实践 探究在干旱地区如何取水（表格式教学设计）物理沪科版2024九年级全一册

实践 探究在干旱地区如何取水 （教学设计） 年级 九年级 学科 物理 课时数 1课时 教师 课题 实践 探究在干旱地区如何取水 教学 目标 物理观念 能用液化的知识解释露水的形成；能根据液化的条件指导收集露水的方法技巧，让学生了解和掌握在极端环境下获取水资源的方法，增强学生解决实际问题的能力。 科学思维 运用物态变化（液化）原理分析露水形成机制，理解跨学科知识在解决水资源问题中的应用；通过案例分析（如干旱地区取水方法），批判性评估不同方案的科学性和可行性，形成基于证据的见解。 科学探究 运用物态变化（液化）原理分析露水形成机制，理解跨学科知识在解决水资源问题中的应用；通过案例分析（如干旱地区取水方法），批判性评估不同方案的科学性和可行性，形成基于证据的见解。 科学态度 与责任 积极参与科学探究活动，培养团队合作精神和创新能力，提出解决水资源和环境问题的新方法和新思路，增强节约用水和保护环境的意识，形成积极的社会责任感。 教材分析 本节是以物态变化为基础，实践活动为载体，培养安全规范、团队合作及环保责任感，强化环保意识，为可持续发展教育奠定基础。 学情分析 九年级学生对物态变化这一主题拥有一定的生活经验，在日常生活中，从夏日炎炎的冰镇饮料，寒冷冬日的大雪纷飞，再到我国近期高温暴雨洪涝频发，反常厄尔尼诺现象，全球气候变暖导致海平面上升，引发的一系列的环境问题，都可以引起学生的思考。但学生对物态变化的本质缺乏清晰、准确的认识，但九年级学生对物理探究和物理思维以及有了一定的基础，教师在教学中应尊重并利用学生的生活经验，采用小组合作、讨论、演示与分组实验结合等方式，循序渐进地从直观现象引导归纳、抽象和推理，将学生的好奇心深化为对物理规律的探究热情。 教学重点 运用液化知识设计并制作露水收集工具，掌握实践操作中的安全规范与变量控制方法 教学难点 分析温度、湿度等因素对露水收集量的影响，基于实验数据提出工具改进方案并验证效果。 教学过程 教学活动 设计意图 问题缘起 【交流讨论】 水资源短缺会给人们的生产生活带来很大影响。在某些干旱缺水的地区、甚至在沙漠中，巧妙的取水方法能让我们暂时摆脱危机。课本中给到了一个取水的案例。学生分析杯子中的水是哪里来的？ 【交流讨论】 洞周围的沙子中含有水分，由于塑料薄膜的密封，温度升高，导致沙子中蕴含的水蒸发加快，由于外界的空气温度低于洞内的温度，水蒸气在塑料薄膜上发生了液化，由于薄膜中间被石头压低，凝结的水珠会因重力作用沿着薄膜斜面汇聚到中心最低处，最终滴落到下方的杯子中，形成杯子里的水。 【教师归纳】 液态水（土壤中）→ 气态水蒸气（蒸发）→ 液态水（液化，汇聚到杯子中），即先汽化后液化，通过塑料薄膜实现了水蒸气的收集和液化，从而将土壤中的水分转移到杯子里。这一过程类似于自然界的“蒸馏”或“露水形成”原理，利用物态变化实现了水分的提取。 思考并回答问题，进入情景。引起学生对取水案例的兴趣 通过分析加强学生对物态变化的认识和理解 活动方案 任务一 收集露水的方法、原理及影响因素分析 【查阅资料】 查阅资料，了解有哪些收集露水的方法，并分析其原理，了解影响露水多少的因素。 【交流讨论】 露水是由气态的水蒸气液化形成；液化有两种方法：降低温度、压缩体积。其中有哪些收集露水的方法？ （1）地面凹陷收集法：挖浅坑并覆盖塑料薄膜，用石头固定边缘和中心形成下凹结构，利用昼夜温差使水蒸气在薄膜下液化成水珠，汇聚后滴入坑内容器中。 （2）植物蒸腾法：用塑料袋包裹树枝或叶片，利用植物蒸腾作用产生的水汽在袋内凝结成露水，适用于野外有植被的环境。 （3）表面凝结法：在清晨用布、海绵等吸附草叶、金属板或光滑石头表面的露水，拧干后收集；或使用深色塑料布、金属网等铺设在地面，利用其导热性促进露水凝结。 （4）传统工具法：古人用石臼、碗钵等容器在屋檐下或田野中承接露水，现代可简化为放置浅盘、金属板等光滑容器露天收集。 （5）简易蒸馏法：在坑内放置容器，覆盖塑料膜并在中心放置重物，通过土壤水分蒸发后液化收集露水，适用于干旱地区。 这些方法均利用露水遇冷凝结的原理，通过优化收集面材质（如深色材料吸热）、结构（倾斜或凹陷设计）及环境（选择湿度高、温差大的夜间/清晨）提升效率 【归纳总结】 在收集露水时，选择合适的时间和地点至关重要。清晨是露水形成的最佳时机，通常在日出前的一段时间。在野外，靠近水源、植被茂盛且潮湿的地方通常露水较多。在日常生活中，可以选择在阳台等通风良好的地方放置收集装置。 【例题1】我们在沙漠中取水时，需要注意时间段的选择。结合露水的形成时间，推测在沙漠中取水的时间。下列关于露水的形成时间和沙漠中取水时间的推测，正确的是( ) A. 露水多形成于中午，所以在沙漠中午取水效果好 B. 露水多形成于多风的天气，所以沙漠中风多的时间取水效果好 C. 露水多形成于夜间，所以在沙漠中夜间取水效果好 D. 露水多形成于夏季，所以在沙漠中夏季取水效果好 【答案】C 【解析】露水多形成于夜间，沙漠中夜间取水效果好的原因可归纳为以下四点：夜间温度骤降。沙漠地表在白天吸收大量热量，夜间辐射冷却速度极快，导致近地面空气温度迅速降低。当温度降至露点以下时，空气中的水汽过饱和，水汽凝结形成露水。 地表散热特性。沙漠地表多为沙石材质，热容量小，热量散失效率高。这种特性加速了地表及附近空气的降温，为露水形成提供了有利条件。 干燥环境利于水汽凝结。沙漠空气湿度低，但夜间降温幅度大时，相对湿度仍可能达到露点要求。此时水汽更容易在物体表面凝结，形成露水。 稳定的气象条件。沙漠地区多晴朗无云、微风天气，夜间大气稳定，水汽不易被云层或风力干扰，利于露水持续形成和积累。综上，沙漠夜间低温、地表散热快、干燥环境与稳定气象条件共同作用，使得露水形成量多且易被收集，从而实现夜间高效取水。 学生通过收集资料，总结归纳，加强学生在进行实践活动前的知识储备 任务二 制作收集露水的工具，然后进行收集露水的活动 【工具材料】 塑料薄膜（深色塑料薄膜）（直径1-1.2米）、收集容器（500ml烧杯/杯子）、测量容器量筒（100ml）、鹅卵石/沙土（固定用）、铲子、剪刀、卷尺、防护手套、新鲜多汁植物 【制作步骤】 （1） 选址挖坑：选择开阔潮湿地面，用卷尺测量并标记直径80-100cm的圆形区域，挖深30-50cm（深度为直径的1/2-1/3） （2） 容器固定：将收集容器垂直放置于坑底中央，确保容器口与坑底齐平，周围用沙土固定防止倾倒 （3）薄膜覆盖：将塑料薄膜完整覆盖坑口，边缘用沙土或鹅卵石压实密封，形成直径略大于坑口的圆形覆盖区 （4） 中心配重：在薄膜中心（容器正上方）放置重量50-100g的鹅卵石，使薄膜呈15°漏斗状倾斜，最低点对准容器口。 【收集活动】 （1） 分组：4人一组，分工负责工具组装、数据记录、环境监测； （2） 选址：选择草地/裸地两种环境，同一时间（凌晨4:00-6:00）收集露水； （3） 变量控制：记录空气湿度、地表温度、薄膜材质对收集量的影响。 （4） 数据处理：用测量收集水量，并记录表格。 实验组 环境类型 薄膜材质 空气湿度（%） 地表温度（℃） 收集水量（ml） 1 2 【例2】不同生存环境取水方式也有不同的做法。下列说法正确的是（ ） A. 沙漠环境：寻找植物；利用昼夜温差大条件，挖坑取水。 B. 高山冰川、极地环境：熔化冰雪。 C. 海上环境：收集雨水；利用太阳能蒸馏器取水。 D. 丛林环境：收集露水。 【答案】ABCD 【解析】A. 沙漠环境：寻找植物；利用昼夜温差大条件，挖坑取水。做法可取； B. 高山冰川、极地环境：熔化冰雪。做法可取； C. 海上环境：收集雨水；利用太阳能蒸馏器取水。做法可取； D. 丛林环境：收集露水。 做法可取。 但一定要注意，在极端环境下获取的水，一定要注意进行净化和消毒处理，避免饮用后感染疾病，进一步危及生命安全。 通过实践活动，加深学生对液化原理的理解，同时锻炼他们的动手能力和团队合作精神。学生在实践中会遇到各种挑战，如如何确保薄膜密封性、如何有效控制变量等，这些都需要他们通过讨论和尝试来解决，从而培养他们的问题解决能力。 任务三 根据在一定时间内收集露水的多少,提出改进方案,并与大家分享改进后的露水收集方案 【优化要点】 1. 采用深色薄膜提升吸热效率，较传统透明膜液化量提升30%； 2. 15°倾斜角确保凝结水滴沿斜面自然汇入容器； 3. 坑底植物优选仙人掌等新鲜多汁植物，可使湿度提升20%-40% 【安全规范】 1.收集到的露水因装置卫生情况、收集环境复杂和长期暴露在空气中等原因，不能保证其干净卫生，所以不能饮用，可以浇花、洒湿地面、冲洗马桶等。 2.使用挖掘工具时必须佩戴防护手套，严禁在陡坡或夜间操作；实验后需清理场地，将土壤回填恢复原貌。 【例3】如图所示是沙漠中的一种取水装置，先将装置埋进沙漠地下约2米的深处，利用太阳能面板发电，在自然风的作用下带动上方的叶片旋转，进而把地表上的空气通过软管抽入地下，在此过程中，受上层空气和下层土壤的温差的影响，水蒸气流入底部储水箱时会凝结成小水珠，注入下部储水箱，以此达到取水的效果。该装置能取到水的主要原因是( ) A. 下层土壤比上层空气的温度高，水蒸气吸热汽化 B. 下层土壤比上层空气的温度高，水蒸气放热凝华 C. 下层土壤比上层空气的温度低，水蒸气放热液化 D. 下层土壤比上层空气的温度低，水蒸气吸热升华 【答案】C 【解析】叶片旋转，进而把地表上的空气通过软管抽入地下，在此过程中，受上层空气和下层土壤的温差的影响，在水蒸气流入底部储水箱的过程中会液化成小水珠，注入下部的储水箱，所以下层土壤比上层空气的温度低，水蒸气放热液化。故选C。 学生分组讨论，针对各自在收集露水过程中遇到的问题和收集效果，提出改进方案。 交流评价 讨论交流收集露水过程，分析其中存在的问题，讨论如何在极端环境下获得水，走出周处困境。 各组展示收集到的露水量，分享实验过程中的观察与发现。通过对比不同小组的数据，分析影响露水收集量的关键因素，如薄膜颜色、倾斜角度、地表植被等。 在分享环节，鼓励学生提出创新性的改进方案，如利用太阳能板加热薄膜上方空气以促进水蒸气蒸发，或设计可调节角度的薄膜支架以适应不同地形。同时，引导学生思考在极端环境下，如何结合当地资源，创造性地解决问题，获取生存所需的水资源。 最后，教师总结本次实践活动的意义，强调跨学科知识在解决实际问题中的重要性，以及团队合作、创新思维在科学探究中的价值。鼓励学生将所学应用到日常生活中，关注水资源保护，为可持续发展贡献自己的力量。 