能量流动的相关计算

能量流动效率计算能量流动效率是指在能量转移或转换过程中，从初始能量到最终能量的转移或转换过程中，实际上能够被有效利用的能量量与初始能量总量之比。

计算能量流动效率是非常重要的，可以帮助我们了解能源转换过程中的能量损失情况，从而优化能源利用方式和提高能源利用效率。

能量流动效率的计算方法主要有两种：一种是利用能量守恒定律和热力学第二定律，通过对初末能量状态的分析，计算出在能量转移或转换过程中，能够被有效利用的能量量与初始能量总量之比；另一种是通过实验测量，直接计算出实际的能量输出与能量输入之比，从而得出实际的能量流动效率。

下面以太阳能电池板为例，介绍这两种计算方法的具体应用。

第一种方法：假设一块太阳能电池板的初始能量为1000J，通过光能转换为电能后，最终输出的电能为800J。

根据能量守恒定律，能量不会凭空消失，因此在转换过程中损失的能量量为初始能量减去最终输出的电能，即1000J-800J=200J。

根据热力学第二定律，能量转换过程中总会有一部分能量被转化为热能散失掉，因此实际能够被有效利用的能量量应该是最终输出的电能减去损失的能量量，即800J-200J=600J。

因此，这块太阳能电池板的能量流动效率为600J/1000J=60%。

第二种方法：将该太阳能电池板接入一个电路中，通过测量电路输入的电能和输出的电能，可以得到实际的能量输出与能量输入之比。

假设电路输入的电能为1200J，输出的电能为800J，则能量流动效率为800J/1200J=66.67%。

这个数值与第一种方法计算的结果略有不同，可能是由于能量守恒定律和热力学第二定律的假设不一定完全符合实际情况，以及实验误差等原因所致。

总之，能量流动效率的计算需要结合理论分析和实验测量，以得出最准确的结果。

在能源转换和利用过程中，我们应该尽可能地提高能量流动效率，减少能源浪费，从而保护环境和节约能源。

生态系统中能量流动转换率的计算要做好生态系统中能量流动的转换率的计算题，首先要理解食物链、食物网和营养级的关系，其次要理解生态系统中能量流动的过程和规律。

1、某一食物链中关于能量流动的计算生态系统的能量流动具有两个特点：能量流动的单向性和不可逆性，能量在流动过程中会逐级减少。

生态系统各营养级之间的能量转化效率为10%-20%。

在某一食物链中，若求最高营养级获得最多能量或提供最少生产者，一般取20%作为转化效率；反之，则取10%作为转化效率。

生态系统的总能量=第一营养级通过光合作用固定的太阳能的总量 ① ②某一营养级得到的能量 = 第一营养级的能量 × (转换率)某一营养级数-1 ③ 第M 营养级得到的能量 = 第N 营养级的能量 × (转换率)M-N ④ 例题1：假定某生态系统中有绿色植物，蛙、蛇、鹰、昆虫和食虫鸟等生物，此生态系统的总能量为24000千焦，如营养级之间能量转化效率为15%，第三营养级和第四营养级所利用的能量分别是（ ）。

解析：套用公式③，第三营养级所利用的能量= 24000千焦 × （15%）3-1= 540千焦 ；第四营养级所利用的能量= 24000千焦 × （15%）4-1=81千焦。

2、某一食物网中关于能量流动的计算首先要能识别食物网中的各条食物链，理解同一营养级的概念，然后结合食物链中的能量流动。

其一：只涉及食物网中一条食物链，根据要求选择相应的食物链，计算某一生物获得的最多（或最少）的能量。

例题2：在图-1中海鸟获得能量最多的食物链是_______。

海鸟每增加1千克，需消耗生产者生产的有机物至少是___________千克。

解析：由于能量在流动过程中会逐级减少，食物链越长，损失的能量也越多。

因此，海鸟获得能量最多的食物链应该是最短的食物链，即水藻→甲壳类→海鸟。

海鸟消耗生产者生产的某一营养级得到的能量 上一营养级的总能量 ×100%两个营养级之间能量流动的转换率 = 水藻甲壳类水绵海鸟水蚤大鱼小鱼淡虾图-1有机物至少的量也就是海鸟获得最多有机物最多的量，所以应该选择最短的食物链——损耗最少，转化效率应该选择20%——转化效率最高，设需生产者X 千克，选取公式③， X •（20%）3-1=1，得到X=25千克。

解答食物网中能量流动的相关计算题时，注意以下两种情况即可：（1）知高营养级求低营养级时，求“最多”值——选最长食物链按10%计算，求“最少”值——选最短食物链按20%计算。

