1、1 五年级科学上册各单元备课辅助资料五年级科学上册各单元备课辅助资料 第一单元第一单元 光与色彩光与色彩 1 1 光源光源 通常将物体本身能发出可见光的发光者称作光源，又称发光体。如太阳 及其他恒星、开启的 灯、燃烧着的物质等。但像月亮表面、桌面等物体只有 依靠反射外来光才能使人们看到它们，这 样的反光物体不能称为光源。光源 可以分为自然（天然）光源和人造光源。此外，根据光的传播 方向，光源可分为点光源和平行光源。 2 2 光的直线传播光的直线传播 光的传播是不需介质的，即光在介质（透明介质）中或真空中皆能传播。天气晴朗时，白天 可以享受温暖的阳光，夜晚可以欣赏皎洁的月亮，而太阳、月亮与地球之
2、间的大部分空间并无物 质存在，呈真空状态，由此可见光可以穿过真空，不经介质而传播到地球上。光既可以穿越真空， 也可以在空气、水、玻璃等物质中传播。 光在真空或同种均匀介质中沿直线传播。生活中有许多相关事例，比如影子的形成。光线在 传播过程中遇到不透明的障碍物时不能继续前进，障碍物后边形成影子。民俗技艺中的皮影戏， 日、月食等都与影子有关。当早晨的阳光从门窗的缝隙射入室内时，光是沿着直线行进。夜晚手 电筒和探照灯射出直线光束。 3 3 小孔成像小孔成像 在一个明亮的物体与屏幕间放一块挡板，挡板上开一个小孔，在屏幕上会形成物体的倒立实 像，这种现象被称为小孔成像。其原理是光在同种均匀介质中，不受干
3、扰的情况下沿直线传播。 前后移动中间的挡板，像的大小也会随之发生变化。各种颜色的光都能通过小孔后成像，如果物 体是彩色的，像也是彩色的，像与物体的颜色完全一样。小孔成像时，像的清晰程度与小孔的大 小有关、跟小孔的形状无关，这种现象反映了光沿直线传播的性质。 小孔成像现象的发现是早期光学研究中揭示光的直线传播性的重要证据之一， 也是后世照相、 幻灯等技术诞生的物理基础。 大约两千多年以前，我国的学者墨翟（墨子）在墨经中记载了一系列关于光线成像、成 影以及镜面反射规律的论述。这是世界上最早的关于光学问题的论述，小孔成像就是其中一条。 书中不仅描述了光线通过小孔在墙壁上形成倒立实像的现象，还讨论了成
4、像机制，正确地指出形 成倒像的根本原因在于光的直线传播。 在西方，最早记载小孔成像现象的是古希腊哲学家亚里士多德。他在问题集中记述了阳 光穿过树叶的间隙在地上成像的现象，并尝试对其原因进行讨论。不过他给出的解释基本上是错 误的。此后，直到公元 10 世纪，阿拉伯学者海赛姆才对小孔成像的原理给出了正确的解释。这一 工作与海赛姆的其他光学发现一样，后来传入欧洲，成为文艺复兴后欧洲相关研究的基础。 4 4 古代关于视觉的解释古代关于视觉的解释 在古希腊时代，有三种理论来解释视觉：一是发射说，从人眼发出视线到达物体。毕达哥拉 斯、柏拉图等都持这种看法。二是进入说，物体发出影像到达人眼。伊壁鸠鲁、卢克莱
5、修等人主 张这种看法。三是相遇说，人眼和物体各发出某种东西在空中相遇而产生视觉，亚里士多德就是 这么认为的。到了中世纪，阿拉伯科学家海赛姆在光学之鉴中首次驳斥了古希腊学者的观点， 即光线从眼睛里出来，从物体上反射回来，然后回到眼睛。他用解剖学的方法描述了眼睛的构造， 解释光线是如何进入眼睛，被聚焦并投射到眼睛的后面。他是第一个提出视觉是由于有光进入眼 睛的人。 2 5 5 牛顿的光学研究牛顿的光学研究 从 1663 年起， 牛顿 （16431727） 开始自己磨制透镜并且对望远镜的结构和性能产生了兴趣。 这是他从事创造性的光学工作的开始，这时他才 20 岁。16651666 年，剑桥大学因鼠疫
6、流行而 关闭，牛顿回到故乡住了十八个月。1666 年，他用一个三棱镜将阳光分解成了七种色光。1667 年初，牛顿重返剑桥，此后大约十年的时间是牛顿光学研究的主要时期。牛顿用自己磨制的棱镜 使光折射到对面墙上，看到了鲜艳而强烈的彩色光谱。他很惊奇地发现，光谱是长椭圆形而不是 预期的圆形。为了研究这个现象，牛顿进行了一系列探究实验，排除了各种可能外因，最终设计 了著名的判决性实验。从这个实验中牛顿观察到，每一色光从红到紫单独通过第二个三棱镜时， 折射的现象逐渐变大，但颜色不会改变。因此，牛顿提出，太阳光是由折射能力不同的几种光线 混合而成的，每一种光线都是不能再分解的单纯色光。根据这个结论，牛顿又
