D

$A$、体会《乡愁》中作者的家国情怀，属于语文的范畴，故选项错误。
$B$、研究水与砂石的吸热能力，属于物理研究的范畴，故选项错误。
$C$、学习判定相似三角形的原理，属于数学研究的范畴，故选项错误。
$D$、探究水的组成，属于研究物质的组成，属于化学研究的范畴，故选项正确。
故选：$D$。