【跨學科主題學習】《探究“束水攻沙”原理》（導學案）-2025-2026學年人教版(2024)初中地理八年級上冊一、課前預習知識梳理1.地理學科基礎回顧河流的水文特征包括流量、流速、含沙量、結冰期等，其中流速和含沙量是影響河流泥沙搬運與沉積的關鍵因素。一般來說，河流流速越快，搬運泥沙的能力越強，含沙量可能越高；流速越慢，泥沙越容易沉積。黃河是我國含沙量最大的河流，中游流經黃土高原，由于黃土高原水土流失嚴重，大量泥沙進入黃河，導致下游河道泥沙淤積，形成“地上河”，歷史上經常發(fā)生決堤泛濫。為了治理黃河水患，古代水利專家提出了多種治河方案，“束水攻沙”便是其中極具代表性的技術。河流河道的形態(tài)（如寬度、深度、彎曲程度）會影響水流速度。當河道變窄時，在流量相對穩(wěn)定的情況下，水流會更加集中，流速可能加快；反之，河道變寬，水流分散，流速容易減慢。2.物理學科知識關聯流體力學中，在流體流量一定時，橫截面積與流速成反比（公式可簡化理解為：流量=橫截面積×流速）。這意味著當流體通過的通道橫截面積減小時，流速會相應增大；橫截面積增大時，流速則減小。物體的動能與質量和速度有關（動能公式：E?=?mv2），水流的動能同樣受流速影響。流速越快，水流的動能越大，對河道底部泥沙的沖擊力和搬運能力就越強，這是“束水攻沙”原理的重要物理依據。摩擦力會影響水流速度，河道底部和兩岸的地形、物質組成（如巖石、泥沙）會產生摩擦阻力，減緩水流。當河道被“束窄”后，水流集中，與河道邊緣的摩擦接觸相對減少，也有助于流速提升。3.“束水攻沙”歷史背景“束水攻沙”是明代水利專家潘季馴在治理黃河時系統(tǒng)提出并推廣的技術，其核心思路是通過修建堤壩（如縷堤、遙堤）縮小河道寬度，集中水流，提高流速，利用水流的力量沖刷河道底部淤積的泥沙，將泥沙帶入大海，從而達到疏通河道、防止淤積的目的。該技術在明清時期的黃河治理中得到廣泛應用，一定程度上緩解了黃河下游的淤積問題，但受限于當時的技術條件和自然環(huán)境變化，其效果也存在局限性。預習檢測河流搬運泥沙的能力主要與______有關，流速越快，搬運能力越______。判斷：黃河下游“地上河”的形成主要是因為中游水土流失導致下游泥沙淤積。（）結合物理知識思考：在河流流量不變的情況下，若將河道寬度從100米縮窄至50米，水流速度可能會發(fā)生怎樣的變化？請簡要說明理由。查閱資料，簡要描述“束水攻沙”技術中，堤壩的作用是什么？二、核心素養(yǎng)目標1.人地協(xié)調觀通過探究“束水攻沙”原理，認識到人類在改造自然（如治理河流）過程中，需遵循自然規(guī)律（河流水文特征、流體力學規(guī)律），平衡人類需求與自然環(huán)境的關系。例如，“束水攻沙”技術利用自然水流的力量治理淤積，體現了“因勢利導”的人地協(xié)調思想，同時也需思考該技術對河流生態(tài)（如河道生物棲息地）可能產生的影響，樹立可持續(xù)的治理理念。2.區(qū)域認知結合黃河流域的地理環(huán)境（如中游黃土高原的水土流失、下游平原的河道特征），分析“束水攻沙”技術為何在黃河治理中被廣泛應用，理解不同區(qū)域的自然特征對人類工程技術選擇的影響。對比長江、珠江等其他河流的水文特點，思考“束水攻沙”技術是否適用于這些河流，提升對不同流域區(qū)域差異的認知。3.