7、进行了一些实验， 列出了十三条有关光和色的本质的结论。 6 6 彩虹的形成彩虹的形成 彩虹，又叫虹，气象学中的一种光学现象，是阳光射入空中的水滴经折射和反射在雨幕或雾 幕上形成的彩色圆弧，常见的有主虹和副虹。主虹由外圈到内圈依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、 紫七种颜色，有时候在主虹的外侧可以看到外紫内红的副虹，即霓。事实上，彩虹有无数种颜色， 比如在红色和橙色之间有许多过渡色，但为了方便起见，只用七种颜色作为区分。 彩虹通常出现在下午雨后初晴时，这时空气中尘埃少而水滴多，天空的一边因为仍有雨云而 较暗，观察者头上或背后因没有云的遮挡而出现阳光，彩虹就容易被看到。此外，瀑布附近也常 常出现彩虹；在
8、晴朗的天气里，背对阳光向空中洒水或喷水雾可以制造人工彩虹。 平行的太阳光束照射到水滴上时，从不同部位以不同角度入射，入射光经水滴折射、内反射 后，向水滴外各个方向射出。不过，出射光大部分是发散光，只有从某一适当部位以一定入射角 射入水滴的光束，射出时仍保持平行，这时入射光和出射光的夹角最小，光的强度最大，形成彩 虹。光束在水滴中经过一次内反射形成的是主虹，经过两次内反射形成的是霓。主虹常见的视半 径约为 42，霓常见的视半径约为 50。因为水对光有色散作用，不同波长的光在水滴中的折射 率不同，从红光到紫光折射率依次变大，折射角也依次变大，但光在水滴内被反射，经过一次反 射形成的彩虹的光谱是倒过
9、来的，红光在上，紫光在下，经过两次反射形成的光谱恰恰相反，这 也就是为什么主虹和霓的色序相反。 7 7 色光三原色色光三原色 人的眼睛是根据所看见的光的波长来识别颜色的。可见光谱中的大部分颜色可以由三种基本 色光按不同的比例混合而成，这三种基本色光是红、绿、蓝三原色光。这三种光以相同的比例混 合、且达到一定的强度，就呈现白色（白光） ；若三种光的强度均为零，就是黑色（黑暗） 。这就 是加色法原理。加色法原理被广泛应用于电视机、监视器等主动发光的产品中。 色光三原色（加色法） ：绿+蓝+红=白；红+绿=黄；蓝+绿=青；红+蓝=品红。 第二单元第二单元热传递热传递 1 1 热传递热传递 热传递亦称
10、“传热” ，是物质系统的能量转移过程。它通过热传导、热辐射和热对流三种方式 实现从一个物体到另一个物体（气体、液体、固体或其组合）的热量迁移。在实际的传热过程中， 这三种方式往往是相互伴随着进行的。 2 2 热传导热传导 热传导是介质内无宏观运动时的传热现象，在固体、液体和气体中均可发生。但严格来说， 只有在固体中才是纯粹的热传导，而流体即使处于静止状态，其中也会由于温度梯度所造成的密 3 度差而产生自然对流，因此在流体中热对流与热传导同时发生。 3 3 热对流热对流 热对流是液体内较热部分和较冷部分通过循环流动使温度趋于均匀的过程。对流产生的原因 在于物体的热胀冷缩，流体受热后体积变大，质量
11、不变，密度变小，在浮力作用下向上浮起，温 度低的流体密度较大，向下流动。热对流可分成两种类型： （1）自然对流。往往自然发生，例如 大气因下层受热而产生上下循环流动。 （2）强迫对流。指液体受到外力作用而产生的循环流动， 如机械搅拌、气流受地形阻挡或另一种气流的冲击而产生的循环流动。 4 4 热辐射热辐射 热辐射是物体以电磁波的形式向外传递能量的一种热传递形式。与热传导、热对流不同，热 辐射可以在真空中进行。 一切温度高于绝对零度 （-273.15） 的物体都能产生热辐射。 温度愈高， 辐射出的总能量就愈大，短波成分也愈多。热辐射的光谱是连续谱，波长覆盖范围理论上可从 0 直至， 一般的热辐射
12、主要靠波长较长的可见光和红外线传播。 因为电磁波的传播无需任何介质， 所以热辐射是真空中唯一的传热方式。 5 5 导热系数导热系数 导热系数亦称热导率，是表征物质热传导性能的物理量。其定义为单位温度梯度（在 1 米长 度内温度降低 1 开）在单位时间内经单位导热面所传递 71 的热量，单位是瓦/（米开） 。 导热 系数一般与压力关系不大，但受温度的影响很大。纯金属和大多数液体的导热系数随温度的升高 而降低，但水例外；非金属和气体的导热系数随温度的升高而增大。传热计算时通常取用物料在 平均温度下的数值。此外，固态物料的导热系数还与它的含湿量、结构和孔隙度有关。一般含湿 量大的物料导热系数大。物质
13、的密度大，其导热系数通常也较大。金属含杂质时导热系数降低， 合金的导热系数比纯金属低。 6 6 热的良导体与不良导体热的良导体与不良导体 各种物质都能够传热，但是不同物质的传热本领不同。善于传热的物质叫作热的良导体。各 种金属都是热的良导体，其中最善于传热的是银，其次是铜和铝。不善于传热的物质叫作热的不 良导体。陶瓷、纸、木头、玻璃、皮革等都是热的不良导体。最不善于传热的是羊毛、羽毛、毛 皮、棉花、石棉、软木和其他松软的物质。 除水银以外，液体都不善于传热。气体比液体更不善 于传热。 第三单元第三单元地球的表面和内部地球的表面和内部 1 1 地球科学地球科学 地球科学是七大基础学科之一，是以地