拓展研究 水资源短缺是当今社会面临的一个重大问题，调查水资源短缺产生的原因，探索开发水资源的办法，完成一份调查报告。学生也可以根据课堂所学，设计一份个人在家庭中节约用水的行动计划，包括具体的节水措施、实施步骤及预期效果。鼓励学生结合物理原理，如利用水的循环、蒸发与凝结等，提出创新性的节水方案。 各组派代表上台分享，通过分享，学生能够学习到其他组的创新思路，拓宽自己的视野。 课 堂 练 习 1．水是生命之源，其存在的方式与状态随环境和气候经常发生变化，且循环往复。以下关于水的物态变化及吸放热，解释正确的是（　　） A．阳光普照海洋，海水吸热升华形成水蒸气 B．小水滴遇到更寒冷的气流，凝华形成小冰晶，形成冰 C．冬天，水蒸气在寒冷的高空急剧降温凝固成小冰晶，形成雪花 D．水蒸气上升到高空，与冷空气接触，有的液化成小水滴或凝华成小冰晶，形成云 【答案】D 【详解】A．海水吸热形成水蒸气，是液态变成气态的过程，是汽化现象，故A错误； B．小水滴遇到更冷的气流，形成小冰晶，是液态变成固态的过程，是凝固现象，故B错误； C．冬天，水蒸气在寒冷的高空急剧降温形成小冰晶，是气态变成固态的过程，是凝华现象，故C错误； D．水蒸气与冷空气接触，水蒸气遇冷会液化成小水滴或者凝华成小冰晶，悬浮在高空形成云，符合实际情况，故D正确； 故选D。 2．小明同学将第4章内容梳理如下，其中第五节内容空缺，请在下列选项中选出合理一项，把图补充完整（　　） A．水资源的保护 B．蒸发和沸腾 C．温室效应 D．水循环 【答案】D 【详解】物态变化这一章主要内容是：物质的三态以及温度的测量、六种物态变化以及水的三态变化（水循环），所以知识点五应该为“水循环”。故D符合题意，ABC不符合题意， 故选D。 3．下列说法不正确的是（　　） A．冰、水、水蒸气是水的三种状态，水很容易从一种状态转化为另一种状态 B．植物将土壤中的水输送到叶面，通过叶面的蒸腾，将水以水蒸气的形式排放 C．云的生消演变是水汽和大气运动的体现，来自云层的降水是重要水源之一 D．人类很容易直接利用极地冰川与雪盖、高山冰川和永久冻土层中的淡水资源 【答案】D 【详解】A．物质有三态，水的三种状态分别是冰、水和水蒸气，水很容易从一种状态转化为另一种状态，形成水循环，故A正确，不符合题意； B．植物吸收土壤中液态的水分，再通过蒸腾作用将水转化为气态的水蒸气，故B正确，不符合题意； C．云的形成与消失是水的物态变化的体现，云是空气中水蒸气液化成的小水珠或凝华成的小冰晶会聚而成的，形成雨时，云中的冰晶会熔化成液态水，来自云层的降水是重要水源之一，故C正确，不符合题意； D．在现阶段，人类很难直接利用极地冰川与雪盖、高山冰川和永久冻土层中的淡水资源，故D错误，符合题意。 故选D。 4．如图是海水淡化装置的简易图，下列说法合理的是（   ） A．图1中发生的物态变化是先汽化后液化 B．图2中的反渗透法可以得到直接饮用的纯净水 C．海水可以淡化所以我们可以不用节约用水 D．图2中只要不断加压就一直能获得淡水 【答案】A 【详解】A．图1中水变成水蒸气，发生汽化现象，水蒸气变成水，发生液化现象，故A符合题意； B．图2中通过反渗透膜过滤海水可以获得纯净水，但是否达到直接饮用标准还需视实际处理和检测结果而定，故B不符合题意； C．海水可以淡化，但考虑到成本和资源限制，我们仍需节约用水，故C不符合题意； D．图2中反渗透过程需要消耗能量，并非只要施加压力就能无限获得淡水，故D不符合题意。 