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2.2 大气受热过程和大气运动
一、学习目标
1. 运用示意图等，说明大气的受热过程，理解大气对地面的保温作用。
2. 理解热力环流的形成原理，能够运用热力环流原理解释相关的自然现象。
3. 掌握大气的水平运动——风的形成过程，分析影响风的各种力及其作用。
4. 培养学生的综合思维能力，能够从大气受热、运动等角度分析地理现象，提升地理实践力和区域认知能力。
二、学习重难点
1. 重点
大气的受热过程，特别是大气对地面的保温作用。
热力环流的形成原理及应用。
风的形成过程及影响风的力。
2. 难点
理解大气对地面的保温作用的原理。
热力环流中不同区域空气的垂直和水平运动情况。
准确判断不同力作用下风的方向和大小。
三、知识点梳理
1. 大气的受热过程
太阳辐射：太阳源源不断地以电磁波的形式向宇宙空间放射能量，称为太阳辐射。太阳辐射能主要集中在可见光部分。
地面吸收：太阳辐射到达地球，一部分被大气吸收和反射，大部分透过大气射到地面，地面吸收太阳辐射而增温。
地面辐射：地面增温后，以长波辐射的形式向近地面大气传递热量。地面辐射是近地面大气主要的、直接的热源。
大气吸收：近地面大气中的水汽和二氧化碳等，吸收地面长波辐射的能力很强，大气吸收地面辐射后增温。
大气逆辐射：大气在增温的同时，也向外辐射热量。大气辐射的方向既有向上的，也有向下的。射向地面的大气辐射，称为大气逆辐射。大气逆辐射把热量还给地面，在一定程度上补偿了地面辐射损失的热量，对地面起到了保温作用。
2. 热力环流
（1）形成原理：由于地面冷热不均而形成的空气环流，称为热力环流。它是大气运动最简单的形式。当地面受热均匀时，空气没有相对运动。当某个地区地面受热较多时，空气膨胀上升，近地面形成低气压，高空形成高气压；受热较少的地区，空气冷却收缩下沉，近地面形成高气压，高空形成低气压。在水平方向上，空气由高压区流向低压区，从而形成热力环流。
（2）常见的热力环流形式
海陆风：白天，陆地升温快，气温高，空气膨胀上升，近地面形成低气压；海洋升温慢，气温低，空气收缩下沉，近海面形成高气压。近地面风从海洋吹向陆地，形成海风。夜晚，陆地降温快，气温低，空气收缩下沉，近地面形成高气压；海洋降温慢，气温高，空气膨胀上升，近海面形成低气压。近地面风从陆地吹向海洋，形成陆风。
山谷风：白天，山坡接受太阳光热较多，空气增温较多；而山谷上空，同高度上的空气因离地较远，增温较少。于是山坡上的暖空气不断上升，并在上层从山坡流向谷地，谷底的空气则沿山坡向山顶补充，这样便在山坡与山谷之间形成一个热力环流。下层风由谷底吹向山坡，称为谷风。到了夜间，山坡上的空气受山坡辐射冷却影响，降温较多；而谷地上空，同高度的空气因离地面较远，降温较少。于是山坡上的冷空气因密度大，顺山坡流入谷地，谷底的空气因汇合而上升，并从上面向山顶上空流去，形成与白天相反的热力环流。下层风由山坡吹向谷地，称为山风。
城市风：由于城市人口集中并不断增多，工业发达，居民生活、工业生产和交通工具消耗大量的燃料，释放出大量的人为热，导致城市气温高于郊区，形成“城市热岛”。当大气环流微弱时，由于城市热岛的存在，引起空气在城市上升，在郊区下沉，在城市和郊区之间形成了小型的热力环流，称为城市风。
3. 大气的水平运动——风
水平气压梯度力：由于地表受热不均，使同一水平面上产生了气压差异。单位距离间的气压差叫做气压梯度。只要水平面上存在着气压梯度，就产生了促使大气由高气压区流向低气压区的力，这个力称为水平气压梯度力。水平气压梯度力是形成风的直接原因，其方向垂直于等压线，由高压指向低压。
