资源简介

3.1《大气的组成与垂直分层》教学设计
【课程标准】
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。
【教学目标】
了解大气的组成及其作用﹔认识人类活动对大气成分的影响。
运用大气层气温随高度变化示意图，探究分析各层的温度变化特点及成因，提升综合思维。
通过课外观察，了解对流层大气的特殊现象，如逆温、雾霾等，并能运用相关原理解释地理现象，提升综合思维和地理实践力。
根据所学知识和原理，了解臭氧层对人类的重要意义，关注雾霾问题和全球变暖现象，增强环保意识，树立人地协调观。
【地理核心素养】
根据本节的学习，学生应达到的学业质量标准如下表所示。
水平一 水平二
在日常生活中，了解与大气的组成和垂直分层有关的现象，如雾霾、对流层气温的变化等，能简单分析它们与人类活动的关系（人地协调观、综合思维） 了解大气的组成及其作用，了解大气垂直分层中各层大气的温度特征及大气运动的规律和成因。结合给定的大气现象（雾霾、逆温等），能够分析其成因与人类活动的相互关系（人地协调观、综合思维）
能够辨识日常生活区域和其他区域中，大气的组成及其相关成分的分布特征（区域认知） 能够根据给定区域的相关信息，归纳出该区域大气各组成成分的时空分布特征（区域认知）
观察雾霾天气，感受空气的质量变化（地理实践力） 观察雾霾天气和逆温现象，独立思考这些大气现象的成因，分析其对人类生产生活的影响，培养求真求实的科学态度（地理实践力）
【教材分析】
大气是自然环境的重要组成部分和最活跃的因素。教材首先介绍了大气的组成情况：一是大气的组成成分以及不同成分的占比情况和分布特征，而是各组成成分与人类（生命体）的相互关系。其次，根据温度等大气物理状况随高度变化的特征，把大气分成对流层、平流层和高层大气，并逐一介绍了各层大气的气温垂直变化、气流运动状况等，着重分析了这三层大气分别与人类生产生活的联系。为了更好的落实课程标准中的有关要求，教材在教学内容处理上运用了较多的图表资料，如“干洁空气组成饼状图”“大气垂直分层示意图”“臭氧浓度分布阴影图”等，还设计了一处“探究”（探究臭氧对地球上生命的意义）和两处“活动”（人是雾霾和逆温现象），重在分析大气组成和垂直分层的特征和变化规律，并探究大气组成要素的变化和垂直分层特征与人类活动的关系，旨在培养学生的综合思维、人地协调观和地理实践力等地理学科核心素养。
【教学重难点】
本节内容总体上比较简单，包含两部分内容，即大气的组成和垂直分层，是学生学习后面大气受热过程和大气运动的基础。学生在平时对臭氧层、温室气体、对流层等知识有所了解，教师在本节内容的教学中需要通过各类图表，把学生平常所了解的零碎知识纳入整个大气组成和垂直分层的知识体系中。学生能够通过学习大气的组成，了解各类成分的作用及人类活动对大气组成的影响；通过学习大气的垂直分层，了解各层大气的气温状况、运动特征及与人类活动的关系，培养人地协调观。
本节教学重点是大气主要成分对地球表面环境的意义，各层大气的性质特征及其与人类活动的关系。
本节的教学难点是大气垂直分层的依据，以及大气温度与热量的关系。学生对于大气的温度和热量两个概念搞不清楚，就难以理解高层大气中气温那么高，为何在这一层高速运行的人造卫星没有被烧毁，也难以理解平流层气温的垂直变化规律等内容。
【教学方法】
自主学习法、小组合作探究法、案例教学法、讲授法
【教学设计】
【导入】
材料一：《北极熊之殇》加拿大环境学家在北极拍摄到令人震撼的一幕：两只北极熊小心翼翼的站在浮冰上，进退两难。对北极熊来说，游1.6千米不是什么大事。但是，因为气候变暖，冰层离陆地越来越远，游到陆地需要消耗更多的能量。不久前，有四只北极熊被发现淹死在阿拉斯加的海岸附近。
问题1：全球气候变暖是大气中的哪些成分发生变化造成的？
材料二：《地球生命的保护伞》雷阵雨过后，我们有时候会我闻到一股刺鼻的气味，这就是臭氧的味道。臭氧主要分布在平流层，臭氧层是指平流层中臭氧集中的层次。臭氧层变薄、浓度降低的这种情况已经收到人们的广泛关注。据科学家研究，大气中的臭氧含量每减少1%，到达地面的太阳紫外线辐射就增加2%。过量的紫外线辐射会增加人的皮肤癌患病率，还会引发白内障、免疫系统缺陷和发育停滞等疾病。在距南极洲较近的智利海伦娜岬角，当地居民只要走出家门，就要在暴露的皮肤表面涂上防晒油，戴上太阳眼镜，否则半小时后，皮肤就会被晒成鲜艳的粉红色，并伴有痒痛；羊群则多患白内障，几乎全盲；河里捕到的鲜鱼也多是盲鱼。