14、球系统（包括大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和日地 空间）的过程与变化及其相互作用为研究对象的基础学科。地球科学的范围很广，包括地质学、 地理学，以及其他衍生学科，如海洋学、气象学和天文学，可谓纵横几万里，上下数亿年。地质 学探讨地球的历史与各部分组成，包括其演化和构造、岩石与矿产的分布；海洋学研究海水的运 动、海水的物理与化学性质及海底地形；气象学分析大气的组成、构造和运动；而有关地球起源、 太阳系的形成和天体的运动变化，乃至宇宙的演化，均属天文学的研究范围。 人们意识到，地球科学与人类的生活息息相关，对地球的认识程度同世界各民族的起源、历 史、文化乃至世界文明的进程紧密相连。譬如，人们手上所戴
15、的黄金和钻石饰品，都来自地球的 矿产资源；盖房子所用的沙、石、水泥，其原料也来自地球；所吃的鱼虾，大都取自海洋；气温 的变化对生活的影响巨大；天体的运行，也时时刻刻影响着我们。因此，地球科学是一门很基础、 很重要的学科。 4 2 2 地形学的研究意义地形学的研究意义 地形学是研究地球表面形态特征及其发生、发展、结构和分布规律的学科。其研究内容包括 地球表面形态和形成动力的分析，地球表面形态的发生、发育规律和组成地貌的沉积物，还研究 地形与人类活动的关系。地形可以影响气候变化，造成气候的复杂性和多样性。地形对于中国气 候的影响最显著的有以下几个方面： （l）山脉常为南北暖冷气团的障壁，以东西走向
16、的山脉最为显著，形成山脉南北不同的气候 特点。例如，秦岭南坡温暖多雨，北坡寒冷少雨；南郑和西安仅一山之隔，气温和年降水量的区 别却很明显。南郑 1 月平均气温为 3，7 月为 26.7，平均年降水量为 689.5 毫米；西安 1 月 平均气温为-0.5，7 月为 28.1，平均年降水量为 566.3 毫米。 “一样春风有两般，南枝盛开北 枝寒”则是形容南岭南北两侧气候差异的脍炙人口的名句。 （2） 山地阻碍和影响了寒潮的路径， 使得由北冰洋或西伯利亚流来的冷气团受层层山地的阻 挡，路径迂回曲折。不像北美洲那样，由于山脉以南北走向为主，北方来的冷气团可以长驱南下。 中国自西北侵入的寒潮最初是从西
17、北向东南，以后又转成向南或向西南方向流动，而当寒潮到达 中国东部平原后，则能一直深入到华南，这都是地形影响的结果。 （3）青藏高原的存在对空气运动的影响。青藏高原阻碍着高空西风急流，造成急流分支与汇 合等作用，这对于高原南北两侧的气压系统产生很大的影响，并且影响全国甚至全世界的大气环 流，最明显的是加强了中国、印度和日本的季风。 （4）山地面向暖湿气流的一侧常为多雨的中心，如喜马拉雅山的南 坡、四川盆地的西缘、台湾中央山脉南段的西坡；而背向暖湿气流的一侧常因焚风作用使气 温增高。中国长江以南冬春多雨，则是由于江南丘陵的地形阻碍，冷空气易于堆积，造成半稳定 性的锋面。 （5）在自由大气中，高度每
18、上升 100 米，温度减低 0.6。在山地也发生随高度升高而温度 降低的现象，不过情况更要复杂一些。因为在山区影响温度变化的不仅是高度，还有地形形态和 坡向。 “人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开。长恨春归无觅处，不知转入此中来。 ”这是唐朝诗人 白居易的诗句，他早就认识到庐山由于山高谷深，气候、物候与平地不同，从而产生春来晚、秋 去早的变化。 李白的 塞下曲 开头写道： “五月天山雪， 无花只有寒。 笛中闻折柳， 春色未曾看。 ” ， 同样是地形对气候、物候影响的极好的科学纪实。 此外，即使高度相同，地形形态不同造成的气 候差异也是十分大的。 地形还可以破坏或掩盖地理环境的纬度地带性，从而影响农
19、业、副业生产布局；优美的地理 环境的形成，更是与地形条件息息相关。因此，对于中国地形的研究不但具有理论上的意义，而 且对于如何根据各地的具体地形条件，因地制宜地合理推动农、林、牧、副、渔和旅游等事业的 发展，以及不断改造自然条件，发展社会主义生产等方面都具有重要的现实意义。如今，地形学 已广泛应用于矿产和地下水资源的普查、各种工程勘测与设计，以及农业、军事和编制地图等生 产实践中。 3 3 中国陆地地形中国陆地地形 中国地势呈阶梯状分布。地势的第一级阶梯上分布着青藏高原和柴达木盆地，平均海拔在 4000 米以上。地势的第二级阶梯上分布着大型的盆地和高原，平均海拔在 10002000 米之间。