地转偏向力：地球自转产生一种促使物体水平运动方向产生偏转的力，称为地转偏向力。在北半球，地转偏向力使物体向右偏转；在南半球，地转偏向力使物体向左偏转。地转偏向力只改变风的方向，不改变风的速度。
摩擦力：是指地面与空气之间，以及运动状况不同的空气层之间互相作用而产生的阻力。摩擦力既改变风的方向，又改变风的速度。
高空的风：高空的风受水平气压梯度力和地转偏向力的影响。当水平气压梯度力与地转偏向力大小相等、方向相反时，风将沿等压线做匀速直线运动，风向与等压线平行。
近地面的风：近地面的风受水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力的共同作用。在三力的共同影响下，近地面的风斜穿等压线，风向与等压线之间成一夹角。
四、探究活动
1. 探究大气保温作用的模拟实验
（1）实验目的：通过模拟实验，直观感受大气的保温作用。
（2）实验器材：两个相同的玻璃容器、温度计、塑料薄膜、适量的土壤等。
（3）实验步骤
在两个玻璃容器中分别装入等量的土壤。
在一个玻璃容器上覆盖塑料薄膜，另一个不覆盖。
将两个玻璃容器同时放在阳光下照射一段时间。
每隔一段时间测量并记录两个玻璃容器内土壤的温度。
（4）小组讨论
比较两个玻璃容器内土壤温度的变化，分析原因。
塑料薄膜在实验中相当于大气的什么作用？
代表发言：覆盖塑料薄膜的玻璃容器内土壤温度较高，因为塑料薄膜阻挡了热量的散失，类似于大气的保温作用，大气中的二氧化碳和水汽等也能阻挡地面长波辐射，使地面热量不易散失。
2. 探究热力环流在生活中的应用
（1）案例展示：城市规划中，工业区的布局与城市风的关系；农业生产中，利用山谷风改善果园的通风和光照条件等案例。
（2）小组讨论
结合案例，分析热力环流对城市规划和农业生产的影响。
举例说明生活中还有哪些现象与热力环流有关。
代表发言：在城市规划中，为了减少工业区对城区的污染，应将工业区布局在城市风的下沉距离之外；在农业生产中，山谷风可以促进果园的空气流通，增加光照等。生活中，沿海地区白天和夜晚的风向变化也是热力环流的体现。
五、史料分析
1. 古代关于大气现象的记载：展示古代文献中关于风、云、雨等大气现象的记载，如《齐民要术》中关于天气与农业生产关系的描述。
（1）分析问题
从史料中找出与大气受热或运动相关的内容。
古代人们对大气现象的认识与现代科学认识有哪些异同？
（2）分析问题
气象观测仪器的发展对理解大气受热过程和大气运动有什么帮助？
现代气象观测技术还有哪些新的进展？
六、课堂练习
1. 下列关于大气受热过程的说法，正确的是（ ）
A. 大气直接吸收的太阳辐射能量很多
B. 地面辐射是近地面大气主要的、直接的热源
C. 大气逆辐射对地面起不到保温作用
D. 大气的保温作用主要是因为大气吸收了太阳辐射
2. 关于热力环流的叙述，正确的是（ ）
A. 热力环流是由于地面冷热不均引起的
B. 热力环流是大气运动最复杂的形式
C. 垂直方向上，热的地方空气冷却下沉
D. 近地面空气由高压流向低压，高空相反
七、总结归纳
1. 学生回顾本节课所学内容，总结大气的受热过程，包括太阳辐射、地面吸收、地面辐射、大气吸收和大气逆辐射等环节，以及大气对地面的保温作用原理。
2. 总结热力环流的形成原理，常见的热力环流形式（海陆风、山谷风、城市风）及其形成过程。
3. 总结大气水平运动——风的形成，分析水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力对风的方向和速度的影响，以及高空风和近地面风的特点。
