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2.3 大气的运动
从容说课
本节内容主要是从动态的角度来分析大气的特性，是分析天气与气候成因的基础。学习这节内容时，我们应善于抓住主要问题，即要有一条主线贯穿全课时。首先，我们运用教材中热力环流图来分析、说明大气运动的能量来源于太阳辐射，它是引起大气运动的根本原因。从而，依此递推形成了以下一条主要线索：太阳辐射对地球各纬度加热不均→造成高低纬度间热量的差异→形成热力环流→同一水平面上单位距离气压差异→水平气压梯度力→大气运动（风的形成）。其次，我们再深入分析：水平气压梯度力是形成风的直接原因。风的大小就是由水平气压梯度力来决定的。在一幅等压线的分布图中，等压线越密集，水平气压梯度力就越大，风力也就越大。风的方向是由水平气压梯度力、地转偏向力和地面磨擦力决定的。只受水平气压梯度力的作用，风向垂直于等压线，并由高压吹向低压；若受水平气压梯度力和地球自转偏向力两个力的共同作用，风向最终平行于等压线；若受水平气压梯度力、地转偏向力和磨擦力三个力的共同作用，风向与等压线斜交，这是本节的难点。
总之，学习本节内容，我们应联系物理知识，通过对物理知识的迁移，边讲解、边绘图，使从地面冷热不均引起的热力环流到近地面大气中风的形成得到环环相扣、顺理成章的解释。
●教学目标
知识目标
1.理解热力环流形成、影响大气水平运动的“三力”及其作用下的风向。
2.掌握气旋、反气旋的运动方向。
3.在等压线图上表示实际大气中的风向。
能力目标
1.会画气旋、反气旋示意图。
2.会读简单的等压线图。
德育目标
1.使学生认识大气运动与人们生活和生产活动的关系，明确人类活动应如何趋利避害。
2.能将所学知识运用于实际，服务于社会。
●教学重点
1.理解热力环流的形成。
2.理解大气的水平运动——风。
3.掌握气旋、反气旋的运动方向。
●教学难点
1.热力环流的动态过程引起的等压面的弯曲方向。
2.影响大气水平运动的“三力”及其作用下的风向。
●教学方法
1.实验法：结合本课的活动，课前安排学生实验、观察、证明热力环流。
2.利用多媒体课件演示气旋、反气旋的动态情况，帮助学生理解它们的运动。
3.讲述法：详细讲述分别受三种力作用下的风向。
●教具准备
投影仪(片)、多媒体、补充资料及一些小实验用具如烧杯、燃纸片等工具。
●课时安排
一课时
●教学过程
［导入新课］
地球周围的大气好像一部巨大的机器，日夜不停地运动着。它的运动形式多种多样，范围有大有小，正是这种不停的大气运动，形成了地球上不同地区的天气和气候。大气为什么会运动以及怎样运动这是我们这一节课要学习的内容。下面我们就来学习第三节的内容。
［讲授新课］
2.3 大气的运动(板书)
本课的引言部分可以看做是整个大气运动相关内容的前言部分。请同学们先阅读课本引言，分析一下引言概括了大气运动的哪些内容。
大气时刻不停地运动着。大气中热量和水汽的输送以及一切天气变化，都是通过大气运动实现的。这说明了大气运动的重要性。
其次，大气运动的能量来源于太阳辐射。由于各纬度获得的太阳辐射能多少不均，造成高低纬度间温度的差异，这是引起大气运动的根本原因。
再次，大气运动的形式有水平运动和垂直运动之分。其中，大气的垂直运动表现为气流的上升或气流的下沉；大气的水平运动即是风。
(承转)同学们，课前安排大家观察烧一锅开水时，锅里沸腾的开水，中间水向上冒，锅边水往下沉。点燃一小堆纸时，纸片和灰烬从火堆上升，在空中流向四周，又从火堆四周下沉，然后又进入火堆。以上这两种现象都是由于中间和四周受热不均而形成的热力环流现象。那么，大气的运动情况到底是怎样的呢？我们先学习第一部分内容。