綜合思維綜合運用地理（河流流速、含沙量、河道形態(tài)）和物理（流體力學、動能）知識，分析“束水攻沙”技術的原理，理解多學科知識之間的內在聯系。例如，從地理角度分析河道縮窄對流速的影響，再從物理角度解釋流速提升與泥沙搬運能力的關系，最終形成對“束水攻沙”技術的完整認知，培養(yǎng)跨學科綜合分析問題的能力。4.地理實踐力通過設計“模擬束水攻沙”實驗（如用水槽、泥沙、擋板模擬河道與堤壩），觀察不同河道寬度下水流速度、泥沙搬運的變化，培養(yǎng)動手操作、觀察記錄、數據分析的能力。結合實驗結果，對比古代“束水攻沙”技術的實際應用，思考實驗與現實場景的差異，提升將理論知識轉化為實踐探究的能力。5.科學思維（跨學科延伸）從歷史角度分析“束水攻沙”技術的發(fā)展與演變，理解科學技術受時代條件（如材料、測量技術）的限制，同時也會隨認知進步而優(yōu)化。通過對比現代河流治理技術（如水庫調沙、人工清淤）與“束水攻沙”的異同，培養(yǎng)辯證看待傳統(tǒng)技術與現代技術的科學思維。三、知識框架“束水攻沙”的背景與需求1.黃河治理的緊迫性黃土高原水土流失→黃河含沙量高→下游河道淤積→“地上河”→水患頻發(fā)古代社會對農業(yè)生產、居民安全的需求→推動治河技術發(fā)展2.歷史技術探索明清前的治河思路：以“堵決口、疏河道”為主，效果有限潘季馴提出“束水攻沙”：從“被動堵淤”轉向“主動沖淤”“束水攻沙”的原理（跨學科整合）1.地理原理基礎河道形態(tài)與流速：河道寬度↓→水流集中→流速↑流速與泥沙搬運：流速↑→搬運能力↑→沖刷淤積泥沙→泥沙入海2.物理原理支撐流體力學規(guī)律：流量一定時，橫截面積（河道寬度×深度）↓→流速↑（Q=S×v）動能與沖擊力：流速↑→水流動能↑→對泥沙的沖擊力、搬運力↑（E?=?mv2）3.技術實現方式堤壩建設：縷堤（靠近河道主流，縮窄河道）、遙堤（遠離主流，防洪備用）河道規(guī)劃：通過堤壩引導水流，使主流集中在預設河道內，提升沖刷效果“束水攻沙”的應用與局限1.歷史應用效果短期效果：緩解下游淤積，減少決堤次數，保障農業(yè)生產典型案例：明清時期黃河下游部分河段（如徐州至淮安段）的治理2.局限性分析自然條件限制：需足夠的河流流量（枯水期效果差），若泥沙來源過多（如中游水土流失加?。?，沖刷能力不足技術條件限制：古代堤壩材料（如土堤）抗沖性差，易被洪水沖毀；缺乏精準測量流速、含沙量的技術生態(tài)影響：河道縮窄可能影響水生生物棲息地，改變局部水文環(huán)境“束水攻沙”與現代治河技術對比現代技術借鑒：水庫調沙（利用水庫蓄水，集中放水提升流速沖沙，如小浪底水庫）現代技術創(chuàng)新：結合遙感、水文監(jiān)測設備，精準調控水流；采用混凝土等耐用材料修建堤壩；兼顧生態(tài)保護（如預留魚類通道）四、課中探究探究一：“束水攻沙”原理的跨學科驗證（實驗探究）1.實驗準備材料：長方形水槽（長100cm、寬20cm、高15cm）、細沙（模擬河道淤積泥沙）、可移動擋板（模擬堤壩，用于縮窄河道）、量杯（測量流量）、秒表（測量時間）、直尺（測量流速、河道寬度）分組：4-5人一組，明確分工（操作員、記錄員、觀察員、分析員）2.實驗步驟步驟1：鋪設細沙。在水槽底部均勻鋪設2cm厚的細沙，模擬黃河下游淤積的河道。步驟2：模擬“寬河道”場景。