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1、第五章 第4节 能量之源光与光合作用一、教学目标1.知识目标：简述叶绿体中色素的种类和作用，描述叶绿体的结构和功能。（）说明光合作用以及对它的认识过程。（）比较光反应与暗反应的区别和联系。（）尝试探究影响光合作用强度的环境因素。（）说出光合作用原理的应用。（）简述化能合成作用。（）2.技能目标：正确使用实验器材，完成“绿叶中色素的提取和分离”的实验操作。3.情感目标：体验前人探索光合作用的研究历程，并作出相关的评价；关注农业生产中的实际问题，讨论提高光合作用效率的意义。二、教学重点、难点分析：1.教学重点：叶绿体中色素的种类及其作用。光合作用的发现及研究历史。光合作用的光反应、暗反应过程及相互
2、关系。影响光合作用强度的环境因素。 了解叶绿体中色素的种类和作用，有助于理解光合作用过程中能量的捕获和转化。光反应和暗反应是光合作用相互联系、相互影响的两个过程，弄清其中物质和能量的转化，才能算是真正理解了光合作用的原理，才能分析和讨论哪些环境因素将对光合作用产生什么样的影响。分析前人的研究历程，评价他们的研究方法，得出对科学研究的一般规律性的认识，结合当代科学研究的成果，将所学的知识运用于对实际问题的探索和讨论，对于巩固所学的知识，培养理论联系实际的能力有重要的意义。2.教学难点：光反应和暗反应的过程。探究影响光合作用强度的环境因素。 光反应和暗反应过程中物质和能量的变化，以及光照强度、温度
3、、大气中CO2含量、植物体内H2O的含量、叶龄、矿质元素、呼吸作用、蒸腾作用等等因素综合在一起，都将对光合作用产生影响，要引导学生理解这其中的知识，并进行相关的讨论，是教学中的一大难点。三、课时安排：4课时（其中1课时为本章练习、讲评、复习）四、教学设计：（第1课时，实验：绿叶中色素的提取和分离）学习活动教学说明(课堂时间安排)“问题探讨”教材P97。一、捕获光能的色素和结构太阳的光线中有能量，我们制造出太阳能电池板可以捕获其中的能量并转化为电能。绿色植物也思维热身，引导学生从光的波长（质）和光的强度（量）两个方面来认识光对植物光合作用的影响。（3）提出思考的问题。学习活动教学说明(课堂时间安
4、排)要捕获并转化太阳光中的能量，那么，绿叶中通过什么物质或结构捕获并转化光能呢？下面，我们来做一个实验。实验：绿叶中色素的提取和分离远在1.51011m之遥的太阳发出的光到达地球表面时是混合光，其中的可见光束看起来是白色的，但它通过三棱镜就会分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7色连续光谱，其波长在380760nm之间。我们看到的红旗呈现红色，桑叶呈现绿色，是由于光线照射到物体表面后，该物体又将这种颜色的光波反射出来（称为反射光）而造成的，绿叶反射了绝大部分的绿色光，所以绿叶呈现出绿色。如果，你透过一片绿色的玻璃看天空，你看到的是透过绿色玻璃的绿色光（透射光），而其它波长的光或者被玻璃反射，或者在透
5、过绿色玻璃时基本上被绿色玻璃吸收了。我们做的这个实验，主要目的是提取叶绿体中的色素，并设法将这些色素分离开。实验原理：用有机溶剂无水乙醇提取绿叶中的色素。（因为绿叶中的色素能够溶解在其中）利用层析液将提取的色素在滤纸上进行层析时把原本混杂在一起的色素分开。（不同的色素在层析液中的溶解度不同）方法步骤：1.提取绿叶中的色素。问题：加入SiO2和CaCO3的目的分别是什么？为什么要用棉塞将试管口塞严？2.制备滤纸条。3.画滤液细线。问题：细线如果画得过粗，对实验结果有何影响？4.分离绿叶中的色素。讲解相关的物理基础知识，为后面做好辅垫。（3）弄懂方法和原理，不能为完成操作而做实验。（2）问题可由学
6、生发现并提出，其他小组回答或修正，老师给予修改、评价。（3）学习活动教学说明(课堂时间安排)问题：如果层析液加入过多，淹没了滤纸条上的滤液细线，对实验结果有何影响？5.观察与记录。注意色素带的颜色、宽窄、间距。分别能说明什么问题。 学生进行实验操作。学生展示实验结果，并进行问题探讨。（与教材P98的归纳的4种色素结合学习）接下来再加两个演示操作。将各小组试管中剩余的滤液收集到一起，取一个50ml的小烧杯，量取10ml滤液，加入5ml无水乙醇稀释，混均后，量取10ml加入一支大试管中，试管口加棉塞，备用。演示1：调整好分光三棱镜，在投射屏上出现七色光谱，如下图：在入射光路上置入绿叶色素提取液试管
7、，再引导学生仔细观察投射屏上的光谱。如图：这一现象说明了什么？提醒观察的内容和注意的对象。教师巡视、指导，参与某些小组的实验和问题探讨。收集实验情况。引导学生分析实验结果和现象，总结经验。（12）增加两个演示实验，能够更好地说明绿叶中的色素具有捕获光能的作用。（5）引导学生观察，解释现象。（说明白光是混合光，通过三棱镜分光后可以分为七色可见光的连续光谱。）这是要观察的重要现象，结束教材P99图510，引导学生对可见光谱中明显的暗带进行分析说明。说明了：绿叶中的色素能够捕获光能。不同波长的光被吸收的情况有所不同：红光和蓝紫光被吸收得多，而绿光被吸收得最少。（与教材P99第一、二行黑体字结合学习）