20、地势的第三级阶梯上分布着广阔的平原，间有丘陵和低山，其海拔多在 500 米以下。中国陆地地 形多样，类型齐全，平原少，山地多，陆地高差悬殊。西部多是海拔几千米的高原和山地，东部 主要是平原和千米以下的低山、丘陵，就好像一座巨大的阶梯，由西向东逐级下降。 4 4 四大高原四大高原 中国有四大高原：青藏高原、内蒙古高原、黄土高原、云贵高原。它们集中分布在地势第一、 二级阶梯上。由于高度、位置、成因和受外力侵蚀作用不同，高原的外貌特征各异。 高原地形特征：海拔在 500 米以上；地势起伏不大，但边缘陡峭；山峦起伏，凹凸不平。 5 5 5 四大盆地四大盆地 中国有四大盆地：塔里木盆地、准噶尔盆地、柴达
21、木盆地、四川盆地。它们多分布在地势的 第二级阶梯上，由于所在位置不同，其特点也不相同。 著名的吐鲁番盆地是中国地势最低的地方（海拔-155 米） 。 盆地地形特征：四周高，中间低。 6 6 三大平原三大平原 中国有三大平原：东北平原、华北平原、长江中下游平原。它们在中国东部地势第三级阶梯 上，是中国最重要的农耕区。除此以外，还有成都平原、汾渭平原、珠江三角洲、台湾西部平原 等，它们也都是重要的农耕区。 平原地形特征：海拔在 200 米以下；表面宽广，地面平坦；位于大河两岸和濒临海洋的地区。 7 7 三大丘陵三大丘陵 中国有三大丘陵：东南丘陵、辽东丘陵、山东丘陵。东南丘陵是我国最大的丘陵，北至长
22、江， 南至南海，东至东海，西至云贵高原，多呈东北西南走向，与低山之间多有河谷盆地。 丘陵地形特征：海拔在 200 米500 米之间；坡度较缓；主要由低矮的山地组成。 山地 山岭和高地的统称。我国的山地大多分布在西部，喜马拉雅山、昆仑山、唐古拉山、天山、 阿尔泰山都是著名的大山。 山地地形特征：海拔在 500 米以上；起伏很大，坡度陡峻，沟谷幽深， 一般多呈脉状分布。 8 8 海底地貌海底地貌 指海水覆盖下的固体地球表面形态的总称。海底有高耸的海山、起伏的海丘、绵延的海岭、 深邃的海沟，也有坦荡的深海平原。大洋最深点 11034 米，位于太平洋马里亚纳海沟，超过了陆 上最高峰珠穆朗玛峰的海拔高度
23、（8844.43 米 ） 。深海平原坡度小于千分之一，其平坦程度超过 大陆平原。整个海底可分为大陆边缘、大洋盆地和大洋中脊三大基本地貌单元，及若干次一级的 海底地貌单元。 9 9 地震和火山喷发的成因地震和火山喷发的成因 地球表面并不是一整块巨大的岩石，而是由巨大的板块组成。地震和火山喷发与这些板块的 运动相关。 整个地球表面包括六大板块，它们像益智拼图一样组合在一起。下图显示了这些主要板块的 分界线。板块通常移动得非常缓慢，一年仅移动几厘米而已。由于它们是沿着不同方向移动的， 一块板块的移动必将影响到与其毗邻的其他板块。一部分板块相互挤推，一部分相互分离，另一 部分则相互滑擦而过。当板块突然
24、快速移动时，地震就发生了。板块互相刮擦推挤导致地球表面 断裂，岩石突然推移，使其周围所有地面发生强烈的震动，以至于造成巨大的山崩和地表岩层开 裂。 岩浆是位于地球内部的炽热的熔融态岩石。当地球内部压力迫使岩浆冲向地表的时候，火山 喷发就形成了。巨大的压力和热量导致岩浆从地表的豁口，即火山口喷涌而出。当岩浆从火山口 喷出时，就变成了熔岩。气体、火山灰和岩石块也会从火山口射出。熔岩在火山口周围堆积后开 始冷却，并最终变成坚硬的岩石。火山喷发出现在火山活动活跃的板块内部或板块交界处。 地震和火山喷发可以使建筑物、农作物和水循环系统遭到大范围的破坏，从而影响人类的生 活。目前，人们还不能控制地震和火山
25、活动。但是，通过研究它们产生的原因，人们可以掌握方 法，将生命危险和财产损失降到最小。 6 1010 火山类型火山类型 火山是多种多样的，根据活动情况可以分为死火山、休眠火山和活火山三大类。 1111 死火山死火山 指史前曾发生过喷发，但有史以来一直未活动过的火山。此类火山已丧失了活动能力，有的 仍保持着完整的火山形态，有的则已遭受风化侵蚀，只剩下残缺不全的火山遗体。 1212 休眠火山休眠火山 指有始以来曾经喷发过，但长期以来处于相对静止状态的火山。此类火山都保存有完好的火 山形态，仍具有火山活力，或尚不能断定其已丧失火山活动能力。如我国白头山天池，曾于 1597 年、1668 年和 170