4. 教师补充完善，强调重点知识和易错点，如大气保温作用的关键环节、热力环流中空气运动方向的判断、风的受力分析等。
八、拓展延伸
1. 案例分析：以某城市的热岛效应为例，分析热岛效应的成因、对城市环境的影响及缓解措施。
发展现状：随着城市规模的不断扩大，城市热岛效应日益明显。城市中心区温度明显高于郊区，导致城市空气对流和降水等天气现象发生变化。
存在问题：热岛效应会加剧城市的能源消耗，增加空调使用量；还可能导致城市空气质量下降，影响居民健康；同时，改变城市局部气候，增加极端天气发生的概率。
对策建议：增加城市绿地和水体面积，通过植物蒸腾和水体蒸发吸热降温；合理规划城市布局，增加城市通风廊道，促进空气流通；推广绿色建筑，减少建筑物的热量吸收等。
2. 小组讨论：未来大气运动研究可能面临哪些挑战和机遇？
(1)成员发言
挑战方面，气候变化可能导致大气运动规律发生变化，增加研究的复杂性；大气运动的多尺度相互作用研究难度较大等。
机遇方面，随着观测技术和计算能力的不断提升，可以获取更精确的数据和进行更复杂的模拟研究；大气运动研究对于应对气候变化、保障航空安全等方面具有重要意义，将得到更多的关注和支持等。2.2 大气受热过程和大气运动
一、学习目标
1. 运用示意图等，说明大气的受热过程，理解大气对地面的保温作用。
2. 理解热力环流的形成原理，能够运用热力环流原理解释相关的自然现象。
3. 掌握大气的水平运动——风的形成过程，分析影响风的各种力及其作用。
4. 培养学生的综合思维能力，能够从大气受热、运动等角度分析地理现象，提升地理实践力和区域认知能力。
二、学习重难点
1. 重点
大气的受热过程，特别是大气对地面的保温作用。
热力环流的形成原理及应用。
风的形成过程及影响风的力。
2. 难点
理解大气对地面的保温作用的原理。
热力环流中不同区域空气的垂直和水平运动情况。
准确判断不同力作用下风的方向和大小。
三、知识点梳理
1. 大气的受热过程
太阳辐射：太阳源源不断地以电磁波的形式向宇宙空间放射能量，称为太阳辐射。太阳辐射能主要集中在可见光部分。
地面吸收：太阳辐射到达地球，一部分被大气吸收和反射，大部分透过大气射到地面，地面吸收太阳辐射而增温。
地面辐射：地面增温后，以长波辐射的形式向近地面大气传递热量。地面辐射是近地面大气主要的、直接的热源。
大气吸收：近地面大气中的水汽和二氧化碳等，吸收地面长波辐射的能力很强，大气吸收地面辐射后增温。
大气逆辐射：大气在增温的同时，也向外辐射热量。大气辐射的方向既有向上的，也有向下的。射向地面的大气辐射，称为大气逆辐射。大气逆辐射把热量还给地面，在一定程度上补偿了地面辐射损失的热量，对地面起到了保温作用。
2. 热力环流
（1）形成原理：由于地面冷热不均而形成的空气环流，称为热力环流。它是大气运动最简单的形式。当地面受热均匀时，空气没有相对运动。当某个地区地面受热较多时，空气膨胀上升，近地面形成低气压，高空形成高气压；受热较少的地区，空气冷却收缩下沉，近地面形成高气压，高空形成低气压。在水平方向上，空气由高压区流向低压区，从而形成热力环流。
（2）常见的热力环流形式
海陆风：白天，陆地升温快，气温高，空气膨胀上升，近地面形成低气压；海洋升温慢，气温低，空气收缩下沉，近海面形成高气压。近地面风从海洋吹向陆地，形成海风。夜晚，陆地降温快，气温低，空气收缩下沉，近地面形成高气压；海洋降温慢，气温高，空气膨胀上升，近海面形成低气压。近地面风从陆地吹向海洋，形成陆风。