8、学习活动教学说明(课堂时间安排)演示2：取出预先准备好的两个小纸盒及手电筒，如下图进行演示：（纸盒开孔处可透光，其余部分均不透光）现象1：入射光：白色 透射光：绿色（纸盒开孔处可透光，其余部分均不透光）现象2：入射光：白色 “反射光”：暗红色引导分析：如果绿叶中色素的提取液的“反射光”看起来和绿色玻璃的反射光看起来是一样的绿色，那么绿叶中的色素也就没有什么特殊之处了。暗红色的“反射光”究竟说明了什么？根据科学研究，绿叶中的色素分子吸收光线中的能量，某些色素分子从基态上升到激发态，而激发态由于含有较高的能量，不稳定，又要以光的形式辐射出能量返回到基态，辐射出的能量由于有所损耗，因此辐射的光波变长
9、，成为暗红色的光线， 看到的透射光是绿色，这就好比前面说到的透过一片绿色的玻璃看天空，看到的是透过绿色玻璃的绿色光（透射光）。（2）看到的“反射光”是暗红色的。绿色的玻璃反射的是绿色光，但是绿色的提取液的“反射光”看起来却不是绿色的？这是为什么呢？这里激发学生产生一个求知的欲望。（3）让学生展开想象的翅膀，大胆设想，哪怕是听起来毫无根据的“乱想”，只要学生敢想、能想，总比一潭死水要好得多呀！（2）学习活动教学说明(课堂时间安排)这就是我们看到暗红色的“反射光”，但实际上不能算是纯粹的反射光，人们称之为荧光现象。荧光现象的存在，证明了绿叶中的色素能够捕获光能。衍生出的问题：现象1中不存在荧光现象
10、？（现象1中也存在荧光现象，只是由于入射光线较强，掩盖了荧光现象，凭肉眼无法观察到）为什么要在“暗盒”中才能看到荧光现象？（因为荧光较弱，如果有其它较强光线的干扰，用肉眼就观察不到荧光现象，所以要用在如图的“暗盒”中才能看到荧光现象）如果将一片绿叶置于同样的“暗盒”中，代替装有色素提取液的试管，能否看到荧光现象？（结构完好的绿叶中，色素捕获光能后，辐射出的能量，大部分用于后续的反应，最终将能量储存在有机产物中，因此，绿叶的荧光现象只有用很灵敏的科学仪器才能检测出来，用肉眼无法观察到。而试管中提取液里的色素捕获光能后，由于进行光合作用的结构已被破坏，辐射出的能量无法被吸收和传递，只能以荧光的形式
11、散发出去，所以荧光现象相对较强，用肉眼就能观察到。）从上述讨论中，我们认识到，光合作用应该在一定的结构中进行，这一结构必须保持完好，色素按一定的方式存在，能量按一定的途径传递，反应按一定的顺序进行，才能合成最终的有机产物。结合学习教材P99“叶绿体的结构”作业：完成“资料分析叶绿体的功能”完成教材P100课后练习。 以表格的形式总结叶绿体的结构特点。了解了这些知识，学生有些什么新的想法呢？鼓励他们提出来，并尝试着进行解释，活跃思维。（5）口头讨论时，并不要求答案多么的严密，只要不悖离科学道理就行。总结，引申。（4）（第2课时）学习活动教学说明复习上节课内容。引入本节课学习的主题。二、光合作用的
12、原理和应用（一）光合作用的探究历程让学生阅读教材P101P102的内容，自己设计表格，总结比较前人探究光合作用实验。（下面给出样例）1.英国科学家普利斯特利（J.Priestley）的实验：实验时间1771年实验方法把点燃的蜡烛与绿色植物一起放在一个密闭的玻璃罩内将小鼠与绿色植物一起放在一个密闭的玻璃罩内实验现象蜡烛不容易熄灭小鼠不容易因窒息而死亡实验说明的问题植物可以更新空气未解决的问题不知道植物更新了空气中的哪种成分。没有发现光在这个过程中所起的关键作用。你对该实验的看法2.荷兰科学家英格豪斯（J.Ingen-housz）的实验实验时间1779年实验内容做了500多次植物更新空气的实验。新
13、发现普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功。植物体只有绿叶才能更新污浊的空气。未解决的问题依然没弄清植物吸收和释放的究竟是什么气体。光能哪里去了？起什么作用？后续补充直到1785年，由于发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳你对该实验的看法按小组进行阅读，设计表格（全部内容）。教师巡视，参与某些小组的活动。每个实验的总结选某个小组汇报，别的小组进行补充、修正。自己设计表格，自己总结比较，让学生体验前人的探索历程和方法，感悟科学探索的一般方法。最初的探究在现在看起来是低层次的，但是人类对科学的探索正是从看似简单的问题入手。提出问题：你认为应该如何设计实验，才能
14、有这两个发现？学习活动教学说明3. 德国科学家梅耶（R.Mayer）的推论时间1845年内容植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来科学依据能量转换和守恒定律存在的问题光能转换成化学能储存于什么物质中？你对这一推论的看法4.德国植物学家萨克斯（J.von Sachs）的实验实验时间1864年实验方法将绿色植株放在暗处几个小时，目的是消耗掉叶片中的营养物质。选定叶片，对叶片的一半进行遮光处理，另一半曝光。光照一段时间。用碘蒸气处理该叶片实验现象曝光的一半呈深蓝色，遮光的一半没有颜色变化实验结论证明光合作用的产物除氧气外还有淀粉你对该实验的看法5.美国科学家鲁宾（S.Ruben）和卡门（M.Kamen）的实验实验时间1939年实验方法利用同位素标记法进行探究。用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别成为H218O和C18O2，分两组进行实验：第一组实验的原料第二组实验的原料H2O和C18O2H218O和CO2其他实验条件
