高中地理人教版 (2019)必修 第一册第二章 地球上的大气第一节 大气的组成和垂直分层教案设计

这是一份高中地理人教版 (2019)必修 第一册第二章 地球上的大气第一节 大气的组成和垂直分层教案设计，共15页。教案主要包含了大气的组成，大气的垂直分层等内容，欢迎下载使用。

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。


学习目标：1.了解大气的组成成份及其作用。2.了解大气的垂直分层，掌握各层的主要特征。








一、大气的组成


1．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。25千米以下的干洁空气中，氮气和氧气合占总体积的99%。氧是人类和其他生物维持生命活动所必需的物质；氮是地球上生物体的基本元素。


2．大气中二氧化碳和臭氧含量虽少，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，对地面有保温作用。臭氧能吸收太阳光中的紫外线，被誉为“地球生命的保护伞”。


3．大气中的水汽和杂质含量很少，却在天气变化中扮演重要角色。大气中的杂质作为凝结核，是成云致雨的必要条件。


二、大气的垂直分层


1．分层依据


大气在垂直方向上的温度、密度及运动状况的差异。


2．垂直分层











1．为什么对流层的天气现象复杂多变？


[答案] 一方面，对流层集中了几乎全部的水汽和杂质，另一方面，对流层温度随高度的升高而降低，使水汽和杂质通过对流运动向上层空间输送。在上升过程中随着气温的降低，容易成云致雨，所以对流层天气现象复杂多变。


2．为什么不同纬度对流层厚度不同？


[答案] 对流层的厚度受地面温度高低的影响。地面温度越高，对流运动越强，对流层厚度越大，地面温度越低，对流运动越弱，对流层厚度越小。








探究点一 大气的垂直分层





[材料] 北京时间2011年9月29日21时25分45秒，我国自主研制的“天宫一号”目标飞行器在酒泉卫星发射中心发射升空后准确进入预定轨道。“天宫一号”是中国首个空间实验室的名称，将在太空中分别与“神舟八号”、“神舟九号”、“神舟十号”飞船对接。从而建立第一个中国空间实验室。“天宫一号”其中一项任务是实现航天员的在轨驻留、生活和工作，为航天员提供在组合体内工作生活所需的基本条件。


[问题] “天宫一号”升空过程中，依次经过了大气层的哪几层？


[提示] 对流层、平流层和高层大气。





大气层各层的主要特点














【例1】 读“大气气温垂直变化曲线示意图”，回答(1)～(2)题。





(1)上图中能正确表示大气气温垂直变化的曲线是( )


A．① B．② C．③ D．④


(2)飞机平稳飞行过程中所处的大气层是( )


A．Ⅰ层中部 B．Ⅱ层


C．Ⅲ层底部 D．Ⅲ层中部


[审题指导] 注意图中四条曲线的形状及横坐标对应的数值。


[解析] 第(1)题，大气气温垂直变化的特点为对流层气温随海拔升高而降低，平流层气温随海拔升高而升高，高层大气气温随海拔升高先降低后升高，故③④错误。近地面温度约20 ℃，对流层顶温度约－50 ℃，故②正确，①错误。第(2)题，飞机平稳飞行过程中所处的大气层是平流层，空气以平流运动为主，有利于飞行，对应图中Ⅱ层，B项正确。


[答案] (1)B (2)B











大气气温垂直变化曲线的判读


(1)看形状：逆时针旋转90°后呈“W”形。


(2)看变化趋势：对流层气温随高度升高而降低，平流层气温随高度升高而升高；高层大气气温随高度升高先降低后升高。


(3)看特殊高度的气温数值：近地面气温约20 ℃，对流层顶气温约－50 ℃。


探究点二 对流层气温的变化





[材料] 中新社北京2014年12月21日电 随着本轮冷空气过程趋于结束，取而代之的是卷土重来的雾霾天气。中央气象台预计，12月下旬冷空气虽活动频繁，但势力偏弱，大气静稳程度增加，雾、霾天气将有所发展。