一、热力环流(板书)
由于地面冷热不均而形成的空气环流，称为热力环流。它是大气运动的一种最简单的形式。
我们在学习这部分内容时，可以用简单的板画把相关内容画出来，便于学生理解。这部分内容是我们学习全球大气环流的基础，学习时需正确处理好以下几个关系：
同时，应进一步明确：气压的高低只能在同一高度进行比较；近地面的气压分布状况是由于热力原因（空气受热或受冷）形成的，而高空的气压分布（在同一高度）状况往往是因空气密度大小而引起的上升或下沉气流造成的，此属动力的原因。
通过上述分析，我们再结合下面的图形，了解由于冷热分布不均引起的大气环流状况。此外，由于同一水平面上的A′、B′、C′三点气压不再相等，等压面也不再水平，在A′处往上移，在B′、C′处往下移，就形成了弯曲的等压面。等压面凸起的地方是高压区，等压面下凹的地方是低压区。
在现实生活中，根据大量观测事实证明，城市的气温经常比其四周郊区高，好像一个“热岛”矗立在温度比较凉的“海洋”之上，人们称之为“城市热岛”。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，称为城市热岛环流(见课文中圈2．9)。由于城市热岛环流的出现，城区工厂排出的污染物随上升气流而上升，笼罩在城市上空，并从高空流向郊区，到郊区后下沉。下沉气流又从近地面流向城市中心，并将郊区工厂排出的污染物带入城市，致使城市的空气污染更加严重。为了减轻城市的大气污染，在城市规划时，一定要注意研究城区上升气流到郊区的下沉距离。一方面将污染严重的工业企业布局在城市风的下沉距离之外，避免这些工厂排出的污染物从近地面流向城区。另一方面，应将卫星城建在城市风环流之外，避免这些工厂排出的污染物相互污染。
补充材料一：几种常见的热力环流
(1)城市风
城市人口集中、工业发达，居民生活、工业生产和交通工具消耗大量的煤、石油、天然气等燃料，释放出大量的人为热，因而导致城市气温高于郊区，使城市犹如一个温暖的岛屿，人们称之为“城市热岛”。当大的环流微弱时，由于城市热岛的存在，引起空气在城市地区上升，在郊区下沉，下沉气流又从近地面流向城市中心，在城市和郊区之间形成了小型的热力环流(下图)，称为城市风。
（2）海陆风
白天，陆地增温比海洋快，陆面气温比海面高。陆地上的空气膨胀上升，近地面气压下降；海面因有下沉气流而气压升高，在水平气压梯度力作用下，空气由海洋吹向陆地，这就形成了海风。夜间，陆地冷却比海洋快，气温比海上低，近地面气压高于海面，空气由陆地吹向海洋，这就形成了陆风（上图）
（3）山谷风
白天，山坡上的空气增强烈，于是暖空气沿坡爬升，形成谷风；夜间因山坡空气迅速冷却，密度增大，因而沿坡下滑，流入谷底，形成山风（图上）。
（事例分析）请同学们作以下思考：
某城市为我国重要的钢铁、化学工业基地，该城工业区、商业、文化及住宅区的分布如右图所示，住在该城的居民们发现，白天商业、文化和住宅区的大气污染现象会加剧，每到夜晚则减轻，请分析其原因。还有，该城市是新兴工业城市，这里的老居民们说，现在一年中阴天的日子比过去多了，请分析其现象及原因。
以上内容，结合其地理位置，可作如下分析：
白天，山坡地面接受太阳辐射后温度升高、地面长波辐射增强，山坡上的空气因为受地面长波辐射后增温并膨胀上升，这样，白天就出现沿山坡向上爬升的气流，这股气流也就把谷底工业区排放的大气污染物带到坡面上部的文化、商业和住宅区，加剧了污染。而到了晚上，山坡首先降温，山坡上的气流变为收缩下沉，工业区的污染物被抑制上升，商业、文化和住宅的污染则得到减轻。因此，这一城市的住宅区的大气污染现象，白天加剧，夜晚减轻。这一原理，指大气在山谷与山坡之间的环流运动，我们习惯称之为山谷环流，也即山谷风(见前面图形)。