將擋板拉開，使河道寬度保持20cm（水槽原寬度），用量杯向水槽一端勻速注水（控制流量穩(wěn)定，如每分鐘1000ml），用秒表記錄水流從水槽一端流到另一端的時間，計算流速（流速=水槽長度/時間）；觀察細沙的搬運情況（如泥沙被沖走的范圍、厚度），記錄現象。步驟3：模擬“窄河道”場景。將擋板推至河道寬度10cm（縮窄一半），保持注水流量與步驟2一致，重復測量流速和觀察泥沙搬運情況，記錄數據。步驟4：重復實驗。為減少誤差，每組重復步驟2、3各2次，取平均值。3.數據分析與討論對比“寬河道”與“窄河道”的流速數據，是否符合“流量一定時，橫截面積越小，流速越大”的規(guī)律？觀察到的泥沙搬運情況與流速變化是否一致？請結合物理動能原理，解釋“流速提升為何能增強沖沙效果”。實驗中可能存在哪些誤差（如沙層厚度不均、注水流量不穩(wěn)定）？如何改進實驗設計？思考：該實驗模擬的是“束水攻沙”的核心原理，但與真實的黃河河道相比，存在哪些差異（如河道長度、地形起伏、泥沙顆粒大小）？探究二：“束水攻沙”在黃河治理中的適應性分析1.案例呈現材料1：明代潘季馴治理黃河時，在徐州至淮安段修建縷堤，將原寬500米的河道縮窄至200米，汛期時流速從1m/s提升至1.8m/s，泥沙沖刷量增加約30%，該河段淤積情況明顯緩解。材料2：清朝中期，黃河中游水土流失加劇，每年輸入下游的泥沙量從明代的約10億噸增至16億噸。即使采用“束水攻沙”技術，部分河段仍出現淤積，不得不頻繁加高堤壩，反而增加了“地上河”的風險。2.分組討論結合材料1，分析“束水攻沙”技術在該河段有效的原因（從河道寬度、流速、泥沙量的關系角度）。材料2中，“束水攻沙”效果下降的主要原因是什么？這說明該技術的應用需要滿足哪些前提條件？黃河不同河段（上游、中游、下游）的水文特征差異顯著，“束水攻沙”技術是否適用于中游（如黃土高原河段）？為什么？3.總結歸納小組代表發(fā)言，分享討論結果，教師引導學生得出結論：“束水攻沙”技術更適用于泥沙淤積嚴重、流量相對穩(wěn)定的下游平原河道，且需控制上游泥沙輸入量，否則難以達到長期效果。探究三：“束水攻沙”與現代治河技術的傳承與創(chuàng)新（拓展探究）1.資料分析展示小浪底水庫“調水調沙”的資料：小浪底水庫是黃河下游的重要水利工程，每年汛期前，水庫會集中放水，將水庫內淤積的泥沙帶入下游，同時沖刷下游河道。其原理與“束水攻沙”相似（集中水流、提升流速），但通過水庫調控，可精準控制流量和放水時間，沖沙效果更穩(wěn)定。對比表格：技術維度“束水攻沙”（古代）小浪底“調水調沙”（現代）核心原理縮窄河道→集中水流→提升流速沖沙水庫蓄水→集中放水→提升流速沖沙流量控制依賴自然降水，流量不穩(wěn)定人工調控，流量精準可控技術支撐土堤、人工觀測混凝土堤壩、遙感監(jiān)測、計算機模擬生態(tài)考慮未明確考慮預留魚類通道、監(jiān)測水質變化2.小組辯論辯題：“現代治河技術是否完全取代了‘束水攻沙’的價值”正方：現代技術（如水庫調沙）更精準、高效，“束水攻沙”已無實際價值；反方：“束水攻沙”的“因勢利導”思想對現代技術仍有借鑒意義，在部分中小河流治理中可低成本應用。辯論結束后，教師總結：現代技術是對傳統(tǒng)技術的優(yōu)化與創(chuàng)新，而非完全取代，傳統(tǒng)技術中的科學思想（如利用自然規(guī)律）仍需傳承，同時需結合現代科技解決傳統(tǒng)技術的局限。五、課后檢測選擇題“束水攻沙”技術的核心目的是（）攔截泥沙，減少入海量B.提升流速，沖刷河道淤積泥沙加寬河道，增加洪水通行能力D.