问题2：全球气候变暖是大气中的哪些成分发生变化造成的？
问题3：你还了解哪些全球新大气环境问题？它们与大气中的哪些成分及其含量的变化相关？
（一）大气的组成
【学生提问+学生自主学习】
大气的概念、组成及作用；
干洁空气的组成及作用；
人类活动对大气组成的影响。
水汽、杂质的作用。
【学生回答+教师讲解】
大气：包围地球的空气。
大气为地球生命的繁衍和人类的发展提供了必要条件。
人类生活在大气圈底部，大气的物理状态和组成成分的变化，时刻影响着我们。
大气是多种气体的混合物。低层大气主要由干洁空气、水汽和杂质组成。
如今的大气成分是地球长期演化的结果，在短时期内不会有明显的变化。低层大气中除去水汽和杂质以外的混合气体，称为干洁空气。
一、干洁空气
氮——化学式N2，无色无味气体，氮气大气中占78%，惰性元素；它在生活中是必不可少的，其化合物可做肥料。地球上生物体的基本成分。
氧——化学式O2，无色无味气体，人类和其他好氧生物维持生命活动必需的物质，并参与有机物的燃烧、腐败和分解过程，但空气中的氧能通过植物的光合作用不断地得到补充。
二氧化碳——大气中二氧化碳仅占0.038%(变动)，但对地球上的生命活动和自然环境有着重要作用。二氧化碳是一种常见的温室气体 ，不支持燃烧，是绿色植物进行光合作用的基本原料，另外，它吸收地面辐射的能力强，使气温升高，对地面起保温作用。
臭氧——化学分子式为O3，因其类似鱼腥味的臭味而得名。臭氧能吸收太阳光中的紫外线，使大气增温；减少到达地面的紫外线，臭氧层可保护地球上的生物免受过量紫外线的伤害，而穿透大气到达地面的少量紫外线，又具有杀菌作用，对生物具有保护作用。
【承转】
组成比例是会变化的，进而影响人类活动。
人类活动排放的污染物进入大气，会影响大气的成分和含量，产生大气污染，对生态系统和人类生存造成不利影响。
人类工业生产排放的废气、汽车排放的尾气会造成大气污染；图为北京优良天气和重污染天气对比。
【展示图片】大气中二氧化碳含量的变化与人类活动——二氧化碳体积分数的变化
在过去80万年的绝大多数时间里，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，短短不到300年的时间里，二氧化碳体积分数增加了40%多。
二氧化碳体积分数的增加，基本上都来自化石燃料的燃烧和土地利用的变化(主要是毁林)。
①化石燃料燃烧，会释放二氧化碳。
②森林面积缩小，会减少森林对二氧化碳的吸收量。
【展示图片】全球温度与二氧化碳变化示意图
左图——全球温度与二氧化碳变化示意图
右图——全球对流层中层的二氧化碳分布图
【活动探究1】
深度思考：在奥运会等世界重大体育赛事中，来自非洲埃塞俄比亚、肯尼亚的中长跑运动员往往成绩优异。大气中氧气含量对人体坚朗至关重要，科学研究发现，适当的缺氧环境利于激发人体的运动潜能。你能从这个角度来推测这两个国家中长跑运动员成绩优异的原因吗？
材料一：大气中氧气含量对人体健康至关重要；科学研究发现，适当的缺氧环境利于激发运动员的运动潜力；但含氧量太低会危害人体健康甚至危及生命。
材料二：我国已建成甘肃榆中、青海多巴、云南海埂、河北兴隆、云南呈贡等国家级高原体育训练基地。
表2.1 我国部分高原训练基地的地理坐标
地点 甘肃榆中 青海多巴 云南海埂 河北兴隆 云南呈贡
海拔 1996 2366 1888 2118 1906
经度 104°02′E 101°31′E 102°41′E 117°22′E 102°48′E
纬度 35°52′N 36°40′N 25°01′N 40°36′N 24°53′N
材料三：非洲的行政区划图、地形地势图、中国地势示意图。
材料四：
表2.2 不同海拔与海平面的含氧量比
海拔 0 1000 2000 3000 4000
含氧比 100 89 78 70 61
问题：
1.在非洲地形图上，找出这两个国家，归纳它们共同的地形特点。
2.由此，你能推测这两个国家中长跑运动员成绩优异的原因吗