故选A。 5．如图所示的是水循环示意图。图中①处发生的物态变化伴随着 （选填“吸热”或“放热”）；图中②处水蒸气有的形成小水滴，有的形成小冰晶，形成千姿百态的云；图中③处温度较高时冰晶会 （填物态变化）变成水滴，与空中的小水滴一起形成雨。 【答案】 吸热 熔化 【详解】[1]由图可知，图中①处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。 [2]由图可知，图中③处温度较高时冰晶下落过程中，由固态变成液态，发生熔化现象，熔化成水滴，与空中下落的水滴一起形成雨。 6．如图所示，是模拟大自然中雨的形成的实验装置图。 (1)组装实验装置时，要根据 （酒精灯及其火焰/烧瓶）高度，先固定好 （铁夹/铁圈），然后再依次固定好其他器材； (2)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，这是因为水蒸气而发生了 （填物态变化名称）； (3)若要使实验效果更加明显，可以在金属盘内盛放适量的 （冰块/热水）； (4)实验时，握金属盘的手明显感觉到金属盘的温度 （升高/降低），说明 。 【答案】(1) 酒精灯及其火焰 铁圈 (2)液化 (3)冰块 (4) 升高 见解析 【详解】（1）[1][2]组装实验装置时，为确保使用酒精灯的外焰加热，要根据酒精灯及其火焰高度，先固定好铁圈的高度，然后再按照自下而上的顺序依次固定好其它器材。 （2）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，这是烧瓶口冒出的水蒸气由于遇冷而发生了液化现象。 （3）要使实验效果更加明显，则需要金属盘的温度变低，可加入冰块。此时冰块熔化吸热，使金属盘变冷，可使实验效果更加明显。 （4）[1][2]实验时，握金属盘的手明显感觉到金属盘的温度升高，说明水蒸气在盘底液化时，需要放热。 7．南京大学教授朱嘉及其团队，模仿蘑菇的碳基吸收体，设计制作了集热蒸发一体化的人工蒸腾器件，下图是它的结构示意图。供水通道利用毛细效应，把水供应到碳基吸收体上，碳基吸收体具有吸光性强且内部热导很低的特性，使其只能给界面处的水加热，让水一层一层地蒸发。顶端像蘑菇一样的伞状结构，增大了水的表面积。这种材料和结构的巧妙设计使光与蒸汽转化效率显著提高。 (1)通过器件收集到大量的水蒸气，还要经历 （填物态变化名称），才能变成淡水，这一过程需要 （选填“吸热”或“放热”）； (2)人工蒸腾器件在提高光与蒸汽转化效率方面的做法有 （写出一条即可）。这项新的水纯化技术，还可以利用在哪些方面？ （列举一例即可） 【答案】(1) 液化 放热 (2) 碳基吸收体顶端制成像蘑菇一样的伞状结构 污水处理 【详解】（1）[1][2]水蒸气变成淡水，是气态变为液态，属于液化，液化放热。 （2）[1][2]根据题意知碳基吸收体的顶端制成像蘑菇一样的伞状结构，增大了水的表面积，这种材料和结构的巧妙设计使光与蒸汽转化效率显著提高；这项新的水纯化技术，还可以利用在污水处理上。 板 书 设 计 实　践　探究在干旱地区如何取水 一、项目提出 二、知识储备 三、项目实施 任务一 任务二 任务三 四、交流评估 课 堂 小 结 实　践　探究在干旱地区如何取水 作业布置 1. 完成课后作业：“实践与练习” 2. 配套同步分层作业 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$