设计海水淡化装置-【跨学科实践】2024-2025学年初中物理项目化课程案例

活动17 设计海水淡化装置 水是维系生命与健康的基本需求，地球虽然有71%的面积为水所覆盖，但是淡水资源却极其有限。在全部水资源中，97.47%是无法饮用的咸水。在余下的2.53%的淡水中，有87%是人类难以利用的两极冰盖、高山冰川和永冻地带的冰雪。人类真正能够利用的是江河湖泊以及地下水中的一部分，仅占地球总水量的0.26%，而且分布不均。 020年，全国水资源总量31605.2亿立方米。中国是世界上用水量最多的国家。2020 年，全国用水总量5812.9亿立方米。161全世界的淡水资源仅占其总水量的2.5%，其中70%以上被冻结在南极和北极的冰盖中，加上难以利用的高山冰川和永冻积雪，有86%的淡水资源难以利用。人类真正能够利用的淡水资源是江河湖泊和地下水中的一部分，仅占地球总水量的0.26%.全世界有116的人口、约10亿多人缺水。 因此，海水淡化装置的应用是解决淡水资源短缺问题的重要方法。 设计海水淡化装置实验可以使学生融入真实的物理情境，培养学生的节水及环保意识，全面提高学生的物理与环境关系的素养。在实验设计和实施过程中，将物态变化知识应用在实际生活中，让学生学有所用，拒绝纸上谈兵。并在实验过程中学会小组合作，培养学生的合作与交流能力。 结合物态变化中的汽化知识进行海水淡化装置的设计，感受自然界的水循环的魅力。寻找汽化中的应用——蒸馏，结合化学所学的“蒸馏”的原理来进一步设计完善海水的淡化装置。 （1）成立实验小组并查阅相关资料 以小组为单位查阅相关资料，将资料分类整理。也可观看海水淡化相关的纪录片。 （2）设计海水淡化装置 1　 确定海水淡化装置的实验原理。 2　 选择海水淡化装置的实验器材，并进行组装。 3　 小组合作进行实验。 （3） 展示小组海水淡化装置并进行交流 以小组为单位进行海水淡化装置的成果展示。以小组为单位进行交流点评。 （4）实验装置改进方案 小组合作交流实验装置的不足并进行改进，提出改进方案。 1、 单选题：本大题共6小题 1.我国是世界人均水资源贫乏的国家之一。爱护水资源是我们应尽的义务。我们不仅要节约用水，同时还要防止水体污染。下列措施中不合理的是(    ) A. 生活中不使用含磷洗涤剂 B. 禁止施用农药化肥 C. 生活污水经净化后再排放 D. 禁止在江河边倾倒垃圾 2.科学家预言：“水不久将成为一个深刻的社会危机．”这是因为(    ) A. 地球上水很少，不能满足人类的需要 B. 土地沙漠化，使空气中水蒸气不断减少 C. 由于表面气温的作用，水会被不断蒸发掉 D. 淡水资源不充足，分布又很不均匀，而且人类活动使水不断地受到污染 3.如图所示，四个节气对应的物态变化吸热的是(    ) A. 惊蛰冰化水 B. 立秋露珠形 C. 立冬霜来降 D. 大寒挂雾凇 4.如图所示的知识网络结构为某物质通过放热、吸热呈现甲、乙、丙三种物态间的变化，根据图示所提供的信息，以下论述正确的是(    ) A. 物质由丙状态变到乙状态，有压缩体积和降低温度两种方式 B. 示例中雾凇的形成过程需要放热，是凝固现象 C. 分析所给信息，可知该物质在甲状态时是非晶体 D. 晨雾的形成过程与该物质由甲到乙的变化过程相同 5.固态、液态和气态是物质常见的三种状态，某物质通过放热、吸热在甲、乙、丙三种物态之间转化，如图所示，下列说法正确的是(    ) A. 由甲到乙是凝固过程，冰的形成与该过程相同 B. 由乙到丙是汽化过程，衣服晾干与该过程相同 C. 由丙到甲是凝华过程，霜的形成与该过程相同 D. 由乙到丙是升华过程，冰雪消融与该过程相同 6.我国是严重缺水的国家，水资源人均占有量是世界平均值的，是世界上人均水资源最贫乏的国家之一。