3.在中国地图(地图册或教学挂图)上找到表2.1所列的高原训练基地的位置。
4.目前，世界公认的平原运动员进行高原训练的最佳高度为海拔1800-2400米
①表2.1中所列的高原训练基地的海拔在这个范围内吗
②参照表2.2推测运动员在更高海拔训练反而达不到理想成绩的原因。
【学生分组讨论】
水汽
水汽的作用：
在大气温度变化的范围内，水汽可以发生固、液、气三态的转化，产生云、雾、雨、雪等一系列天气现象。同时伴随着热量的吸收和释放，直接影响地面和大气的温度。是成云致雨的必要条件。
水汽的分布
水平方向——海洋上空高于陆地上空；湿润地区上空高于干旱地区上空。
垂直方向——自地面向高空减少。
【展示图片】——水汽的分布
杂质
杂质的分布
随时间、地点、天气条件而变化。
在近地面大气中，陆地多于海上，城市多于乡村，冬季多于夏季。
杂质的作用
成云致雨的必要条件。
【拓展】
成云致雨的必要条件：
①充足的水汽；②杂质；③降温（遇冷）。
【活动探究2】
阅读教材第68页活动。
雾和霾有何区别。
雾霾天气对我们生活会产生什么样的影响。
【学生分组讨论并回答】
雾和霾有何区别。
共同点：
1.形成条件：
①凝结核（固体杂质）；②大气层结稳定（如：对流运动弱、风小等）；
2.影响：能见度下降。
不同点：
雾是水汽凝结现象（雾的形成需要有大量的水汽，且遇冷）;一般多发于晴朗的夜晚和清晨，当白天太阳升起，气温升高，雾就会消散。
霾是大量杂质集合现象，为大气污染状态（多为PM2.5的颗粒物），可在一天中的任何时间出现。
雾霾天气对我们生活会产生什么样的影响。
①危害人体健康。②影响生活出行。③影响交通通行。
（二）大气的垂直分层
【学生自主学习】
大气垂直分层的依据。
对流层、平流层和高层大气的分布、特点与人类活动的关系。
【教师讲解】
划分原则：大气的温度、密度和运动状态在垂直方向上的差异。
对流层
对流层是大气圈的最底层，集中了大气圈质量的3/4和几乎全部的水汽、杂质，大气中的污染物也多集中在这一层。
1.范围：近地面至对流层顶（平均值为12千米）
2.时空分布：
季节变化：夏季较厚，冬季较薄
空间变化：低纬较厚，高纬较薄
低纬地区：17-18千米；中纬地区：10-12千米；高纬地区：8-9千米。
3.温度变化：
气温随高度的增加而递减。（每升高100米，气温下降0.6℃）。在对流层的顶部气温降至-60℃；对流层的大气上部冷、下部热，有利于大气的对流运动。因为地面是对流层大气的主要热源。
4.特点：
对流运动显著，有复杂的天气现象，如：云雨雷电等天气。
【拓展】对流层为什么天气现象复杂多变？
具备成云致雨的必要条件，水汽杂质含量多，对流运动显著（降温条件）
【补充】
逆温——对流层下部，气温随高度升高而增强的现象。
发生逆温时，大气运动状况是什么样的？
2.逆温现象会带来什么影响？
【答案】
由于大气上热下冷，阻碍空气对流运动，大气稳定。
由于大气稳定，使空气中的水汽、杂质不易扩散，形成大雾天气或大气污染事件，如：霾的发生。
平流层
1.范围：对流层顶向上至50-55千米。
2.温度变化：气温随高度的增加而增加。该层大气的下层气温随高度变化很小，但是在30千米以上，气温随高度增加而迅速上升；这是因为平流层中的臭氧吸收大量太阳紫外线，使大气增温。平流层中上部臭氧吸收紫外线增温。
3.特点
海拔高，温度高
水汽杂质含量少
对流运动弱，平流运动显著
大气能见度高，天气晴朗
适宜航空飞行
在22-27千米范围内， 臭氧含量达到最大值，形成臭氧层；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”。
平流层的大气上部热、下部冷，不易形成对流，主要以平流运动为主；该层大气中水汽和杂质含量很少，无云雨现象，能见度好，适合航空飞行
【全球合作，保护臭氧层】
20世纪70年代，科学家发现南极地区上空的臭氧量下降严重，出现了南极臭氧洞。2006年“南极臭氧洞”面积已经超过北美洲的面积。
在新型制冷设备的推广下，2019年南极臭氧洞面积已缩至近四十年最小值，目前南极臭氧洞正在慢慢缩小。
臭氧层空洞是大气平流层中臭氧浓度最小处，是臭氧层缺失处，有臭氧层空洞的地区会对生物产生重大的影响。
