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第二章 地球上的大气
第一节 大气的组成和垂直分层
【课标要求】
运用图表等资料，说明大气的组成和垂直分层，及其与生产和生活的联系。
【教材分析】
本节教材首先介绍了低层大气的成分及其作用，然后对大气垂直分层做了详细的讲述，从气温的垂直变化、空气运动特点及与人类的关系等方面对各层大气进行了纵向对比。教材通过增加案例“大气中二氧化碳含量的变化与人类活动”和自学窗“全球合作 保护臭氧层”，旨在增强学生的大气环境保护意识和全球合作意识，树立人地协调观。
【教学目标】
1.完善图表，理清大气的组成及各组成物质的作用。
2.分析图表资料，说明大气垂直分层特点及其对人类的影响。
3.通过案例分析，体验大气成分与含量变化对人类的影响，树立人地协调观。
【教学重难点】
重点：低层大气的组成及其作用，大气垂直分层结构中各层特点
难点：气温的垂直变化和空气运动特点的原理
【教学方法】
图表法、自主学习和合作探究相结合
【新课导入】
2012年10月14日，奥地利“坠落人”鲍姆加特纳在美国西南部乘坐太空舱升空。约3小时后，他上升至39千米高空。随后，他从那里跳下，4分钟后才打开降落伞，成为第一个自由落体速度超音速的人(图2.1)。他配备的特制宇航服，外表绝缘，密封的内层中填充加压氧气；头盔内有液氧系统，护目镜中装有温度调节器。39千米高空的大气与地面大气有哪些不同 鲍姆加特纳为什么需要配备特制宇航服 带着这些疑问，开启今天的课程，首先从大气的组成谈起。
【讲授过程】
一、大气的组成
请同学们阅读教材P28-29页第一段，思考下列问题：（课件展示问题）
1.低层大气的组成物质有哪些？
2.干洁空气的成分有哪些？主要成分的作用是什么？
3.大气中的水汽和杂质在天气变化中扮演着怎样的角色？
学生发言，师生评议后，在下面知识导图中，归纳整理上述问题要点并巩固落实。
参考答案：
①氮 ②人类和其他生物维持生命活动所必须的物质 ③绿色植物光合作用的基本原料 ④吸收地面辐射的能力强，使气温升高 ⑤化石燃料的燃烧 ⑥毁林 ⑦吸收太阳光中的紫外线，使大气增温 ⑧减少到达地面的紫外线，对生物具有保护作用 ⑨水的相变，产生云、雨、雾、雪等天气现象，伴随着热量的吸收和释放，直接影响地面和大气的温度 ⑩凝结核
4.请阅读教材P29页图2.4二氧化碳体积分数的变化，思考：
（1）18世纪以前和最近的300年，大气中二氧化碳体积分数大小有什么不同？呈什么样的变化趋势？
推测变化的原因是什么？
（2）请以大气中的二氧化碳体积分数的变化为例，说明人类活动与大气成分之间的相互影响。
学生思考、讨论发言，师生评议。
（3）阅读教材P29页最后自然段和案例文字部分，对上述问题进行总结。
参考答案：
（1）18世纪以前的绝大多数时间里，大气中二氧化碳体积分数的变化相对平缓，然而，从1740年到2011年的近300年时间里，二氧化碳体积分数增加了40%多。呈增加趋势，而且增加的趋势变快。推测变化的原因可能是18世纪工业革命以来，化石燃料的燃烧和土地利用的变化(主要是毁林)。化石燃料燃烧，会释放二氧化碳；森林面积缩小，会减少森林对二氧化碳的吸收量，从而导致大气中二氧化碳体积分数剧增。
（2）大气中二氧化碳体积分数的变化与人类工业文明的发展呈正相关关系，说明人类活动对大气成分和数量的变化有着必然的联系。
（3）以上事例说明，人类活动对现今大气成分和数量有着重要的影响。当人类活动排放的污染物,如工业生产排放的废气、汽车排放的尾气等进入大气,会造成大气污染(图2.3），对生态系统和人类生存造成不利影响。反过来，人类若能减少污染物的排放，加强绿化，增加植被覆盖率，减少滥砍乱伐等，则能减少大气中二氧化碳浓度的增加，从而改善大气质量，因此，我们在生产、生活中应该节能降耗，注重环保，维护好地球家园。
（过渡）大气成分的差异及其物理性质，如密度、气压等的变化都会对人体产生一定的影响。
5.请同学们阅读教材P30页活动，了解国家级高原体育训练基地设立的目的，思考为什么去青藏地区旅游很多人会产生高原反应？
学生发言、评议后，教师点拨。
参考答案：