26、2 年三度喷发，在此之前还有多次活动。目前虽然没有喷发活动，但从山坡上 一些深不可测的喷气孔中不断喷出高温气体，可见该火山目前正处于休眠状态。 1313 活火山活火山 指现代尚在活动或周期性发生喷发活动的火山。这类火山正处于活动的旺盛时期。如爪哇岛 上的默拉皮火山，本世纪以来，平均间隔几年就要持续喷发一个时期。我国近年火山活动以台湾 岛大屯火山群的主峰七星山最为有名。 火山学家专门从事对火山的研究，他们试图揭示火山为什么会喷发以及喷发的时间。火山学 家发现，某些特定的迹象可能预示着一些火山的喷发：如大量气体从火山坑中溢出，大多数火山 喷发前都会发生地震。然而，火山学家目前仍不能准确判断火山是否
27、一定会喷发，以及什么时间 会喷发。他们能够估计出在数小时或数天内可能发生的火山活动，但是想要准确预报在目前还是 很难的。 1414 地震波地震波 由于地球是实心体，地震发生时产生的地震波就由震源向地球内部及表层各处传播开去。这 就像把石子投入水中，水波会向四周一圈一圈地扩散一样。 地震波主要包含纵波和横波。纵波会使地面上下震动，传播速度快，破坏性较弱；横波会使 地面发生前后、左右抖动，破坏性较强，传播速度较慢。所以地震时，纵波总是先到达地表，横 波总落后一步。横波是地震时造成建筑物破坏的主要原因。发生较大的地震时，一般人们先感到 上下颠簸，过数秒到十几秒后才感到有很强的水平晃动。 地震时，先到
28、达地表的纵波能提前十秒左右给我们发出一个警告，告诉我们造成建筑物破坏 的横波马上就要到了，快点避震和逃生。 2020 年 7 月 12 日 06 时 38 分，河北唐山古冶区发生 5.1 级地震，横波到达前，电视里出现 地震预警信息，并发出警报声，为市民避震争取了时间。小规模的地震时常发生，但每隔几个月 地球的某个地方就会有一次强烈的地震。 地震学家用一种叫作测震仪的工具来测量和记录地震波。 尽管现在地震学家能够探测正在发生的地震，但他们还不能准确地预报下一次地震发生的时间。 在地震活动频繁的地区，合理选择建筑物位置，采用防震设计及施工，都有助于将破坏降到最小。 1515 地球的内部结构地球的
29、内部结构 科学家根据地震波在地下不同深度和不同介质中的传播能力和速度，推测地球内部结构。 科学家发现，随着物质密度的增加，纵波和横波传播速度都会变快，但横波不能在液体物质 中传播。一般将地球内部分为三个同心球层：地核、地幔和地壳。 地壳（qio） 由岩石组成，是岩石圈的重要组成部分。整个地壳平均厚度约 17 千米，大陆 地壳厚度平均约为 3941 千米，大洋地壳厚度只有几千米。青藏高原是地球上地壳最厚的地方， 厚达 70 千米。地球上地壳最薄的地方在大西洋南部靠近南极洲的地方，仅为 1.5 千米。 地幔 厚度约 2900 千米， 占地球总体积的 82.3%， 占地球总质量的 67.8%， 是地
30、球的主体部分。 地震波横波能在地幔中传播，说明它主要由固态物质组成。 7 地核 位于地球的最内部， 厚约 3400 千米， 占整个地球质量的 31. 5%， 占整个地球体积的 16. 2%。 密度高， 平均密度大约为 10.7 克/立方厘米， 主要由铁、 镍元素组成。 温度高达 40006800。 液态金属绕着地核高速运转，好像一个巨大的电磁铁。 1616 大陆漂移说大陆漂移说 1912 年，德国科学家阿尔弗雷德魏格纳在一篇学术论文中第一次提出大陆漂移的论点，并 于 1915 年出版海陆的起源 ，从四个方面论述了大陆漂移的假说。大约 2 亿年前，地球上只有 一个统一的大陆，称为泛大陆，从侏罗纪
31、开始，泛大陆分裂并漂移，每块大陆朝着它现在的位置 移动，直至移到今天的位置。 魏格纳为了证明自己的观点，收集了各门学科的证据。他调查地形、化石以及数百万年来的 气候变化，并把这些证据收集在海陆的起源一书中。当魏格纳在地图上把非洲和南美洲拼到 一起时，他发现了一件非常奇怪的事情：海岸线，特别是巴西东端的直角突出部分与非洲西岸呈 直角凹进的几内亚湾非常吻合。魏格纳利用报纸来作比喻，如果两张报纸纸片上的文字能吻合， 那么它们肯定是从同一张报纸上撕下来的。这是魏格纳找到的地形证据。 魏格纳还从化石中为大陆漂移说找到证据。他发现，巴西和南非的地层中均含一种生活在淡 水或微咸水中的爬行类化石中龙化石，而迄
