人教版 (2019)必修1《分子与细胞》光合作用的原理和应用第3课时教案设计

这是一份人教版 (2019)必修1《分子与细胞》光合作用的原理和应用第3课时教案设计，共13页。教案主要包含了光合作用原理的应用等内容，欢迎下载使用。

第3课时 光合作用原理的应用
课题
5.4.3光合作用原理的应用
单元
必修1
学科
生物
年级
高中
教材分析
本节课的主要内容、重点内容是光合作用的原理。对于光反应阶段，教材通过三个实验循序渐进地说明水在光照条件下利用叶绿体水解成氧气，并引出了同位素追踪法。卡尔文循环则是利用同位素追踪的方法得出二氧化碳形成有机物途径的结论。根据光合作用的公式推导影响光合作用的因素。学习本节课需要在理解酶的功能、ATP作用的基础上进行。
教学目标及核心素养
生命观念：1.简述绿叶中色素的种类、颜色、含量、作用和吸收光谱。
2.运用结构与功能相适应的观念，解释叶绿体适于进行光合作用的结构和功能。
科学思维：1.通过对光合作用光反应阶段和暗反应阶段相关实验研究的思考和讨论，说明光合作用过程，并从物质与能量观视角，阐明光合作用原理，认同人类对光合作用的认识过程是逐步的、不断发展的。
2.通过表格归纳、概括，厘清光反应与暗反应的区别与联系，说明光合作用的意义。
科学探究：尝试提取和分离叶绿体中的色素，并能在实践中加以运用。设计并实施实验，探究环境因素对光合作用强度的影响。
社会责任：能够运用色素与光合作用的原理解释生产生活中的相关现象。
重点
1.能说出叶绿体色素的种类、颜色、含量、作用和吸收光谱。
2.叶绿体适于进行光合作用的结构和功能。
3.光合作用的原理。
难点
1.光合作用过程中物质和能量的变化及相互关系。
2.探究影响光合作用强度的环境因素。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
复习导入：光合作用过程
思考：光合作用原理的应用有哪些？
复习回顾光合作用的过程，思考光合作用原理的应用有哪些。
回忆相关知识为学习本节课内容打下知识基础。
讲授新课
一、光合作用强度及影响光合作用的因素
引导学生归纳总结光合作用强度的概念及其表示方法。
1.光合作用强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的量。（通常用光合速率表示）
2.光合作用强度的表示方法
（1）单位时间内光合作用产生有机物的量
（2）单位时间内光合作用产生CO2的量
（3）单位时间内光合作用放出O2的量
光合作用的强度，直接关系农作物的产量，研究影响光合作用强度的环境因素很有现实意义。
那么怎么检验某一因素会影响光合作用呢？
3.影响光合作用的因素
通过光合作用的反应式，可以从中找到影响光合作用的因素。
外因：光照强度，光质，光照时间，CO2的浓度，矿质元素，温度，水。
内因：与植物自身的遗传特性有关，叶片年龄，叶面积，色素的含量，酶的种类、数量
概括光合作用强度的概念及其表示方法，说出影响光合作用的影响因素。
培养学生归纳概括的能力。
了解影响光合作用的因素。
讲授新课
二、探究实践 探究环境因素对光合作用强度的影响
阅读教材P105页：“探究实践 探究环境因素对光合作用强度的影响”活动，并播放演示实验。
影响光合作用强度的因素有很多，你们可以选择其中某种因素，探讨它与光合作用的强度有什么关系。你们可以参考以下案例的思路，通过小组讨论，决定本小组要探究的环境因素和实验方案。
阅读P105，找出以下关键信息：
【实验原理】
本实验利用了绿色植物通过叶绿体进行光合作用产生氧气的原理。
将绿色的嫩叶抽气，使其内部气体全部逸出（真空渗水法），细胞间隙充满了水，浮力减小，叶片就会沉到水底。
【参考案例】探究光照强度对光合作用强度的影响
1.材料用具
打孔器，注射器，5WLED台灯，米尺，烧杯，绿叶（如菠菜、吊兰等）。有条件的学校可以使用化学传感器来测量O2的浓度。
实验材料：圆形小叶片。
注射器的作用：排出圆形小叶片中的气体。
2.实验原理
再给予叶片一定强度的光照，一段时间后因光反应产生的氧气会充斥在叶片的细胞间隙中，浮力增大，叶片会从水底浮起（O2在水中的溶解度很小）。光照强度不同，光反应产物的多少也不同。可以用相同功率的光源在不同的距离照射水中的嫩叶，来调节光照的强度，形成光照强度不同的条件。
通过①观察同一时间内装置中叶片浮起的数量，或②观察不同光照强度下浮起相同数量叶片所需的时间，来探究光照强度对光合作用强度的影响，并由此认识环境因素对光合作用强度的影响。