中央气象台预计，2014年12月21日夜间至23日白天，华北中南部、黄淮等地将有轻度至中度霾天气；此外，25日至26日、28日至29日，华北黄淮等地空气污染气象条件等级较高，不利于污染物扩散，会出现两次霾天气过程。


[问题] 你知道雾霾天气与大气运动的关系吗？


[提示] 雾霾天气多形成于大气稳定无风状况下。





1．气温垂直递减率的变化


正常情况下，海拔每升高100米，气温约下降0.6 ℃。但在不同的地点和不同的时间，气温垂直递减率可能会小于0.6 ℃或大于0.6 ℃，如下图所示(表现为曲线变陡或变缓)。在②情况下，大气的对流运动减弱，大气比较稳定；在①情况下，大气对流运动更加强烈。





2．对流层中的逆温现象


(1)含义


在对流层，气温垂直分布的一般情况是随高度增加而降低，大约每升高100米，气温降低0.6 ℃。这主要是由于对流层大气的主要热源是地面辐射，离地面越远，受热越少，气温就越低。但在一定条件下，对流层中也会出现气温随高度增加而上升的现象，称为逆温现象。


(2)辐射逆温的发展过程


经常发生在晴朗无云的夜间或黎明，由于大气逆辐射较弱，地面辐射散失热量多，近地面气温迅速下降，而高处大气层降温幅度较小，从而出现上暖下冷的逆温现象。这种逆温现象黎明前最强，日出后逆温层自下而上消失。具体过程如下图所示：





无逆温―→逆温生成―→逆温消失


(3)逆温的类型


(4)逆温的影响


①出现多雾和晴朗天气。早晨多雾的天气大多与逆温有密切的关系，它使能见度降低，给人们的出行带来不便，甚至引发交通事故。


②加剧大气污染。由于逆温现象的存在，空气垂直对流受阻，会造成近地面污染物不能及时扩散，从而危害人体健康。


③对航空造成影响。“逆温”多出现在低空，多雾天气给飞机起降带来不便。如果出现在高空，对飞机飞行极为有利，因为大气以平流运动为主，飞行中不会有较大的颠簸。





【例2】 下图是某地气温垂直分布图，读图回答(1)～(2)题。





(1)①②③④四幅图中，最有利于大气污染物扩散的是( )


A．① B．② C．③ D．④


(2)下列哪种地形易造成该地气温由①到④的演变( )


A．山地 B．谷地 C．平原 D．丘陵


[审题指导] 先明确插图体现的是逆温的过程，然后结合逆温的类型和影响等进行分析。


[解析] 第(1)题，空气对流越旺盛，越有利于大气污染物扩散。四幅图中，①图上、下温差最大，且底层温度高，上层温度低，因此空气对流最旺盛，A项正确。第(2)题，图示由①到④的变化体现了逆温的形成过程，从地形角度来看，最易造成逆温的是谷地。


[答案] (1)A (2)B











(1)逆温的影响主要从逆温抑制空气的对流运动角度进行分析。


(2)大气中出现的逆温常常是由几种原因共同引起的，因此，在分析逆温的成因时，必须结合当时的具体条件具体分析。














读图，完成1～2题。





1．从大气垂直分层看，图示大气层是( )


A．低纬度的对流层


B．中纬度的平流层


C．高纬度的对流层


D．低纬度的平流层


2．该层大气( )


A．随高度增加，温度增幅变小


B．能够大量吸收紫外线长波辐射


C．以水平运动为主，有利于飞机高空飞行


D．受强烈的太阳辐射呈电离状态


[解析] 本题组考查大气的垂直分层及平流层的特点。图中显示大气层高度在12～50千米之间，且温度随高度的增高而增加，因此可判断为中纬度平流层，该层大气以水平运动为主，有利于飞机高空飞行；紫外线辐射为短波辐射。


[答案] 1.B 2.C


气球作为探空的工具已被广泛使用，如下图所示，一探空气球由地面上升至100千米处。据其可能探测到的现象回答3～4题。





3．探空气球记录的随高度增加气温变化的规律可能是( )


