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2019-2020年人教版高中生物必修1 5-4能量之源-光與光合作用 教案1 教學目標 1.了解光合作用的探究歷程 2.理解光合作用的過程和原理 教學重點 光反應和暗反應的過程 教學難點 光反應和暗反應的過程 教學過程 (一)、引入新課 有些蔬菜大棚用紅色或藍色的塑料薄膜代替普通塑料薄膜，有的溫室內(nèi)懸掛發(fā)紅色或藍色的燈管。 1.用這種方法有什么好處？這樣做對光合作用有影響嗎？ 2.為什么是用紅色或藍色的呢？用綠色的可以嗎？ 能量最終來源于光能。 光能轉(zhuǎn)化為化學能被細胞所吸收的過程稱為光合作用。 葉綠體中的色素對植物起著非常重要的作用。葉綠體中含有哪些色素呢? （2） 、實驗：綠葉中色素的提取和分離 1、實驗原理 ①提取色素的原理是什么？提?。荷啬苋芙庠诒蚓凭扔袡C溶劑中，所以可用無水乙醇提取色素。 ②分離色素的原理是什么？各種色素都能溶解層析液中，且溶解度不同 溶解度大，擴散速度快 溶解度小，擴散速度慢 2、實驗步驟 用自己的話對于實驗的過程進行描述 今天我們就來做一個實驗，探究綠葉中含有幾種色素和學習對色素進行提取和分離的方法。 問題：我們已經(jīng)推測色素在葉綠體中，而葉綠體又在葉片中，那怎么把色素提取出來呢？ （答：磨碎葉片，再過濾，色素在濾液中） 問題：怎么能保證色素一定存在于濾液中？（答：用能溶解色素的溶劑，也就是有機溶劑） 問題：常用的有機溶劑是什么？（答：無水乙醇） 其實，還有其他有機溶劑也可以，例如丙酮、石油醚、苯、汽油等都可以。我們今天是用無水乙醇。 問題：得到色素的濾液后，如何讓各種色素分離開來呢？（答：因為色素在層析液中的溶解度不同，而且由于溶解度不同而導致隨層析液在濾紙上擴散的速度 不同，這樣，一段時間后，色素就會在濾紙上分離開來） 料是綠葉，大紅花（朱槿）葉；藥品有無水乙醇、層析液、還有二氧化硅和碳酸鈣。后兩種藥品有什么作用呢？（答：二氧化硅可以加快研磨，而碳酸鈣的作用是保護色素） 在研磨過程中，細胞的結(jié)構(gòu)如何變化了？（答：破碎了）所以，液泡里面的有機酸也就出來了，而葉綠素在酸性環(huán)境下很容易被破壞，所以碳酸鈣的作用是──（答：中和酸性），也就可以保護色素了。 實驗步驟： 現(xiàn)在就來學習實驗的步驟了。第一步，提取色素。剛才已經(jīng)了解了提取的主要步驟是研磨和過濾。但還有什么細節(jié)需要注意的？提取主要分為這幾步：碎葉，加入藥品，研磨，過濾，得濾液。加入哪些藥品？（學生回答）是不是加得越多越好？研磨的速度應該快還是慢？得到的濾液對著光觀察是什么顏色？帶著這些問題大家開始第一部分的實驗吧! （學生開始“色素的提取”實驗，老師隨堂指導） 實驗討論：色素提取液的顏色應該是綠色；研磨過程應該較快；藥品應加得適量。 實驗的第二階段是分離色素，怎么分離呢？我們剛才學習了，應該是讓色素隨層析液在濾紙上進行擴散。所以我們應該在濾紙上劃一條濾液細線，再放入層析液中進行層析分離。現(xiàn)在有一個問題希望大家能想辦法解決，就是怎樣在濾紙上劃一條又細又直，色素含量又多的濾液細線？ （學生討論） 現(xiàn)在提供給大家的用具有毛細吸管和蓋玻片。想到辦法了嗎？（答：用毛細吸管吸取濾液，再劃到濾紙上或是用蓋玻片蘸取少量濾液，再印到濾紙上，劃或印都要重復多次） 好，同一組兩位同學相互比較一下，看哪一種方法效果更好。 