从教材P30页表格2.2可以得知，随海拔升高，空气中的含氧量逐渐降低，高原体育训练基地设立的目的就是在适当缺氧的环境下激发运动员的运动潜力，但是平均海拔超过4000米的青藏高原含氧量仅为沿海平原地区的61%，对于习惯于低海拔平原地区生活的人们来说含氧量过低，所以有的人就会因缺氧产生呼吸困难而引发一些身体不适症状，含氧量太低则会危害人体健康甚至危及生命，也因此，去往青藏高原地区一般都要准备氧气补给，以备急需。
【课堂演练】
现代地球大气是距今3.5亿年前才逐渐形成的，它对地理环境的形成和人类的影响巨大。据此完成下面小题。
1．干洁空气中含量最多，是生物体健康生长必不可少的成分是（ ）
A．氧气 B．氮气 C．二氧化碳 D．臭氧
2．下列关于大气的组成成分及其作用的连线，错误的是（ ）
A．二氧化碳——光合作用的原料 B．氧气——温室效应
C．臭氧——吸收紫外线 D．水汽和尘埃——成云致雨
【答案】1．B 2．B
【分析】
1．氮气是大气中含量最多的气体，氮元素是生物健康成长必不可少的元素，B正确，ACD错误。故选B。
2．氧气是维持生命活动的必要条件，能产生温室效应的是二氧化碳等气体，B错误，符合题意；光合作用需要二氧化碳，臭氧吸收紫外线，水汽和尘埃是降水的条件，ACD正确，不符合题意。故选B。
（过渡）地球大气从地面向上，可延伸到数千千米高空，但是在不同高度上大气的温度、运动状况和密度等又有所不同，由此可将大气从下而上分为对流层、平流层和高层大气。
二、大气的垂直分层
请同学们阅读教材P31页图2.5 大气的垂直分层示意图回答：
1.各层大气的高度范围是多少？
2.随海拔升高，各层大气的气温有何变化特点？注意读图的方法。
3.说出下列地理事物主要发生的大气层：云雨现象、高空飞行、流星、极光、反射无线电波？
学生发言、互评，师生总结。
4.请同学们阅读教材P32-33页，完成下表，交流订正后巩固落实。
高度范围 气温垂直变化 空气运动 与人类关系
特点 原因 特点 原因
对流层
平流层
高层大气
参考答案：
高度 范围 气温随高度的变化 空气运动 与人类关系
特点 原因 特点 原因
对流层 8-18千米，因纬度而不同 气温随高度的升高而递减 热量来自地面 对流运动显著 上部冷、下部热 集中了大气圈质量的3/4和几乎全部的水汽、杂质，污染物也多集中在这一层。多云、雨、雾、雪等天气现象。与人类关系最为密切。
平流层 对流层顶部至50-55千米高空 气温随高度升高而升高。下层气温变化很小，30千米以上，气温随高度增加迅速上升。 有臭氧吸收大量太阳紫外线，使大气增温。 平流运动为主 上部热、下部冷 有臭氧层使地球上的生命免受过多紫外线的伤害。 水汽和杂质含量很少，无云雨现象，能见度好，适合航空飞行。
高层大气 平流层以上的大气 先下降，后升高 低处缺臭氧吸收紫外线，气温下降；高处大气吸收更短波长紫外线，温度持续上升。 有电离层能反射无线电波，对无线电通信有重要作用
思考讨论下列问题：
（1）不同纬度对流层的厚度差异？因纬度而不同的原因？
（2）云、雨、雾、雪等天气现象多发生在对流层的原因？
（3）臭氧层存在的高度？为什么有“地球生命的保护伞”之称？
（4）鲍姆加特纳从空中跳下的高度就在哪一层范围内？为什么必须配备特制的宇航服？
（5）为什么高层大气的流星比对流层和平流层要多？
（6）电离层的高度范围？存在的原因？
（7）地球大气的上届？
学生发言、评议，教师点评。
参考答案：
（1）在低纬度地区为17-18千米，中纬度地区10-12千米，高纬度地区仅为8-9千米。低纬度地区受热多，对流旺盛，对流层所达高度就高，高纬度地区反之。
（2）对流层气温随高度的升高而递减，近地面的水汽和杂质通过对流运动向上输送，在上升过程中随着气温降低，容易成云致雨。
（3）在22-27千米范围内，臭氧含量达到最大值，形成臭氧层。臭氧能吸收紫外线，所以臭氧层使地球上的生命免受过多紫外线的伤害，被称为“地球生命的保护伞”。
（4）鲍姆加特纳从空中跳下的高度在平流层范围内。那里氧气稀薄、气温低，必须配备特制宇航服。
（5）在80-120千米的高空，多数来自太空的流星体会燃烧，成为我们夜晚看到的流星。多数流星会因与高层大气摩擦燃烧而消失殆尽，很少能进入低层大气。
（6）电离层存在于80-500千米的高空。电离层大气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，处于高度电离状态。
（7）高层大气的空气密度很小。在2000-3000千米的高空，大气的密度已经与星际空间的密度非常接近。这里的一些高速运动的空气质点经常散逸到宇宙空间，这个高度可以看作是地球大气的上界。