山谷风：白天，山坡接受太阳光热较多，空气增温较多；而山谷上空，同高度上的空气因离地较远，增温较少。于是山坡上的暖空气不断上升，并在上层从山坡流向谷地，谷底的空气则沿山坡向山顶补充，这样便在山坡与山谷之间形成一个热力环流。下层风由谷底吹向山坡，称为谷风。到了夜间，山坡上的空气受山坡辐射冷却影响，降温较多；而谷地上空，同高度的空气因离地面较远，降温较少。于是山坡上的冷空气因密度大，顺山坡流入谷地，谷底的空气因汇合而上升，并从上面向山顶上空流去，形成与白天相反的热力环流。下层风由山坡吹向谷地，称为山风。
城市风：由于城市人口集中并不断增多，工业发达，居民生活、工业生产和交通工具消耗大量的燃料，释放出大量的人为热，导致城市气温高于郊区，形成“城市热岛”。当大气环流微弱时，由于城市热岛的存在，引起空气在城市上升，在郊区下沉，在城市和郊区之间形成了小型的热力环流，称为城市风。
3. 大气的水平运动——风
水平气压梯度力：由于地表受热不均，使同一水平面上产生了气压差异。单位距离间的气压差叫做气压梯度。只要水平面上存在着气压梯度，就产生了促使大气由高气压区流向低气压区的力，这个力称为水平气压梯度力。水平气压梯度力是形成风的直接原因，其方向垂直于等压线，由高压指向低压。
地转偏向力：地球自转产生一种促使物体水平运动方向产生偏转的力，称为地转偏向力。在北半球，地转偏向力使物体向右偏转；在南半球，地转偏向力使物体向左偏转。地转偏向力只改变风的方向，不改变风的速度。
摩擦力：是指地面与空气之间，以及运动状况不同的空气层之间互相作用而产生的阻力。摩擦力既改变风的方向，又改变风的速度。
高空的风：高空的风受水平气压梯度力和地转偏向力的影响。当水平气压梯度力与地转偏向力大小相等、方向相反时，风将沿等压线做匀速直线运动，风向与等压线平行。
近地面的风：近地面的风受水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力的共同作用。在三力的共同影响下，近地面的风斜穿等压线，风向与等压线之间成一夹角。
四、探究活动
1. 探究大气保温作用的模拟实验
（1）实验目的：通过模拟实验，直观感受大气的保温作用。
（2）实验器材：两个相同的玻璃容器、温度计、塑料薄膜、适量的土壤等。
（3）实验步骤
在两个玻璃容器中分别装入等量的土壤。
在一个玻璃容器上覆盖塑料薄膜，另一个不覆盖。
将两个玻璃容器同时放在阳光下照射一段时间。
每隔一段时间测量并记录两个玻璃容器内土壤的温度。
（4）小组讨论
比较两个玻璃容器内土壤温度的变化，分析原因。
塑料薄膜在实验中相当于大气的什么作用？
代表发言：覆盖塑料薄膜的玻璃容器内土壤温度较高，因为塑料薄膜阻挡了热量的散失，类似于大气的保温作用，大气中的二氧化碳和水汽等也能阻挡地面长波辐射，使地面热量不易散失。
2. 探究热力环流在生活中的应用
（1）案例展示：城市规划中，工业区的布局与城市风的关系；农业生产中，利用山谷风改善果园的通风和光照条件等案例。
（2）小组讨论
结合案例，分析热力环流对城市规划和农业生产的影响。
举例说明生活中还有哪些现象与热力环流有关。
代表发言：在城市规划中，为了减少工业区对城区的污染，应将工业区布局在城市风的下沉距离之外；在农业生产中，山谷风可以促进果园的空气流通，增加光照等。生活中，沿海地区白天和夜晚的风向变化也是热力环流的体现。
五、史料分析
1. 古代关于大气现象的记载：展示古代文献中关于风、云、雨等大气现象的记载，如《齐民要术》中关于天气与农业生产关系的描述。
（1）分析问题
从史料中找出与大气受热或运动相关的内容。
古代人们对大气现象的认识与现代科学认识有哪些异同？