劃好濾液細線后，就可以將濾紙條放入層析管中，等待層析。有兩點要特別注意的：一是試管口要塞好棉花，二是層析液的液面與濾液細線的關系如何？層析液的液面不能超過濾液細線。 好，現(xiàn)在我們就開始做色素的分離。 （學生進行實驗，老師隨堂指導） 好，在等待層析結(jié)果的過程中，我們來分析一下步驟中的某些要點，第一，為什么要塞好試管口的棉塞？（答：防止層析液揮發(fā)，層析液還有一定的毒性） 第二，為什么層析液的液面不能超過濾液細線？（答：如果超過，色素會溶解在層析液中，就不會在濾紙上擴散開來，實驗就會失敗。） 實驗最后的結(jié)果并不是最重要的，重要的是大家在實驗的過程中，是不是真的學到了應該學到的知識和應該得到鍛煉的能力。現(xiàn)在大家把實驗的評價表中有關實驗過程的部分給自己做個比較中肯的評價。如果成功了，要知道自己成功在哪里才是真正的成功。如果失敗了，只要知道了自己失敗在哪里，也是成功。后面實驗結(jié)果及進一步探究部分請大家課后完成。再收回，我也會給大家一個評價。 現(xiàn)在我們來看看大家的結(jié)果，濾紙條上出現(xiàn)了幾種顏色的色帶？排序如何？ （答：四種，從上到下依次為橙黃色、黃色、藍綠色、黃綠色） 色帶的寬窄如何？（答：藍綠色的最寬，橙黃色的最窄） 排序體現(xiàn)什么？（答：色素擴散的速度）寬窄體現(xiàn)了什么？（答：色素的含量） （三）綠葉中色素的種類和作用 從剛才的實驗結(jié)果我們可知，綠葉中的色素主要有四種，它們的名稱分別應該是什么呢？（答：橙黃色的是胡蘿卜素，黃色的為葉黃素，藍綠色的為葉綠素a，黃綠色的為葉綠素b）由于結(jié)構(gòu)上的相似性，它們可以被分為兩大類，即胡蘿卜素和葉黃素共歸為類胡蘿卜素，葉綠素a和葉綠素b共歸為葉綠素。類胡蘿卜素總體上呈黃色，葉綠素總體上呈綠色，使葉片呈現(xiàn)許多美麗的顏色。那為什么葉片多數(shù)為綠色的呢？（答：葉綠素的含量比類胡蘿卜素多） 那為什么許多植物到了秋天葉子就變黃了？（答：秋天氣溫低，葉綠素不穩(wěn)定，容易分解，這樣黃色就呈現(xiàn)出來了。） 你知道還有哪些因素可能影響葉綠素的結(jié)構(gòu)？ （提示：碳酸鈣的作用──pH值，無機鹽（Mg2+）的作用等） 楓葉為什么是紅色的呢？ （楓葉的顏色不是由于葉綠體中的色素，而是由于液泡中的花青素的作用） 這些就是綠葉中的色素的種類，它們都能捕獲光能，那么它們倒底吸收哪些顏色的光呢？我們給大家介紹一個實驗。 介紹實驗裝置…… 將色素的提取液放于光源與三棱鏡之間，觀察光屏上顏色的變化。為什么這樣能夠確定色素吸收哪些光呢？我們給大家介紹一下原理。 所有的可見光（答：即白光）通過三棱鏡會發(fā)生什么變化？（答：形成七色光的一個連續(xù)光譜）如果我在各種色光前進的途中放入色素溶液，又假設色素能吸收黃色光，那么光屏上原來黃光的位置會發(fā)生什么變化？（答：沒有光了，即表現(xiàn)為暗帶）所以我們只需觀察光屏上哪一位置出現(xiàn)暗帶，即意味著什么？（答：意味著那種色光被吸收了） 現(xiàn)在我們回過頭去看看實驗情況。當把色素提取液放于光源與三棱鏡之間，光屏上發(fā)生了什么現(xiàn)象？（答：紅光區(qū)和藍紫光區(qū)出現(xiàn)了暗帶）說明什么？（答：葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍紫光。） 如果想知道各種色素吸收色光的不同，可以用不同色素的溶液分別做這個實驗就行了。 