自变量：光照强弱（控制方法：不同瓦数的灯或相同瓦数台灯离实验装置的距离）。
因变量：光合作用强度（检测方法：相同时间小圆形叶片浮起的数量）。
无关变量：要求相同且适宜（控制方法：如温度，用中间的盛水玻璃柱吸收热量排除干扰），如小圆形叶片内的数量；放入黑暗的时间等。
3.方法步骤
（1）取材：取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6 cm的打孔器（目的是制备圆形小叶片）打出圆形小叶片30片（避开大的叶脉）。
（2）排气：将圆形小叶片置于注射器（目的：使圆形小叶片内的气体溢出）内。注射器内吸入清水，待排出注射器内残留的空气后，用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活塞，使圆形小叶片内的气体溢出。这一步骤可能需要重复2~3次。处理过的小叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底。
（3）沉水：将处理过圆形小叶片放入清水中，黑暗保存，小圆形叶片全部沉到水底。（原因：细胞间隙充满了水）
（4）取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（可以事先通过吹气的方法补充CO2，也可以通过质量分数为1%~2%的NaHCO3溶液来提供CO2）
（5）分组实验：分别将10片叶圆片投入3只盛20 mL NaHCO3的小烧杯中。光照：分别将3只小烧杯置于强、中、弱三种光照下。实验中，可用5W的LED灯作为光源，利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度。如调整40W台灯距离（10、20、30 cm）
盛水玻璃柱的作用：吸收热量排除干扰。
讨论：利用该装置还能探究哪些环境因素对光合作用的影响？这些因素分别如何控制呢？
提示：CO2浓度（吹气时间或不同质量分数的NaHCO3溶液）、温度（水浴保温）、光质（不同颜色的彩色灯泡）
（6）观察并记录：同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量。
4.实验结论
在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。
思考：我们测得的O2产生量，是植物光合作用实际产生的O2总量吗？
阅读教材，观看视频，思考问题，回答问题。
直观了解检测某一因素影响光合作用的方法。
新课讲授
三、光合作用原理的应用
植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。
结合光合作用原理，阐述真正（总）光合速率、净（表观）光合速率和呼吸作用速率之间的关系和联系。
实际测量到的光合作用指标是净光合作用速率，称为表观光合速率。
归纳总结光合作用相关含义的表示方式（小组讨论，进行展示）
分析各因素对光合作用强度的影响，并用图像表示。
影响光合作用的因素：
光照、、温度、水、矿质元素等。
教师分别介绍该因素对光合作用的影响。
1.外因：
（1）光照强度
A：只进行呼吸作用
AB：光合作用呼吸作用
D：光合作用强度达到最大时，所需的最小光照强度为光饱和点
解读：曲线与细胞图示相结合
思考：曲线表示的是阳生植物的光合速率，阴生植物的曲线该如何画？
说明什么是阴生植物，什么是阳生植物。
阴生植物是指在弱光条件下比强光条件下生长良好的植物。
阳生植物是指在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽和弱光条件下生长发育不良的植物称阳性植物。
展示阴生植物，阳生植物CO2吸收量和CO2释放量曲线图，引导学生进行分析并回答问题。
阴生植物的呼吸作用较弱，光补偿点B1在B点左侧；对光的利用能力也不强，最大光合速率C1往左下移。
应用：合理密植，间作套种，适当剪枝。
（2）CO2浓度
分析曲线图，引导学生说出各点代表的含义，并举例说明CO2浓度的应用。
A点：对应的CO2浓度为能进行光合作用的最低CO2浓度。
B点：CO2补偿点，光合作用速率＝呼吸作用速率（表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度）。
C点：最大光合作用强度。
