實(shí)踐探究在干旱地區(qū)如何取水（教學(xué)設(shè)計(jì)）年級(jí)九年級(jí)學(xué)科物理課時(shí)數(shù)1課時(shí)教師課題實(shí)踐探究在干旱地區(qū)如何取水教學(xué)目標(biāo)物理觀念能用液化的知識(shí)解釋露水的形成；能根據(jù)液化的條件指導(dǎo)收集露水的方法技巧，讓學(xué)生了解和掌握在極端環(huán)境下獲取水資源的方法，增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。科學(xué)思維運(yùn)用物態(tài)變化（液化）原理分析露水形成機(jī)制，理解跨學(xué)科知識(shí)在解決水資源問題中的應(yīng)用；通過案例分析（如干旱地區(qū)取水方法），批判性評(píng)估不同方案的科學(xué)性和可行性，形成基于證據(jù)的見解。科學(xué)探究運(yùn)用物態(tài)變化（液化）原理分析露水形成機(jī)制，理解跨學(xué)科知識(shí)在解決水資源問題中的應(yīng)用；通過案例分析（如干旱地區(qū)取水方法），批判性評(píng)估不同方案的科學(xué)性和可行性，形成基于證據(jù)的見解。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任積極參與科學(xué)探究活動(dòng)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新能力，提出解決水資源和環(huán)境問題的新方法和新思路，增強(qiáng)節(jié)約用水和保護(hù)環(huán)境的意識(shí)，形成積極的社會(huì)責(zé)任感。教材分析本節(jié)是以物態(tài)變化為基礎(chǔ)，實(shí)踐活動(dòng)為載體，培養(yǎng)安全規(guī)范、團(tuán)隊(duì)合作及環(huán)保責(zé)任感，強(qiáng)化環(huán)保意識(shí)，為可持續(xù)發(fā)展教育奠定基礎(chǔ)。學(xué)情分析九年級(jí)學(xué)生對(duì)物態(tài)變化這一主題擁有一定的生活經(jīng)驗(yàn)，在日常生活中，從夏日炎炎的冰鎮(zhèn)飲料，寒冷冬日的大雪紛飛，再到我國近期高溫暴雨洪澇頻發(fā)，反常厄爾尼諾現(xiàn)象，全球氣候變暖導(dǎo)致海平面上升，引發(fā)的一系列的環(huán)境問題，都可以引起學(xué)生的思考。但學(xué)生對(duì)物態(tài)變化的本質(zhì)缺乏清晰、準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，但九年級(jí)學(xué)生對(duì)物理探究和物理思維以及有了一定的基礎(chǔ)，教師在教學(xué)中應(yīng)尊重并利用學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，采用小組合作、討論、演示與分組實(shí)驗(yàn)結(jié)合等方式，循序漸進(jìn)地從直觀現(xiàn)象引導(dǎo)歸納、抽象和推理，將學(xué)生的好奇心深化為對(duì)物理規(guī)律的探究熱情。教學(xué)重點(diǎn)運(yùn)用液化知識(shí)設(shè)計(jì)并制作露水收集工具，掌握實(shí)踐操作中的安全規(guī)范與變量控制方法教學(xué)難點(diǎn)分析溫度、濕度等因素對(duì)露水收集量的影響，基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出工具改進(jìn)方案并驗(yàn)證效果。