2.1 岩石圈物质循环 教学设计 2026-2027学年高二上学期 地理 湘教版 选择性必修一

第一节岩石圈的物质循环教学设计 一、教学目标（地理学科核心素养四维目标） （一）人地协调观 从岩石作为人类生产生活资料的角度，理解人类对岩石圈物质资源的合理开发与保护，初步树立资源节约、环境保护的观念。 通过岩石圈物质循环认识地球表层物质系统的整体性与演化性，理解人类活动必须尊重地球内部物质运动的客观规律。 （二）综合思维 能从物质来源、形成环境、能量来源和转化过程等多个角度综合分析三大类岩石的成因与相互关系。 能将岩石的形成、转化与内力作用、外力作用、地壳运动、板块运动等自然过程联系起来，把握各圈层物质运动的整体联系。 （三）区域认知 能结合不同区域的岩石类型和地质构造实例（如科罗拉多大峡谷、我国云贵喀斯特地区），说明区域地表形态与岩石性质、地质作用之间的关系。 能辨识区域典型岩石与地貌特征，理解区域地表形态的差异是岩石圈物质循环长期作用的结果。 （四）地理实践力 能够借助简单工具（如放大镜、小刀、磁铁）观察、比较常见岩石与矿物的外部特征，尝试进行肉眼鉴别。 能通过阅读地质剖面图、岩石循环示意图，获取和解读地理信息，并用简图说明岩石圈物质循环过程。 能在野外或生活中发现与岩石圈物质循环有关的地理现象，开展初步的观察与探究活动。 二、教学重难点 类别 内容 教学重点 三大类岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩）的基本特征、代表性岩石及形成过程；岩石圈物质循环的基本过程与主要环节。 教学重点 三大类岩石之间及其与岩浆之间相互转化的关系；用物质循环观点理解地球内部物质运动的整体性和循环性。 教学难点 从具体岩石标本和地质剖面图出发，推断其成因与形成环境；理解同一物质在不同地质条件下可沿不同路径转化的动态过程。 教学难点 厘清“岩石圈物质循环”与“地壳物质循环”概念的差异，明确循环的主体是岩石圈物质，能量来源是地球内部放射性元素衰变释放的热能。 三、课堂导入（情境探究 ） 【情境呈现】教师展示“后母戊鼎”图片，同时呈现下列问题，引导学生观察与思考。 图1 中国国家博物馆藏商代后母戊鼎（商后期青铜礼器，1939年出土于河南安阳） 【探究问题】 后母戊鼎通高约1.33米、重达832.84千克，是我国现存形体最大、最重的古代青铜器。制作它所需的铜、锡、铅等金属元素最初来自哪里？ 这些金属元素在地下以什么形式存在？又经历了怎样的过程才被人类开采、冶炼并铸成青铜器？ 青铜本身是人工冶炼的产物，不是天然岩石。但在地下，铜、锡等元素通常以何种天然形式存在？ 从一块深埋地下的岩石，到博物馆中展出的青铜礼器，中间经历了哪些“身份转变”？ 【引导分析】 地下金属元素多赋存于矿石之中，矿石又由有用的矿物集合而成； 矿物由地质作用形成，岩石则是由一种或多种矿物组成的集合体； 岩石不是静止不变的，它们可以在高温、高压、风化、搬运、沉积、熔融等作用下不断转化； 后母戊鼎的材料之旅，正是岩石圈物质循环的一个生动缩影。 【过渡语】 “鼎”的青铜来自地下的矿物与岩石，而岩石本身也处于永不停息的“循环”之中。今天我们就从这个古老的青铜器出发，走进岩石圈，认识它的物质组成，并探寻岩石圈物质循环的奥秘。 