高中人教版 (2019)第一节 大气的组成和垂直分层学案

第一节　大气的组成和垂直分层

【课程标准原文】　运用图表等资料，说明大气的组成和垂直分层，及其与生产生活的联系。

核心素养定位

    1.知道大气的组成及其作用。(综合思维)

    2．结合“大气的垂直分层示意”图，认识大气的垂直分层状况，理解各主要层次的特点及其与生产、生活的联系。(区域认知、综合思维)

3．观察、识别、描述与大气有关的自然现象、形成科学探究的意识和能力。(地理实践力)

知识体系导引

知识点一　大气的组成

1．干洁空气

干洁空气的组成及其按体积所占的百分比

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。25千米以下的干洁空气中，氮气和氧气合占总体积的99%，其主要成分氮气占78%，氧气占21%，次要成分是二氧化碳和臭氧。

[知识链接]

1．大气中的臭氧被誉为地球生物的保护伞，它吸收太阳释放出来的绝大部分紫外线，使动植物免遭这种射线的危害。

2．大气的组成及其作用

 思考1

　水汽和杂质为什么是成云致雨的必要条件？

提示：空气上升到凝结高度，固体尘埃作为凝结核，使周围水汽凝结，才能成云致雨。

2.

3．水汽和二氧化碳具有保温作用

4.电离层与无线电波

地球外80～500千米的大气层，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。 知识点二　大气的垂直分层

1．划分依据

根据大气在垂直方向上的温度、密度及运动状况的差异，分为对流层、平流层和高层大气。

2．大气垂直分层

 思考2

非洲最高的山峰乞力马扎罗山，地处赤道附近，山顶却终年积雪，这是为什么？

提示：对流层中气温随海拔高度的增加而递减，乞力马扎罗山海拔高(接近6 000米)，因此，山顶气温很低，终年积雪。

重点一　大气的组成

【探究活动】

阅读下列材料，探究大气的组成。

据美国国家冰雪数据中心统计，2018年2月下旬，北冰洋的冰层面积降至有记录以来的历史最低点，比正常值少约100万平方千米，相当于减少了一个埃及的面积。一些科学家认为，人们可能低估了全球变暖的趋势。

美国环保局发现臭氧总量每耗减1%，地面紫外线会增加1.5%～2%。他们预测，如果氯氟烃生产和消费不加限制，到2075年，地球臭氧总量将比1985年再耗减25%。

据此探究下列问题：

(1)全球变暖与大气中的哪种主要成分有关？

(2)臭氧有什么作用？

(3)针对上述问题，你能提出哪些有效的措施？

【提示】　(1)CO2

(2)臭氧能大量吸收太阳紫外线，保护地球上的生物免受过多紫外线的伤害。

(3)减少化石能源的使用；保护森林；植树造林；研发新型制冷设备，控制氟氯烃的产生。

【归纳拓展】

大气组成的记忆

大气由干洁空气(氮气、氧气、二氧化碳、臭氧)、水汽、固体杂质等组成。

1．根据组成所占比例区分干洁空气：

氮气78%氧气21%而二氧化碳和臭氧只占少量。

2．根据不同功能记忆：

N2：生物体的基本成分。

O2：维持生物活动的必要物质。

CO2：植物光合作用的原料；对地面保温。

O3：吸收紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害。

水汽：成云致雨的必要条件；对地面保温。

固体杂质：成云致雨的必要条件。

【学以致用】

1．关于大气组成成分及其作用的叙述，正确的是(　　)

①二氧化碳对地面有保温作用　②干洁空气的主要成分是氧和氢　③水汽和杂质集中在高层大气　④臭氧能大量吸收太阳紫外线

A．①②　　　　B．①③　　　C．①④　　　　D．②④

解析：要理解大气组成中干洁空气由氮气、氧气、二氧化碳、臭氧等组成。其中，主要的成分为氮气(78%)和氧气(21%)。水汽和固体杂质主要集中在25千米以下的底层大气中。

答案：C

2．低层大气的组成物质中(　　)

A．氮气和臭氧吸收太阳紫外线 

B．CO2只吸收太阳辐射红外线

C．水汽和固体杂质可成云致雨 

D．氧气和氮气供植物呼吸作用

解析：考查的是大气组成成分的作用。其中，N2：生物体的基本成分；O2：维持生物活动的必要物质；CO2：植物光合作用的原料、对地面保温；O3：吸收紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害；水汽：成云致雨的必要条件并且对地面保温；固体杂质：成云致雨的必要条件。

答案：C

3．在大气成分中，既是植物光合作用的重要原料，又对地面有保温作用的是(　　)

A．氮  B．臭氧  C．二氧化碳  D．氧

解析：此题考查大气的组成成分及作用。二氧化碳既是植物光合作用的重要原料，又对地面有保温作用。

答案：C

重点二　大气的垂直分层

【探究活动】

阅读下列材料和图，探究大气的垂直分层。

大气圈又叫大气层(aerosphere)，地球就被这一层很厚的大气层包围着。大气层的成分主要有氮气(占78.1%)、氧气(占20.9%)、氩气(占0.93%)，还有少量的二氧化碳、稀有气体如氦气、氖气、氪气、氙气、氡气和水蒸气。大气层的空气密度随高度而减小，越高空气越稀薄。大气层的厚度大约在1 000千米以上，但没有明显的界线。