了解地球的水循环知识，提高节水意识，培养良好的用水习惯，是我们每个公民的义务和责任。关于地球的水循环，下列说法正确的是(    ) A. 海水吸热，汽化形成水蒸气 B. 水蒸气与冷空气接触，熔化成小水滴 C. 小水滴遇到更冷的气流，凝华形成小冰珠 D. 小冰珠在降落过程中，液化形成雨水 二、填空题：本大题共4小题 7.如图，是水循环的示意图，过程发生的物态变化是______；过程中水蒸气有的______形成小冰晶，有的______形成小水滴，形成千姿百态的云。均填物态变化 8.淡水资源缺乏已经是一个世界性的普遍现象，利用太阳能、海水等资源获得淡水具有重要的战略意义。如图为某同学在科学小创作时设计的太阳能海水淡化器装置，在海水淡化过程中发生的物态变化是先______后______。 9.在干旱地区可通过人工降雨的方法向天取水，人工降雨时可通过火箭弹把干冰固态二氧化碳播撒到冷云中，干冰          填物态变化名称          填“吸热”或“放热”，使其周围环境温度降低，空气中的水蒸气迅速变成小液滴或小冰晶，导致降雨．水是生命之源，在平时的生活中我们要养成节约用水的好习惯，你的具体做法是          ． 10.如图是自然界中水循环的示意图，请你填写下列自然界中水的物态变化。 云：水蒸气在高空遇冷______成小水珠或______成小冰晶，飘在空中； 雨：云中小水珠冰晶凝聚变大下降大冰晶______大水珠雨； 雹：云中小水珠随气流上升到以下的高空 ______成冰珠上下翻腾聚大下落雹； 雪：冬天，高空水蒸气遇冷______成小冰晶聚集成雪花飘落。 三、实验探究题：本大题共1小题，共6分。 11.如图所示是模拟大自然中雨的形成的实验装置图。 组装实验装置时，要根据________________________选填“酒精灯”“酒精灯及其火焰”或“烧瓶”的高度，先固定好铁圈，然后再依次固定好其他器材。 点燃酒精灯给烧瓶中的水加热，当水沸腾时，在瓶口的上方倾斜放置一金属盘，一段时间后，观察到金属盘的底部出现________，这是________在金属盘上________填物态变化名称形成的。 若要使实验效果更加明显，可以在金属盘内盛放适量的________选填“冰块”或“热水”。 实验时，握金属盘的手感觉到金属盘的温度明显________选填“升高”或“降低”，下列生活中的实例与此现象原理一致的是________填序号。 夏天饮料里加冰块 北方储存蔬菜的菜窖里常放几大桶水 蒸笼蒸馒头 通过洒水，给地面降温 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 活动17 设计海水淡化装置 水是维系生命与健康的基本需求，地球虽然有71%的面积为水所覆盖，但是淡水资源却极其有限。在全部水资源中，97.47%是无法饮用的咸水。在余下的2.53%的淡水中，有87%是人类难以利用的两极冰盖、高山冰川和永冻地带的冰雪。人类真正能够利用的是江河湖泊以及地下水中的一部分，仅占地球总水量的0.26%，而且分布不均。 020年，全国水资源总量31605.2亿立方米。中国是世界上用水量最多的国家。2020 年，全国用水总量5812.9亿立方米。161全世界的淡水资源仅占其总水量的2.5%，其中70%以上被冻结在南极和北极的冰盖中，加上难以利用的高山冰川和永冻积雪，有86%的淡水资源难以利用。人类真正能够利用的淡水资源是江河湖泊和地下水中的一部分，仅占地球总水量的0.26%.全世界有116的人口、约10亿多人缺水。 因此，海水淡化装置的应用是解决淡水资源短缺问题的重要方法。 设计海水淡化装置实验可以使学生融入真实的物理情境，培养学生的节水及环保意识，全面提高学生的物理与环境关系的素养。在实验设计和实施过程中，将物态变化知识应用在实际生活中，让学生学有所用，拒绝纸上谈兵。