32、今为止世界上其他地区都未曾发现。在非洲、南 美洲、澳大利亚、印度和南极洲都发现了舌羊齿化石。舌羊齿是 2.5 亿年前的一种蕨类植物，其 孢子体不可能远距离传播。由此推断，这些大陆在当时曾连成一体。他在调查气候变迁时也获得 惊人的发现。北冰洋地区岛屿上发现了热带植物化石。3 亿年前，这些植物生活的地方肯定位于 赤道附近，气候温暖湿润。而南非地区却发现了冰川擦痕，表明南非当时曾被大陆冰川覆盖。这 些气候线索也足以证明大陆曾经发生漂移。 1717 海底扩张说海底扩张说 随着海底科学的发展，人们利用放射性同位素测定海底岩石年龄，发现海底岩石一般不超过 2 亿年（大陆最老岩石年龄在 30 亿年以上） ，
33、相当于中生代侏罗纪，而且离海岭（又叫大洋中脊） 愈近，岩石年龄愈轻；离海岭愈远，岩石年龄愈老，在海岭两侧呈对称分布。 六十年代初，一些科学家提出了海底扩张学说，认为海岭是新的大洋地壳诞生处。板块运动 的驱动力是地幔物质的对流。 地幔物质从海岭顶部的巨大开裂处涌出， 凝固后形成新的大洋地壳。 以后继续上升的岩浆又把原先形成的大洋地壳以每年几厘米的速度推向两边，使海底不断更新和 扩张。当扩张着的大洋地壳遇到大陆地壳时，便俯冲到大陆地壳之下的地幔中，逐渐熔化而消亡。 这一过程实际上是洋壳“新陈代谢”过程，其所历时间约为 2 亿年。 1818 板块构造说板块构造说 板块构造说是在大陆漂移说和海底扩张说
34、的理论基础上， 又根据大量的海洋地质、 地球物理、 海底地貌等资料，经过综合分析而提出的学说。板块构造说是近代最盛行的全球构造理论。这个 学说认为地球的岩石圈不是一块整体，会被地壳生长边界海岭和转换断层，以及地壳消亡边界海 沟和造山带、地缝合线等一些构造带，分割成许多构造单元，这些构造单元叫作板块。 全球岩石圈分为亚欧板块（又译“欧亚板块” ） 、非洲板块、美洲板块、太平洋板块、印澳板 块和南极板块，共六大板块。大板块还可划分成若干次一级的小板块。这些板块漂浮在软流圈之 上，处于不断运动之中。一般说来，板块内部的地壳比较稳定，板块与板块交界处，地壳不稳定。 在板块张裂地区，常形成裂谷和海洋，如
35、东非大裂谷、大西洋就是这样形成的。在板块相撞挤压 的地区，常形成山脉。当大洋板块和大陆板块相撞时，大洋板块因密度大、位置较低，便俯冲到 大陆板块之下，这里往往形成海沟，成为海洋最深的地方；大陆板块受挤上拱，隆起成岛弧和海 岸山脉。板块构造理论已被用来解释火山、地震的形成和分布，以及矿产的生成和分布等。但是， 关于什么力量驱动着板块作大幅度、持续运动的问题，意见还不一致。 1919 喜马拉雅山脉成因喜马拉雅山脉成因 雄伟的喜马拉雅山高耸在欧亚大陆上，拥有被称为“世界屋脊”的珠穆朗玛峰。据地质学家 8 考证，7000 万年以前，这里还是一片汪洋大海。那么，喜马拉雅山是怎样形成的呢？经过长时间 研究
36、，地球科学家现在大体上可以讲出它的故事。8000 万年前，印澳板块尚未与欧亚大陆结合， 每年漂移约 10 厘米。5000 万年前，印澳板块已与欧亚大陆结合，每年漂移大约 4.5 厘米。3000 万年前，南方的印澳板块向北漂移，与亚欧板块碰撞，不但推动亚欧板块一同向北移动，而且碰 撞后古代海洋海底被抬升，现在的喜马拉雅一带就变成了陆地。印澳板块俯冲到亚欧板块下方， 对喜马拉雅山地区的抬升力度越来越大。印澳板块大量物质聚存在亚欧板块的地壳和上地幔处， 不仅产生了全球最高的喜马拉雅山，还造就了青藏高原。喜马拉雅山脉最终形成。 据观测，印度洋板块和亚欧板块还在互相挤压，因此喜马拉雅山脉仍以每年 5 厘
37、米左右的速 度继续升高，珠穆朗玛峰每年增高约 1.27 厘米。深入地下的科学钻探越来越多的证据表明，地球 表层看到的现象，根源在深部。缺少对地球深部的了解，就无法理解地球系统。范围越大、尺度 越长，越是如此。深部物质与能量交换的地球动力学过程，引起了地球表面的地貌变化、剥蚀和 沉积作用，以及地震、滑坡等自然灾害，控制了化石能源或地热等自然资源的分布，是理解成山、 成盆、成岩、成矿和成灾等过程成因的核心。科学钻探被形象地誉为“了解地球内部信息的望 远镜 ” 。科学钻探的目的是对地壳岩石圈、生物圈、水圈（含地下流体）的组织结构、物质成分、 形成机理等进行各类研究。通过科学钻探，研究地球深部构造及演
38、化、地球深部流体及其作用， 校验地球物理探测结果；研究成矿理论、油气成因，调查和开发深部热能；研究地震成因、火山 喷发机制、地质灾害预警、地球气候演变、生命演化历史。 1958 年，美国率先启动了旨在探测地球地壳和地幔之间交界面的“莫霍计划” 。苏联也随即 展开了进军莫霍面的计划。超深科学钻探竞争也由此展开。苏联创造了 12262 米世界超深井的纪 录，是人类迄今为止在地球上钻出的最深的洞。一系列超深井的钻探过程，屡遭挫折，进展缓慢， 但是为了更加深入地了解地球，无论是为了寻找深埋地下的资源，还是研究地球自身板块运动和 地质变迁的规律，目前唯一可能的探索方向，仍然是进一步向地壳更深处钻探，采集
