专题十五 生物学跨学科综合例举

学科: 生物 年级：高三

版本：冲刺版 期数：2342

本周教学内容：专题十五 生物学跨学科综合例举 【经典例题解析】

例题1 能源是人类生存和发展的重要因素，请回答下列有关能源问题：

(1)人类所能使用的能量绝大多数来源于太阳能，捕获太阳能的生物主要为绿色植物。绿色植物能够通过光合作用把太阳能转化为化学能，写出光合作用的总反应式：

________________________________________________________________。

(2)根据《科学美国人》杂志，在1971年7月号刊登的《地球的能量资源》一文中提

供的数据，到达地球表面的太阳能辐射通过光合作用途径提供的能量为40×109kJ ·S -1。

试问：①通过光合作用，每年约有__________kJ 的太阳能转变为化学能。

②每年由绿色植物通过光合作用为我们的生存环境除去CO 2的质量为m ，试根据能量关系列出m 的计算式，列式中缺少的数据用符号表示。M=_________________。

(3)人类开发月球已为时不远，科学探测表明，月球土壤中富含氦-3，其资源总量初步估算达100万～500万吨，人类开发利用月壤中的氦-3的意义是什么？___________

(4)煤、石油、开然气、水能及生物能等是多年来大规模使用的能源，被称为______能源（用“常规能源”或“新能源”填充，下同），而核能、地热、海洋能、沼气以及太阳能、风能等被称为_________能源。

(5)水能是可再生能源，可持续地利用它来发电，为人类提供“清洁”的能源。若一

水力发电站水库的平均流量为 Q(m 3·S -1)，落差为 h(m)发电效率为η，则全年发电量

A(kw ·h)为_______________

(6)已知（C 6H 10O 5）n+nH 2O →3nCO 2+3nCH 4+能量，请设想出这一反应的实际价值和意义。 ________________________________________________________________________ 解析 本题以人类生存与发展的重要支撑——能源为背景，考查了与生物有关的物理问题及化学问题。

(1)光能是取之不尽，用之不竭的能源，在地球上绿色植物的光合作用是能够将太阳能转变成化学能为人类及其他生物利用的惟一途径。根据生物学知识，即可写出光合作用的方程式：

6CO 2+12H 2O 叶绿体光能−−→−C 6H 12O 6+6H 2O+6O 2

(2)①根据题意，到达地球表面的太阳辐射能中，能被地球上的绿色植物通过光合作

用所固定的太阳能为40×109kJ ·S -1，则一年由光合作用所固定的太阳能W 为：

W=40×109kJ ·S -1×365d ×24h ×60m ×60S ×=12.6×1018kJ

即有1．26×1018kJ 的太阳能转化为化学能。

②利用一般的化学计算方法，设参与光合作用的CO 2的质量为mkg ，则

6CO 2+12H 2O →C 6H 1206+6H 2O-QkJ

6×44×10-3kg QkJ

mkg 1.26×1018kJ m=QkJ kJ kg 1831026.110446⨯⨯⨯⨯-=Q

17

103.3⨯kg 其中Q 为每生成1mol 葡萄所需要吸收的太阳能的量。

(3)对地外世界的了解，对20世纪自然科学最新发展情况的了解，也是学生科学素质

的组成部分。由物理知识可知：3He 是核聚变的原料，是人类将来可供长期使用的清洁、

安全、高效的核聚变发电燃料。但到目前为止，人类由于技术原因，还不能实现冷核聚变发电，但可以预测在不远的将来一定能够实现核聚变能的和平利用。

(4)根据一般性的地理知识，按能源利用技术状况分：常规能源——多年大规模使用；新能源——近若干年才开始利用，现在又有新的利用方式的能源。按题意，煤、石油、天然气、水能及生物能等是多年来大规模使用的能源，应属于常规能源；而核能、地热、海洋能、沼气以及太阳能等应属于新能源。

(5)由物理知识可知：水的密度为ρ=1×105kg ·m -3，在1S 内流水重力势能减少了△

Ep ＝pQgh ，转化为电能为：

△Ep ·η=ηpQgh ，即设水电站发电功率为：P=ηpQg(瓦)

由W=Pt 得：全年发电总量为：

A=W=ηpQght=1000

24365pQgh η⨯⨯=8760ηpQgh(kw ·h) (6)按题意，是人类应如何合理开发利用生物能，因为地球上的绿色植物一年通过光合作用所固定的太阳能的总量是非常巨大的，这些能量都贮存在糖类等有机物。在秸秆、杂草等农作物的废弃物中蕴藏着大量的生物能，充分利用这些生物都是解决农村能源短缺的问题。目前常用的主法是将秸杆、杂草等农作物的废弃物在发酵池中发酵产生沼气，为农村提供能源。

答案 （1）6CO 2+12H 2O 叶绿体光能−−→−C 6H 12O 6+6H 2O+6O 2 （2）12．6×1018kJ 3．33×10

17／Q （kg ）（式中Q 表示每生成1mol 葡萄糖所需要吸收的能量 (3)3He 将是人类可长期使

用的清洁、安全、高效的核聚变发电燃料 (4)常规新 (5)A ＝876ηQgh(kw ·h) (7)利用秸杆、杂草、树叶等农作物的废弃物经微生物发酵之后便有沼气产生，它是农村能源的重要来源。也是扩大肥源，提高肥效和改善农村卫生条件的重要措施

例题2 随着工业化程度的提高以及世界范围内的人工采伐，使森林面积锐减，导致大气中CO 2浓度迅速增加；同时生物的新陈代谢也产生CO 2。大气中CO 2对来自太阳的短波辐射几乎不吸收，但对从地表射向太空的长波光，特别是红外辐射有强烈的吸收作用，从而阻碍了地球向太空辐射能量。

(1)人们习惯上把大气中以CO 2为主的气体所产生的效应称为（ ）

A ．光热效应

B ．光气效应

C ．温室效应

D ．光电效应

这种效应会使_________________。

(2)大量采伐森林会使大气中CO 2浓度增加的原因是_________。写出植物的这种作用