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


[解析] 探空气球在上升的过程中，依次经过对流层、平流层和高层大气，因此气温变化规律是递减→递增→递减→递增。


[答案] D


4．探空气球探测到水汽集中的层次是( )


A．对流层 B．平流层


C．高层大气 D．电离层


[解析] 水汽几乎全部都集中在对流层。


[答案] A


5．读“大气垂直分层示意图”，回答问题。





(1)A是________层，该层气温随高度的变化特点是___________________。


(2)B是________层，该层气流平稳，适合于________飞行。


(3)地球人造卫星在轨运行期间，主要是在大气中的________中运行，其返回时，在距地面1000米的高度内，所经历的气温变化特点是________________________，原因是什么？


(4)300千米以上的大气层气温高达1000 ℃以上，但其中运行的人造卫星不会被烧毁，主要原因是( )


A．卫星与大气处于相对静止状态


B．卫星在大气中高速运行，能很好地散热


C．该层大气稀薄，卫星从中吸收的和与之摩擦产生的热量都有限


D．该层大气密度很大，有利于卫星散热


[解析] 从图中各层高度数值可以看出，A是对流层，B是平流层，50千米以上是高层大气。各层的气温变化从气温垂直分布曲线上读出。300千米以上的高层大气中，气温很高，但空气稀薄，气压低，人造卫星在运行中与空气摩擦产生的热量很有限，并且人造卫星从大气中吸收的热量很少，所以不会被烧毁。


[答案] (1)对流 气温随高度的增加而降低


(2)平流 飞机


(3)高层大气 气温逐渐升高 地面辐射是近地面大气的直接热源，越靠近地面，大气所获得的地面辐射热量越多。


(4)C


课后作业(五)


一、单项选择题


1．对流层大气中氧气的主要作用是( )


A．光合作用的原料 B．吸收紫外线


C．维持地球生命活动 D．生物体的基本成分


[解析] 对流层大气中光合作用的原料是二氧化碳，能吸收太阳辐射中紫外线的是臭氧和氧原子，组成生物体的基本成分是氮，氧气的作用是维持生命活动。


[答案] C


2．大气中能够成云致雨的主要成分是( )


A．二氧化碳和水汽 B．臭氧和二氧化碳


C．水汽和尘埃 D．氧和氮


[解析] 水的相变产生云、雨、雾、雪等天气现象，尘埃是水汽凝结的凝结核，是成云致雨的必要条件。


[答案] C


3．对地面有保温作用的大气成分主要是( )


A．氧 B．氮


C．二氧化碳 D．臭氧


[解析] 本题考查二氧化碳对地面的保温效应。二氧化碳和水汽能吸收地面的长波辐射，并以逆辐射的形式将其还回地面。


[答案] C


4．对流层高度随纬度增高而降低，原因是( )


A．近地面气压高纬度高，低纬度低


B．近地面气温低纬度高，高纬度低


C．水汽含量低纬度多，高纬度少


D．高空气温低纬度低，高纬度高


[解析] 下部热上部冷的气温分布利于空气的对流运动。低纬地区受热多，下部空气热，对流旺盛，对流层所达高度就高。高纬地区受热少，下部空气较低纬冷，对流层高度较低。


[答案] B


5．有关电离层的叙述，错误的是( )


A．出现在平流层和对流层之间


B．大气在太阳紫外线和宇宙射线作用下电离


C．对无线电通信有重要作用


D．大约在80～500千米高空有若干电离层


[解析] 电离层出现在高层大气中，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，故能反射无线电短波，对无线电通信有重要作用。


[答案] A


下图为“地球大气的垂直分层图(部分)”，读图回答6～8题。





6．①、②、③、④四条曲线中，正确表示图示大气层气温垂直分布状况的是( )


A．① B．② C．③ D．④


7．影响该大气层气温垂直变化的主要因素是( )


