火山和地震的科學(xué)探究學(xué)習(xí)目標(biāo)與課時(shí)安排基礎(chǔ)知識掌握火山和地震的形成原因、特點(diǎn)及影響，理解地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與板塊運(yùn)動的關(guān)系探究能力通過模型實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)科學(xué)探究過程，培養(yǎng)觀察、分析和解決問題的能力防災(zāi)技能學(xué)習(xí)火山噴發(fā)和地震發(fā)生時(shí)的應(yīng)對方法，掌握基本的防災(zāi)避險(xiǎn)技能火山和地震是什么？火山和地震都是地球上重要的自然地質(zhì)現(xiàn)象，它們展示了我們腳下這顆行星的活躍本質(zhì)。共同點(diǎn)均由地殼運(yùn)動引發(fā)，是地球內(nèi)部能量釋放的表現(xiàn)多發(fā)生在板塊邊界地區(qū)能對人類生活產(chǎn)生重大影響差異火山主要釋放巖漿、氣體和火山灰地震主要釋放震動能量火山的定義火山是地殼上的開口，通過這個(gè)開口，熔巖、火山灰、熱氣和氣體從地球深處的巖漿庫噴出地表。全球活躍火山約1500座，分布于環(huán)太平洋火山帶、地中海-喜馬拉雅火山帶和大西洋中脊火山帶中國著名火山包括：吉林長白山（天池火山）、黑龍江五大連池、云南騰沖熱海等火山可分為活火山、休眠火山和死火山三種類型火山噴發(fā)的壯觀場面火山噴發(fā)是地球上最壯麗的自然景象之一。當(dāng)?shù)叵路e聚的巖漿爆發(fā)而出時(shí)，展現(xiàn)出驚人的自然力量。1噴發(fā)持續(xù)時(shí)間火山噴發(fā)可持續(xù)數(shù)小時(shí)至數(shù)周不等，有些火山甚至可以持續(xù)活動數(shù)年2巖漿溫度噴發(fā)的巖漿溫度通常在700-1200℃之間，足以融化幾乎所有物質(zhì)噴發(fā)物質(zhì)火山內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖火山口位于火山頂部的開口，是巖漿、火山灰和氣體噴出的通道火山錐由噴發(fā)物堆積形成的山體，形狀像圓錐體，是我們常見的火山外形火山通道連接巖漿庫與火山口的管道，巖漿通過此通道上升到地表巖漿庫位于地下的熔巖儲存區(qū)，溫度極高，是火山噴發(fā)的物質(zhì)來源火山為何會噴發(fā)？火山噴發(fā)是地球內(nèi)部能量釋放的自然過程，主要由以下因素引起：地殼下巖漿積聚，壓力不斷增高當(dāng)壓力超過上覆巖層承受能力時(shí)，形成破裂點(diǎn)巖漿順著裂縫急速上升并噴出地表地殼板塊邊界處因活動頻繁，更容易形成火山這就解釋了為什么火山活動帶與板塊運(yùn)動密切相關(guān)，全球大部分火山都分布在板塊交界處。小組活動：模擬火山噴發(fā)通過動手實(shí)驗(yàn)，我們可以更直觀地理解火山噴發(fā)的過程。準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料土豆泥（模擬火山外層）番茄醬（模擬巖漿）酒精燈（提供熱源）小型金屬容器（裝"巖漿"）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案小組討論如何構(gòu)建"火山模型"，思考如何模擬巖漿上升、壓力積聚和火山噴發(fā)的過程觀察記錄實(shí)驗(yàn)過程中認(rèn)真觀察現(xiàn)象變化，記錄"巖漿"噴發(fā)的特點(diǎn)，比較不同小組模型的差異火山噴發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)步驟1塑造山體模型用土豆泥塑造成火山錐形狀，中部掏空形成火山通道和火山口2準(zhǔn)備"巖漿"將番茄醬放入小型金屬容器中，置于土豆山體內(nèi)部，模擬巖漿庫3封閉系統(tǒng)用一層較薄的土豆泥覆蓋火山口，形成"封蓋層"，增加內(nèi)部壓力4加熱觀察小心使用酒精燈加熱容器底部，觀察"巖漿"如何突破封蓋噴發(fā)而出實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)與安全提示安全第一！