并在实验过程中学会小组合作，培养学生的合作与交流能力。 结合物态变化中的汽化知识进行海水淡化装置的设计，感受自然界的水循环的魅力。寻找汽化中的应用——蒸馏，结合化学所学的“蒸馏”的原理来进一步设计完善海水的淡化装置。 （1）成立实验小组并查阅相关资料 以小组为单位查阅相关资料，将资料分类整理。也可观看海水淡化相关的纪录片。 （2）设计海水淡化装置 1　 确定海水淡化装置的实验原理。 2　 选择海水淡化装置的实验器材，并进行组装。 3　 小组合作进行实验。 （3） 展示小组海水淡化装置并进行交流 以小组为单位进行海水淡化装置的成果展示。以小组为单位进行交流点评。 （4）实验装置改进方案 小组合作交流实验装置的不足并进行改进，提出改进方案。 1、 单选题：本大题共6小题 1.我国是世界人均水资源贫乏的国家之一。爱护水资源是我们应尽的义务。我们不仅要节约用水，同时还要防止水体污染。下列措施中不合理的是(    ) A. 生活中不使用含磷洗涤剂 B. 禁止施用农药化肥 C. 生活污水经净化后再排放 D. 禁止在江河边倾倒垃圾 【答案】  【解析】【分析】 本题考查的是防治水体污染的知识，属于基础题型，难度不大。 减少化肥和农药的不合理利用，禁止生活废水和工业废水的任意排放，禁止垃圾倾倒到江河中，使用无磷洗衣粉等都有利于防止水污染。 【解答】 A.含磷洗涤剂的使用会对河流湖泊的生态环境造成破坏，所以使用不含磷的洗涤剂可以防止水体污染，故A说法合理，不符合题意； B.减少化肥和农药的不合理利用可以防止水体污染，但是合理的使用也是必要的，所以不可能禁止施用农药化肥，故B说法不合理，符合题意； C.生活污水经过净化后再排放可以减少对水体的污染，故C说法合理，不符合题意； D.在江河边倾倒垃圾会有垃圾或者污染液体流入到河水中从而污染水体，所以需要禁止在江河边倾倒垃圾，故D说法合理，不符合题意。 故选：。 2.科学家预言：“水不久将成为一个深刻的社会危机．”这是因为(    ) A. 地球上水很少，不能满足人类的需要 B. 土地沙漠化，使空气中水蒸气不断减少 C. 由于表面气温的作用，水会被不断蒸发掉 D. 淡水资源不充足，分布又很不均匀，而且人类活动使水不断地受到污染 【答案】  【解析】解：、地球上水很多，但是可利用的淡水资源不充足，故A错误； B、空气中的水蒸气的总量变化很少，故B错误； C、水在自然界中能循环，不会因为蒸发而缺水，故C错误。 D、淡水资源不充足，分布又很不均匀，而且人类活动使水不断地受到污染，使淡水资源越来越紧缺，故D正确。 故选：。 根据已有的知识进行分析，地球上水资源丰富，但是可利用的淡水资源不充足，缺水指的是缺淡水 本题考查了地球上得水资源状况，完成此题，可以依据已有的知识进行 3.如图所示，四个节气对应的物态变化吸热的是(    ) A. 惊蛰冰化水 B. 立秋露珠形 C. 立冬霜来降 D. 大寒挂雾凇 【答案】  【解析】解：冰化成水，属于熔化现象，需要吸热，故A符合题意； B.露是空气中的水蒸气遇冷液化形成的小水滴，需要放热，故B不符合题意； C.霜是空气中的水蒸气凝华形成的固态小冰晶，需要放热，故C不符合题意； D.“雾凇”是固态小冰晶，是水蒸气凝华形成的，属需要放热，故D不符合题意。 故选：。 物质由气态直接变为固态叫凝华，物质由固态直接变为气态叫升华；由气态变为液态叫液化，由液态变为气态叫汽化；由固态变为液态叫熔化，由液态变为固态叫凝固； 吸收热量的物态变化过程有：熔化、汽化和升华；放出热量的物体变化过程有：凝固、液化和凝华。 判断物态变化，关键是分清物质变化前后的状态，是中考热学知识考查的热点内容。 4.如图所示的知识网络结构为某物质通过放热、吸热呈现甲、乙、丙三种物态间的变化，根据图示所提供的信息，以下论述正确的是(    ) A. 