答案：史料中可能会有对不同季节风向变化、云层与降雨关系等描述。古代人们对大气现象的认识多基于经验观察，现代科学则从原理、机制等方面进行深入研究，但古代经验对农业生产等仍有一定借鉴意义。
2. 近现代气象观测的发展：介绍近现代气象观测仪器的发明和发展，如温度计、气压计等的出现对大气研究的推动作用。
（2）分析问题
气象观测仪器的发展对理解大气受热过程和大气运动有什么帮助？
现代气象观测技术还有哪些新的进展？
答案：气象观测仪器的发展使得对大气温度、气压等要素的测量更加准确，为研究大气受热过程和运动提供了数据支持。现代气象观测技术如卫星遥感、雷达探测等，可以更全面、实时地监测大气状况。
六、课堂练习
1. 下列关于大气受热过程的说法，正确的是（ ）
A. 大气直接吸收的太阳辐射能量很多
B. 地面辐射是近地面大气主要的、直接的热源
C. 大气逆辐射对地面起不到保温作用
D. 大气的保温作用主要是因为大气吸收了太阳辐射
答案：B
解析：大气直接吸收的太阳辐射能量较少，A错误；地面辐射是近地面大气主要的、直接的热源，B正确；大气逆辐射对地面起到保温作用，C错误；大气的保温作用主要是因为大气吸收地面长波辐射并通过大气逆辐射把热量还给地面，D错误。
2. 关于热力环流的叙述，正确的是（ ）
A. 热力环流是由于地面冷热不均引起的
B. 热力环流是大气运动最复杂的形式
C. 垂直方向上，热的地方空气冷却下沉
D. 近地面空气由高压流向低压，高空相反
答案：A
解析：热力环流是由于地面冷热不均引起的，A正确；它是大气运动最简单的形式，B错误；垂直方向上，热的地方空气膨胀上升，C错误；近地面和高空的空气都是由高压流向低压，只是高空风向与等压线平行，近地面风向与等压线有夹角，D错误。
七、总结归纳
1. 学生回顾本节课所学内容，总结大气的受热过程，包括太阳辐射、地面吸收、地面辐射、大气吸收和大气逆辐射等环节，以及大气对地面的保温作用原理。
2. 总结热力环流的形成原理，常见的热力环流形式（海陆风、山谷风、城市风）及其形成过程。
3. 总结大气水平运动——风的形成，分析水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力对风的方向和速度的影响，以及高空风和近地面风的特点。
4. 教师补充完善，强调重点知识和易错点，如大气保温作用的关键环节、热力环流中空气运动方向的判断、风的受力分析等。
八、拓展延伸
1. 案例分析：以某城市的热岛效应为例，分析热岛效应的成因、对城市环境的影响及缓解措施。
发展现状：随着城市规模的不断扩大，城市热岛效应日益明显。城市中心区温度明显高于郊区，导致城市空气对流和降水等天气现象发生变化。
存在问题：热岛效应会加剧城市的能源消耗，增加空调使用量；还可能导致城市空气质量下降，影响居民健康；同时，改变城市局部气候，增加极端天气发生的概率。
对策建议：增加城市绿地和水体面积，通过植物蒸腾和水体蒸发吸热降温；合理规划城市布局，增加城市通风廊道，促进空气流通；推广绿色建筑，减少建筑物的热量吸收等。
2. 小组讨论：未来大气运动研究可能面临哪些挑战和机遇？
(1)成员发言
挑战方面，气候变化可能导致大气运动规律发生变化，增加研究的复杂性；大气运动的多尺度相互作用研究难度较大等。
机遇方面，随着观测技术和计算能力的不断提升，可以获取更精确的数据和进行更复杂的模拟研究；大气运动研究对于应对气候变化、保障航空安全等方面具有重要意义，将得到更多的关注和支持等。

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