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1、2022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(xué)目標(biāo) 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(xué)重點 光反應(yīng)和暗反應(yīng)的過程 教學(xué)難點 光反應(yīng)和暗反應(yīng)的過程 教學(xué)過程 (一)、引入新課 有些蔬菜大棚用紅色或藍(lán)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(lán)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(lán)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(xué)能被細(xì)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? （二）

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？提取：色素能溶解在丙酮或酒精等有機(jī)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(kuò)散速度快 溶解度小，擴(kuò)散速度慢 2、實驗步驟 用自己的話對于實驗的過程進(jìn)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(xué)習(xí)對色素進(jìn)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(jī)溶

3、劑） ?問題：常用的有機(jī)溶劑是什么？（答：無水乙醇） ?其實，還有其他有機(jī)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(dǎo)致隨層析液在濾紙上擴(kuò)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(hù)色素） ?在研磨過程中，細(xì)胞的結(jié)構(gòu)如何變化了？（答：破碎了）所以，液泡里面的有機(jī)酸也就出來了，而葉綠素在

4、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(hù)色素了。 實驗步驟： ?現(xiàn)在就來學(xué)習(xí)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(xì)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(xué)生回答）是不是加得越多越好？研磨的速度應(yīng)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(xué)生開始“色素的提取”實驗，老師隨堂指導(dǎo)） ?實驗討論：色素提取液的顏色應(yīng)該是綠色；研磨過程應(yīng)該較快；藥品應(yīng)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(xué)習(xí)了，

5、應(yīng)該是讓色素隨層析液在濾紙上進(jìn)行擴(kuò)散。所以我們應(yīng)該在濾紙上劃一條濾液細(xì)線，再放入層析液中進(jìn)行層析分離?，F(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(xì)又直，色素含量又多的濾液細(xì)線？ ?（學(xué)生討論） 現(xiàn)在提供給大家的用具有毛細(xì)吸管和蓋玻片。想到辦法了嗎？（答：用毛細(xì)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(fù)多次） ?好，同一組兩位同學(xué)相互比較一下，看哪一種方法效果更好。 ?劃好濾液細(xì)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(xì)線的關(guān)系如何？層析液的液面不能超過濾液細(xì)線。

6、 ?好，現(xiàn)在我們就開始做色素的分離。 ?（學(xué)生進(jìn)行實驗，老師隨堂指導(dǎo)） ?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(xì)線？（答：如果超過，色素會溶解在層析液中，就不會在濾紙上擴(kuò)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(xué)到了應(yīng)該學(xué)到的知識和應(yīng)該得到鍛煉的能力?，F(xiàn)在大家把實驗的評價表中有關(guān)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

7、敗在哪里，也是成功。后面實驗結(jié)果及進(jìn)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(lán)綠色、黃綠色） ?色帶的寬窄如何？（答：藍(lán)綠色的最寬，橙黃色的最窄） ?排序體現(xiàn)什么？（答：色素擴(kuò)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(yīng)該是什么呢？（答：橙黃色的是胡蘿卜素，黃色的為葉黃素，藍(lán)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

8、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(jī)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

9、？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(jìn)的途中放入色素溶液，又假設(shè)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(dāng)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(lán)紫光區(qū)出現(xiàn)

10、了暗帶）說明什么？（答：葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍(lán)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。現(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(guān)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(lán)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(xué)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(lán)紫光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收

11、藍(lán)紫光） ?這就是色素吸收光能的情況。 ?根據(jù)你剛剛學(xué)習(xí)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(jìn)行較強(qiáng)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(jìn)行光合作用） （四）葉綠體的結(jié)構(gòu)和作用 ?色素存在于細(xì)胞中的哪一結(jié)構(gòu)呢？（答：葉綠體，這是由薩克斯通過光學(xué)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)。可以看到葉綠體大概分為四個部分，你能說出它們的名

12、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(xué)到的葉綠體比前面在第三章學(xué)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(jìn)行光合作用必需的酶。說明什么？（答：葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所） ?現(xiàn)在我們來總