教學(xué)過程教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖問題緣起【交流討論】水資源短缺會(huì)給人們的生產(chǎn)生活帶來很大影響。在某些干旱缺水的地區(qū)、甚至在沙漠中，巧妙的取水方法能讓我們暫時(shí)擺脫危機(jī)。課本中給到了一個(gè)取水的案例。學(xué)生分析杯子中的水是哪里來的？【交流討論】洞周圍的沙子中含有水分，由于塑料薄膜的密封，溫度升高，導(dǎo)致沙子中蘊(yùn)含的水蒸發(fā)加快，由于外界的空氣溫度低于洞內(nèi)的溫度，水蒸氣在塑料薄膜上發(fā)生了液化，由于薄膜中間被石頭壓低，凝結(jié)的水珠會(huì)因重力作用沿著薄膜斜面匯聚到中心最低處，最終滴落到下方的杯子中，形成杯子里的水?！窘處煔w納】液態(tài)水（土壤中）→氣態(tài)水蒸氣（蒸發(fā)）→液態(tài)水（液化，匯聚到杯子中），即先汽化后液化，通過塑料薄膜實(shí)現(xiàn)了水蒸氣的收集和液化，從而將土壤中的水分轉(zhuǎn)移到杯子里。這一過程類似于自然界的“蒸餾”或“露水形成”原理，利用物態(tài)變化實(shí)現(xiàn)了水分的提取。思考并回答問題，進(jìn)入情景。引起學(xué)生對(duì)取水案例的興趣通過分析加強(qiáng)學(xué)生對(duì)物態(tài)變化的認(rèn)識(shí)和理解活動(dòng)方案任務(wù)一收集露水的方法、原理及影響因素分析【查閱資料】查閱資料，了解有哪些收集露水的方法，并分析其原理，了解影響露水多少的因素。【交流討論】露水是由氣態(tài)的水蒸氣液化形成；液化有兩種方法：降低溫度、壓縮體積。其中有哪些收集露水的方法？（1）地面凹陷收集法：挖淺坑并覆蓋塑料薄膜，用石頭固定邊緣和中心形成下凹結(jié)構(gòu)，利用晝夜溫差使水蒸氣在薄膜下液化成水珠，匯聚后滴入坑內(nèi)容器中。（2）植物蒸騰法：用塑料袋包裹樹枝或葉片，利用植物蒸騰作用產(chǎn)生的水汽在袋內(nèi)凝結(jié)成露水，適用于野外有植被的環(huán)境。（3）表面凝結(jié)法：在清晨用布、海綿等吸附草葉、金屬板或光滑石頭表面的露水，擰干后收集；或使用深色塑料布、金屬網(wǎng)等鋪設(shè)在地面，利用其導(dǎo)熱性促進(jìn)露水凝結(jié)。（4）傳統(tǒng)工具法：古人用石臼、碗缽等容器在屋檐下或田野中承接露水，現(xiàn)代可簡(jiǎn)化為放置淺盤、金屬板等光滑容器露天收集。（5）簡(jiǎn)易蒸餾法：在坑內(nèi)放置容器，覆蓋塑料膜并在中心放置重物，通過土壤水分蒸發(fā)后液化收集露水，適用于干旱地區(qū)。這些方法均利用露水遇冷凝結(jié)的原理，通過優(yōu)化收集面材質(zhì)（如深色材料吸熱）、結(jié)構(gòu)（傾斜或凹陷設(shè)計(jì)）及環(huán)境（選擇濕度高、溫差大的夜間/清晨）提升效率【歸納總結(jié)】在收集露水時(shí)，選擇合適的時(shí)間和地點(diǎn)至關(guān)重要。清晨是露水形成的最佳時(shí)機(jī)，通常在日出前的一段時(shí)間。在野外，靠近水源、植被茂盛且潮濕的地方通常露水較多。在日常生活中，可以選擇在陽臺(tái)等通風(fēng)良好的地方放置收集裝置。【例題1】我們?cè)谏衬腥∷畷r(shí)，需要注意時(shí)間段的選擇。結(jié)合露水的形成時(shí)間，推測(cè)在沙漠中取水的時(shí)間。下列關(guān)于露水的形成時(shí)間和沙漠中取水時(shí)間的推測(cè)，正確的是()A.露水多形成于中午，所以在沙漠中午取水效果好B.露水多形成于多風(fēng)的天氣，所以沙漠中風(fēng)多的時(shí)間取水效果好C.露水多形成于夜間，所以在沙漠中夜間取水效果好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】露水多形成于夜間，沙漠中夜間取水效果好的原因可歸納為以下四點(diǎn)：夜間溫度驟降。