（2）知低营养级求高营养级时，求“最多”值——选最短食物链按20%计算；求“最少”值——选最长食物链按10%计算。

另外，要注意某一生物“从不同食物链中获得能量的比例”或某一生物“给不同生物提供能量的比例”，然后按照各个单独的食物链分别计算后合并。

1．现有一森林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，图中字母代表能量值。

若图中松毛虫摄入能量为2.2×109kJ，A中能量为1．6×109kJ，B中能量为1.2x109kJ，杜鹃同化能量为2.4×109kJ。

下列说法错误的是（）A．图中B表示用于松毛虫生长发育繁殖（储存在体内）的能量B．该生态系统中松毛虫到杜鹃的能量传递效率为10.9%C．由松毛虫流入分解者的能量可用D+F表示D．该森林发生火灾后又慢慢恢复，这属于群落的次生演替2．大闸蟹是主要以植物为食的杂食性甲壳类。

如图为养殖大闸蟹的阳澄湖某水域生态系统能量流动的部分图解，其中的英文字母表示能量（单位：kJ）。

对该图的分析正确的是（）。

A．流经阳澄湖该养殖区域的总能量为（a＋2＋5）KJB．大闸蟹到次级消费者的能量传递效率为（e＋5）/（b＋2）×100%C．图中c代表大闸蟹用于生长、发育、繁殖的能量D．d中的能量有一部分会通过次级消费者的食物残渣流向分解者3．下图表示生态系统中各营养级能量的类型和去向（d表示该营养级未被利用的能量）。

下列叙述错误的是（）A．图中a1、a2可表示生产者与消费者的呼吸量，但所占比例不符B．生产者到初级消费者的能量传递效率为（a2＋b2＋c2＋d2）/（a1＋b1＋c1＋d1）×100%C．消费者从生产者摄取的能量数值可用b1表示，且此部分能量存在于有机物中D．在食物链中，各营养级获得能量的方式及能量的用途相同4．图表示某人工鱼塘生态系统中的食物网及其部分能量传递途径（图中数字为能量数值，单位是J·m-2·a-1）。

能量流动的计算方法归纳能量流动的计算专题(1)计算某种群数量时，公式为N:[a]=[b]:[c]其中a表示第一次捕获并标记个体数量，b表示第二次捕获数量，c表示在第二次捕获个体中被标记个体的数量。

(2)已知第一营养级(生产者)生物的量，求最高营养级生物的最多量时，食物链按最短、传递效率按20%计算;求最高营养级生物的最少量时，食物链按最长、传递效率按10%计算。

(3)已知最高营养级生物的量，求消耗生产者(第一营养级)的最多量时，食物链按最长、传递效率按10%计算;求消耗生产者(第一营养级)的最少量时，食物链按最短、传递效率按20%计算。

例1((2006上海)下图食物网中的猫头鹰体重每增加20g，至少需要消耗植物( )A(200g B(250gC(500g D(1000g解析:该题有2条食物链～但因计算的是猫头鹰和植物的关系～则可当作“1条”链来看,“至少”提示应按20%的传递效率计算～所以有20g?20%?20%=500g。

答案:C例2(在如图所示的食物网中，假如猫头鹰的食物有2/5来自于兔子，2/5来自于鼠，1/5来自于蛇，那么猫头鹰增加20g体重，最少需要消费植物( )A(600g B(900g C(1600g D(5600g解析:通过食物链,植物?兔子?猫头鹰,～猫头鹰增重20g×2/5=8g～最少需要消费植物的量为8g?20%?20%=200g,通过食物链,植物?鼠?猫头鹰,～猫头鹰增重20g×2/5=8g～最少需要消费植物的量为8g?20%?20%=200g,通过食物链,植物?鼠?蛇?猫头鹰,～猫头鹰增重20g×1/5=4g～最少需要消费植物的量为4g?20%?20%?20%=500g。

所以合计需要消费植物200g+200g+500g=900g。

例3.在如图所示的食物网中，假如猫头鹰的食物有2/5来自于兔子，2/5来自于鼠，1/5来自于蛇，那么猫头鹰增加20克体重，最少需要消耗植物: 植物? ? 兔 ? 猫头鹰鼠?? 蛇?A、600gB、900g C 、1600g D、5600g解题思路:通过食物链(植物?兔子?猫头鹰)，猫头鹰增重20g×2/5=8g，最少需要消费植物的量为8g?20%?20%=200g;通过食物链(植物?鼠?猫头鹰)，猫头鹰增重20g×2/5=8g，最少需要消费植物的量为8g?20%?20%=200g;通过食物链(植物?鼠?蛇?猫头鹰)，猫头鹰增重20g×1/5=4g，最少需要消费植物的量为4g?20%?20%?20%=500g。