物质由丙状态变到乙状态，有压缩体积和降低温度两种方式 B. 示例中雾凇的形成过程需要放热，是凝固现象 C. 分析所给信息，可知该物质在甲状态时是非晶体 D. 晨雾的形成过程与该物质由甲到乙的变化过程相同 【答案】  【解析】解：雾凇是水蒸气凝华形成的，凝华放热，由图中信息可知，丙是水蒸气、甲是冰、乙是水。 A.由丙到乙，由水蒸气到水，是液化，降低温度和压缩体积是液化的两种方式，故A正确； B.雾凇是由空气中的水蒸气凝华形成的小冰晶附着在枝条上形成的，凝华放热，故B错误； C.由分析可知甲是冰，冰属于晶体，故C错误； D.甲到乙是固态冰到液态水，晨露是因为早晨温度低，空气中的水蒸气受冷液化成小水滴造成的，是气态到液态的过程，故D错误。 故选：。 通过图示我们分析可以看出，丙到乙到甲不断放热，丙直接到甲是雾凇形成，所以丙是水蒸气；甲是固态冰；所以乙是液态水，由此逐个选项进行分析即可得出结论。 此题考查了物态变化的推断，确定甲、丙的状态是解答此题的关键。 5.固态、液态和气态是物质常见的三种状态，某物质通过放热、吸热在甲、乙、丙三种物态之间转化，如图所示，下列说法正确的是(    ) A. 由甲到乙是凝固过程，冰的形成与该过程相同 B. 由乙到丙是汽化过程，衣服晾干与该过程相同 C. 由丙到甲是凝华过程，霜的形成与该过程相同 D. 由乙到丙是升华过程，冰雪消融与该过程相同 【答案】  【解析】解：由图知，丙放热变化成甲，甲放热变化成乙，而乙吸热直接变化成丙，则丙为气态，甲为液态，乙为固态， A、则甲到乙是凝固过程，如：冰的形成，故A正确； 、乙到丙是升华过程，如：冰冻的衣服也能晾干，樟脑丸变小等，冰雪消融是熔化过程，故BD错误； C、丙到甲是液化过程，如：“白气”的形成，露水的形成等，故C错误。 故选：。 在物态变化中，熔化、汽化和升华需要吸热，凝固、液化和凝华需要放热，结合图中甲、乙、丙之间的吸放热情况分析出各个物质的物态。 本题考查了种物体变化的吸放热特点，根据图中甲、乙、丙之间的吸放热情况分析出甲、乙、丙各自的物态是解题的关键。 6.我国是严重缺水的国家，水资源人均占有量是世界平均值的，是世界上人均水资源最贫乏的国家之一。了解地球的水循环知识，提高节水意识，培养良好的用水习惯，是我们每个公民的义务和责任。关于地球的水循环，下列说法正确的是(    ) A. 海水吸热，汽化形成水蒸气 B. 水蒸气与冷空气接触，熔化成小水滴 C. 小水滴遇到更冷的气流，凝华形成小冰珠 D. 小冰珠在降落过程中，液化形成雨水 【答案】  【解析】A.液态水到气态水蒸气是汽化；B.水蒸气遇冷降温液化成小水珠；C.小水珠变成小冰珠是凝固；D.小冰珠变成雨水是熔化。 二、填空题：本大题共4小题 7.如图，是水循环的示意图，过程发生的物态变化是______；过程中水蒸气有的______形成小冰晶，有的______形成小水滴，形成千姿百态的云。均填物态变化 【答案】汽化  凝华  液化  【解析】解：水由液态变为气态跑到空中，所以这种物态变化是汽化，汽化吸热。 高空中的水蒸气遇冷会凝华成小冰晶或液化变为小水滴，物质在凝华、液化过程中都要放热。 故答案为：汽化；凝华；液化。 汽化是指物质由液态变为气态的过程，这个过程需要吸热，它包括蒸发和沸腾两种形式。 物质由气态变为液体的变化是液化，液化要放出热量； 凝华是指物质由气态直接变为固态的过程，这个过程需要放热。 确定物体到底发生了哪种物态变化，关键是要确定物质原来的状态和现在的状态。 8. 淡水资源缺乏已经是一个世界性的普遍现象，利用太阳能、海水等资源获得淡水具有重要的战略意义。如图为某同学在科学小创作时设计的太阳能海水淡化器装置，在海水淡化过程中发生的物态变化是先______后______。 