但這種方法只能大概測定色光，具體的吸收量就不能測定了?，F(xiàn)在有更好的儀器可以用來測定，就是分光儀。它的原理與剛才的裝置非常相似。介紹分光儀。 通過分光儀及相關儀器的檢測，我們可以得到各種色素的吸收光譜。如：葉綠素a，從圖中可以看出葉綠素a主要吸收的光是哪些光？（答：紅光和藍紫光）吸收最少的是？（答：綠光）與此類似，其他色素的吸收光譜是這樣的，我們請同學來分別歸納一下各種色素吸收光的情況。（答：葉綠素b主要吸收紅光和藍紫光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光） 這就是色素吸收光能的情況。 根據(jù)你剛剛學習的內(nèi)容，判斷一下，溫室的頂棚用紅色玻璃還是綠色玻璃好？ （答：紅色玻璃好。因為太陽光或者說白光通過紅色玻璃后只剩下紅光，植物吸收紅光能進行較強的光合作用；如果用綠色玻璃只剩下綠光，而植物吸收綠光很少，幾乎得不到光能，不能正常進行光合作用） （四）葉綠體的結(jié)構(gòu)和作用 色素存在于細胞中的哪一結(jié)構(gòu)呢？（答：葉綠體，這是由薩克斯通過光學顯微鏡發(fā)現(xiàn)的）那么把葉綠體放到電子顯微鏡下又會觀察到什么樣的結(jié)構(gòu)呢？ 展示圖片：葉綠體的亞顯微結(jié)構(gòu) 所謂亞顯微結(jié)構(gòu)就是指在電子顯微鏡下看到的結(jié)構(gòu)?？梢钥吹饺~綠體大概分為四個部分，你能說出它們的名稱嗎？（答：1是內(nèi)膜，2是外膜，3是基質(zhì)，4是基粒）對。哪里是綠色的呢？（答：基粒）基粒又是怎樣的結(jié)構(gòu)呢？（展示圖片：基粒的結(jié)構(gòu)）可以看到基粒是由一個個小圓餅堆疊而成。每一個小圓餅其實是一個囊狀結(jié)構(gòu)，我們稱之為類囊體。基粒是綠色是因為類囊體是綠色的，類囊體是綠色又是由于什么物質(zhì)的存在呢？（答：色素就存在于類囊體的膜上）現(xiàn)在我們學到的葉綠體比前面在第三章學的更微觀。 正是由于葉綠體中含有色素，所以葉綠體能夠吸收光能。那么葉綠體就只能吸收光能了嗎？有沒有其他功能呢？ 還有第二個資料，葉綠體的基質(zhì)和基粒上都含有進行光合作用必需的酶。說明什么？（答：葉綠體是進行光合作用的場所） 現(xiàn)在我們來總結(jié)一下，葉綠體有哪些功能？（答：吸收光能，進行光合作用）具有這些功能的結(jié)構(gòu)基礎是什么？（葉綠體的基粒的類囊體的膜上有色素，基粒和基質(zhì)中都含有光合作用所必需的酶）葉綠體有什么適于分布酶和色素的結(jié)構(gòu)？（答：基粒及其類囊體形成巨大的膜結(jié)構(gòu)，為色素和酶的分布提供了附著位點） 這就是實驗的原理。今天我們用的材 （五）、光合作用的原理 有很多科學家也對此產(chǎn)生了疑問，并且通過自己的思考、實驗得出一些結(jié)論。我們來學習一下他們的成果。 1、光合作用探索過程 薩克斯實驗 安排學生閱讀課本：P．102第一自然段，巡回指導學生閱讀，思考并討論問題： ①本實驗共有幾個處理過程？ ②本實驗可以得出什么結(jié)論？ 演示多媒體課件：薩克斯實驗的步驟 恩格爾曼（G．Engelmann）實驗 演示多媒體課件：“恩格爾曼實驗”動畫過程 教師引導、師生共同討論：課本P．100“資料分析1”，指導回答有關問題： （1）恩格爾曼實驗方法的巧妙之處（見PPT） （2）恩格爾曼實驗的結(jié)論：氧氣是　　釋放出來的，光合作用的場所是　　。 