高考常考，重点强化，思维建模，跨越障碍，全取高考拉分题热点1能量流动分流模型解读1.能量流经不同营养级示意图2.构建能量流动模型(表示方法)方法一：说明：两个去向：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：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方法三：说明：四个去向：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)【典例】如图是生态系统的能量流动图解，N1～N6表示能量数值。

请回答下列有关问题。

(1)流经该生态系统的总能量为(用N1～N6中的字母表示)。

(2)由初级消费者传递给蜣螂的能量为。

(3)图中N3表示________________________________________________________。

(4)能量由生产者传递给初级消费者的传递效率为。

(用N1～N6中的字母表示)。

(5)生态系统具有自我调节能力的基础是。

若要提高生态系统的抵抗力稳定性，一般可采取的措施为______________________________________________。

审题指导答案(1)N2(2)0(3)生产者用于生长、发育和繁殖的能量(4)N5/N2×100% (5)负反馈调节增加各营养级的生物种类1.(2019·辽宁东北育才学校模拟)如图是某池塘生态系统中能量流经贝类的示意图，下列分析错误的是()A.D代表细胞呼吸，一部分能量在细胞呼吸中以热能形式散失B.B是贝类用于自身生长、发育和繁殖所需的能量C.贝类摄入的能量就是流入这个生态系统的总能量D.生态系统的能量流动离不开物质循环和信息传递解析D代表细胞呼吸，一部分能量在细胞呼吸中以热能形式散失，A正确；A 是贝类的同化量，其中一部分通过呼吸作用散失，一部分用于生长、发育和繁殖等生命活动，B正确；生态系统中的能量流动从生产者固定能量开始，通常，生产者固定的总能量是流入生态系统的总能量，C错误；能量流动和物质循环是同时进行的，二者彼此依存，不可分割，生命活动的正常进行离不开信息传递，D 正确。

有关能量流动的计算题的解题技巧生态系统的主要功能是进行能量流动和物质循环，生物考试中一般以计算题的形式考查生态系统的能量流动这部分知识。

下面就常见的一些类型进行归类，总结该类题的解题技巧。

一． 求能量传递效率求能量传递效率=例1. 下表是对某一水生生态系统营养级和能量流动的调查结果，其中A 、B 、C 、D 分别表示不同的营养级，E 为分解者。

pg 为生物同化作用固定能量的总量，Pn 为生物体储存的能量〔Pg=Pn+R 〕,R 为生物呼吸消耗的能量。

请分析答复。

１. 能量流动是从A 、B 、C 、D 中的那个营养级开始的？为什么？ 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是多少？ ３. 从能量输入和输出的角度看，该生态系统的总能量是否增加？为什么？解析：〔1〕因为B 营养级的能量最多，储存的能量和呼吸消耗的能量也最多故B 是生产者。

〔2〕已知E 是分解者，按照生态系统中能量逐级递减的特点，食物链为 B → D → A → C 。

从第三营养级传递到第四营养级的效率为〔0.9／15.9〕×100﹪﹪ 〔3〕因为在该生态系统中，输入的总能量为生产者固定的总能量870.7，输出的总能量=13.1+501.3+0.6+79.1+191.4=785.5，870.7＞785.5。

所以生态系统输入的总能量大于输出的总能量之和。

答案〔1〕B 因为B 营养级含能量最多，是生产者。

﹪〔3〕增加。

因为该生态系统输入的总能量大于输出的总能量之和。

下一个营养级的同化量上一个营养级的同化量×100％例2 某一生态系统中，已知一只鹰增重2千克要吃10千克小鸟，小鸟增重0.25千克要吃2千克昆虫；而昆虫增重100千克要吃1000千克绿色植物。

在此食物链中鹰对绿色植物的能量利用率为( )A ﹪B ﹪C ﹪D ﹪ ×100%=0.25% 二 求营养级的生物量(一） 已知能量传递效率求生物量例3在植物昆虫鸟 的营养结构中，假设能量传递效率为10%，以鸟类同化的总量为〔 〕解析：设鸟类同化的总能量为A 。

能量流动的相关计算归纳一、方法归纳1.能量传递效率下一个营养级的同化量求能量传递效率= ×100％上一个营养级的同化量一般生态系统中能量传递效率大约为10%～20%2.能量传递效率相关“最值”计算解题时，注意题目中是否有“最多”“最少”“至少”等字眼，从而确定使用10%或20%来解题。