学生自学教材P33页自学窗 “全球合作 保护臭氧层”，了解南极“臭氧空洞”出现的时间、出现的原因、人类为保护臭氧层所做的努力和取得的成效，树立保护环境和加强全球合作的意识。
【课堂演练】
2021年4月30日15时27分，我国在酒泉卫星发射中心用长征四号丙运载火箭，成功将遥感三十四号卫星发射升空，卫星进入预定轨道。下图为我国四大卫星发射基地分布图。据此完成下面小题。
1．长征四号丙运载火箭从发射到上升至120km高空，在此期间经历的气温变化可能是（ ）
A．一直递减 B．一直递增
C．递增→递减→递增→递减 D．递减→递增→递减→递增
2．长征四号丙运载火箭发射地酒泉对流层的厚度最接近（ ）
A．8-9km B．12-13km C．17-18km D．4-5km
3．长征四号丙运载火箭穿过的平流层（ ）
A．天气现象复杂多变 B．气流垂直运动显著
C．含有臭氧层 D．含有电离层
【答案】1．D 2．B 3．C
【分析】
1．长征四号丙运载火箭从发射到上升至120km高空，经过了对流层、平流层和高层大气。根据大气分层原理和各层大气的特点可知，对流层中随着海拔的升高气温降低；平流层中随着海拔的升高，气温升高；高层大气中随着海拔的升高，气温先降低再升高。因此在此期间经历的气温变化可能是递减→递增→递减→递增，D正确，ABC错误，故选D。
2．根据所学可知，低纬度地区，对流层的厚度约为17-18千米，高纬度地区约为8-9千米，中纬度地区厚度位于二者之间，根据选项可知，B正确，ACD错误。故选B。
3．天气现象复杂多变是对流层的特点，A错误。平流层的气流以水平运动为主，B错误。平流层中含有若干臭氧层，C正确。电离层位于高层大气，D错误。故选C。
课堂小结：穹顶之下，同呼吸、共命运，今天我们不仅了解了大气的组成和垂直分层特点，还对人类活动和大气的关系有了进一步的认识，让我们更清楚地认识到大气是人类赖以生存的基本保障，我们既要利用好它，更要保护好它。
【板书设计】
第一节 地球的组成和垂直分层
一、大气的组成
1.低层大气：成分、作用
2.人类活动与大气的关系
二、大气的垂直分层
1.对流层 气温 空气运动 与人类关系
2.平流层
3.高层大气
【课堂过关检测】
大气中水汽和固体杂质很少，但却在天气变化中扮演重要的角色。据此完成下面小题。
1．关于大气中的水汽和杂质的叙述，正确的是（ ）
①水汽主要集中在平流层 ②水的相变直接影响地面和大气温度
③杂质作为凝结核，是成云致雨的必要条件 ④在同一季节，各地水汽含量是一样的
A．①② B．②③ C．③④ D．②④
2．大气中固体杂质含量最多的地区是（ ）
A．海洋上空 B．公园绿地 C．水田耕地 D．建筑工地
2012年10月14日，奥地利人鲍姆加特纳乘坐氦气球从39千米的高空勇敢地跳下，开始了人类历史上最高的自由落体运动。读大气垂直分层示意图，完成下面小题。
3．关于大气垂直分层对应正确的是（ ）
A．①—对流层 B．②—电离层
C．③—平流层 D．④—臭氧层
4．鲍姆加特纳在降落过程中，气温（ ）
A．逐渐升高 B．逐渐降低
C．先降低再升高 D．先升高再降低
【课堂过关检测】参考答案
【答案】1．B 2．D
【分析】
1．大气中的水汽集中在对流层，影响对流层天气变化，①错；水的相变过程中伴随着热量的吸收和释放，直接影响地面和大气温度，②正确；大气中的固体杂质是成云致雨所必需的凝结核，③正确；大气中水汽的含量因时因地而异，④错。②③正确，故选B。
2．建筑工地灰尘多，大气中固体杂质最多；海洋、公园绿地和水田耕地对大气具有净化作用，固体杂质少，D正确，A、B、C错。故选D。
【答案】3．A 4．C
【分析】
3．读图分析可知，①为对流层，②为平流层；③为中间层，④为电离层。故本题BCD错，选A。
4．读图分析可知，从39千米的平流层垂直跳下，主要经历平流层和对流层，结合图示温度变化可知，温度先降低再升高，C项正确，ABD与题意不符，故本题选C。
【课后反思】
本节课的学习中发现，学生没有重视区分大气的成分和干洁空气的成分，绘制大气垂直分层的曲线图出错较多，说明学习过程中需重点强调气温垂直变化在曲线图中的体现原理。

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