第二问的分析：该市是工业区，工厂建成后，工厂在生产过程中向大气中排放的大量固体杂质成为水汽的凝结核，凝结核的增多使城市上空的水汽更容易发生凝结现象，因此，这一地区的阴天也就多了。
(承转)综上所述，由于地区间的冷热不均，引起空气的上升或下沉的垂直运动；空气的上升或下沉，导致了同一水平面上的气压差异；气压差异又形成大气的水平运动；大气的水平运动即是风，下面我们再来学习课文的第二部分。
二、大气的水平运动——风(板书)
请同学们阅读这部分内容，了解风的形成过程及其风在不同力的作用下，风向的变化情况。
在学生看完课文后，老师对其中一些问题进行提问(如：1.形成风的直接原因是什么？2.受哪个力的作用，风向与等压线是平行的？这种风向在什么地方存在)，并通过学生的讨论来回答或解释，然后老师再详细地进行分析、讲解，以达到本课的教学目的。
地表受热不均，使同一水平面上的大气，有的地方气压高，有的地方气压低。我们把单位距离间的气压差叫气压梯度。因为它们是表示在同一水平面上的气压变化情况，所以也称水平气压梯度。只要水平面上存在着气压梯度，就产生了促使大气由高压区流向低压区的力，这个力称为水平气压梯度力。这个力推动大气由高气压区向低气压区作水平运动，这就形成了风。可见，水平气压梯度力是大气水平运动的原动力，又是形成风的直接原因。
1.高空大气中的风向(板书)
(1)在理想状态下，空气质点只受一个力即水平气压梯度力的作用时，水平气压梯度力垂直于等压线，并由高压指向低压(读图2.10水平气压梯度力)。如果没有其他外力的影响，风向应该与气压梯度力的方向一致，即风向垂直于等压线。
(2)在实际生活中，空气质点还受地转偏向力因素的影响，在水平气压梯度力和地转偏向力的共同作用下的风向又如何呢？
大气是在自转的地球上作水平运动的，所以当大气一开始运动，马上就受到地转偏向力的影响，使风向逐渐偏离了气压梯度力的方向，北半球向右偏，南半球向左偏。这样在水平气压梯度力和水平地转偏向力作用下形成的风，请同学们读图2.11。
图上表示了北半球平直等压线的情况。初始状态时，空气质点垂直等压线运动(按水平气压梯度力的方向)。最终状态时，风向平行于等压线。这个过程是水平气压梯度力和水平地转偏向力逐步建立平衡的过程，在这个过程中，空气质点始终是按两个力的合力方向运动，而水平地转偏向力始终是垂直于运动方向的右侧，所以使得风向不断地右偏。最后，风向平行于等压线，此时，水平气压梯度力与水平地转偏向力大小相等，方向相反，其合力为零，达到平衡状态，空气运动不再偏转而作惯性运动，形成了平行于等压线吹的稳定的风。通常把这种稳定的风叫地转风，因为它只考虑了气压梯度力和地球自转的影响，所以叫地转风。地转风是大气运动最简单的情况，它在高空平直等压线的情况下是实际存在的。依此原理，可以推导出风与气压场之间的关系：人背风而立，低压在左，高压在右，通常称之为风压定律。
所以，高空大气中的风向，是气压梯度力和地转偏向力共同作用的结果，风向与等压线平行。在这个形成过程中，地转偏向力只改变风的风向，不能改变风的速度。
(3)实际在近地面还存在摩擦力，这种再加上摩擦力的作用下，风向又表现为一种新的情形。
摩擦力是指地面与空气之间以及运动状况不同的空气之间互相作用而产生的阻力。近地面的大气层里平直等压线的情况下，当水平气压梯度力与地转偏向力和摩擦力两种力的合力达到平衡时，形成斜穿等压线吹的风，这便是近地面风的情况。
2.近地面的风(板书)
请同学们读图2.12，并且在图上画出地转偏向力和摩擦力的合力。
