3.1 水循环实验 实验设计 人教版（2019）必修一 2024-2025学年高一上学期

主题 水循环相关环节 1.探究水循环的过程及原因。利用模拟演示实验证明水目的 循环的可信性。探究形成水循环的影响因素。 2.设计实验流程，模拟演示水循环。通过自主模型制作模拟水的循环过程，演示地理现象。 3.观察实验，分析影响实验效果的因素，总结实验经验通过对演示实验的观察，分析该地理现象对人类生产生活产生的影响。 水循环原理是指地球上的各种形态的水，在太阳能和原理 地球表面热能的作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降落、下渗和径流等环节，不断发生的周而复始的运动过程。水在地球的状态包括固态、液态和气态，分布在大气层、地面、地底、湖泊、河流及海洋中。水会通过一些物理作用，例如蒸发、降水、渗透、表面的流动和地底流动等，由一个地方移动到另一个地方。 例如，海洋蒸发的水分有一部分经大气流动输送到陆地，并成为降水，经河流又回到大海，这样所形成的陆地与海洋之间的水分循环，我们称为大循环或外循环。 地球的水循环过程是指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地球引力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降落、下渗和径流等环节，不断发生的周而复始的运动过程水循环涉及水在水圈、大气圈、岩石圈和生物圈中的连续运动。具体环节包括：蒸发、植物蒸腾、水汽输送、降水、地表径流、下渗和地下径流等。 根据水循环的原理，我们进行了实验假想：我们可以利用电热器加热容器中的水，使液体水受热蒸发模拟蒸发环节；在水汽上升的空间放置较冷的挡板，使水蒸汽凝结在上方液化，受重力的影响，向低处流淌，模拟输送环节水汽凝结受受重力影响下降，模拟降水环节；在降落地面后，通过亚克力板模拟下渗及地表径流环节。 1.大玻璃缸80cm*60cm*50cm;2.长玻璃板90cm*30cm; 3.小型热水壶；4.防雾喷雾；5.自来水；6.吸水白纸；7.材料 多孔插排；8.补光灯；9.超轻粘土；10.蓝色墨水；11.自制多孔亚克力板；12.摄像机两部 1.设备处理：经过多次的实验，我们发现水蒸气对实验效果产生影响，不利于实验的录制和观察。小组成员尝试多种材料进行除雾实验，最终我们将汽车除水剂喷涂在实验设备上，可以得到较为良好的观察效果。所以，实验设备实验过程中玻璃器材均喷涂除水剂。 2.设备选择：白纸：在玻璃缸底部铺设白纸，白纸经过多种材料的选择，既要呈现哑光利于观察同时要能立刻染色吸水，最终我们选择了厨房吸水用纸。 加热器：实验初期我们利用酒精灯和实验烧杯获得水蒸气，优势在于实验效果美观，不足在于水蒸汽太少，不能满足实验效果，尝试了4种电热水壶后，我们选择了开口大，杯体小，加热快的热水壶。 3.设备加工：为了模拟地面径流的下渗环节以及地表径流同时发生的过程，我们设计了多种“地面”材料，但是均不理想，最终通过将亚克力板利用钻头钻出1毫米直径的小孔，共钻200个左右，才成为我们实验中展示的多孔亚克力板。 流程： 1.将已处理过的大玻璃缸放置桌面中央，将白纸铺在底部放入装满水的小型热水壶。 2.用超轻粘土将多孔亚克力板的边缘固定在玻璃缸的内壁在实验过程中，我们发现使用胶带不能使透明的液态水染色观察，于是我们将蓝色染料置于粘土中，当与液态水接触后就可以染色观察其运动。 3.在长玻璃板上固定一条粘土层并用蓝色墨水染色。将长玻璃板架在玻璃缸上，并用海绵条做出倾斜角度。 4.打开烧水开关，开始试验。 5.玻璃缸用来模拟水循环的空间；热水壶用来模拟水的蒸发；玻璃板用来引导水汽形成水汽输送：粘土用来拦截水滴，模拟降水颜料用来显色，使水滴更明显；多孔亚克力板用来模拟地表和水的下渗；白纸用来显示水的下渗。 6.水烧开后，我们可以看到有明显的水汽，这是模拟水的蒸发过程。水蒸气顺着玻璃板移向粘土，这是模拟水汽输送。水珠顺着带颜料的粘土滴下并染上颜色，这是模拟降水的过程。水蒸气遇到冰冷的玻璃板凝结成水珠，这是模拟水蒸气遇冷凝结的过程。水珠滴到多孔亚克力板上，水珠顺着亚克力板流下，这是模拟地表径流。部分水珠从空气中滴落，使白纸上留有清晰的蓝色水渍，这是模拟水的下渗。 从实验中可以看到，水壶的热水蒸汽向上蒸发，在装置上部由于气压差和装置阻碍向较冷一方移动，温度较高的水蒸气遇冷液化形成水珠下落到带孔的亚克力斜板后形成径结果说明流与下渗，从而形成一个小的水循环。 实验反思 ①实操方面，实验中热水水雾有较强的不可控性，因实验反思此把握时机很重要。既要兼顾拍摄观察效果雾气不能太大同时要考虑雾气太小造成的实现现象不明显。为了达到理想的水雾（汽）效果我们还尝试了不同的加热装置，进行多方面比对。在水汽凝结这一环节，由于装置内空间有限以及降温（液化）速度较慢且不稳定，所以我们并没有 采取全封闭装置，以避免雾气凝聚模糊视野和减小温差。 ②设计不足方面： 1.实验中径流与下渗环节中使用的亚克力板表面由于孔洞较小以及凸起的原因，中间部分的下渗并不明显。 2.本实验严格而言因为装置与实际情况的限制并未形成一个循环，就原理而言，下渗和径流汇入“海洋”后会再度蒸发重复循环，而实验中水流截止至下渗便停止了，即本实验只演示了一个单过程。 ③装置方面，对于亚克力的倾斜我们使用了粘土固定同时为了便于观察，加入了蓝色颜料，装置美观性受损。以及即便使用了防雾喷雾，但装置外观依旧有出现水雾情况，整洁性可以继续改善 ④拍摄方面，由于装置全透明已经水汽较难观察，我们在减弱环境灯光和添加黑色背景布的基础上，加上调整打光灯和摄像机角度高度，避免出现重影、反光、过亮过暗，模糊不清等问题。再者为了能够清晰记录实验细节，还采用多机位拍摄。 ⑤实验是不断试错、不断分析、不断改善的过程。本次实验不仅让我们对于水循环有更加清晰的认知，还让我们深刻的感受到探索的乐趣。 学科网（北京）股份有限公司 $$