据此探究下列问题：

(1)大气在垂直方向上共分为几个层次？

(2)A层气温如何变化？B层气温如何变化？原因分别是什么？

(3)二氧化碳和臭氧分别有什么作用？人类活动对其含量有何影响？

(4)简述平流层适宜飞机飞行的原因。

(5)燃烧矿物燃料、毁林等使大气中的二氧化碳浓度升高，这会有何影响？会带来什么问题？

(6)简述对流层与人类关系最为密切的原因。

【提示】　(1)A.对流层，B.平流层，C.高层大气。

(2)A层气温变化随高度的增加而递减。原因：地面是对流层大气的主要直接热源，离地面越远，气温越低。B层气温随高度增加而升高。原因：该层的气温基本上不受地面影响，而是靠臭氧吸收太阳紫外线而增温的。

(3)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，保护地球上的生物免受过多紫外线的伤害，被誉为“地球生命的保护伞”。由于人类活动的影响，使得大气中二氧化碳含量不断增加，臭氧总量减少。

(4)平流层中大气以水平运动为主，水汽少，杂质小，能见度好，故非常适宜飞行。

(5)影响：使大气逆辐射增强，近地面气温升高。带来的问题：温室效应。

(6)主要原因：一是人类生活在对流层的底部；二是云、雨、雾、雪等天气现象都发生在对流层。

【归纳拓展】

1．从近地面到太空大气的温度、密度、气压、水汽和尘埃含量的变化，如下图：

2．大气垂直分层

【学以致用】

下图为大气垂直分层示意图。读图回答1～3题。

1．图中正确表示大气层气温垂直变化的曲线是(　　)

A．①　　　　　　　　　　　　B．②

C．③  D．④

2．对无线电短波通信具有重要意义的电离层位于(　　)

A．Ⅰ层顶部  B．Ⅱ层底部

C．Ⅱ层中部  D．Ⅲ层

3．按计划，我国于2016年前后发射了天宫二号空间实验舱，并随后发射了神十一号飞船和天舟一号货运飞船与之对接，计划2022年前后完成空间站建造工作。实验舱和飞船的运行轨道所在的大气层(　　)

A．Ⅰ层  B．Ⅱ层

C．Ⅲ层  D．Ⅱ层顶部

1～3.解析：第1题，根据大气的密度、温度和运动特征，自下而上可将大气层分为对流层、平流层和高层大气，从温度变化趋势看，①②正确，但①曲线在Ⅱ层上半部气温变化出现错误，故只有②正确。第2题，高层大气(Ⅲ层)中存在若干电离层。第3题，实验舱和飞船位于高层大气中。

答案：1.B　2.D　3.C

素养一　大气的组成及作用(综合思维)

1．关于大气组成成分及其作用的叙述，正确的是(　　)

A．水汽和固体尘埃不会影响地面的温度

B．干洁空气的主要成分是氧和氢

C．二氧化碳对地面有保温作用

D．臭氧能大量吸收太阳红外线

解析：干洁空气由氮、氧、二氧化碳、臭氧等组成。二氧化碳是植物进行光合作用的重要原料，对地面还有保温作用；臭氧能大量吸收太阳光线中的紫外线；水汽和固体尘埃的含量也很少，却是成云致雨的必要条件，同时也会影响地面和大气的温度。

答案：C

2．保护地球上的生物免受过多紫外线伤害的物质主要存在于大气圈中的(　　)

A．对流层　　　　　　　　B．平流层

C．电离层  D．高层大气

解析：臭氧能吸收紫外线，保护了地球上的生物免受过多紫外线伤害，而臭氧主要分布于平流层。

答案：B

素养二　大气的垂直分层(区域认知)

有人在朋友圈晒了一张客机飞行抓拍，深色为蓝天，白色为云。据此完成3～4题。

3．此刻，客机飞行在(　　)

A．对流层  B．平流层

C．臭氧层  D．高层大气

4．飞机尾气中含有大量二氧化碳气体，会加剧(　　)

A．环境污染  B．全球变暖

C．荒漠化  D．森林破坏

3～4.解析：第3题，天气现象如云、雾、雨雪等出现在对流层中，据材料深色为蓝天，白色为云，说明客机飞行在对流层，故A项正确。第4题，飞机尾气中含有大量二氧化碳气体，会加剧全球变暖，B项正确。

答案：3.A　4.B

素养三　臭氧层的破坏及影响(人地协调观)

5．阅读图文资料，合作探究完成下列要求。

氯氟烃等气体在低空不易分解，上升到平流层，破坏臭氧，使臭氧层变薄或出现空洞。

臭氧空洞最严重的是南北极和青藏高原地区，这“三极”自然条件恶劣，人烟稀少，当地人们向大气中所排放的氯氟烃数量有限，为什么“三地”上空臭氧层所受的破坏反而比较严重呢？

答案：由于“三极”地区上空的对流层较低，相应的平流层的高度也随之降低。人们向对流层大气中排放的氯氟烃会随着大气的环流运动而到达“三极”地区的上空，进而破坏臭氧层。