《大气的组成与垂直分层》教学设计案例

第三章 地球上的大气第一节 大气的组成与垂直分层【教学目标】1.运用大气层气温随高度变化示意图，探究分析大气各层的温度变化特点及成因，提升综合思维。2.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。3.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。【教学设计案例】【引入新课】地球是宇宙中既普通又特殊的一颗行星，特殊的是它拥有生命，而正是因为有了大气才使得生命的形成有了可能，从今天开始我们一起学习第三章《地球上的大气》。读教材第66页，思考：地球表面的大气对地球上的生命有什么意义？围绕在地球周围的厚厚的大气层，会对地球自然环境产生深刻的影响。例如，地面上的水蒸发成水汽进入大气，大气中的水汽又凝结成雨、雪等降落到地面，使地球上的水循环不止。又如，增温、降温、刮风、下雨等天气现象，滋养着万物生灵，但也会带来灾害。大气是地球自然环境中最活跃的组成部分。今天这节课，我们先了解一下大气的组成和结构。【图片导入】（教师首先展示雾霾天气照片）地球大气中出现了如图所示的天气现象，请问这是什么现象？（雾霾天气）【教师引导】这说明大气的组成物质有了什么变化呢？大家想一想，在我们周围的大气中，除了纯净的空气，还有些什么物质？读“干洁空气的主要成分表”，回答下列问题：气体成分体积分数/%质量分数/%氮（N2）78.0875.52续表氧（O2）20.9423.15氩（Ar）0.931.28二氧化碳（CO2）0.030.051.干洁空气的主要成分是什么？各有什么作用？氧是人类和其他好氧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成分。大气中的微量成分二氧化碳和臭氧，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，并对地面起保温作用。臭氧能大量吸收太阳紫外线，保护地球上的生命免受过多紫外线的伤害，被誉为“地球生命的保护伞”；而穿透大气射到地面上的少量紫外线，又能起到杀菌的作用。2.除了氮气和氧气，干洁空气中还有哪些气体呢？各有何作用？【学生思考】空气中的水汽和固体杂质又有什么作用？空气中的水汽和固体杂质是引起天气变化的重要因素。水汽的相变（气态、液态、固态三者的互相转变），产生了云、雨、雾、雪等一系列天气现象，这些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。固体杂质作为凝结核，是成云致雨的必要条件。大气中水汽和固体杂质的含量因时因地而异。水汽和杂质的时空分布规律是怎样的？【板书】【学生讨论，教师归纳】水汽分布规律：水平方向上，海洋上空高于陆地上空，湿润地区上空高于干旱地区上空；垂直方向上，一般自地面向高空逐渐减少；时间分布上，湿润地区一般夏季多于冬季。杂质分布规律：一般而言，近地面陆地多于海上，城市多于乡村，冬季多于夏季。地理事物的分布规律有空间分布规律和时间分布规律，我们在思考的时候要有这种综合思维的素养观念。然而，大气的组成成分并不是固定不变的，人类活动造成的大气污染，使大气的成分发生了越来越明显的变化。【提供材料】材料一由于煤、石油等矿物燃料的使用越来越多，人类社会每年向空气中排放的二氧化碳总量在过去三十年里增加了一倍，再加上大量森林被砍伐，绿色植物通过光合作用吸收二氧化碳的量相应也有所减少，导致大气中二氧化碳的浓度在过去三十年里增长了12%。材料二氯氟烃是一种人工合成的化合物，主要用于制冷剂、火箭推进剂等，到20世纪80年代中期，全球氯氟烃的年消费量已达到100万吨。但是由于氯氟烃对臭氧层会产生破坏，从1996年1月1日起，氯氟烃化合物正式被禁止生产。【思考问题】大气组成成分的这种变化，会产生什么影响？【学生回答】从材料一得知，如果空气中二氧化碳浓度继续增加，地球持续不断变暖，将使极地冰雪融化、海平面上升，世界上的许多桑田将变成沧海，对人类生存产生严重影响。从材料二得知，氯氟烃给人类带来的危害是破坏了大气中的臭氧层，这可能导致皮肤癌等疾病的发病率上升。