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谭老师地理工作室

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研究方向:中学地理教育教学、国家天文地理奥赛培训、地理冬夏令营野外实践活动策划与实施、户外生存徒步骑行爬山野驴训练、中学自主和研究性学习研究、学业规划和生涯指导分析、自主招生笔面试研究、在线移动互联网教育实践等。

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高中地理实验集锦  

2013-04-04 19:48:29|  分类: 谭天说地 |  标签: |举报 |字号 订阅

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达芬奇有句名言“实验是科学知识的来源,智慧是实验的女儿”。地理实验可培养学生的观察能力、思维能力、实际操作能力以及浓厚的科学兴趣、实事求是的科学态度、严谨细致的工作作风、坚忍不拔的意志等,这些无疑是素质教育要意之一。从表面上看,地理实验教学正在如火如荼地展开;但作为一线地理教师我们深知在高中地理实验教学方面开展的并不理想。由于高中地理实验教学的起步较晚、尚未形成完善的体系,中学开展地理实验的条件有限,地理教师实验观念和能力欠缺等原因的影响,当前的高中地理实验教学中还存在许多问题。调查发现,绝大部分高中教师和学生只做过1—2次地理实验,从未“做”过实验的比例也不在少数。地理教育工作者有必要直面问题、探讨对策,开发真正有价值的地理实验,构建高效、完整的地理实验教学体系。基于此,我将“看来”的实验收集如下,与老师们共享,但其实用性、有效性、可操作性还有待考究。

一、证明热力环流的存在

1.长方形的玻璃缸(长100厘米左右,宽30左右,高40厘米左右)、胶合板或塑料薄膜、一盆热水、一盆冰块、一束香、火柴等。实验步骤如下:①将一盆热水和一盆冰块分别放置在玻璃缸的两端;②用平整的胶合板或塑料薄膜将玻璃缸上部开口处盖严;③在胶合板或塑料薄膜的一侧(装冰块的盆上方)开一个小洞;④将一束香点燃,放进小洞内。学生观察烟雾在玻璃缸内是如何飘动的,能否发现什么规律?由实验可以得出什么样的结论?

2.关闭教室的门窗,尽量保持教室的气流稳定。点燃两根较粗的香,两支香摆放的距离大约在30~40厘米左右,一支香旁边放一个1000瓦的电热炉、另一支香旁边放一个较大的冰块,将电炉通电5分钟后,让学生观察卫生香烟的飘动方向。将电炉和冰块交换位置,观察烟的飘移方向。在这个实验中,电炉上方空气加热,气压降低;冰块上方空气冷却,气压升高。香的烟总是飘向电炉上方,说明热的地方近地面产生低气压,气流从冷的地方流向热的地方;而高空气流则由热的上空流向冷的上空。

3.切洋葱的实验、冬季教室门口的打火机等。

二、季风成因的实验

关闭门窗,点燃两根卫生香,使卫生香的烟垂直向上(不受室外气流的影响)。在卫生香的等距离左右两侧分别放一只1000W的电炉、一面盆冰块。将电炉通电5分钟后,让学生观察卫生香烟的飘动方向。将电炉和冰块交换位置,观察烟的飘移方向。在这个实验中,电炉上方空气加热,气压降低;冰块上方空气冷却,气压升高。卫生香的烟总是飘向电炉上方,说明高低气压的“季节”转换,产生了季风。

三、实验验证海陆风的存在

实验器材:煤气炉、轻软的纸巾、一盆冰水

实验步骤:

(1)打开煤气炉,把手伸在炉火的上方,感受空气的温度。

(2)拿轻软的纸巾在炉火旁边不同的位置,观察纸巾的飘动方向。

(3)将一盆冰水放置炉火旁边,轻软的纸巾放于炉火和盆之间,观察纸巾飘动的角度和步骤(2)有何差异?

实验结果:手放在燃烧的煤炉上方,很快感觉到发热、发烫。纸巾无论在炉火旁边的什么位置,都会向炉火方向飘动。加放一盆冰水后,纸巾飘动的角度变大。

    四、模拟大气温室效应的小实验

    器材:2只玻璃盘,1个较大的白色矿泉水瓶,2支温度计,少许土壤,1把剪刀,手表。

       ①在两个玻璃盘中分别放入少许土壤;用剪刀将一白色塑料瓶拦腰剪断,然后,将塑料瓶倒扣在一只玻璃盘中,制成“微型温室”。②在“微型温室”顶部钻一个小孔,插入温度计;在另一盘中放置一支同样的温度计。③将两个玻璃盘放置在阳光下,每隔1小时观察一次温度计,并记下两支温度计显示的温度,进行比较。

五、海陆热力差异

取两个烧杯,一杯放水,一杯放等量的细砂,在两个烧杯中均插入一支温度计。把两个烧杯同时放在太阳底下晒一定时间后,读出温度计的示数。再把两个烧杯移入室内,过一定时间后,再观察温度计示数的变化。

收集整理数据:在阳光下晒 30分后,当时细砂的温度为 45℃,水的温度为 37℃,移到室内 10分钟后,细砂的温度为 31℃,而水的温度为 35℃。水温度变化是 2℃,而细砂的温度变化是 14℃。

结论:水的温度变化比细纱要小,说明海洋升温慢降温也慢。

交流合作:引起温度变化不同的原因是水和细砂的比热不同。水的比热大,而砂石的比热小,吸收相同热量的情况下,水温度升高的就比较小,而细砂升高的就比较多。

六、常见的天气系统课前观察实验

打开冰箱门,感受门上方冷,还是门下方冷。说明冷气团与暖气团相遇时,冷气团在下方暖气团在上方;在一透明的广口玻璃瓶内燃烧纸条,当瓶内充满烟雾后,盖上瓶盖,放进冰箱,过十分钟后取出瓶子,发现烟雾沉在瓶子下部,倒立瓶子,烟雾从瓶口流出,说明空气受冷下沉(形成高压)。

七、低压(气旋)与高压(反气旋)

①把两只气球吹成苹果大小,用长约30厘米的丝线扎紧口子;②用透明胶把两条丝线粘在教鞭上,两只气球相隔约8厘米;③平举起教鞭,让气球离实验者的脸部约8厘米;④向两只的中间吹气。实验结果:两只气球相互靠拢。分析得知:气球靠拢是由于中心部分的空气上升、形成低气压的缘故。难点不攻自破!

八、大气对太阳辐射有削弱作用,对地表有保温作用

(1)实验用材:烧杯2个 沙土 温度计2根 铁架 保鲜膜   台灯

  (2)设计原因:大气对太阳辐射的削弱作用和对地表具有保温作用,而这个过程是一个宏观的、不可见的能量交换过程,缺乏感性认识。

(3)实验结论:通过对两个烧杯在灯光照射前后温度变化,引导学生探究实验,分析实验,得出实验结论,探究保鲜膜在整个过程中所起的作用,验证大气对杯内有保温作用。

十、演示昼半球、夜半球和昼夜交替现象

(1)实验用材:一只不透明的小球如乒乓球等球状物表示地球;一只发光的灯泡表示太阳。

(2)实验步骤:①将发亮的灯泡对着不透明的小球,可见只有半个球面被照亮;②用笔画出亮半球与暗半球的分界线(晨昏线);③将小球按地球自转方向旋转,则可见亮半球与暗半球在不断更新。

  (3)实验结论:通过上述实验,可说明由于地球是一个既不发光又不透明的球体,在同一时间里,太阳只能照亮地球的一半即昼半球,背着太阳的半球为夜半球,昼夜半球的分界线叫晨昏线(圈),由于地球在不停地自西向东自转,从而昼夜半球就不断地进行交替。

十一、测算实验——学校所在地的地理坐标的测定

1、活动准备

观测用具:长度为1.5m左右的直杆一根,卷尺一把,石英表或电子表一块(精确度越高越好),三角函数一本,天文年历一份,白纸和彩色笔若干。如果没有天文年历,最好是选择“两分两至日”,从教学进度考虑,应以秋分日为宜,此时δ为特殊值0°。

2、活动过程

找一块空旷平地,下面铺好白纸,把直杆通过白纸并垂直插在平地上,并量出直杆在地面以上的高度h,每隔一定时间测一次直杆影子长度,并记录此时影子长度及对应时间,并将影子画在白纸上,测量时间间隔不要太大(5分钟以内),以免影响测量准确度。

3、分析和计算

①从纸上或记录中找出直杆影子最短时(即太阳位于该地上中天时)的影子长度L,利用tаnH=h/L(H为此时正午太阳高度),查函数表得出H的值;②利用正午太阳高度的计算公式计算该地地理纬度:φ=90°-H+δ,式中δ为该日太阳直射点纬度,式中φ为所求点的地理纬度;③从记录中查找出直杆影子最短时,此时的北京时间(t),此时当地地方时为12时,并计算地方时差:Δt=t-12(换算为分钟)。再计算经度差:Δλ=(Δt/4)°,便可得出地理经度:λ=120°±Δλ,式中加号和减号的取法为东加西减。若影子长度最小值出现在北京时间12时之后,表示观测地点在120°以西,取“-”;相反,则取“+”。

该实验的完成要考虑一定的误差,重在原理的运用,北半球地理纬度也可以用北极星观测法简易求得,还可以利用“副产品”——白纸上的杆影变化,推知该地该日太阳升落的方位和规律。

(二)测量当地的经度和太阳高度

取一个木板或纸板在上面划出一长线,并划出刻度(表示长度)。在长线的一端垂直木板(纸板)树立一木杆,长度1O厘米。利用直角三角学原理绘制一个影长和太阳高度关系的表格备用,在晴朗的天气里将它放置在一块开阔的平地上,利用指南针找到北方向并将板上的刻度尺对准北,在太阳光产生的影子和刻度尺重合时记录下北京时间和影长(可记录多次求出平均值),通过计算可知当地的经度和当日的太阳高度。

(三)圭测法观察测量当地的经纬度和正午太阳高度角:

(1)实验用材:①取长1m左右的木杆或竹竿(做圭杆);②长2m左右的绳子和钉子(在地面上画圆弧用)、时钟、刻度尺、量角器等。(2)实验步骤:①在春分日前一天,选一块平坦开阔的空地,将圭杆垂直插入地上。见图O点处(图1为其平面图);②以O点为圆心,以上午某时刻杆影OA为半径画弧AD,并画出OA线;③当下午某时刻的杆影末端落到AD弧与B点时,画OB线;④作∠AOB的角平分线OC;⑤第二天当杆影OE落到OC线上时,就是当地地方时正午12点,同时∠OEP就是当日的正午太阳高度角,并记录下此时的杆影长L,北京时间T。

(3)实验结论:通过圭测法可得出正午太阳高度最大时刻的某地所在的经线时刻即为正午12点,说明当地正午12点的;根据时差的原理,可知当地的经度δ=116°E + (T-12); 用反三角函数求出∠OEP即为正午太阳高度角θ,根据正午太阳高角的计算公式,计算改的纬度φ=90°-H。

十二、探索实验——地球自转的验证

(一)在没有月亮(初一、初二)和明亮灯光的夜晚,将准备好的照相机对准北极星,用慢速胶卷,开B(T)门,放置几个小时,在胶片上会留下以北极星为中心的同心圆,就可以证明地球在自转。

(二)利用沙漏同样也可以验证地球自转:①用三根木头搭一个高约2.5m的支架,选择硬版纸(规格45×40cm),用纸制成一个圆锥体。圆锥体尖留一个小孔,另一端系三根长约2m的细绳,三根细绳须均匀系在纸上,使圆锥体尖端垂直向下,再将绳子系在三角支架上。②将准备好的沙漏尖端小孔用塞子塞住,里面装入彩色沙子,推动沙漏做钟摆运动,并拨掉圆锥体尖端的塞子让细沙流出。③分析沙迹,发现沙漏并不是来回做直线运动,而且近似的扁长的椭圆形运动轨迹,由此可以证明地球自转的存在。

有条件的学校,可以去野外考察北半球一条河流或一段,会发现左右岸深度不一样,说明流水经常往一边偏向,这一边遭流水侵蚀厉害而深度较大。

十三、地转偏向力

(一)为了观察地转偏向力,可用一个地球仪使地轴垂直地面,先在北半球高纬度处滴一至两滴红墨水,在地球仪不转动的情况下,就会沿经线向低纬度流动并留下墨迹。然后自西向东转动地球仪,再在高纬某点滴一滴红墨水,你就会发现红墨水流动的方向发生了改变,从北极上向下观察,你可以发现红墨水留下向右偏转的墨迹。同样将地球仪倒转过来,南极向上,用同样的方法进行进行演示观察,从南极上向下看,可发现墨迹向左偏转。

 

(二)实验材料:可选用有轴的球状(面)物,如地球仪、塑料球、撑开的雨伞等;水、清水等。

实验步骤:①将球状(面)物的虚拟北极点向上,在球状(面)物上滴适量的墨滴(或水滴);②正确模拟地球自转方向,进行旋转;③观察并描述墨滴(或水滴)流痕的偏转方向;④再将虚拟南极点向上,重复②、③步骤,但旋转方向与②步骤相反。

实验结论:通过本实验,可证明地球表面的物体在做水平运动时,运动方向发生偏转。在北半球向右偏转;在南半球向左偏转。

十四、水循环

半碗水,用透明塑料纸把碗密封住,然后把碗放到太阳下面晒一会,就会看到塑料纸下面有水汽,有些水汽还会滴到碗里。这就是一个微型的海上内循环,如果水汽不是滴到碗里,而是随风飘到别的地方,然后凝结滴下来,那就是一个海陆间大循环了。也可以让学生回家观察用电饭锅煮饭时候,锅盖上是否有水汽,是否会滴水。

十五、密度流

准备一只长方形的金鱼缸,放入清水,然后在一杯盐水中加入蓝色色素,沿着鱼缸边缘慢慢倒入清水中,只见蓝色盐水沉到缸底,并在底部形成高低起伏的波。这个小实验证明了密度大的海水会在密度小的海水下面流动。

十六、水体富营养化

通过对含磷洗衣粉、无磷洗衣粉、清水的溶液中,观察“水葫芦”的生长繁殖过程来判断磷对植物生长的影响,从而感性认识水体富营养化的过程。

实验原理:磷是植物生长的三大营养元素之一,适量的含磷溶液会促进植物的生长,但过量的磷会导致生长速度过快,从而影响水体质量,是造成水体富营养化的一个重要原因。

实验步骤:(1)选择肥嫩适中的水葫芦,准备有磷洗衣粉、无磷洗衣粉、清水溶液;(2)将重量完全相等的水葫芦分别放入三个小盆中;分别倒入1000毫升的有磷洗衣粉、无磷洗衣粉、清水溶液,使水葫芦的根部完全浸入溶液中;在三盆水葫芦的上面分别放上纱布,以防止水分的过快蒸发;(3)将泡制好的三盆溶液并排放在窗台前(室温约15~25℃),保证每天的光照时间;(4)每天观察水葫芦的长势,并进行记录。5天为一个周期。

得出结论:根据实验,有磷洗衣粉溶液的水葫芦长势明显好于其他两种溶液,并且水体的浑浊度也高,从而认识到含磷生活洗涤用品的排放会导致水体富营养化。

十七、褶皱和断层

(一)选两块厚约5cm的海绵块,用不同颜色的彩笔分别在两块海绵的剖面上染上不同的颜色(以表示岩石的剖面)。也可以指导学生用书或纸自己折成褶皱的形状。其中一块用小刀将其斜向割断(后面简称为海绵2;另一块简称为海绵1)。讲解“褶皱”时,将海绵1平放在讲台上,两手抓住海绵的两端,用力向中间挤压,海绵便鼓起来。可以形象的把褶皱表现出来;讲解“断层”时,将海绵2平放在讲台上,重复以上动作,海绵便出现了断裂。

(二)背斜成谷,向斜成山

1cm×4cm×20cm的“竹片”,每人1片,让学生先往上折,但是不要折断,就会发现,往上弯曲的部分尤其是最中间,有很多的毛刺。如果毛刺换成岩层,就很容易被侵蚀。往下弯曲时候,中间就没有毛刺,相对的,如果是岩层,就不容易被侵蚀了。

十八、沉积物分选的实验

将同样比例的碎石、粗砂和黏土完全混合,放入一只玻璃瓶中(不超过容量的一半)。将玻璃瓶用水注满,盖上瓶盖,剧烈振荡,然后让瓶子平放,使瓶中物质自然沉淀。让学生观察沉淀成分的排列顺序,是否是大颗粒在下部,黏土细粒在上部。在这个实验中,所用材料以及沉积过程与自然过程基本一样,只是缩小了规模,放在玻璃瓶里进行的。

十九、风的搬运作用

碎屑物质包括干土、细沙、砾石、湿沙、湿泥,将其分别放在五个平纸盘中,用吹风机或者电风扇对着每一个盘子吹风(保持吹风机或电风扇与每一个盘子距离相等)。观察并记录实验的变化过程。然后改变角度,重复以上过程。最后在盘中放几根铅笔充当障碍物。再观察实验的结果与以上过程有什么不同。在这个实验过程中,所有物质都是自然界中的实物,只是规模较小。学生可以一目了然的观察风的搬运作用。

 

二十、水土流失

(一)A组:用光滑斜面代表山坡,斜面上敷以一薄层粘土(约2厘米厚)代表植被不良的山坡;B组:同A组外,在粘土上覆盖一层棉质毛巾或沙布表示上覆植被良好。请两位同学同时用雾化喷头向上述A、B组洒水模拟大气降水,指导学生观察哪一组的水更快流出,哪一组的粘土更快被冲刷干净。

(二)自制两个木盒,一般为50厘米长、10厘米高(也可以找两个废旧的尺寸大致相同的木盒)。两个都放满泥土,一个种上杂草,一个什么也不种。放置在开阔的地方并与地面成30°。当杂草长好后,用浇花的洒水壶模仿下雨,将水淋到两个木盒上,观察流出的水中含的泥沙量,也可以将流出的水收集到水桶中,经过沉淀计算一下含沙量。

二十一、火山喷发

(一)分三组:

实验1:在A、B两个U形试管中装进浓度不同的土豆泥,分别从每个U形试管的一个口中放进少许苏打粉,然后加水,并用手指堵住试管口,土豆泥便从另一个口中溢出。注意浓的形成柱状,而稀的直接从试管口溢出。

实验2 :把融化了的蜡分别倒进热水和冷水杯中,热水中的蜡仍是液体,而冷水中的蜡则凝结起来。

实验3:在瓶中装满细小的玉米粉,底部插入管子,用力吹,玉米粉从瓶口喷出;在瓶口的木板上就会形成山状。

实验做完后,各小组分别讨论,得出结论。

总结结论

第1组结论:(1)实验演示了岩浆喷发的过程;(2)根据岩浆浓度不同,可形成不同形状的火山。

第2组结论:实验演示了火山岩浆遇冷凝固的过程

第3组结论:从实验可以了解火山的形成过程。

(二)把一个大开口的漏斗放在一个盛有水的锅里。围绕漏斗用泥做一个锥状模型。把漏斗口留着,不要堵死。把锅放在酒精灯上加热,直到水从漏斗开口中喷出来。让学生思考:是什么力量造成了水的喷出?然后,把一小块泥压成纸一样薄、与漏斗开口一样大小的泥片,盖在开口上。重复上述实验,现察泥盖会发生什么变化。(实验过程中要防止烫伤学生。)

二十二、等高线地形图的判读

每个学生准备好一张比较硬的纸,并且带有宽度相同的平行线,先把纸垂直平行线对折,再把纸立在桌面上,凸面朝上,大约与桌面成80—90度的角,让学生站立,从上垂直往下看,观察平行线的弯曲凸出方向,并进行规律总结,即等高线向低海拔弯曲突出为山脊;然后再把纸翻过来,凹面朝上,大约与桌面成80—90度的角,从上垂直往下看,观察平行线的弯曲凸出方向,并进行规律总结,即等高线向高海拔弯曲突出为山谷。

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