抽問學生回答，及時評正資料一，恩格爾曼的水綿實驗。展示水綿結(jié)構(gòu)圖，介紹其葉綠體。恩格爾曼設計了一個非常巧妙的實驗。大家閱讀一下資料一，思考兩個問題，一是從實驗中可以得出什么結(jié)論？二是這個實驗的巧妙之處在哪里？ 我們知道，一項科學研究的成功，離不開一定的技術手段，但在科技水平有限時，如果有科學、巧妙的方法，也能達到同樣的效果。 恩格爾曼的成功當然也離不開前人的經(jīng)驗，在下一節(jié)課我們會和大家一起來學習光合作用探索的歷史。這節(jié)課后大家可以先預習一下這一部分，著重學習科學家是如何設計實驗，如何得出恰當?shù)慕Y(jié)論的。 魯賓（S．Ruben）和卡門（M．Kamen）的實驗 提出問題：恩格爾曼的實驗已經(jīng)證明葉綠體是光合作用的場所，并且釋放氧氣，那么光合作用產(chǎn)生的氧氣到底是來自水還是二氧化碳呢？ 聯(lián)系前學知識，介紹同位素標記法的應用 引導并指導學生嘗試設計實驗的方案 演示多媒體課件： 實驗探究──用“同位素標記法”設計實驗 （1）提出問題：探究光合作用釋放的氧氣到底來自二氧化碳還是水？ （2）作出假設： 假設一：光合作用釋放的氧氣來自。（第一組） 假設二：光合作用釋放的氧氣來自。（第二組） （3）實驗設計與操作： 第一組：向植物提供　　和　??； 第二組：向同種植物提供　　和　　。 （4）實驗結(jié)果：第一組釋放的氧氣全都是　　， 第二組釋放的氧氣全都是　　。 （5）實驗結(jié)論：光合作用釋放的氧氣來自　　　　。 卡爾文（M．Calvin）實驗 指導學生閱讀：課本P．102第四自然段，分析卡爾文采用的實驗方法是什么？ 得出了什么結(jié)論？ 爾文等人用了十多年的時間得出的，又叫“卡爾文循環(huán)”它揭示了綠色植物利用無機物制造有機物的機理，但至今我們不能把它應用于實踐；如果以后我們能利用現(xiàn)代生物工程的手段人工模擬光合作用的過程，相信糧食就會在工廠中生產(chǎn)出來了。 卡爾文等人是利用放射性同位素跟蹤測試的方法研究光合作用的。什么是同位素呢？因它具有放射性，我們可以用儀器檢測到它在化學反應中的變化。 如果用18O標志反應物H2O中的氧，經(jīng)過光合作用，這個18O將位于那種產(chǎn)物中呢？ 讓我們來比較光合作用的兩個階段： 這兩個階段，分別在葉綠體的什么部位進行？光反應階段有哪些物質(zhì)變化？暗反應階段有哪些物質(zhì)變化？光反應階段能量是怎樣變化的？暗反應階段能量是怎樣變化的？光反應階段產(chǎn)生了哪幾種物質(zhì)，它們的去向如何？ 2、光合作用的過程 光反應 暗反應 場 所 基粒片層結(jié)構(gòu)薄膜 基 質(zhì) 物質(zhì)變化 ⑴水的光解 酶 H2O—→1/2O2+2[H] 能量 ⑵合成ATP 酶 ADP+Pi—→ATP 能量 ⑴CO2的固定 酶 CO2+C5—→2C3 ⑵CO2的還原 酶 2 C3—→C6H12O6 ATP*[H] 能量變化 光能→活潑化學能（ATP） 活潑化學能→穩(wěn)定化學能 意義 食源、能源、氧源 通過比較我們可以得出，從實質(zhì)上說光合作用包含了兩個方面的內(nèi)容： 物質(zhì)的變化：CO2和H2O—→C6H12O6能量的變化：光能—→化學能 3、光合作用的實質(zhì)：能量轉(zhuǎn)化、物質(zhì)轉(zhuǎn)化 4、光合作用的意義是什么？ （1).生物界中有機物的來源 （2).