13、結(jié)一下，葉綠體有哪些功能？（答：吸收光能，進(jìn)行光合作用）具有這些功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)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(xué)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(xué)習(xí)一下他們的成果。 1、光合作用探索過程 ?薩克斯實驗 ?安排學(xué)生閱讀課本：P．102第一自然段，巡回指導(dǎo)學(xué)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

14、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(dǎo)、師生共同討論：課本P．100“資料分析1”，指導(dǎo)回答有關(guān)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(xué)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(shè)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(xué)研究的成功，離不

15、開一定的技術(shù)手段，但在科技水平有限時，如果有科學(xué)、巧妙的方法，也能達(dá)到同樣的效果。 ?恩格爾曼的成功當(dāng)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(xué)習(xí)光合作用探索的歷史。這節(jié)課后大家可以先預(yù)習(xí)一下這一部分，著重學(xué)習(xí)科學(xué)家是如何設(shè)計實驗，如何得出恰當(dāng)?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(xué)知識，介紹同位素標(biāo)記法的應(yīng)用 ?引導(dǎo)并指導(dǎo)學(xué)生嘗試設(shè)計實驗的方案 ?演示多媒體課件： ?實驗探究──用“同位素標(biāo)記法”設(shè)計實驗?

16、 ?（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(shè)： ?假設(shè)一：光合作用釋放的氧氣來自。（第一組） ?假設(shè)二：光合作用釋放的氧氣來自。（第二組）? ?（3）實驗設(shè)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(dǎo)學(xué)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

17、出的，又叫“卡爾文循環(huán)”它揭示了綠色植物利用無機(jī)物制造有機(jī)物的機(jī)理，但至今我們不能把它應(yīng)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(xué)反應(yīng)中的變化。 如果用18O標(biāo)志反應(yīng)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(jìn)行？光反應(yīng)階段有哪些物質(zhì)變化？暗反應(yīng)階段有哪些物質(zhì)變化？光反應(yīng)階段能量是怎樣變化的？暗反應(yīng)階段能量是怎樣變化的？光

18、反應(yīng)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(yīng) 暗反應(yīng) 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

19、光能→活潑化學(xué)能（ATP） 活潑化學(xué)能→穩(wěn)定化學(xué)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(xué)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(jī)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(jìn)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

20、在：類囊體薄膜上 光合作用的過程 （1）光反應(yīng)的產(chǎn)物：O2、[H]、ATP，其中 [H]ATP提供暗反應(yīng)所需。 (2)光反應(yīng)與暗反應(yīng)關(guān)系: ①光反應(yīng)要在類囊體膜上有光的條件下進(jìn)行,為暗反應(yīng) 提供[H]和ATP ②暗反應(yīng)在葉綠體基質(zhì)中有光或無光下都能進(jìn)行，消耗了光反應(yīng)的產(chǎn)物,促進(jìn)光反應(yīng)的進(jìn)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(yīng)用 1、光對光合作用的影響 ①光的波長 ②光照強(qiáng)度 ③光照時間 2、溫度 溫度低，

21、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(qiáng)度隨著CO2濃度的增加而增加，但達(dá)到一定濃度后，光合作用強(qiáng)度不再增加。 4、礦質(zhì)元素離子（無機(jī)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(jī)物）為原料合成糖類（有機(jī)物）糖類中儲存著的能

22、量。 異養(yǎng)生物:只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機(jī)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(jī)物氧化時所釋放的能量來制造有機(jī)物的合成作用 例如：硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等少數(shù)種類的細(xì)菌 七、課堂總結(jié) 這節(jié)課主要學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)科學(xué)家探索光合作用原理的科學(xué)思維和科學(xué)方法。通過分析科學(xué)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(shè)，設(shè)計方案驗證假設(shè)。理解假設(shè)的提出要有實驗和觀察的依據(jù)，需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砗痛竽懙南胂螅⑼ㄟ^觀察和實驗進(jìn)一步驗證和完善。同時，理解實驗技術(shù)的進(jìn)步所起的作用。通過恩格爾曼的水綿實驗的學(xué)習(xí)及實驗設(shè)計與實施，形成科學(xué)態(tài)度及創(chuàng)新、合作的科學(xué)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(xué)習(xí)，形成生態(tài)學(xué)觀點，從而學(xué)會理論聯(lián)系實際。 八、板書設(shè)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(yīng)用