39、更多的数据。 这需要深井钻探技术的进一步突破。2009 年，中国在松辽盆地拉开了“入地”计划的序幕。中国 的“地壳一号”钻机将向 13000 米乃至 15000 米的深度发起挑战。 2020 外部力量对地表形态的塑造外部力量对地表形态的塑造 地球表面有着千差万别的地表形态， 这些地表形态始终外在变化之中。 只是有些变化迅猛些， 如地震和火山喷发，带来地动山摇、大地开裂；有些变化则相对缓慢，如风力、流水、温度变化 和冰川对岩石的改变。 2121 风力作用风力作用 风是引起风化、让岩石由大变小的一个因素。风能够卷起大量尘土和沙砾，并将它们吹到岩 石表面，使岩石受到磨蚀，侵蚀作用就发生了。风把地表松
40、散的风化物质吹走，使地表受到破坏。 风力能够卷起岩石颗粒，将它们堆积起来或撒落到其他地方。风的侵蚀力能在相当长的时间和大 范围内产生影响。沙暴、尘暴和海风都能够改变地表形态。来自大洋的海风，可以改变海岸线附 近的地形。这种风能够造成沙丘的形成。波涛将海中的沙子卷到岸上，然后风又把它们吹到内陆， 这些沙子紧挨着岩石和植物堆积起来。日复一日，风不停地堆积起越来越多的沙子，于是一座座 由沙子组成的沙丘就形成了。 2222 流水作用流水作用 地表流水是陆地上塑造地貌最重要的外动力。流水有三种作用，即侵 蚀作用、搬运作用和堆 积作用。这三种作用主要受流速、流量和含沙量的控制。一定的流速、流量，只能挟运一
41、定数量 的泥沙，因此，当流速、流量增加，或含沙量减少时，流水就产生侵蚀作用，并将侵蚀下来的物 质运走；反之，就发生堆积。推荐一个观察沉积作用的好装置。将石粒、沙子和黏土各一份装入 透明塑料管中，倒入水，封好口。观察时，先上下晃动塑料管，让它们充分混合，然后倒置静置 几分钟，可观察沉积的先后顺序，大的重的先沉下来，小的轻的后沉下来。 流水还会影响河床的位置和深浅。在笔直流淌的河流中，中间水流速度快过靠近岸边的水流 速度，河床中间深，两边浅，在河床中央附近的石块较大。在弯曲的河道中，外侧的水流速度快 9 过内侧的水流速度，外侧河道较深，内侧较浅，河底外侧附近石块较大内侧石块较小，外侧被冲 刷后形成
42、悬崖，内侧则形成了河床。 2323 冰川作用冰川作用 岩石缝隙中的水在温度降到 0以下时结冰，当冰体膨胀时，它会推压岩石，使之裂为碎片。 风化之后，侵蚀接踵而至。随着冰川滑动，沿途的岩石就被冰川作用所侵蚀，冰川能够在陆地上 造就盆地，铲出深谷。当冰川融化时，其携带的土壤、岩石块会沉积下来，改变着地表形态。 岩石的成因与循环岩石是组成陆地表面的物质，通过岩浆活动、沉积成岩作用或变质作用而 形成。岩石不是永恒不变的。在形成之后，受地表的各种剥蚀作用影响，或改变了成分、结构， 或改变了位置，让地形地貌发生改变。在各种剥蚀作用下，地面的岩石破碎或移动，集中沉积于 一些低洼的位置，经成岩作用形成沉积岩。
43、若发生板块碰撞或火山口塌陷，岩石会掉进岩浆中被 熔融。在地表薄弱位置或裂缝位置，岩浆会上涌至较低温地带而冷凝为岩浆岩。当岩浆上涌时， 热量会使两旁的岩石局部熔化、矿物重新结晶。地壳运动产生断层或褶皱时，受力的岩石会变质 或破碎，形成变质岩。 组成岩石圈的三大类岩石因地质条件的变化会相互转换， 这种现象称为 “岩石圈的物质循环” 。 复杂又神奇的岩石循环在地球上重复进行着，形成了千奇百怪、各具特色的岩石，构成了地 球上最具魅力的风景！ 2424 沉积岩沉积岩 沉积岩是地表风化物，经过风或水的搬运后在新的地点沉积固化形成的岩石。砂岩、页岩、 石灰岩、砾岩、泥岩、白云岩都是沉积岩。 沉积岩分布极广，
44、占陆地面积的 75%，是构成地壳表层的主要岩石。随着搬运介质和沉积条 件的不同，岩石呈现不同特点。大多数沉积岩有着明显的水平层理。沉积岩可简单分为陆源碎屑 岩和内积岩。陆源碎屑岩按颗粒大小分为泥岩、砂岩和砾岩。 内积岩按成分分为石灰岩、硅质岩、凝灰岩等。 2525 岩浆岩岩浆岩 地壳深处的岩浆沿地壳裂隙上升，冷凝而成。其特征是：一般较坚硬，绝大多数矿物呈结晶 粒状紧密结合，常具块状、流纹状及气孔状构造。目前，已经发现的岩浆岩有 700 多种，大部分 是在地壳里面的岩石。花岗岩、玄武岩、橄榄岩、金伯利岩、辉长岩、闪长岩、安山岩、正长岩、 流纹岩、黑曜岩都是岩浆岩。 根据岩石侵入到地下还是喷出到地