【答案】汽化液化  【解析】在海水淡化过程中先让海水汽化变成水蒸气，发生汽化现象，水蒸气遇到冷的塑料罩发生液化现象，凝结成小水珠，获得淡水，所以发生的物态变化是先汽化后液化。 9. 在干旱地区可通过人工降雨的方法向天取水，人工降雨时可通过火箭弹把干冰固态二氧化碳播撒到冷云中，干冰          填物态变化名称          填“吸热”或“放热”，使其周围环境温度降低，空气中的水蒸气迅速变成小液滴或小冰晶，导致降雨．水是生命之源，在平时的生活中我们要养成节约用水的好习惯，你的具体做法是          ． 【答案】升华  吸热  用淘米水浇花等 10. 如图是自然界中水循环的示意图，请你填写下列自然界中水的物态变化。 云：水蒸气在高空遇冷______成小水珠或______成小冰晶，飘在空中； 雨：云中小水珠冰晶凝聚变大下降大冰晶______大水珠雨； 雹：云中小水珠随气流上升到以下的高空 ______成冰珠上下翻腾聚大下落雹； 雪：冬天，高空水蒸气遇冷______成小冰晶聚集成雪花飘落。 【答案】液化  凝华  熔化  凝固  凝华  【解析】解：水蒸气遇冷液化成小水滴或凝华成小冰晶，这些小颗粒被空气中的上升气流顶起，从而形成云； 雨是液态，是由水蒸气遇冷液化形成或由固态的小冰晶熔化形成； 雹是小水滴凝固形成的小冰晶； 雪的形成：云中的水汽向冰晶表面上凝华，在这种情况下，冰晶增长得很快，当小冰晶增大到能够克服空气的阻力和浮力时，便落到地面，这就是雪花； 故答案为：液化；凝华；熔化；凝固；凝华。 分析物态变化首先要知道物态变化的定义，然后看物质由什么状态变为了什么状态，从而得出结论。 然界中水的三态变化现象，物态变化是中考必考的一个知识点，需要掌握。 三、实验探究题：本大题共1小题 11.如图所示是模拟大自然中雨的形成的实验装置图。 组装实验装置时，要根据________________________选填“酒精灯”“酒精灯及其火焰”或“烧瓶”的高度，先固定好铁圈，然后再依次固定好其他器材。 点燃酒精灯给烧瓶中的水加热，当水沸腾时，在瓶口的上方倾斜放置一金属盘，一段时间后，观察到金属盘的底部出现________，这是________在金属盘上________填物态变化名称形成的。 若要使实验效果更加明显，可以在金属盘内盛放适量的________选填“冰块”或“热水”。 实验时，握金属盘的手感觉到金属盘的温度明显________选填“升高”或“降低”，下列生活中的实例与此现象原理一致的是________填序号。 夏天饮料里加冰块 北方储存蔬菜的菜窖里常放几大桶水 蒸笼蒸馒头 通过洒水，给地面降温 【答案】酒精灯及其火焰；小水珠；水蒸气；液化；冰块；升高；  【解析】解： 组装实验装置时，要根据酒精灯及其火焰高度，先固定好铁圈，然后再依次固定好其他器材。 点燃酒精灯给烧杯中的水加热，当水沸腾时，往瓶口的上方倾斜放置一金属盘，一段时间后，观察到金属盘的底部出现小水珠，这是因为水蒸气由于降温而发生了液化。 要使金属盘的温度变低，可加入冰块。冰块熔化吸热，使金属盘变冷，可使实验效果更加明显。 实验时，握金属盘的手明显感觉到金属盘的温度升高，说明水蒸气液化要放热，蒸馒头时就是利用水蒸气液化放热使馒头成熟的。 故答案为：酒精灯及其火焰；小水珠；水蒸气；液化；冰块；升高；。 酒精灯加热物体时，要使用酒精灯的外焰加热，因为酒精灯的外焰温度较高。 物质从液态变成气态称为汽化，汽化吸热。物质从气态变成液态称为液化。 温度越低，气体越容易液化； 液化放热。 此题考查了液态和气态之间的相互转化，通过“雨”的形成，加深对物态变化的理解与掌握。同时也考查了有关的实验器材和运用 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$