加固堤壩，防止洪水決堤下列物理規(guī)律中，支撐“束水攻沙”原理的是（）流速越大，壓強越小B.流量一定時，橫截面積與流速成反比物體質量越大，慣性越大D.重力方向總是豎直向下黃河下游成為“地上河”的主要原因是（）下游河道狹窄，水流湍急B.中游水土流失，下游泥沙淤積下游降水多，河流水量大D.下游地勢高，河流向上游倒流與古代“束水攻沙”相比，小浪底水庫“調水調沙”的優(yōu)勢是（）完全依賴自然流量B.可精準控制流量和沖沙時間僅使用土堤修建D.不考慮生態(tài)保護“束水攻沙”技術最適用于下列哪類河道（）上游山區(qū)，落差大、流速快的河道B.中游峽谷，泥沙少、流量小的河道下游平原，泥沙淤積、流量較穩(wěn)定的河道D.河口三角洲，海水倒灌嚴重的河道填空題“束水攻沙”技術是明代水利專家______提出的，其通過修建______（如縷堤）縮窄河道，提升水流速度。河流搬運泥沙的能力與______密切相關，在流量一定時，河道______越小，流速越大，搬運能力越強。黃河中游流經______高原，該地區(qū)水土流失嚴重，導致黃河含沙量大幅增加，為下游淤積埋下隱患?，F代“調水調沙”技術利用______調控水流，相比古代“束水攻沙”，其流量控制更______，沖沙效果更穩(wěn)定。簡答題請結合地理和物理知識，完整解釋“束水攻沙”的原理。分析古代“束水攻沙”技術在應用中存在的局限性。簡述“束水攻沙”思想對現代河流治理的借鑒意義。綜合題閱讀材料，回答問題。材料一：清代康熙年間，黃河下游蘭考段因泥沙淤積，河道抬高，多次決堤。官員采用“束水攻沙”技術，在該河段修建縷堤，將河道從300米縮窄至150米。汛期時，水流速度從0.8m/s提升至1.5m/s，河道底部淤積的泥沙被大量沖刷，決堤次數明顯減少。材料二：近年來，我國在長江支流嘉陵江的治理中，借鑒“束水攻沙”的思路，在部分淤積河段修建生態(tài)堤壩（可透水，預留生物通道），通過適度縮窄河道，提升流速沖沙，同時保護河道生態(tài)。根據材料一，計算該河段縮窄后流速提升的百分比（保留整數），并說明流速提升與決堤次數減少的關系。材料二中的“生態(tài)堤壩”與古代“束水攻沙”的“縷堤”相比，在功能上有何創(chuàng)新？這種創(chuàng)新體現了怎樣的治河理念？結合上述兩則材料，談談你對“傳統(tǒng)治河技術與現代生態(tài)理念融合”的認識。參考答案選擇題B解析：“束水攻沙”的核心思路是通過縮窄河道集中水流，提升流速以沖刷淤積的泥沙，而非攔截泥沙、加寬河道或單純加固堤壩，故A、C、D錯誤，B正確。B解析：“束水攻沙”中，縮窄河道（減小橫截面積）提升流速的原理，基于“流量一定時，橫截面積與流速成反比”的流體力學規(guī)律；A（流速與壓強關系）、C（質量與慣性關系）、D（重力方向）均與該技術原理無關，故B正確。B解析：黃河中游流經黃土高原，水土流失嚴重，大量泥沙隨水流進入下游；下游地勢平坦，流速減慢，泥沙淤積，河床抬高形成“地上河”，A（下游流速湍急）、C（下游降水多）、D（下游地勢高）均不符合實際，故B正確。B解析：小浪底“調水調沙”通過水庫蓄水人工調控流量和放水時間，沖沙效果穩(wěn)定；A（依賴自然流量）、C（使用土堤）、D（不考慮生態(tài)）均是古代“束水攻沙”的特點，而非現代技術優(yōu)勢，故B正確。