沙漠地表在白天吸收大量熱量，夜間輻射冷卻速度極快，導(dǎo)致近地面空氣溫度迅速降低。當(dāng)溫度降至露點(diǎn)以下時(shí)，空氣中的水汽過飽和，水汽凝結(jié)形成露水。地表散熱特性。沙漠地表多為沙石材質(zhì)，熱容量小，熱量散失效率高。這種特性加速了地表及附近空氣的降溫，為露水形成提供了有利條件。干燥環(huán)境利于水汽凝結(jié)。沙漠空氣濕度低，但夜間降溫幅度大時(shí)，相對(duì)濕度仍可能達(dá)到露點(diǎn)要求。此時(shí)水汽更容易在物體表面凝結(jié)，形成露水。穩(wěn)定的氣象條件。沙漠地區(qū)多晴朗無云、微風(fēng)天氣，夜間大氣穩(wěn)定，水汽不易被云層或風(fēng)力干擾，利于露水持續(xù)形成和積累。綜上，沙漠夜間低溫、地表散熱快、干燥環(huán)境與穩(wěn)定氣象條件共同作用，使得露水形成量多且易被收集，從而實(shí)現(xiàn)夜間高效取水。學(xué)生通過收集資料，總結(jié)歸納，加強(qiáng)學(xué)生在進(jìn)行實(shí)踐活動(dòng)前的知識(shí)儲(chǔ)備任務(wù)二制作收集露水的工具，然后進(jìn)行收集露水的活動(dòng)【工具材料】塑料薄膜（深色塑料薄膜）（直徑11.2米）、收集容器（500ml燒杯/杯子）、測(cè)量容器量筒（100ml）、鵝卵石/沙土（固定用）、鏟子、剪刀、卷尺、防護(hù)手套、新鮮多汁植物【制作步驟】選址挖坑：選擇開闊潮濕地面，用卷尺測(cè)量并標(biāo)記直徑80100cm的圓形區(qū)域，挖深3050cm（深度為直徑的1/21/3）（2）容器固定：將收集容器垂直放置于坑底中央，確保容器口與坑底齊平，周圍用沙土固定防止傾倒（3）薄膜覆蓋：將塑料薄膜完整覆蓋坑口，邊緣用沙土或鵝卵石壓實(shí)密封，形成直徑略大于坑口的圓形覆蓋區(qū)（4）中心配重：在薄膜中心（容器正上方）放置重量50100g的鵝卵石，使薄膜呈15°漏斗狀傾斜，最低點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)容器口?！臼占顒?dòng)】分組：4人一組，分工負(fù)責(zé)工具組裝、數(shù)據(jù)記錄、環(huán)境監(jiān)測(cè)；選址：選擇草地/裸地兩種環(huán)境，同一時(shí)間（凌晨4:006:00）收集露水；變量控制：記錄空氣濕度、地表溫度、薄膜材質(zhì)對(duì)收集量的影響。數(shù)據(jù)處理：用測(cè)量收集水量，并記錄表格。實(shí)驗(yàn)組環(huán)境類型薄膜材質(zhì)空氣濕度（%）地表溫度（℃）收集水量（ml）12【例2】不同生存環(huán)境取水方式也有不同的做法。下列說法正確的是（）A.沙漠環(huán)境：尋找植物；利用晝夜溫差大條件，挖坑取水。B.高山冰川、極地環(huán)境：熔化冰雪。C.海上環(huán)境：收集雨水；利用太陽能蒸餾器取水。D.叢林環(huán)境：收集露水?！敬鸢浮緼BCD【解析】A.沙漠環(huán)境：尋找植物；利用晝夜溫差大條件，挖坑取水。做法可?。籅.高山冰川、極地環(huán)境：熔化冰雪。做法可??；C.海上環(huán)境：收集雨水；利用太陽能蒸餾器取水。做法可??；D.叢林環(huán)境：收集露水。做法可取。但一定要注意，在極端環(huán)境下獲取的水，一定要注意進(jìn)行凈化和消毒處理，避免飲用后感染疾病，進(jìn)一步危及生命安全。通過實(shí)踐活動(dòng)，加深學(xué)生對(duì)液化原理的理解，同時(shí)鍛煉他們的動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。