A．地面辐射 B．CO2气体


C．臭氧气体 D．人类活动


8．有关该大气层的叙述，正确的是( )


A．有电离层，对无线电通讯有重要作用


B．天气晴朗，对流旺盛，有利于高空飞行


C．上部冷下部热，空气以平流运动为主


D．顶部与底部的气温相差约50 ℃左右


[解析] 本题组考查了大气的垂直分层及特点。第6题，根据图中大气层距地面的高度可知该大气层是平流层，平流层下层气温随高度变化很小，30 km以上气温随高度增加而迅速上升，B、C、D错，故选A。第7题，平流层较高，受地面影响很小，依靠臭氧气体吸收紫外线而增温，故选C。第8题，平流层上热下冷，大气以水平运动为主，大气平稳，天气晴朗，有利于高空飞行，图中大气层的温差约为50 ℃。


[答案] 6.A 7.C 8.D


晴朗无风的夜晚，地面因辐射而失去热量，近地面大气层冷却强烈，较高大气层冷却较慢，气温从地面开始向上递增，称为辐射逆温。读图回答9～10题。





9．图中a表示辐射逆温形成前的气温垂直分布，一般出现在午后；b表示辐射逆温形成后，一般出现在黎明以前。则c出现的时间最可能是( )


A．上午 B．正午 C．傍晚 D．凌晨


[解析] c出现的时间最可能是上午，日出后，近地面吸收太阳辐射增温，大气吸收地面辐射增温，近地面慢慢增温，形成c图的形态，A项正确。


[答案] A


10．逆温的影响有( )


①利于污染物的扩散 ②破坏臭氧层 ③抑制沙尘暴的发生 ④减轻山区农作物冻害


A．①② B．③④ C．①③ D．②④


[解析] 逆温时大气上热下冷，空气稳定，对流活动弱，不利于污染物的扩散。逆温能抑制沙尘暴的发生，可减轻山区农作物冻害。臭氧层的破坏与氟利昂排放有关，与逆温关系不大。


[答案] B


浙江省山地、丘陵广布，适宜茶树生长，但春季逆温天气频繁出现，茶园易受霜冻天气影响。为此，当地茶园引进了防霜冻风扇。当夜晚温度约降到4 ℃时，风扇会自动打开，从而减轻霜冻对茶树的伤害。图甲为风扇防霜冻的工作机理示意图，图乙为茶园某时气温垂直分布示意图。据此回答11～12题。





11．防霜冻风扇最适宜的安装高度为( )


A．9～10米 B．7～8米


C．6～7米 D．4米以下


[解析] 读图可知，4～8米范围内出现了逆温，且在8米附近气温最高。防霜冻风扇可将上层的暖空气吹到下层，与下层冷空气混合，提高下层空气温度，所以防霜冻风扇安装高度以7～8米为宜。


[答案] B


12．关于防霜冻风扇的工作机理的说法，正确的是( )


①防霜冻风扇可以把高处的暖空气往下吹到茶树上 ②防霜冻风扇吹出的热风可以使茶树免受霜冻影响 ③防霜冻风扇的转动会增加下层暖空气上升速度 ④防霜冻风扇转动可带动空气流动，提高下层空气温度


A．①③ B．②④ C．②③ D．①④


[解析] 根据上题分析可知，防霜冻风扇位于逆温层气温较高处，可把高处暖空气吹到茶树上，①正确；防霜冻风扇本身并不能吹出热风，②不正确；防霜冻风扇可将上层暖空气吹到下层，③错误；防霜冻风扇的转动，加快了空气流动，提高了下层空气温度，④正确。


[答案] D


二、非选择题


13．右图表示某一高度的大气，根据所学知识回答下列问题。





(1)若该层是人类生存环境的天然屏障，则该层是________层，原因是__________________。该层因______________________而有利于高空飞行。


(2)若该层的热量直接来自地面，则该层是________层，其空气运动以________为主，原因是_____________________。该层的天气特征是__________________________。