實(shí)驗(yàn)雖然有趣，但必須在老師指導(dǎo)下進(jìn)行，確保每位同學(xué)的安全。防燙傷措施遠(yuǎn)離火源，不要直接接觸加熱器具不要用手觸摸剛加熱過的容器實(shí)驗(yàn)中必須戴防護(hù)手套教師指導(dǎo)教師全程監(jiān)督實(shí)驗(yàn)過程遵循教師的每一項(xiàng)安全指示出現(xiàn)異常情況立即報(bào)告器材使用按規(guī)范操作所有實(shí)驗(yàn)器材不玩耍實(shí)驗(yàn)材料實(shí)驗(yàn)后認(rèn)真清理現(xiàn)場火山噴發(fā)的危害火山噴發(fā)雖然壯觀，但也帶來嚴(yán)重的自然災(zāi)害：火山灰覆蓋：遮蔽陽光，影響呼吸，破壞農(nóng)作物巖漿流：高溫巖漿可吞沒周圍的房屋、道路和農(nóng)田有毒氣體：二氧化硫等氣體對人體健康造成威脅引發(fā)次生災(zāi)害：山體滑坡、森林火災(zāi)等2000年日本有珠火山噴發(fā)案例中，超過16,000人被迫疏散，火山灰覆蓋范圍達(dá)數(shù)百平方公里。火山的益處肥沃土壤火山灰含有豐富的礦物質(zhì)，經(jīng)過風(fēng)化后形成極為肥沃的土壤，有利于農(nóng)業(yè)發(fā)展。日本、意大利等火山區(qū)常有高產(chǎn)農(nóng)業(yè)。地?zé)豳Y源火山區(qū)地?zé)豳Y源豐富，可開發(fā)地?zé)岚l(fā)電、供暖和溫泉等，是清潔能源的重要來源。冰島90%的家庭使用地?zé)崮芄┡?。旅游價(jià)值火山景觀雄偉壯觀，吸引大量游客，促進(jìn)當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)發(fā)展。許多火山已成為著名的旅游勝地和科研基地。世界著名火山實(shí)例1維蘇威火山（意大利）公元79年的劇烈噴發(fā)毀滅了龐貝古城，這座被火山灰完全覆蓋的城市被完好保存，成為研究古羅馬文明的重要遺址2法格拉達(dá)爾火山（冰島）2021年3月19日開始噴發(fā)，持續(xù)數(shù)月，噴出大量熔巖但幾乎無火山灰，成為冰島熱門的"火山旅游"景點(diǎn)3基拉韋厄火山（夏威夷）世界上最活躍的火山之一，自1983年以來幾乎持續(xù)噴發(fā)，其緩慢流動的熔巖為夏威夷大島不斷增添新的陸地地震是什么？地震是地殼巖層突然斷裂釋放能量的過程，這種能量以地震波的形式向四周傳播，引起地面的震動。地震是地球內(nèi)部能量釋放的表現(xiàn)形式之一全球每年發(fā)生約30萬次可被儀器探測到的地震其中大多數(shù)是人類無法感知的微小地震大約每年發(fā)生20次6級以上的強(qiáng)震地震雖然持續(xù)時(shí)間短暫（通常幾秒到幾十秒），但破壞力可能極為巨大。地震的基本術(shù)語震源地震發(fā)生的地下位置，是巖層斷裂并釋放能量的具體地點(diǎn)震中震源正上方的地面位置，通常是地震影響最強(qiáng)烈的區(qū)域震級表示地震釋放能量大小的數(shù)值，以里氏震級為常用單位，每增加1級，能量增大約30倍烈度描述地震對特定地區(qū)影響程度的指標(biāo)，受震中距離、地質(zhì)條件等多因素影響地震波在地殼中傳播速度很快，約為每秒5-8公里，能在短時(shí)間內(nèi)傳遍整個(gè)地球。地震發(fā)生的成因地震主要由地殼板塊運(yùn)動引起，當(dāng)板塊之間發(fā)生相對運(yùn)動時(shí)，會在接觸面上產(chǎn)生巨大的壓力和摩擦力。板塊碰撞：兩個(gè)板塊相向運(yùn)動并相互擠壓板塊張裂：板塊相互分離，形成張力斷裂板塊錯(cuò)動：板塊沿平行方向滑動摩擦當(dāng)巖層承受的壓力超過其強(qiáng)度極限時(shí)，會突然斷裂并釋放出巨大的能量，形成地震。環(huán)太平洋地震帶是世界上最大的地震多發(fā)區(qū)，全球約80%的地震發(fā)生在這一區(qū)域。