學(xué)生在實(shí)踐中會(huì)遇到各種挑戰(zhàn)，如如何確保薄膜密封性、如何有效控制變量等，這些都需要他們通過討論和嘗試來解決，從而培養(yǎng)他們的問題解決能力。任務(wù)三根據(jù)在一定時(shí)間內(nèi)收集露水的多少,提出改進(jìn)方案,并與大家分享改進(jìn)后的露水收集方案【優(yōu)化要點(diǎn)】采用深色薄膜提升吸熱效率，較傳統(tǒng)透明膜液化量提升30%；15°傾斜角確保凝結(jié)水滴沿斜面自然匯入容器；坑底植物優(yōu)選仙人掌等新鮮多汁植物，可使?jié)穸忍嵘?0%40%【安全規(guī)范】1.收集到的露水因裝置衛(wèi)生情況、收集環(huán)境復(fù)雜和長期暴露在空氣中等原因，不能保證其干凈衛(wèi)生，所以不能飲用，可以澆花、灑濕地面、沖洗馬桶等。2.使用挖掘工具時(shí)必須佩戴防護(hù)手套，嚴(yán)禁在陡坡或夜間操作；實(shí)驗(yàn)后需清理場(chǎng)地，將土壤回填恢復(fù)原貌?！纠?】如圖所示是沙漠中的一種取水裝置，先將裝置埋進(jìn)沙漠地下約2米的深處，利用太陽能面板發(fā)電，在自然風(fēng)的作用下帶動(dòng)上方的葉片旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而把地表上的空氣通過軟管抽入地下，在此過程中，受上層空氣和下層土壤的溫差的影響，水蒸氣流入底部儲(chǔ)水箱時(shí)會(huì)凝結(jié)成小水珠，注入下部儲(chǔ)水箱，以此達(dá)到取水的效果。該裝置能取到水的主要原因是()A.下層土壤比上層空氣的溫度高，水蒸氣吸熱汽化B.下層土壤比上層空氣的溫度高，水蒸氣放熱凝華C.下層土壤比上層空氣的溫度低，水蒸氣放熱液化D.下層土壤比上層空氣的溫度低，水蒸氣吸熱升華【答案】C【解析】葉片旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而把地表上的空氣通過軟管抽入地下，在此過程中，受上層空氣和下層土壤的溫差的影響，在水蒸氣流入底部儲(chǔ)水箱的過程中會(huì)液化成小水珠，注入下部的儲(chǔ)水箱，所以下層土壤比上層空氣的溫度低，水蒸氣放熱液化。故選C。學(xué)生分組討論，針對(duì)各自在收集露水過程中遇到的問題和收集效果，提出改進(jìn)方案。交流評(píng)價(jià)討論交流收集露水過程，分析其中存在的問題，討論如何在極端環(huán)境下獲得水，走出周處困境。各組展示收集到的露水量，分享實(shí)驗(yàn)過程中的觀察與發(fā)現(xiàn)。通過對(duì)比不同小組的數(shù)據(jù)，分析影響露水收集量的關(guān)鍵因素，如薄膜顏色、傾斜角度、地表植被等。在分享環(huán)節(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生提出創(chuàng)新性的改進(jìn)方案，如利用太陽能板加熱薄膜上方空氣以促進(jìn)水蒸氣蒸發(fā)，或設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)角度的薄膜支架以適應(yīng)不同地形。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考在極端環(huán)境下，如何結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源，創(chuàng)造性地解決問題，獲取生存所需的水資源。最后，教師總結(jié)本次實(shí)踐活動(dòng)的意義，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科知識(shí)在解決實(shí)際問題中的重要性，以及團(tuán)隊(duì)合作、創(chuàng)新思維在科學(xué)探究中的價(jià)值。