C解析：“束水攻沙”需針對泥沙淤積嚴重、流量較穩(wěn)定的河道（如黃河下游平原），通過縮窄河道提升流速沖沙；上游山區(qū)（A）流速已快、中游峽谷（B）泥沙少、河口三角洲（D）海水倒灌，均不適合該技術，故C正確。填空題潘季馴；堤壩解析：“束水攻沙”由明代水利專家潘季馴系統(tǒng)提出，核心技術手段是修建縷堤等堤壩縮窄河道，集中水流提升流速。流速；橫截面積（或寬度）解析：河流搬運泥沙能力主要取決于流速，流速越快搬運能力越強；根據流體力學規(guī)律，流量一定時，河道橫截面積（或寬度）越小，流速越大。黃土解析：黃河中游流經黃土高原，該區(qū)域黃土疏松、植被稀疏，水土流失嚴重，導致黃河含沙量大幅增加。水庫；精準解析：現代“調水調沙”利用水庫蓄水調控水流，相比古代依賴自然流量的“束水攻沙”，可精準控制流量和沖沙時間，效果更穩(wěn)定。簡答題“束水攻沙”原理的跨學科解釋從地理和物理學科結合角度，原理可分為三步：地理層面：縮窄河道集中水流通過修建縷堤等堤壩縮小河道寬度，在河流總流量相對穩(wěn)定的情況下，水流從分散狀態(tài)轉為集中狀態(tài)，減少水流與河道邊緣的摩擦，為流速提升創(chuàng)造條件。物理層面：流速隨橫截面積減小而提升根據流體力學規(guī)律（流量Q=橫截面積S×流速v），當流量Q不變時，河道橫截面積S（寬度×深度）減小，流速v會成反比增大（如河道寬度減半，流速近似翻倍）。物理與地理結合：流速提升增強泥沙搬運能力根據動能公式（E?=?mv2），流速v增大時，水流動能E?顯著提升；動能增強使水流對河道底部淤積泥沙的沖擊力和搬運能力大幅提高，最終將泥沙沖刷至下游并帶入大海，實現疏通河道、防止淤積的目的。古代“束水攻沙”技術的局限性自然條件限制依賴充足流量：枯水期河流流量小，即使縮窄河道，流速提升有限，沖沙效果差；若上游泥沙輸入量過大（如黃土高原水土流失加?。?，水流沖刷能力不足以應對泥沙淤積，仍會導致河床抬高。技術條件限制堤壩抗沖性差：古代堤壩多為土堤，抗水流沖擊能力弱，汛期易被洪水沖毀，需頻繁修復；缺乏精準監(jiān)測：無現代水文監(jiān)測設備，無法精準測量流速、含沙量，難以根據實際情況調整河道寬度或堤壩位置，沖沙效果不穩(wěn)定。生態(tài)影響局限古代技術未考慮生態(tài)保護，縮窄河道可能破壞水生生物棲息地（如魚類產卵區(qū)），改變局部水文環(huán)境（如水流方向、水溫），影響河流生態(tài)平衡。1.“束水攻沙”思想對現代河流治理的借鑒意義“因勢利導”的核心思想現代治河技術（如小浪底“調水調沙”）繼承了“利用自然規(guī)律（水流動能）治理自然問題（泥沙淤積）”的思路，而非單純“硬堵硬疏”，降低了工程成本，提升了治理效率。低成本治理中小河流對于流量穩(wěn)定、泥沙淤積較輕的中小河流，無需修建大型水庫，可借鑒“縮窄河道”的簡化方案（如修建生態(tài)窄堤），以較低成本實現沖沙，適合經濟欠發(fā)達地區(qū)推廣。為生態(tài)治河提供思路現代治河在“束水攻沙”基礎上優(yōu)化，如將“剛性土堤”改為“柔性生態(tài)堤壩”（可透水、預留生物通道），在沖沙的同時保護生態(tài)，實現“治理與保護兼顧”，體現了傳統(tǒng)技術思想的現代延伸。綜合題1.流速提升百分比及與決堤次數的關系流速提升百分比計算：提升百分比=（縮窄后流速-縮窄前流速）÷縮窄前流速×100%=（1.5m/s-0.8m/s）÷0.8m/