45、表，岩浆岩又可以分为侵入岩和喷出岩。侵入岩根据形成 深度的不同，又细分为深成岩和浅成岩。深成岩形成于比较深的地下，如花岗岩、橄榄岩。深成 岩形成时温度是缓慢下降的，大部分矿物都会形成比较好的晶体，颗粒也会比较粗大，颗粒直径 一般在 110 毫米。浅成岩由于岩浆侵入到地表附近，温度降低得很快，其中只有部分成分能形成 晶体，不能形成晶体的部分成为基质，因此岩石中晶体呈斑状分布。如果岩浆直接喷出地表则为 喷出岩，如玄武岩、流纹岩，岩浆迅速冷却，因此难以形成肉眼可见的矿物晶体。 2626 变质岩变质岩 早先形成的岩浆岩、沉积岩在岩浆活动、构造运动等一系列内力地质作用的影响下，经受高 温、高压和化学活动
46、性流体作用，其结构、构造、化学成分等发生变化而形成新的岩石。大理岩、 板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、 石英岩都是变质岩。变质岩分热力变质和动力变质。 热力变质岩是岩浆在侵入过程中，岩浆的高温使围岩重新结晶，改变了矿物的结构，抑或是 岩浆中的一些成分进入了围岩，改变了原岩石的化学成分，形成了新的岩石；还有一种情况是， 岩浆的高温使围岩中的矿物部分挥发性成分流失，形成新的岩石。岩浆的高温导致围岩重结晶， 如石灰岩会变质为大理岩，砂岩会变质为石英岩。 动力变质作用是岩石受定向高压影响，其中的矿物成分重新结品，形成体积缩小、密度增大 10 的新矿物。动力变质作用形成的岩石的另一个特点是其中矿物晶体常呈定
47、向排列。在区域变质过 程中，随着温度、压力的增高，变质加深，硅铝质原岩依次变质成为板岩、千枚岩、片岩、片麻 岩等岩石。 第四单元第四单元 水在自然界的循环水在自然界的循环 1 1 雪花雪花 雪花是一种晶体，是天空中的水汽凝华形成的固态降水，结构随温度的变化而变化，多呈六 边形，形状像花。雪花的形状极多，每片雪花都像一幅极其精美的图画，连许多艺术家都赞叹不 已。雪花大都是六边形的，因为雪花属于六方晶系。云中雪花的“胚胎”小冰晶主要有两种形状， 一种呈六棱柱状，长而细，叫柱晶。但有时它的两端是尖的，像一根针，叫针晶。另一种则呈六 边形的薄片状，就像从六棱铅笔上切下来的薄片，叫片晶。 对于六边形片状
48、冰晶来说，由于它面上、边上和角上的弯曲程度不同，相应地具有不同的饱 和水汽压，其中角上的饱和水汽压最大，边上次之，平面上最小。在实有水汽压相同的情况下， 由于冰晶的面、边、角上的饱和水汽压不同，其凝华增长的情况也不相同。如果云中水汽不太丰 富，实有水汽压仅大于平面的饱和水汽压，水汽只在面上凝华，这时形成的是柱状雪花； 如果水汽稍多，实有水汽压大于边上的饱和水汽压，水汽在边上和面上都会发生凝华，由于 凝华的速度还与弯曲程度有关，弯曲程度大的地方凝华较快，所以在冰晶边上凝华比面上快，这 时多形成片状雪花；如果云中水汽非常丰富，实有水汽压大于角上的饱和水汽压，这样在面上、 边上、角上都有水汽凝华，但
49、尖角处位置突出，水汽供应最充分，凝华最快，所以多形成枝状或 星状雪花。 2 2 降水降水 降水是指空气中的水汽冷凝并降落到地表的现象。水汽在上升过程中，因周围温度降低而逐 渐变为细小的水滴或冰晶，飘浮在空中形成云。水汽在云滴表面凝聚，大小云滴在不断运动中合 并，使云滴不断凝结（或凝华）而增大，云滴增大为雨滴、雪花或其他降水物。当云滴增大到能 克服空气的阻力和上升气流的顶托，且在降落时不被蒸发掉才能形成降水。 降水包括两部分：一是大气中水汽直接在地面、地物表面及低空形成的凝结物，如霜、露、 雾和雾凇，又称为水平降水；二是由空中降落到地面上的水汽凝结物，如雨、雪、霰雹和雨凇等， 又称为垂直降水。但
50、是单纯的霜、露、雾和雾凇等不作降水量处理。在中国，国家气象局地面观 测规范规定，降水量仅指垂直降水，水平降水不作为降水量处理，发生降水不一定有降水量，只 有有效降水才有降水量。 3 3 人工降水人工降水 人工降水又称人工增雨，是指根据自然界降水形成的原理，人为补充某些形成降水的必要条 件，促进云滴迅速凝结或碰并增大成雨滴，降落到地面形成降水。其方法是根据不同云层的物理 特性，选择合适时机，用飞机、火箭、高射炮等向云中播撒干冰、碘化银、盐粉等催化剂，使云 层降水或增加降水量，以缓解或解除农田干旱、增加水库水量或提高其供水能力、增加发电水量 等。 人工增雨分为暖云增雨与冷云增雨。要使暖云（温度高于