从图中可以看出，因为摩擦力永远和运动方向相反，即与风向相反，而水平地转偏向力又在运动方向右侧90°，即与风向垂直。所以，摩擦力与水平地转偏向力的合力和水平气压梯度力达到平衡时，风是斜穿等压线吹的。即风向与等压线之间成一夹角。摩擦力对风有阻碍作用，可以减小风速。所以，摩擦力既影响风向，又影响风速。
补充材料二：摩擦力对风的影响
一般摩擦力的影响可达离地面1500米左右的高度，在这个范围内的风向都斜穿等压线。摩擦力愈大，风向与等压线之间的夹角愈大；摩擦力愈小，其夹角愈小。当摩擦力为零时(高空的情况)，风向便平行等压线了。因此，在实际大气中因摩擦力随高度增加而逐渐减小，所以风向随高度的增加而逐渐右偏，即愈往高空，风向与等压线之间的夹角愈小，最后，风向与等压线平行。这就是风随高度变化最一般的规律。风速则随高度的增加而增大。
陆地表面和海洋表面的摩擦力不同，地面摩擦力大，洋面摩擦力小，所以在相同的气压条件下，陆地表面的风与等压线间的夹角大，风速小；海洋表面的风与等压线的夹角小，风速大。
风斜穿等压线吹，具有很重要的意义。因为风本身进行着大气质量的输送，风穿越等压线吹，就会把高压区的大气向低压区输送，它直接影响着高低压的兴衰状况。高低压的兴衰又导致气流的变化，所以气压系统与大气运动相互影响、相互制约，构成千变万化的大气活动舞台。
(承转)由于陆地表面和海洋表面不仅是摩擦力不同，而且热力性质也有差异，所以在海平面上等压线和风向又出现一种新变化。下面我们就来学面实际大气的风向。
3.海平面实际大气的风向(板书)
在实际的海平面等压线分布图上，由于海陆热力性质差异的影响，等压线是弯曲的，并且出现了闭合中心，形成一个个低压和高压中心。风向与前面所述规律一样，在气压梯度力、地转偏向力以及摩擦力共同作用下，低气压的气流在北半球按逆时针方向旋转辐合(南半球按顺时针方向旋转辐合)；高气压的气流在北半球按顺时针方向旋转辐散(南半球按逆时针方向旋转辐散)。
补充材料三：气旋与反气旋
1.在等压线分布图上，凡等压线闭合、中心气压低于四周气压的区域，叫做低气压。在气压梯度力作用下，低气压的气流由四周向中心流动；受地转偏向力影响，低气压的气流在北半球向右偏转按逆时针方向流动的大旋涡，在南半球向左偏转按顺时针方向流动的大旋涡。大气的这种流动很像江河中的旋涡，所以低气压又叫气旋。
多媒体演示南、北半球的气旋(动画效果)两幅图教学：(如下图)
教师用鼠标点出北半球的气压区，提问低压区水平气压梯度力的方向(由四周指向中心，并与等压线垂直)，然后用鼠标点出代表水平气压梯度力的虚线箭头。教师边讲授气流运动方向，边用鼠标点出代表气流运动(受地转偏向力)的旋转实线箭头(动画)。
南半球的气旋的旋转情况，先请同学们在草稿纸上画出。
教师用鼠标点出代表南半球气旋气流运动的四个旋转箭头(动画)，并要求学生对照检查自己所画内容是否正确。
2.在等压线分布图上，凡等压线闭合、中心气压高于四周气压的区域，称为高气压。高气压的气流在水平气压梯度力作用下，由中心向外流出，在北半球按顺时针方向旋转流出，在南半球按逆时针方向旋转流出。高气压的这种环流系统与气旋正好相反，所以也叫反气旋。
多媒体演示南、北半球的反气旋(动画效果)，以下面两幅图教学：
教师用鼠标点出北半球等压线分布图，强调高气压。提问高气压水平气压梯度力的方向(由中心指向四周且与等压线垂直)。教师用鼠标点出代表水平气压梯度力的虚线箭头。然后边讲授边用鼠标点出北半球反气旋的气流运动方向(动画效果)。
南半球的反气旋的流动情况先让学生在草稿纸上画出，然后教师用鼠标点出代表水平气压梯度力的箭头和高压区中代表气流流动方向的旋转箭头，并要求学生对照检查自己所画内容是否正确。
补充材料四：等压线图的阅读
等压线是同一水平面上气压值相等的各点组成的连线。等压线图上蕴含有大量的有关大气物理性质的信息，是地理学科命题的多见题型。