近期重大地震案例1四川汶川地震（2008年）震級8.0級，造成近9萬人遇難，經(jīng)濟(jì)損失約8451億元人民幣2日本東北大地震（2011年）震級9.0級，引發(fā)巨大海嘯和福島核電站事故，約1.5萬人遇難3土耳其-敘利亞地震（2023年）震級7.8級，兩國共有5萬多人遇難，數(shù)百萬人無家可歸這些災(zāi)難性地震不僅造成了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，也推動了全球地震監(jiān)測和防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)的發(fā)展。親歷地震的影像資料地震發(fā)生時(shí)，地面會劇烈搖晃，建筑物可能倒塌，地面可能開裂。通過觀看真實(shí)的地震影像，我們可以更深刻地理解地震的破壞力。1地震直接影響建筑物搖晃、傾斜甚至倒塌地面出現(xiàn)裂縫或錯(cuò)動道路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施損毀2次生災(zāi)害山體滑坡和泥石流海嘯（海底地震）火災(zāi)和水災(zāi)地震波的傳播演示地震波的類型縱波（P波）：最快到達(dá)，震動方向與傳播方向平行橫波（S波）：傳播較慢，震動方向與傳播方向垂直表面波：沿地表傳播，破壞力最大演示方法可以用彈簧玩具演示縱波和橫波的傳播特點(diǎn)：沿彈簧長度方向推拉，觀察壓縮波（縱波）垂直于彈簧長度方向搖動，觀察上下起伏（橫波）這些波在地球內(nèi)部和表面?zhèn)鞑?，觸及地面時(shí)引發(fā)我們感受到的震動。火山與地震的聯(lián)系與區(qū)別共同聯(lián)系都與板塊運(yùn)動密切相關(guān)都是地球內(nèi)部能量釋放的表現(xiàn)分布區(qū)域高度重疊火山特點(diǎn)釋放巖漿、火山灰等物質(zhì)噴發(fā)過程可持續(xù)數(shù)天至數(shù)年形成獨(dú)特的山體地貌地震特點(diǎn)釋放震動能量持續(xù)時(shí)間短暫，數(shù)秒至數(shù)分鐘不一定改變地表形態(tài)有趣的是，火山活動常常伴隨輕微地震，而強(qiáng)烈地震有時(shí)也會引發(fā)休眠火山的活動。板塊運(yùn)動基礎(chǔ)知識地球的最外層——巖石圈并不是一個(gè)整體，而是由七大板塊和多個(gè)小板塊組成的"拼圖"。這些板塊漂浮在軟流圈上，不斷運(yùn)動和相互作用。板塊運(yùn)動特點(diǎn)板塊運(yùn)動速率緩慢，一般為每年2-10厘米運(yùn)動方向各異，有的相互靠近，有的相互遠(yuǎn)離板塊交界處最容易發(fā)生火山噴發(fā)和地震板塊運(yùn)動是大陸漂移和造山運(yùn)動的根本原因正是這種看似緩慢但持續(xù)不斷的板塊運(yùn)動，塑造了我們今天所見的地球表面地形地貌。我國火山與地震分布火山分布東北地區(qū)：長白山天池火山、五大連池火山群華北地區(qū)：大同火山群東南沿海：瓊北火山群西南地區(qū)：騰沖火山群我國現(xiàn)有活火山較少，多為休眠或死火山地震分布西南地區(qū)：青藏高原及其邊緣地帶華北地區(qū)：太行山、渤海灣周邊臺灣地區(qū)：位于環(huán)太平洋地震帶上西北地區(qū)：天山、阿爾泰山脈我國是世界上地震活動最為頻繁的國家之一火山和地震對生活的影響建筑破壞強(qiáng)烈地震可導(dǎo)致房屋倒塌，火山噴發(fā)的巖漿和火山灰可掩埋建筑物，造成居民無家可歸交通中斷道路開裂、橋梁損毀、鐵路變形，嚴(yán)重影響災(zāi)后救援和日常生活秩序人員傷亡地震和火山災(zāi)害可能造成大量人員傷亡，直接或間接影響數(shù)百萬人的生活部分強(qiáng)烈地震還可能引發(fā)火災(zāi)、泥石流、海嘯等次生災(zāi)害，進(jìn)一步擴(kuò)大災(zāi)害影響范圍和程度。