【教师小结】由于人类活动造成的危害是全球性的，目前已引起了国际社会的高度重视，世界各国纷纷采取措施，保护全球的大气环境。【课堂活动】完成教材第68页的活动认识雾与霾的区别，并举例说明霾天气对我们生活的影响。（略）【提出疑问】中国古诗中有“高处不胜寒”这样的诗句，地球大气层是否都是“高处不胜寒”呢？接下来，我们来学习大气垂直分层的相关内容。【学生讨论】读教材图3-3“大气垂直分层示意”（教材第69页图3-3，PPT展示），并阅读课文，思考以下问题：1.地球大气共分为哪几层？2.在不同纬度，对流层高度是否一样？为什么？3.对流层和平流层的气温如何随高度而变化？原因是什么4.在对流层和平流层中，大气运动的特点是什么？5.对流层和平流层大气与人类活动有何关系？6.为什么说平流层是人类生存环境的天然屏障？7.高层大气与人类活动有哪些关系？【教师小结】1.地球大气自下至上可分为对流层、平流层和高层大气。2.不同纬度的对流层高度不一样。低纬度地区，地面受热多，对流活动旺盛，因而对流层的高度高；高纬度地区，地面受热较少，对流活动较弱，所以对流层的高度低；中纬度地区对流层的高度则适中。3.对流层内，气温随高度升高递减；平流层内，气温随高度升高递增。因为这两层的热源有所不同。对流层大气的热量绝大部分直接来自地面，因此，离地面越高的大气，受热越少，气温越低，气温垂直递减率约为0.6℃/100米；而平流层大气由于含有臭氧，能大量吸收太阳紫外线，使气温随高度增加而上升。4.在对流层中，空气上冷下暖。而底部热的地方气温高，空气密度小，容易产生空气的上升运动；冷的地方因有空气流向热的地方，从而产生下沉运动，这样就形成了大气的对流运动。所以，对流层中的大气以对流运动为主。而平流层上热下冷，大气稳定，不易形成对流，因此以水平运动为主。5.由于对流层大气最靠近地面，几乎集中了全部的水汽和杂质，在大气对流过程中，容易形成云、雨、雪等天气现象。因此，对流层天气现象复杂多变，与人类的关系最为密切。而平流层大气稳定，且水汽和杂质极少，故云、雨现象近于绝迹，天气晴朗，有利于高空飞行。6.因为平流层中的臭氧能大量吸收太阳紫外线，保护地球上的生命免受过多紫外线的伤害，是人类生存的天然屏障。7.地球外60~500千米的大气层，有若干电离层。电离层大气处于高度电离状态，它们就像一面反射无线电波的镜子，使无线电波在地面和电离层之间多次反射，从而实现了远距离无线电通信。列表归纳：大气分层高度特点与人类关系气温的垂直变化空气运动特点高层大气平流层顶以上的大气层密度小，气压小，气温高电离层能反射无线电波平流层对流层顶至50~55千米随高度增加而递增以水平运动为主利于高空飞行对流层低纬：17~18千米中纬：10~12千米高纬：8~9千米随高度增加而递减对流运动强烈天气现象复杂多变【课堂活动】高层大气的气温可以达到1000℃以上，为什么运行在其中的人造卫星不会被烧毁？（教师展示相关图片材料，学生讨论）【教师小结】高层大气虽然气温可达1000℃以上，但由于空气极其稀薄，且每个空气分子所携带的热量相当少，所以高层大气中总的热量也非常少，摩擦产生的热量也很少，不足以把人造卫星烧毁，而且人造卫星的外壳往往是由可以强烈反射太阳辐射的材料制作而成。我们要搞清楚温度与热量是两个不同的概念。【课堂活动】完成教材第72页的活动，了解逆温现象及其对近地面空气质量的影响【教师讲解】正常情况下，在对流层中每上升1000米，气温下降6℃，但由于某些原因，对流层的局部地区会出现气温随高度升高而变髙的现象，称为逆温现象。请思考，逆温现象的出现，会导致该层大气的运动状况发生怎样的变化？（阻碍空气的对流运动。）那么，当对流层中出现逆温现象时，会对近地面的空气质量产生什么影响？【教师小结】若对流层的局部出现逆温现象，会抑制空气的对流运动，导致近地面污染物不易扩散，造成大气污染，空气质量下降。接下来，我们来观察三幅烟囱的烟流分布图，思考三幅图对应的大气层是否有出现逆温现象，如果出现，发生在哪幅图，请画图示意。逆温现象能加剧大气污染的程度，20世纪世界八大公害事件中，有多起事件与逆温现象密切相关，请同学们课后上网查询一下，世界八大公害事件中哪些与逆温现象有关。人们是这样比喻地球上的大气