（1）食物链为A→B→C→D已知D营养级增加的能量为M，则至少需要A营养级的能量=M÷（20%）3，最多需要A营养级的能量=M÷（10%）3。

已知A营养级的能量为N，则D营养级最多可获得的能量=N×（20%）3，最少可获得的能量= N×（10%）3。

（2）计算生物量变化的“最多”或“最少”时，还应遵循以下原则：①食物链越短，最高营养级获得的能量越多。

②生物间的取食关系越简单，生态系统的能量流动过程中消耗的能量越少。

具体计算方法总结如下：3.按比例求解在食物网中，某一营养级同时从多个营养级的生物中获得能量，要注意某一生物从不同食物链中获得能量的比例，或某一生物给不同生物提供能量的比例，然后按照各个单独的食物链分别计算后合并。

也就是：已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算。

例如，在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为M×a%×b%×c%。

二、习题巩固1.某一生态系统中，已知已知鹰增重2kg要吃10kg小鸟，小鸟增重0.25kg要吃2kg昆虫，而昆虫增重100kg要吃1000kg绿色植物。

在此食物链中这只鹰对绿色植物的能量利用百分率为（）A.0.05%B.0.5%C.0.25%D.0.025%2.在如图所示的食物网中，假如猫头鹰的食物有2/5来自于兔子，2/5来自于鼠，1/5来自于蛇，那么猫头鹰若增加 20 g体重，最少需要消费植物（）A.600 gB.900 gC.1 600 gD.5 600 g3.(2014·肇庆模拟)下图是某生态系统能量流动示意图，有关叙述正确的是()A.发生X1过程的生物是具有叶绿体的生物B.X3过程表示第二营养级摄入有机物中的能量C.初级消费者粪便中的能量通过Z2传递给分解者加以利用D.初级消费者到次级消费者的能量传递效率可用X3/X2表示4.(2014·福州模拟)下图是生态系统的能量流动图解，N1～N6表示能量数值。

能量传递效率的计算：
（1）能量传递效率＝上一个营养级的同化量÷下一个营养级的同化量×100%
（2）同化量＝摄入量－粪尿量
每一营养级能量来源与去路分析：
①动物同化的能量=摄入量-粪便有机物中的能量，即摄入的食物只有部分被同化。

②流入一个营养级的能量是指被这个营养级的生物所同化的全部能量。

能量的来源与去路：
来源：a：生产者的能量主要来自太阳能；
B：其余各营养级的能量来自上一营养级所同化的能量。

去路：a：自身呼吸消耗、转化为其他形式的能量和热能；
b：流向下一营养级；
c；残体、粪便等被分解者分解；
d：未被利用：包括生物每年的积累量，也包括动植物残体以化石燃料形式被储存起来的能量。

能量流动的相关计算一、能量传递效率的选择问题例1、在食物链:草→兔→狼中，1）狼增加1kg,至少要消耗草 ______ kg2）狼增加1kg,最多要消耗草______ kg3）若草→兔的传递效率为15﹪,兔→狼的传递效率为16﹪，那么，消耗1000kg草，狼增加______kg例2、在右图的食物网中1、消耗绿色植物1kg,鹰至少增重_______千克；最多增重_______千克。

2、鹰每增加１千克体重至少需_______千克绿色植物；3、鹰每增加１千克体重所消耗的绿色植物最多为______千克；二、能量流动比例分配问题1、在上图的食物网中，若鹰的食物来源1/3来自兔，1/3来自相思鸟，1/3来自蛇，鹰增加3千克体重至少需消耗_______千克绿色植物。

2、假如北极狐的食物1/2来自雷鸟，1/8来自植物，且该系统能量从生产者到消费者的传递效率为10%，从消费者到消费者的能量传递效率为20%，如果北极狐种群增加的能量为80kJ，若不考虑其他变化的影响，则植物增加的能量是kJ。

3、右图表示某生态系统食物网的图解，若一种生物摄食两种前一营养级的生物，且它们被摄食的生物量相等，则猫头鹰体重增加1kg，至少需要消耗生产者 ( )A．100 kg B．312.5 kgC．25 kg D．15 kg三、能量流动比例调整问题例4、假设某农场将生产的玉米的1/3作为饲料养鸡，2/3供人食用，生产出的鸡供人食用，现调整为2/3的玉米养鸡，1/3供人食用，生产出的鸡仍供人食用。

理论上，该农场供养的人数将会____ 。

调整后的人数是调整前的人数的____倍。

（传递效率为10﹪）例5、为缓解人口增长带来的世界性粮食紧张状况，人类可以适当改变膳食结构。

若将(草食)动物性与植物性食物的比例由1∶1调整为1∶4，地球可供养的人口数量是原来的________倍。

(能量传递效率按10%计算，结果精确到小数点后两位数字)四、能量传递效率的计算问题例6、上图表示某农田生态系统的能量流动情况，其中箭头表示能量流动方向，数字为同化能量数值，单位为J/(cm2·a)。