鼓勵(lì)學(xué)生將所學(xué)應(yīng)用到日常生活中，關(guān)注水資源保護(hù)，為可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。拓展研究水資源短缺是當(dāng)今社會(huì)面臨的一個(gè)重大問題，調(diào)查水資源短缺產(chǎn)生的原因，探索開發(fā)水資源的辦法，完成一份調(diào)查報(bào)告。學(xué)生也可以根據(jù)課堂所學(xué)，設(shè)計(jì)一份個(gè)人在家庭中節(jié)約用水的行動(dòng)計(jì)劃，包括具體的節(jié)水措施、實(shí)施步驟及預(yù)期效果。鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合物理原理，如利用水的循環(huán)、蒸發(fā)與凝結(jié)等，提出創(chuàng)新性的節(jié)水方案。各組派代表上臺(tái)分享，通過分享，學(xué)生能夠?qū)W習(xí)到其他組的創(chuàng)新思路，拓寬自己的視野。課堂練習(xí)1．水是生命之源，其存在的方式與狀態(tài)隨環(huán)境和氣候經(jīng)常發(fā)生變化，且循環(huán)往復(fù)。以下關(guān)于水的物態(tài)變化及吸放熱，解釋正確的是（）A．陽光普照海洋，海水吸熱升華形成水蒸氣B．小水滴遇到更寒冷的氣流，凝華形成小冰晶，形成冰C．冬天，水蒸氣在寒冷的高空急劇降溫凝固成小冰晶，形成雪花D．水蒸氣上升到高空，與冷空氣接觸，有的液化成小水滴或凝華成小冰晶，形成云【答案】D【詳解】A．海水吸熱形成水蒸氣，是液態(tài)變成氣態(tài)的過程，是汽化現(xiàn)象，故A錯(cuò)誤；B．小水滴遇到更冷的氣流，形成小冰晶，是液態(tài)變成固態(tài)的過程，是凝固現(xiàn)象，故B錯(cuò)誤；C．冬天，水蒸氣在寒冷的高空急劇降溫形成小冰晶，是氣態(tài)變成固態(tài)的過程，是凝華現(xiàn)象，故C錯(cuò)誤；D．水蒸氣與冷空氣接觸，水蒸氣遇冷會(huì)液化成小水滴或者凝華成小冰晶，懸浮在高空形成云，符合實(shí)際情況，故D正確；故選D。2．小明同學(xué)將第4章內(nèi)容梳理如下，其中第五節(jié)內(nèi)容空缺，請(qǐng)?jiān)谙铝羞x項(xiàng)中選出合理一項(xiàng)，把圖補(bǔ)充完整（）A．水資源的保護(hù) B．蒸發(fā)和沸騰C．溫室效應(yīng) D．水循環(huán)【答案】D【詳解】物態(tài)變化這一章主要內(nèi)容是：物質(zhì)的三態(tài)以及溫度的測(cè)量、六種物態(tài)變化以及水的三態(tài)變化（水循環(huán)），所以知識(shí)點(diǎn)五應(yīng)該為“水循環(huán)”。故D符合題意，ABC不符合題意，故選D。3．下列說法不正確的是（）A．冰、水、水蒸氣是水的三種狀態(tài)，水很容易從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種狀態(tài)B．植物將土壤中的水輸送到葉面，通過葉面的蒸騰，將水以水蒸氣的形式排放C．云的生消演變是水汽和大氣運(yùn)動(dòng)的體現(xiàn)，來自云層的降水是重要水源之一D．人類很容易直接利用極地冰川與雪蓋、高山冰川和永久凍土層中的淡水資源【答案】D【詳解】A．物質(zhì)有三態(tài)，水的三種狀態(tài)分別是冰、水和水蒸氣，水很容易從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種狀態(tài)，形成水循環(huán)，故A正確，不符合題意；B．