四、知识讲解 （一）岩石圈的组成 岩石圈是地球上部软流层以上的坚硬部分，由地壳和上地幔顶部组成。它是地球的外部圈层与内部圈层相互作用最为活跃的地带，也是人类赖以生存的固体表层。岩石圈中的物质并非一成不变，而是在内、外力作用下不断转化，构成一个连续的循环系统。 1. 矿物——岩石的基本单元 矿物是由地质作用形成的、具有一定的化学成分和物理性质的天然单质或化合物。绝大多数矿物是化合物（如石英 SiO₂、方解石 CaCO₃），少数是单质（如自然金、金刚石）。 自然界中已发现的矿物有3000多种，但组成岩石的常见矿物仅二三十种，称为“造岩矿物”，其中又以石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石等最为常见。 （1）矿物的基本特征 化学成分相对固定：如石英为 SiO₂，方解石为 CaCO₃。 具有相对固定的物理性质，主要包括： 颜色与条痕：颜色是矿物表面的颜色；条痕是矿物粉末的颜色，比颜色更稳定，是鉴别的重要依据。 光泽：指矿物表面反射光线的能力，如金属光泽（黄铁矿）、玻璃光泽（石英）、丝绢光泽（纤维石膏）。 透明度：透明、半透明、不透明。 硬度：矿物抵抗外力刻画、压入、研磨的能力。 解理与断口：矿物受力沿一定方向裂开成光滑平面的性质称解理；无规则裂开的面称断口。 晶形：矿物在适宜条件下能自发长成规则的几何多面体形态。 【方法】摩氏硬度计 摩氏硬度计由德国矿物学家摩斯提出，选用10种标准矿物作为硬度等级的代表，从软到硬依次为：1滑石、2石膏、3方解石、4萤石、5磷灰石、6正长石、7石英、8黄玉、9刚玉、10金刚石。 野外常利用指甲（约2.5）、小刀（约5.5）、玻璃（约5.5）等简易工具帮助估测。硬度大的矿物可刻画硬度小的矿物，反之不能。 图2 摩氏硬度计（10级标准矿物硬度对照） （2）常见矿物识别 矿物 化学成分 主要特征 石英 SiO₂ 六方柱状晶形，常呈无色透明或乳白色，玻璃光泽，硬度7，贝壳状断口，无解理。 方解石 CaCO₃ 菱面体晶形，多为白色、无色，玻璃光泽，硬度3，遇稀盐酸剧烈起泡（遇冷即反应），具三组完全解理。 长石 KAlSi₃O₈等 板状、柱状晶形，多为肉红、灰白、浅黄色，玻璃光泽，硬度6，两组近直交的解理。 云母 KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂ 片状、鳞片状，极易撕成薄片，珍珠光泽，硬度2～3，一组极完全解理。 磁铁矿 Fe₃O₄ 铁黑色，半金属光泽，硬度5.5～6，具强磁性，是炼铁的重要矿石。 黄铁矿 FeS₂ 浅铜黄色，强金属光泽，硬度6～6.5，晶形多呈立方体，常被称为“愚人金”。 图3 冰洲石方解石晶体（具双折射现象，可透过晶体观察到底下文字的重影） 【鉴别要点】磁铁矿与黄铁矿：二者虽同含铁，但磁铁矿 Fe₃O₄ 呈铁黑色、具强磁性；黄铁矿 FeS₂ 呈浅铜黄色、强金属光泽，晶体多为立方体，性脆、硬度较大，无磁性。仅凭颜色容易误判，需结合硬度、条痕、磁性等综合判断。 图4 磁铁矿晶体标本（铁黑色，具强磁性） 图5 黄铁矿立方体晶体簇（强金属光泽，无磁性） 2. 