生物生命活動所需能量的最終來源 （3).調(diào)節(jié)大氣中氧氣和二氧化碳的含量 （4).對生物的進化有重要作用 5、解題規(guī)律總結(jié) 葉綠體四種色素 （1）在濾紙中從上到下的順序：（2）各色素的顏色，主要吸收什么光? （3）色素分布在：類囊體薄膜上 光合作用的過程 （1）光反應的產(chǎn)物：O2、[H]、ATP，其中 [H]ATP提供暗反應所需。 (2)光反應與暗反應關系: ①光反應要在類囊體膜上有光的條件下進行,為暗反應 提供[H]和ATP ②暗反應在葉綠體基質(zhì)中有光或無光下都能進行，消耗了光反應的產(chǎn)物,促進光反應的進行 3、光合作用量變分析公式: (1)如果停止光照：ATP減少,ADP增多,C3增多,C5減少 (2)如果停止二氧化碳：C5增多,C3減少,ATP增多,ADP減少 （六）、光合作用原理的應用 1、光對光合作用的影響 ①光的波長 ②光照強度 ③光照時間 2、溫度 溫度低，光合速率低。隨著溫度升高，光合速率加快，溫度過高時會影響酶的活性，光合速率降低。與溫度影響酶的活性一致。 3、CO2濃度 在一定范圍內(nèi)，植物光合作用強度隨著CO2濃度的增加而增加，但達到一定濃度后，光合作用強度不再增加。 4、礦質(zhì)元素離子（無機鹽離子）（影響葉綠素的形成和酶的形成） 例如：N，P，K，Mg等 5、提高農(nóng)作物光合速率的方法有： （1）、控制光照； （2)、控制溫度； (3)、提供適量的必需礦質(zhì)元素； （4）、提供適量的二氧化碳； 自養(yǎng)生物:以CO2和H2O（無機物）為原料合成糖類（有機物）糖類中儲存著的能量。 異養(yǎng)生物:只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機物來維持自身的生命活動。 化能合成作用：能夠利用體外環(huán)境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物的合成作用 例如：硝化細菌、硫細菌、鐵細菌等少數(shù)種類的細菌 七、課堂總結(jié) 這節(jié)課主要學習葉綠體的結(jié)構(gòu)和色素的種類，掌握提取、分離色素的實驗技巧，學習科學家探索光合作用原理的科學思維和科學方法。通過分析科學家發(fā)現(xiàn)光合作用的幾個經(jīng)典實驗，嘗試提出問題、做出假設，設計方案驗證假設。理解假設的提出要有實驗和觀察的依據(jù)，需要嚴謹?shù)耐评砗痛竽懙南胂?，并通過觀察和實驗進一步驗證和完善。同時，理解實驗技術的進步所起的作用。通過恩格爾曼的水綿實驗的學習及實驗設計與實施，形成科學態(tài)度及創(chuàng)新、合作的科學精神。 借助葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能的聯(lián)系分析，形成普遍聯(lián)系的辨證唯物主義觀點和結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的觀點。借助影響色素的環(huán)境因素的學習，形成生態(tài)學觀點，從而學會理論聯(lián)系實際。 八、板書設計 第五章 第4節(jié) 能量之源──光與光合作用 一、實驗：綠葉中色素的提取和分離 二、綠葉中色素的種類和作用 三、葉綠體的結(jié)構(gòu)和作用 四、光合作用原理 五、光合作用原理的應用