20世纪80年代初，科学家观测发现，南极上空每年春季臭氧含量比之前有大幅度下降，并将这一现象称为“臭氧空洞”。“臭氧空洞”的出现，表明臭氧层被破坏，臭氧含量减少。
《保护臭氧层维也纳公约》：
为了保护臭氧层，国际社会于1985年缔结了《保护臭氧层维也纳公约》(以下简称《公约》)，开启了全球携手保护臭氧层的历程。
1987年9月16日，46个缔约方在加拿大蒙特利尔达成了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》(以下简称《议定书》)，限制生产和使用氯氟碳化物等消耗臭氧层的物质。
1995年， 联合国大会决定，每年的9月16日为“国际保护臭氧层日”。
《公约》和《议定书》得到了全世界绝大多数国家和地区的支持，成为联合国数百个公约中参与度最高的公约。
《公约》及其《议定书》的有效实施，使得“臭氧空洞”开始缩小，在全球范围内避免了数百万例可能由紫外线带来的人类疾病，如皮肤癌、白内障等；另外，保护臭氧层还减缓了气候变化的幅度。
目前，人类面临的全球性环境问题，如全球变暖、臭氧层破坏等，都需要国际合作才能解决。保护臭氧层的成功，成为全球合作成功解决这类问题的典范。
高层大气
范围：平流层以上的大气统称高层大气。自平流层顶至2000~3000千米高空。
特点：自平流层顶部开始，由于没有吸收紫外线的臭氧，气温会下降；随后，由于大气吸收了更短波长的太阳紫外线，温度又持续上升，在300千米的高空，温度可达1000℃以上。
【拓展】电离层
1.分布于60-500千米的高空，有若干电离层。
2.在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，大气分子被分解为离子，大气处于高度电离状态。
3.电离层能反射无线电波，对远距离无线电通信有重要作用。
流行燃烧——高层大气中在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
无线电通信——在80-500 千米的高空，有若干电离层；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，能反射无线电波，对无线电通信有重要作用。
极光——由于太阳带电粒子流（太阳风）进入地球磁场，使高层大气分子或原子电离而产生，出现的灿烂美丽的光辉。
大气上界——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。
【总结】
【活动探究3】
1.在对流层，海拔每上升100米，气温约下降0.6℃，从而形成一个随高度增加而温度下降的大气垂直温度梯度。据此，完成相关任务。
（1）近年来，贵阳将“中国避暑之都”作为城市名片，着力打造“避暑”旅游产品，大力发展“避暑”经济。在我国地形图上，找到贵阳、重庆、武汉、长沙、上海的位置；读图，说明贵阳打造避暑旅游名城的优势条件，并分析其形成原因。
（2）每年3月，西藏大部分地区的隆冬尚未结束，林芝的桃花却竞相开放，争奇斗艳，皑皑白雪与灼灼桃花相互映衬，让人领略到“雪域江南”的独特春光。读图，试分析这一地理现象的形成原因。
【学生分组讨论并回答】
（1）夏季气候凉爽。纬度较低，海拔较高，气温较低。
西藏垂直高差大，山上海拔高，气温低，河谷地区地势较低，气温较高。
【板书设计】
【当堂检测】
1.飞机在万米高空飞行，高度保持不变，由南极飞往赤道，途中穿过的大气层是（ D ）
A.始终在对流层 B.始终在平流层 C.从对流层进入平流层 D.从平流层进入对流层
2.大气的组成物质及表现是（ C ）
A.氮气和臭氧吸收太阳紫外线 B.二氧化碳只吸收太阳辐射
C.水汽和固体尘埃可成云致雨 D.氧气和氮气供植物呼吸
3.近几年，城市上空多灰霾的主要原因是（ C ）
A.二氧化碳多 B.水汽多
C.固体颗粒多 D.温度低
右图为大气的垂直分层图
4.①②③④四条线中，能正确表示大气层垂直
气温变化的是（ A ）
A.① B.② C.③ D.④
5.影响该大气层气温垂直变化的主要因素是（ C ）
A.地面辐射 B.二氧化碳气体
C.臭氧气体 D.人类活动
①
③
②
④
50
12
—60
—50
—40
—30
—20
—10
0
高度（km）
温度（℃）

展开更多......

收起↑