岩石——矿物的集合体 岩石是由一种或多种矿物组成的集合体，是构成岩石圈的基本物质。按成因，岩石可分为三大类：岩浆岩（火成岩）、沉积岩和变质岩。三大类岩石的划分依据是其形成作用与形成环境的不同。 【知识拓展】岩石的“年龄”与地壳的演化 岩石的年龄可通过放射性同位素测年等方法确定。年龄最大的岩石记录可追溯到约40亿年前；目前公认地球上最古老的岩石是加拿大西北地区的阿卡斯达片麻岩（约40.3亿年）。岩石记录是研究地球早期历史的重要证据。 （1）岩浆岩（火成岩） 岩浆岩是由岩浆冷却凝固而形成的岩石，是岩石圈最主要的物质来源。按岩浆冷凝位置的不同，可分为侵入岩和喷出岩。 ① 侵入岩 岩浆沿地壳薄弱地带上升，但未喷出地表，而是侵入地壳上部，在地下缓慢冷却凝固，形成侵入岩（又称深成岩、浅成岩）。由于冷却缓慢，矿物有充足时间结晶，因此侵入岩的特点是： （晶体颗粒较大、较明显，肉眼可辨）；结晶充分，矿物颗粒 结构致密，硬度较大，孔隙度小； 构造。常具 代表性岩石——花岗岩：由石英、长石、云母等矿物组成，呈肉红、灰白、浅灰等色，是典型的酸性侵入岩。花岗岩耐风化、质地坚硬、色泽美观，广泛用于建筑装饰（如人民英雄纪念碑的碑心石、许多城市的广场地面与建筑外墙）。 图6 花岗岩标本（侵入岩，矿物颗粒较大，石英、长石、云母清晰可辨） ② 喷出岩 岩浆（或熔岩流）喷出地表后，在温度骤降、压力骤减的环境中迅速冷却凝固，形成喷出岩（又称火山岩）。其形成特点决定了： ，多为隐晶质或玻璃质，肉眼难以分辨矿物颗粒；冷却迅速，矿物 （岩石中分布有大小不等的圆形或椭圆形孔洞）；因压力骤降，气体逸出，常形成 、流纹构造、块状构造。常见 代表性岩石——玄武岩：主要由辉石、基性斜长石等组成，颜色较深（黑、黑绿、灰黑），是典型的基性喷出岩。广泛分布于大洋地壳和大陆溢流玄武岩区（如我国东北五大连池、内蒙古阿巴嘎旗的火山群）。玄武岩气孔中常被后来的矿物填充形成杏仁状构造。 图7 玄武岩标本（喷出岩，常见气孔构造，多呈黑、灰黑色） 【对比归纳】侵入岩与喷出岩的差异 比较项 侵入岩（花岗岩） 喷出岩（玄武岩） 冷凝位置 地壳内部（未达地表） 地表（喷出） 冷却速度 缓慢 迅速 矿物结晶 充分，颗粒较大 细小或玻璃质，颗粒不明显 典型结构 等粒结构 隐晶质、玻璃质，气孔状、杏仁状 颜色 较浅（肉红、灰白） 较深（黑、灰黑） 硅铝含量 较高（酸性） 较低（基性） 分布 地下深处，常以岩体出露 火山岩区、大洋地壳广泛 （2）沉积岩 沉积岩是在地表或近地表条件下，由早先形成的岩石（岩浆岩、变质岩、早期沉积岩）经风化、侵蚀、搬运、沉积、固结成岩等一系列外力作用而形成的岩石。 形成过程（成岩顺序）： 原有岩石 → 风化、侵蚀 → 碎屑物质与溶解物质 → 搬运 → 沉积（在低洼处堆积）→ 压实、胶结（固结成岩）→ 沉积岩 沉积岩的两大成因类型： 碎屑岩：由岩石碎屑经压实、胶结而成，如砾岩、砂岩、页岩； 化学岩与生物化学岩：由化学沉淀或生物遗骸堆积而成，如石灰岩、白云岩。 沉积岩的基本特征： ：成层堆积，层与层之间成分、颜色、结构常有差异，是沉积岩最突出的特征；具有 ：由古代生物的遗体、遗迹（如贝壳、珊瑚、恐龙足印）石化而成，是地质历史时期生物演化和环境变迁的重要证据；常含 在地表分布最广（约占大陆面积的75%），但体积只占岩石圈总量的约5%。 