植物吸收土壤中液態(tài)的水分，再通過蒸騰作用將水轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的水蒸氣，故B正確，不符合題意；C．云的形成與消失是水的物態(tài)變化的體現(xiàn)，云是空氣中水蒸氣液化成的小水珠或凝華成的小冰晶會(huì)聚而成的，形成雨時(shí)，云中的冰晶會(huì)熔化成液態(tài)水，來自云層的降水是重要水源之一，故C正確，不符合題意；D．在現(xiàn)階段，人類很難直接利用極地冰川與雪蓋、高山冰川和永久凍土層中的淡水資源，故D錯(cuò)誤，符合題意。故選D。4．如圖是海水淡化裝置的簡(jiǎn)易圖，下列說法合理的是（

）A．圖1中發(fā)生的物態(tài)變化是先汽化后液化B．圖2中的反滲透法可以得到直接飲用的純凈水C．海水可以淡化所以我們可以不用節(jié)約用水D．圖2中只要不斷加壓就一直能獲得淡水【答案】A【詳解】A．圖1中水變成水蒸氣，發(fā)生汽化現(xiàn)象，水蒸氣變成水，發(fā)生液化現(xiàn)象，故A符合題意；B．圖2中通過反滲透膜過濾海水可以獲得純凈水，但是否達(dá)到直接飲用標(biāo)準(zhǔn)還需視實(shí)際處理和檢測(cè)結(jié)果而定，故B不符合題意；C．海水可以淡化，但考慮到成本和資源限制，我們?nèi)孕韫?jié)約用水，故C不符合題意；D．圖2中反滲透過程需要消耗能量，并非只要施加壓力就能無限獲得淡水，故D不符合題意。故選A。5．如圖所示的是水循環(huán)示意圖。圖中①處發(fā)生的物態(tài)變化伴隨著（選填“吸熱”或“放熱”）；圖中②處水蒸氣有的形成小水滴，有的形成小冰晶，形成千姿百態(tài)的云；圖中③處溫度較高時(shí)冰晶會(huì)（填物態(tài)變化）變成水滴，與空中的小水滴一起形成雨?！敬鸢浮课鼰崛刍驹斀狻縖1]由圖可知，圖中①處水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)跑到空中，所以這種物態(tài)變化是汽化，汽化吸熱。[2]由圖可知，圖中③處溫度較高時(shí)冰晶下落過程中，由固態(tài)變成液態(tài)，發(fā)生熔化現(xiàn)象，熔化成水滴，與空中下落的水滴一起形成雨。6．如圖所示，是模擬大自然中雨的形成的實(shí)驗(yàn)裝置圖。(1)組裝實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，要根據(jù)（酒精燈及其火焰/燒瓶）高度，先固定好（鐵夾/鐵圈），然后再依次固定好其他器材；(2)點(diǎn)燃酒精燈給燒杯中的水加熱，當(dāng)水沸騰時(shí)，往瓶口的上方傾斜放置一金屬盤，一段時(shí)間后，觀察到金屬盤的底部出現(xiàn)小水珠，這是因?yàn)樗魵舛l(fā)生了（填物態(tài)變化名稱）；(3)若要使實(shí)驗(yàn)效果更加明顯，可以在金屬盤內(nèi)盛放適量的（冰塊/熱水）；(4)實(shí)驗(yàn)時(shí)，握金屬盤的手明顯感覺到金屬盤的溫度（升高/降低），說明?！敬鸢浮?1)酒精燈及其火焰鐵圈(2)液化(3)冰塊(4)升高見解析【詳解】（1）[1][2]組裝實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，為確保使用酒精燈的外焰加熱，要根據(jù)酒精燈及其火焰高度，先固定好鐵圈的高度，然后再按照自下而上的順序依次固定好其它器材。（2）點(diǎn)燃酒精燈給燒杯中的水加熱，當(dāng)水沸騰時(shí)，往瓶口的上方傾斜放置一金屬盤，一段時(shí)間后，觀察到金屬盤的底部出現(xiàn)小水珠，這是燒瓶口冒出的水蒸氣由于遇冷而發(fā)生了液化現(xiàn)象。（3）要使實(shí)驗(yàn)效果更加明顯，則需要金屬盤的