(3)该层对无线电通信有重要作用，则该层是________层，原因是_______________，导致这种现象产生的原因是____________。


(4)若人类活动导致其成分增加或减少，则该层可能是________和________。


[解析] 解答此题的关键是掌握地球大气各层的特点及其与人类活动的关系。解第(1)题的关键是对“天然屏障”有正确认识，大气中的臭氧能够阻隔太阳光中的紫外线，即判定该大气为平流层中的臭氧层，又因该层水汽、固体杂质极少，天气晴朗，能见度好，大气平稳，利于高空飞行。第(2)题，大气各层中只有对流层的热量主要来自地面，导致垂直方向上气温自下而上递减、空气对流运动等。第(3)题考查的是电离层的知识，应了解电离层的成因。第(4)题，受人类活动影响，大气成分变化明显的是二氧化碳增多和臭氧减少，它们分别主要分布在对流层和平流层。


[答案] (1)平流 此层臭氧含量最多，臭氧大量吸收太阳辐射紫外线，保护地球生物免受伤害 天气晴朗，能见度好，大气平稳


(2)对流 对流 上冷下热 复杂多变


(3)电离 大气处于高度电离状态 太阳紫外线和宇宙射线的作用


(4)对流层 平流层


14．下图表示近地面空气若上升到3000米高度时，温度往往为T。3000米高空的实际温度为Ts，当Ts≥T时，近地面空气上升将受阻，即出现了逆温现象。读某城市春季气温日变化图，回答问题。





(1)若Ts稳定在≤－8 ℃，该城市气温至少要上升到________ ℃以上时，逆温现象才会结束，这时的时间约为________时。


(2)一般逆温结束后2小时，近地面对流起到净化空气的作用。所以，在图示的情况下，仅考虑空气洁净的因素，上午体育锻炼的时间宜选在________时左右。


[解析] 逆温层出现在高空3000米处，此时Ts＝－8 ℃


因为：逆温出现的条件为T≤Ts


所以：T≤－8 ℃


设此时城市气温为T0


因为：T＝T0－0.6 ℃×3000米/100＝T0－18 ℃


所以：T0－18 ℃≤－8 ℃


即：T0≤10 ℃


该式表明此城市夜间气温降到T≤10 ℃时逆温出现，同时也说明，日出后该城市气温升至T0>10 ℃时逆温结束。所以，读图可知，当气温达到10 ℃时，此时约为8时；根据逆温结束后2小时，近地面对流才能起到净化空气的作用，上午体育锻炼应在8时向后移2小时，即10时为宜。


[答案] (1)10 8


(2)10


垂直分层
气温特点
与人类关系
A对流层
随高度升高而降低
最为密切
B平流层
随高度升高而升高
适合飞机飞行
C高层大气
随高度增加先降低后升高
人造卫星等在此运行
辐射


逆温
在晴朗无云或少云的夜间，地面辐射散失热量多，地面迅速冷却，使贴近地面的大气层也随之降温，离地面越近，降温越快，使得近地面空气温度低于上部空气温度，从而产生逆温现象。这种逆温，在大陆上常年都可出现，尤以冬季最强
平流


逆温
暖空气平流到冷的地面或冷的水面上，由于暖空气的下层受到冷地面或冷水面的影响而迅速降温，上层受影响较小，降温较慢，从而形成逆温。这种逆温现象主要出现在中纬沿海地区
锋面


逆温
在锋面附近，由于冷暖空气的温度差比较大，暖空气爬到冷空气的上面，也会产生明显的逆温现象
地形


逆温
在山谷(盆地)中，较重的冷空气沿山坡流动下沉聚集在谷(盆)底，谷(盆)底原来的暖空气被冷空气抬挤上升，由此形成逆温，这种逆温一般发生在晚上；还有一种情况是冬半年冷空气在向低纬地区运动过程中，因冷空气较重，把地势较低的盆(谷)地地区填满，而盆(谷)地上空是暖空气，盆(谷)地上空暖空气与盆(谷)地内冷空气交界附近的大气层形成逆温