現(xiàn)代科技監(jiān)測火山和地震衛(wèi)星遙感監(jiān)測利用衛(wèi)星觀測火山地表溫度變化、地形變化和氣體排放，可提前預(yù)測火山活動地震儀網(wǎng)絡(luò)全球布設(shè)的密集地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)時(shí)記錄地球各處的震動，判斷地震發(fā)生位置和強(qiáng)度預(yù)警系統(tǒng)基于地震波傳播速度差異，向可能受影響區(qū)域提前數(shù)秒至數(shù)十秒發(fā)出預(yù)警，贏得寶貴逃生時(shí)間我國"地殼一號"科學(xué)鉆探工程已鉆至5000多米深度，獲取了大量地殼物質(zhì)樣本，為研究地震和火山提供了重要數(shù)據(jù)。防震減災(zāi)知識01地震前準(zhǔn)備了解所在地區(qū)的地震風(fēng)險(xiǎn)熟悉建筑物的緊急出口準(zhǔn)備應(yīng)急包（水、食物、藥品、手電筒等）制定家庭應(yīng)急預(yù)案并演練02地震中自救保持冷靜，不要驚慌奔跑室內(nèi)尋找"三角區(qū)"（墻角、堅(jiān)固家具旁）用枕頭等保護(hù)頭部避開玻璃窗、外墻和高大家具03地震后行動檢查自身傷勢，及時(shí)處理關(guān)閉電源、氣源，防止次生災(zāi)害有序撤離到安全場所聽從官方指導(dǎo)，不信謠不傳謠應(yīng)對火山噴發(fā)的措施緊急疏散遠(yuǎn)離火山危險(xiǎn)區(qū)，聽從官方疏散指令按指定路線有序撤離到安全區(qū)域不要停留拍照或觀看火山噴發(fā)防護(hù)措施戴口罩或濕毛巾防止吸入火山灰戴護(hù)目鏡保護(hù)眼睛穿長袖衣物覆蓋皮膚室內(nèi)防護(hù)關(guān)閉門窗，封堵縫隙防止火山灰進(jìn)入準(zhǔn)備充足的食物和飲用水關(guān)注官方通報(bào)和預(yù)警信息火山噴發(fā)可能持續(xù)數(shù)天至數(shù)月，應(yīng)做好長期應(yīng)對準(zhǔn)備，并隨時(shí)調(diào)整防護(hù)措施?；鹕胶偷卣鸬目茖W(xué)研究前沿?cái)?shù)值模擬技術(shù)科學(xué)家利用超級計(jì)算機(jī)建立巖漿活動和地震波傳播的數(shù)值模型，模擬火山噴發(fā)和地震發(fā)生的整個(gè)過程。地下水監(jiān)測研究表明地下水位和成分變化可能是地震前兆，通過密集監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)可能提高預(yù)警準(zhǔn)確性。無人監(jiān)測技術(shù)利用衛(wèi)星、無人機(jī)和機(jī)器人進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，實(shí)時(shí)收集火山口和斷層帶的第一手資料。人工智能應(yīng)用AI技術(shù)可以分析海量地震和火山監(jiān)測數(shù)據(jù)，識別人類難以發(fā)現(xiàn)的微小變化模式，提高預(yù)測能力。這些前沿研究為我們更好地理解和預(yù)測火山和地震活動提供了新的可能性。探究與思考：人類與災(zāi)害的共存科學(xué)認(rèn)知通過教育提高全民對火山和地震的科學(xué)認(rèn)識，消除恐慌心理，培養(yǎng)理性應(yīng)對能力資源利用合理開發(fā)利用火山區(qū)的地?zé)豳Y源、礦產(chǎn)資源和旅游資源，變?yōu)暮閷氋F財(cái)富防災(zāi)減災(zāi)提升建筑抗震能力，完善監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，制定應(yīng)急預(yù)案，最大限度減少災(zāi)害損失小組展示及思維導(dǎo)圖小組匯報(bào)各小組展示火山/地震模擬實(shí)驗(yàn)成果分享對火山/地震現(xiàn)象的新認(rèn)識討論實(shí)驗(yàn)中遇到的問題及解決方法思維導(dǎo)圖繪制"火山與地震"主題思維導(dǎo)圖，包含：成因與機(jī)制特點(diǎn)與區(qū)別危害與益處防災(zāi)與減災(zāi)通過小組展示與交流，不僅鞏固所學(xué)知識，還能培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和表達(dá)能力。思維導(dǎo)圖幫助我們系