D点：CO2饱和点（两组都表示在一定范围内CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加）。
讨论：C点之后光合速率的限制因素有哪些？（提示：外因、内因）
外因：主要为光照强度和温度，
内因：酶的数量和活性。
A′点：表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
B′点：CO2饱和点（表示在一定范围内CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加）。
应用：1.多施有机肥或农家肥。
2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等。
3.大田中还要注意通风透气。
（3）温度
分析曲线图，引导学生阐述温度对光合作用的影响，并举例说明其应用。
原理：
温度通过影响酶的活性影响光合作用主要制约暗反应。
温度过高时植物气孔关闭，光合速率会减弱。
应用：1.温室中,加大昼夜温差，从而提高作物产量（有机物积累量）。
2.解释植物“午休”现象。
（4）水
原理：水既是光合作用的原理，又是体内各种化学反应的介质，直接影响光合作用速率；水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入叶片，从而影响光合作用速率。
分析曲线图，介绍水如何影响光合作用，引导学生说出各点代表的含义，并举例说明其应用
水是光合作用的原料，但水过多时，影响细胞呼吸作用，能量减少，细胞吸收的离子等减少，光合作用减慢。水是体内各种化学反应的介质。水还影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体
A～B：随着自由水含量的增加，细胞代谢开始加快，光合速率也随之加快。
B～C：水太多，影响了细胞的呼吸作用，代谢速率会下降。
应用：预防干旱，合理灌溉。
（5）矿质元素
N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分。
P：NADP+和ATP的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能。
K：促进光合产物向贮藏器官运输。如淀粉的运输。
Mg：叶绿素的重要组分。
提示：矿质元素含量过高，根细胞很难吸水，甚至失水，光合速率也会下降，甚至停止。
应用：合理施肥（无机肥）
分析曲线图，引导学生说出各点代表的含义。
B、C、D三点，哪一点淀粉含量最多？（D点）
C点：盛夏午后温度过高，为减少蒸腾作用，气孔关闭，CO2供应不足，光合速率下降，出现“午休”现象
2.内因
（1）同一植物的不同生长发育阶段
应用：根据植物在不同生长发育阶段光合作用速率不同，适时适量地提供水肥及其他环境条件，以使植物茁壮成长。
（2）同一叶片的不同生长发育时期
曲线分析：
OA段：幼叶，叶面积不断增大，叶绿体、叶绿素含量不断增加，光合作用速率不断增加。
AB段：壮叶，叶片的面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率基本稳定。
BC段：老叶，随叶龄增加，叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。
应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶，茎叶蔬菜及时换新叶，可减少细胞呼吸对有机物的消耗。
多因子（光照强度、CO2浓度）与光合作用强度之间的关系
曲线分析：Q点之前限制因素为横坐标所表示的因子，当到Q点时，想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。
阐释真正（总）光合速率、净（表观）光合速率和呼吸作用速率之间的关系和联系。
小组讨论，归纳总结，进行展示。
绘制不同因素对光合作用强度影响的图像。
培养学生的归纳总结能力。
课堂总结
板书设计
5.4.3 光合作用原理的应用
一、光合作用强度及影响光合作用的因素
1.光合作用强度的概念
2.光合作用强度的表示方法
3.影响光合作用的因素
二、探究·实践：探究环境因素对光合作用的影响
实验原理、材料用具、方法步骤、实验结论
三、光合作用原理的应用
1.外因：光照强度、CO2浓度、温度、水、矿质元素
2.内因：
（1）同一植物的不同生长发育阶段
（2）同一叶片的不同生长发育时期