代表性岩石： 砂岩：由砂粒经压实、胶结而成，颗粒较粗，常见石英砂岩，广泛用于建筑与铺路； 石灰岩：多为浅海环境下由生物化学沉积形成，主要成分碳酸钙（CaCO₃），遇稀盐酸起泡，是烧制石灰和水泥的重要原料，也是喀斯特地貌（溶洞、峰林）的成景岩石。 图8 砂岩标本（沉积岩，具层理构造，由砂粒胶结而成） 图9 石灰岩标本（沉积岩，常见于浅海环境，遇稀盐酸起泡） 【实例观察】科罗拉多大峡谷 美国科罗拉多大峡谷的岩壁呈现出层层叠置、色彩鲜明的水平岩层，这些岩层绝大部分是沉积岩。不同颜色的岩层记录了不同时期的沉积环境：红色、粉红色的岩层常形成于干旱、氧化环境；浅灰、白色岩层则多形成于浅海环境。峡谷本身由科罗拉多河长期下切侵蚀而成。 这一景观说明了沉积岩的两条重要特征：一是成层性（不同岩层反映不同地质年代与环境），二是易被流水等外力侵蚀、塑造地表形态。 图10 美国科罗拉多大峡谷（层层叠置的水平岩层绝大多数是沉积岩，由科罗拉多河下切侵蚀而成） （3）变质岩 变质岩是原有的岩石（岩浆岩、沉积岩，甚至早期变质岩）在高温、高压以及化学活动性流体的作用下，其矿物成分、结构构造发生改变而形成的岩石。变质作用一般发生在地壳深处，岩石处于固态状态下发生转变，并不经过熔融（若熔融则转化为岩浆）。 变质作用的主要类型： 接触变质：岩浆侵入围岩，围岩受热变质（如石灰岩受热重结晶形成大理岩）； 区域变质：大面积区域在地壳运动、板块碰撞作用下发生的高温高压变质（如页岩变质为片岩、片麻岩）。 变质岩的典型构造： 片理构造：岩石中片状或柱状矿物定向排列而形成，是变质岩区别于其他两类岩石的重要标志。按发育程度可分为： 板状构造（板岩）：具平整裂开面； 千枚状构造（千枚岩）：具丝绢光泽； 片状构造（片岩）：片状矿物定向排列明显； 片麻状构造（片麻岩）：深浅色矿物相间呈条带状排列。 块状构造：如大理岩、石英岩，矿物重结晶但无定向排列。 代表性岩石： 大理岩：由石灰岩或白云岩经变质作用重结晶而成，主要成分为方解石，常呈白色（汉白玉）或带美丽花纹，质地细腻，易于雕刻，广泛用于建筑装饰与雕塑； 片麻岩：由花岗岩等岩石经区域变质作用形成，具典型的片麻状构造，颜色深浅相间呈条带状。 图11 大理岩标本（由石灰岩变质重结晶而成，白色者俗称汉白玉） 图12 片麻岩标本（具片麻状构造，深色与浅色矿物呈条带状相间排列） （4）三大类岩石特征对比 对比项 岩浆岩 沉积岩 变质岩 成因 岩浆冷却凝固 外力作用（风化—搬运—沉积—固结） 高温高压变质作用 形成环境 地下或地表（火山活动区） 地表或近地表（低洼沉积区） 地壳深处 结构构造 结晶结构；喷出岩具气孔、流纹 层理构造；常含化石 片理构造、块状构造 代表性岩石 花岗岩、玄武岩 砂岩、石灰岩、页岩 大理岩、片麻岩、石英岩 物质来源 上地幔、地壳部分熔融的岩浆 先成岩石的风化产物 先成岩石（三大类均可） 分布特点 侵入岩多地下，喷出岩呈火山岩区 地表分布最广（约占大陆面积75%） 多分布于古老地块与造山带 （二）岩石圈的物质循环 岩石圈的物质循环，是指岩石圈中的物质在地质作用下，沿着一定路径不断转化、循环往复的过程。它是地球内部物质运动的重要形式，也是理解地表形态演化的关键线索。 