阅读等压线图第一要认识气压的基本形式，如高压、低压、高压脊(在等压线分布图上，高气压延伸出来的狭长区域，叫高压脊，好比地形上的山脊。高压脊中各等压线弯曲最大处的连线，叫做脊线)、低压槽(在等压线分布图上，低气压延伸出来的狭长区域，叫低压槽，好比地形上的峡谷)等。
阅读等压线图第二要根据所在半球，用水平气压梯度力和地转偏向力、摩擦力定出各地的风向、风力。在确定风向时，因摩擦力大小与风向关系很大，所以要看等压线图是高空等压线图还是海平面等压线图。若是高空等压线图，高空大气稀薄，摩擦力可忽略不计，故风向与等压线平行；若是海平面等压线图，摩擦力较大，几乎与等压线斜交，但是夹角多大，很难把握。为了方便起见，一般北半球右偏45°左右，南半球左偏45°左右。在确定风力时，因等压线越密代表水平气压梯度力越大，所以风力也就越大；反之，风力就越小。
［课堂小结］
投影片展示本节课本内容框图，然后边看图边总结，最后强调本节补充内容需要学生掌握气旋、反气旋的运动方向和简单等压线图的阅读。
［课后作业］
一、单项选择题
1．下列叙述正确的是（ ）
A．水平气压梯度力是形成风的直接原因
B．水平气压梯度力平行于等压线
C．地转偏向力不仅改变风的方向，而且改变风的速度
D．磨擦力可减小风速，但不能改变风向
答案：A
2．下面四幅图中能正确表示北半球近地面等压线与风向关系的是（ ）
答案：C
3．热力环流是大气运动的最简单形式，关于它的叙述正确的是（ ）
A．近地面和高空的气压分布是相同的
B．低温区垂直方向上气流下沉
C．低压分布区是受热区，高压分布是冷却区
D．城郊间的热力环流，城市气流从近地面向郊区扩散
答案：B
4．读右图，下列各点关系正确的是（ ）
①A点比B点气压低 ②B点比D点气压高 ③B点和D点气压相等 ④C点比D点气压高
A．①② B．②③
C．③④ D．②④
答案：C
二、综合题
1． 读右图，回答以下问题。
（1）图中气压为高压的有 ,为低压的有 。
（2）图中A地受 ，B地 ,故A地气流 运动，而B地气流 运动。
（3）在近地面，水平气压梯度力由 地指向 地，高空气流由 地向 地作水平运动。
答案：（1）B、C、D A、E、F （2）热 冷却 向上 向下 （3）B或C A D E或F
2．读“实际大气中的风向”示意图，回答问题。
（1）水平气压梯度力 于等压线，并指向低压，因此，表示此力的应是 。它的大小影响风的 ，它的方向影响风的 。
（2）地转偏向力使风向逐渐偏离水平气压梯度力的方向，因此表示地转偏向力的是 ，北半球向 偏，南半球向 偏，由此可判断右图为 半球。地转偏向力只改变风的 ，不能改变风的 ，因为地表作水平运动的物体存在着偏向，人们假设了一个引起地转偏向的力。
（3）磨擦力是指地面与空气之间相互作用而产生的阻力，应是图中的 ，它不仅能改变风的 ，而且可减小 。
答案：（1）垂直 A 速度 方向 （2）C 右 左 北 风向 速度 （3）D 方向 速度
●板书设计
2.3 大气的运动
一、基本概念——热力环流
二、大气运动状况
太阳辐射→地面冷热不均→大气的垂直运动→同一水平面上的气压差异→水平气压梯度力
(能量来源) (纬度不同所致) (上升和下沉运动)
→空气的水平运动→风
1.在单一水平气压梯度力影响下：风向垂直于等压线，指向低压
2.在水平气压梯度力和地转偏向力作用下：风向平行于等压线
3.在水平气压梯度力和地转偏向力、摩擦力作用下：风向和等压线斜交
(以上三种情况的图形分解，参阅本课小结中的图形)
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