实践探究在干旱地区如何取水（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11.2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】选址挖坑：选择开阔潮湿地面，用卷尺测量并标记直径80100cm的圆形区域，挖深3050cm（深度为直径的1/21/3）（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50100g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】分组：4人一组，分工负责工具组装、数据记录、环境监测；选址：选择草地/裸地两种环境，同一时间（凌晨4:006:00）收集露水；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。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）12【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】采用深色薄膜提升吸热效率，较传统透明膜液化量提升30%；15°倾斜角确保凝结水滴沿斜面自然汇入容器；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