分必要条件可描述为:系统的所有极点必须位于 s 左半平面。
对于三阶或以上系统,求根是很烦琐的。于是就有了以下 描述的代数稳定性判据。