1. 循环的动力与物质来源 能量来源：主要是地球内部放射性元素衰变释放的热能，其次是太阳辐射能（驱动外力作用）。 物质来源：上地幔和地壳部分熔融形成的岩浆，是各类岩石转化的共同起点与物质来源。 2. 循环的主要环节 以岩浆为起点，物质主要沿以下路径转化： 岩浆→岩浆岩：岩浆沿地壳薄弱带上侵或喷出地表，冷却凝固形成侵入岩或喷出岩； 岩浆岩→沉积岩：岩浆岩出露地表后，经风化、侵蚀、搬运、沉积、固结成岩作用转化为沉积岩； 岩浆岩、沉积岩→变质岩：原有岩石在高温、高压作用下发生变质，形成变质岩； 各类岩石→岩浆：各类岩石在高温条件下熔融，重新成为岩浆，进入下一轮循环。 需要强调的是，物质循环的路径并非单向、不可逆的直线。例如： 沉积岩和变质岩也可以先经变质或再沉积等方式转化； 三大类岩石在适宜条件下均可重熔再生为岩浆； 岩浆岩、沉积岩、变质岩之间也可能通过变质作用或风化沉积作用相互转化。 因此，岩石圈物质循环是一个周而复始、开放动态的系统。 图13 岩石圈物质循环示意图（箭头方向表示物质转化与地质作用） 【读图要点】 找准中心环节——岩浆，它是物质循环的“源头”； 看清箭头方向：箭头由岩浆指向岩浆岩，表示冷却凝固；由各类岩石指向岩浆，表示重熔再生；由岩浆岩、沉积岩指向变质岩，表示变质作用；由各类岩石指向沉积岩，表示外力作用与固结成岩； 注意箭头的“双向性”：并非所有转化都能直接实现，需满足相应的温度、压力和环境条件。 3. 物质循环的意义 岩石圈物质循环是地表形态演化的物质基础，地表形态正是在这一循环过程中不断被塑造和改变； 循环过程将地球内部的热能、物质与地表的太阳能联系起来，沟通了地球内部圈层与外部圈层； 三大类岩石在不同时期、不同区域的形成与分布，记录了地球演化的历史信息； 岩石的形成与转化伴随矿产资源的富集（如岩浆岩中的金属矿、沉积岩中的煤和石油、变质岩中的大理岩与宝石），为人类提供资源。 五、课堂小结（知识梳理） 本节内容可围绕“一个基础、三类岩石、一个循环”来把握： 知识板块 核心要点 一个基础（矿物） 矿物是岩石的基本单元；常见造岩矿物有石英、长石、云母等；硬度、条痕、解理是重要鉴别依据。 岩浆岩 由岩浆冷却凝固形成。侵入岩（花岗岩）颗粒大、结晶好；喷出岩（玄武岩）冷却快、常具气孔。 沉积岩 由外力作用形成。具层理构造、常含化石；砂岩、石灰岩是代表性岩石；地表分布最广。 变质岩 由高温高压变质作用形成。具片理（片麻状）或块状构造；大理岩、片麻岩是代表性岩石。 物质循环 以岩浆为起点，经冷却凝固、外力作用、变质作用、重熔再生等环节，实现岩石圈物质的循环转化。 核心素养落脚点 用物质循环的观点认识地球表层形态与内部物质运动的整体性、动态性与规律性。 【概念辨析】岩石圈物质循环 ≠ 地壳物质循环 岩石圈的范围大于地壳：岩石圈包括地壳和上地幔顶部（软流层以上）。因此“岩石圈物质循环”所指的物质范围更广，既涉及地壳，也涉及上地幔顶部物质的上涌、熔融与转化；而“地壳物质循环”仅指地壳范围内物质的转化。教材采用“岩石圈物质循环”，意在强调循环发生在整个岩石圈。 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $