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沪科版八年级物理（2024） 第四章 神奇的透镜
跨学科实践 探究森林火情缘由 （教学设计）
【课题】跨学科实践 探究森林火情缘由
【学习目标】
1.通过查阅和整理资料，了解物体的燃烧条件、森林中常见的易燃物，森林容易出现火情的条件。
2.能运用凸透镜对光具有会聚作用、物体的燃烧条件，解释森林火情发生的原因。
3.通过实验探究装有水的透明水瓶能否成为人为火源，引发森林火情，强化消防安全意识和对森林资源保护的责任感。
【学习重点】
1. 探究森林火灾的主要缘由及相关物理原理。
2. 设计并完成模拟森林火灾发生条件的实验。
【学习难点】
1.将物理知识与森林火情的实际情况相结合,深入理解火灾发生的条件。
2.设计并完成模拟森林火灾发生条件的实验，分析实验数据，得出关于矿泉水瓶引发森林火情缘由的科学结论。
实验器材：放大镜（凸透镜）、透明矿泉水瓶、白纸（演示实验用）
【新课导入】
问题缘起
关于引发森林火灾的原因多种多样，然而网上关于丢弃的矿泉水瓶可能引发森林火情的报道，却让人难以置信。丢弃的矿泉水瓶，真有可能引发森林火情吗？
小小的矿泉水瓶为何能引发森林火情，我们通过实践活动一起探索。
【板书课题】跨学科实践 探究森林火情缘由
活动方案
本活动涉及与凸透镜的作用、物体燃烧的条件、森林中的易燃物、森林防火等有关的知识。
任务一：查阅并整理资料
任务一：查阅并整理资料。
了解物体燃烧的条件；森林中有哪些易燃物；这些易燃物在哪些情况下易燃；什么条件下森林容易出现火情。查询矿泉水瓶引发森林火情的报道是否属实。
1.物体燃烧的条件
①可燃物；②氧气（或空气）；③达到燃烧所需的最低温度（燃点）。
三个条件同时具备，缺一不可。
2.森林中有哪些易燃物？这些易燃物在哪些情况下易燃？
森林中有能够燃烧的有机物质，被称为可燃物，如乔木、灌木、杂草、苔藓、地衣、枯枝落叶等。森林中可燃物的燃点各异，一般干枯杂草的燃点为150～200℃，木材的燃点为200～300 ℃.
在长时间未降雨导致空气干燥，阳光强烈照射使气温升高，大风加速空气流动提供充足氧气的情况下，易燃物容易燃烧。
3.什么条件下森林容易出现火情？
引发森林火灾的原因：
①自然因素：如雷击火、火山爆发、陨石坠落和泥炭自燃等，其中最多的是雷击火。
②人为因素：人为点火或不经意地遗留火星等引起的火灾，绝大多数森林火灾都是人为用火不慎而引起。人为火源分为生产性火源（如烧垦、烧荒等）和非生产性火源（如野外做饭、吸烟、小孩玩火和未及时带走的透明水瓶、玻璃等）。
4.查询矿泉水瓶引发森林火情的报道是否属实。
案例： 广西桂林兴安县森林火灾（2019年10月）
2019年10月1日晚，广西桂林兴安县界首镇附近山场突发森林火灾。警方调查后排除了人为纵火，在起火点核心区域发现一个被烧焦变形的矿泉水瓶。经林业防火专家和物理学专家联合鉴定，确认火灾原因是：瓶内残留的少量水体在阳光直射下形成凸透镜效应，阳光被聚焦成高温光斑，持续照射干燥茅草，聚焦点温度达到200～300℃（茅草燃点），最终引发茅草燃烧。
任务二：进行实验探究。
让太阳光通过一个装满水的矿泉水瓶会聚于易燃物上，观察易燃物能否被点燃。然后，换一些森林中的易燃物试试。
探究装水的矿泉水瓶在太阳下的聚焦情况
【演示】（1）用放大镜（凸透镜）正对太阳光，来回移动放大镜，直到出现又小又亮的光点。
【播放实验视频】利用放大镜（凸透镜）对光的会聚作用引燃物体。
【演示】（2）将装有水的矿泉水瓶正对太阳光，来回移动矿泉水瓶，直到出现又小又亮的光斑。将纸团放置在光斑处，直到干草燃烧起来。
【播放实验视频】利用装水的矿泉水瓶聚焦太阳光引燃物体。
探究实验结论：装有水的透明矿泉水瓶相当于一个凸透镜，对光有会聚作用，太阳光通过矿泉水瓶会使周围易燃物温度升高，从而引起火灾。
【播放视频】装有水的透明矿泉水瓶引燃汽车内物体
装水的矿泉水瓶相当于凸透镜，对光具有会聚作用。太阳光照射下可以引燃物体发生火灾。
结论：装水的矿泉水瓶相当于凸透镜，聚焦太阳光可以引燃物体。
交流评价
编写一段森林防火的警示语，完成一份题为《从“矿泉水瓶”谈森林防火》的研究报告，与同学们交流讨论研究成果，并就怎样爱护森林、保护环境提出建议。
【展示一】森林防火的警示语
冬春草枯树叶黄，护林防火记心上。
莽莽林海任君游，星星火种绝不留。
珍爱林木，防火于未“燃”。
一人防火，万人安全。
不要带火种进入山林，不要乱扔矿泉水瓶，没喝完的矿泉水瓶要随身带走，以杜绝森林火灾隐患。
【展示二】《从“矿泉水瓶”谈森林防火》研究报告
一、 研究背景
森林是地球的重要生态资源，对维持生态平衡、提供生态服务等有着不可替代的作用。然而，森林火灾却常常对森林造成严重破坏。在日常生活中，看似普通的矿泉水瓶在特定环境下可能会引发森林火灾，因此开展此次研究，探究矿泉水瓶与森林防火之间的关联。
二、研究目的
1.了解矿泉水瓶在森林环境中引发火灾的原理。
2.提出预防因矿泉水瓶引发森林火灾的建议与措施。
三、研究方法
1.查阅关于森林防火以及矿泉水瓶聚焦阳光引发火灾的相关科学资料、新闻报道等，了解其原理和已有案例。
2.进行实地调查:选择学校周边的森林区城以及公园等有森林植被的地方，观察是否存在随意丢弃的矿泉水瓶以及周边环境情况。
四、研究过程
（1）矿泉水瓶引发森林火灾原理探究
1.收集不同材质(如塑料、玻璃)的矿泉水瓶，在阳光充足的天气下，放置在模拟森林环境(有干草、树叶等易燃物)的实验区城。
2.每隔一段时间，使用温度计测量矿泉水瓶周围的温度变化，并记录观察到的现象，如是否有冒烟、易燃物变色等情况。
3.分析实验数据，结合光学和热学原理，得出矿泉水瓶聚焦阳光导致温度升高，在达到易燃物着火点时就会引发火灾的结论。
（2）实地调查情况
对学校周边森林区城进行调查，选取大约1平方公里的范围内，检查并记录有多少个被随意丢弃的矿泉水瓶，并且记录其中有多少个位于有较多易燃植被的地方。
五、建议与措施
1.加强森林防火教育宣传，特别是关于矿泉水瓶等日常物品引发火灾的知识普及，提高公众的森林防火意识。
2.在森林入口、景区等地方设置明显的提示标识，提醒游客不要随意丢弃矿泉水瓶等易燃物品，看到被随意丢弃的矿泉水瓶，将其捡起投入附近的垃圾箱中。不能要装水的矿泉水瓶、特殊形状的香水瓶等随意放在车内以防引起火灾。
3 .加强森林区域的巡查力度，及时清理被丢弃的矿泉水瓶等垃圾，降低火灾风险。
六、研究反思
在研究过程中，实验环境的模拟可能与实际森林环境存在一定差异，导致实验结果有一定局限性。
拓展探究
我国西汉时期的《淮南万毕术》中有关于冰透镜取火的记载：“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。”冰真能使艾绒着火吗？请同学们根据我国古文记载亲自做一下冰透镜取火的实验。
【播放视频】用冰块制成的凸透镜取火
【课后作业】作业：
完成《从“矿泉水瓶”谈森林防火》研究报告。

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