人教版 (2019)必修 第一册第一节 大气的组成和垂直分层学案

这是一份人教版 (2019)必修 第一册第一节 大气的组成和垂直分层学案，共14页。学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。


第一节　大气的组成和垂直分层



一、大气的组成
1．干洁空气
(1)概念：低层大气中除去水汽和杂质以外的混合气体。
(2)组成：氮气和氧气合占总体积的99%。
①氮气：氮是地球上生物体的基本元素。
②氧气：氧是人类和其他生物维持生命活动所必需的物质。
③二氧化碳
a．是绿色植物进行光合作用的基本原料。
b．吸收地面辐射的能力强，使气温升高，对地面有保温作用。
④臭氧：能吸收太阳光中的紫外线，使大气增温，减少到达地面的紫外线。
2．水汽
(1)水的相变，产生云、雨、雾、雪等一系列天气现象。
(2)直接影响地面和大气的温度。
3．杂质
大气中的杂质作为凝结核，是成云致雨的必要条件。

大气中的水汽和杂质含量因时因地而异。　
4．大气污染物
人类活动排放的污染物进入大气，会影响大气的成分和含量，产生大气污染，对生态系统和人类生存造成不利影响。
二、大气的垂直分层
根据大气的温度、运动状况和密度，自下而上可以划分为对流层、平流层和高层大气。
1．对流层
(1)范围：大气圈的最底层。
(2)特点
①物质组成复杂，空气密度大
集中了大气圈质量的3/4和几乎全部的水汽、杂质，大气中的污染物也多集中在这一层。
②对流层的高度因纬度而异
在高纬度地区仅为8～9千米，在低纬度地区为17～18千米。
③温度随高度的升高而递减。

温度越高，对流层厚度越大。故同一地区夏季对流层厚度大，冬季厚度小。　
④空气对流运动显著。
⑤天气现象复杂多变：云、雨、雾、雪等天气现象都发生在这一层。
⑥人类生活在对流层的底部。
2．平流层
(1)范围：对流层顶部至50～55千米高空。
(2)特点
①气温随高度增加而迅速上升。
原因：平流层中的臭氧吸收大量太阳紫外线，使大气增温。
②空气主要以平流运动为主。
③水汽和杂质含量很少，无云雨现象，能见度好，适合航空飞行。
3．高层大气
(1)范围：平流层以上的大气。
(2)特点
①气温随高度升高先下降后持续上升。
②电离层大气处于高度电离状态，能反射无线电波，对无线电通信有重要作用。
③空气密度很小。

一、判断题
1．氧是地球上生物体的基本元素。(　　)
2．臭氧能强烈吸收太阳辐射中的红外线，被誉为“地球生命的保护伞”。(　　)
3．水的相变直接影响地面和大气的温度。(　　)
4．对流层的大气上部热、下部冷，有利于大气的对流运动。(　　)
5．平流层的热量主要来自平流层中的臭氧吸收大量太阳紫外线。(　　)
答案：1.×　2.×　3.√　4.×　5.×
二、选择题
6．对流层大气的温度随高度升高(　　)
A．逐渐升高　　　　　　　 B．先升高后降低
C．逐渐降低 D．先降低后升高
答案：C
7．下列关于平流层的叙述正确的是(　　)
A．平流层的温度随高度升高而降低
B．空气以水平运动为主
C．天气现象复杂多变
D．臭氧层位于30 km以上
答案：B
8．能反射无线电波的大气层是(　　)
A．对流层 B．平流层
C．臭氧层 D．电离层
答案：D
9．下列关于大气层的叙述正确的是(　　)
A．自下而上温度越来越高
B．自下而上温度越来越低
C．自下而上密度越来越大
D．自下而上密度越来越小
答案：D
10．流星现象发生在地球大气的(　　)
A．对流层 B．平流层
C．臭氧层 D．高层大气
答案：D

　大气的组成
【情景导入诱思】
阅读材料，探究下列问题。
地球形成之初，大气的主要成分是二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氨，缺少氧气，如今的大气成分是地球长期演化的结果，在短时间内不会有明显变化。但是随着人类的生产、生活等一系列活动，人类排放的大量污染物进入大气，会影响大气的成分和含量，产生大气污染，对生态系统和人类生存造成了不利影响。
(1)现在大气的主要成分有哪些？并说明其主要作用。
(2)举例说明人类活动对大气成分的影响，并分析由此带来的环境问题。
提示：(1)干洁空气(氮、氧、二氧化碳)、臭氧、水汽和杂质等。氮是地球上生物体的基本元素；氧是人类和其他生物维持生命活动所必需的物质；二氧化碳是绿色植物进行光合作用的基本原料，并且能吸收地面辐射，对地面有保温作用；臭氧能大量吸收太阳光中的紫外线，保护地球上生物免受伤害；水汽能产生云、雨、雾、雪等天气现象，伴随着热量的吸收和释放，直接影响地面和大气的温度；杂质可作为凝结核，是成云致雨的必要条件。
(2)人类排放大量二氧化碳，导致全球气候变暖；人类排放大量的二氧化硫导致酸雨发生；人类大量使用制冷剂，导致大气中含有大量氟氯烃，造成臭氧空洞等。
【核心考点突破】
大气的主要组成成分及其作用
组成成分
占大气
体积
作用
干洁空气
氮
78%
地球生物体内蛋白质的重要组成部分；是地球上生物体的基本元素
氧
21%
人类和其他生物维持生命活动所必需的物质
二氧
化碳
很少
是绿色植物进行光合作用的原料，并能调节地表温度
臭氧
极少
能大量吸收紫外线，使生物免受过多紫外线的伤害
续　表
组成成分
占大气体积
作用
水汽
很少，因时因地而异
水的相变，产生云、雨、雾、雪等一系列天气现象，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
【对点跟踪训练】
读干洁空气的主要成分表(25 km以下)，回答1～3题。
气体成分
体积分数(%)
质量分数(%)
氮(N2)
78
75.52
氧(O2)
21
23.14
氩(Ar)
0.93
1.28
二氧化碳(CO2)
0.038(变动)
0.0456
1.干洁空气中人类和一切生物维持生命活动所必需的物质是(　　)
A．氮(N2)　　　　　　　　 B．氧(O2)
C．氩(Ar) D．二氧化碳(CO2)
2．对地面起到保温作用的是(　　)
A．氮(N2) B．氧(O2)
C．氩(Ar) D．二氧化碳(CO2)
3．低层大气中除干洁空气外，主要还有(　　)
A．臭氧(O3)
B．氨气(NH3)
C．甲烷(CH4)
D．水汽和杂质
答案：1.B　2.D　3.D
　大气的垂直分层
【情景导入诱思】
读大气垂直分层示意图，探究下列问题。

(1)据图分析对流层大气的运动形式及原因。
(2)分析对流层高度随纬度的变化规律及原因。
(3)分析平流层适宜飞机飞行的原因。
(4)分析高层大气中电离层的形成及作用。
提示：(1)以对流运动为主。　对流层大气上部冷，下部热，易形成对流，故对流运动显著。
(2)随着纬度的升高，对流层高度逐渐降低。纬度越低，气温越高，对流越旺盛，对流层所达到的高度就越高；纬度越高，气温越低，对流越不旺盛，对流层所达到的高度就越低。
(3)平流层大气主要以平流运动为主；大气中水汽和杂质含量很少，无云雨现象，能见度好。
(4)电离层大气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，处于高度电离状态。作用：能反射无线电波，对无线电通信有重要作用。
【核心考点突破】
大气的垂直分层
分层
高度范围
主要特点
特点成因
与人类的关系
对
流
层
低纬：
17～
18 km。
中纬：
10～
12 km。
高纬：
8～9 km
气温随高度的增加而降低(每升高1 km气温大约下降6 ℃)
地面是低层大气主要的、直接的热源
人类就生活在对流层的底部，与人类关系最密切
空气对流运动显著
该层上部冷、下部热
天气现象复杂多变
集中了大气圈质量的3/4和几乎全部的水汽、杂质；对流运动易成云致雨
平
流
层
自对流
层顶部
至50～
55 km
高空
气温随高度升高而升高
该层中的臭氧吸收太阳紫外线
平流运动有利于高空飞行；臭氧层有保护地球生命的作用
以平流运动为主
该层大气上部热、下部冷，大气稳定
无云雨现象，能见度好
水汽、杂质少，气流平稳
高层
大气
从平流层
顶部到
3 000 km
的高空
气温随高度增加先降低后增加；空气密度很小
距地面远，受到的引力小
80～500 km的高空，有若干电离层，电离层能反射无线短波，对无线电通信有重要作用
【对点跟踪训练】
读北半球1月份和7月份气温(单位：℃)随纬度和高度的变化图，回答1～3题。

1．关于对流层气温分布规律的叙述，正确的是(　　)
A．气温随纬度的增加而升高
B．气温随高度的增加而升高
C．顶部极地气温比热带地区低
D．南北温差冬季大于夏季
2．在平流层底部，冬季最高气温出现的区域为(　　)
A．10°～10°　　　　　　　　 B．40°～60°
C．30°～40° D．70°～90°
3．对流层上部气温的垂直递减率远比下部高的主要影响因素是(　　)
A．纬度位置
B．大气环流条件
C．下垫面性质
D．热量来源和空气密度
解析：第1题，图中横坐标表示纬度和月份，左侧纵坐标表示高度，右侧纵坐标表示气压，从图中可看出对流层气温随纬度的增加而降低；气温随高度的增加而降低；顶部极地气温比热带地区高；南北温差冬季大于夏季，D正确。第2题，北半球1月表示冬季，从图中可以看出平流层底部40°～60°处气温最高，B正确。第3题，对流层热量来源于近地面，因此海拔越高，气温越低，海拔越高，空气越稀薄，吸收地面辐射的能力越弱，气温下降得越快，D正确。
答案：1.D　2.B　3.D

考点一　大气的组成
1．下列关于大气中二氧化碳作用的叙述，正确的是(　　)
A．能吸收太阳光中的紫外线，增加大气温度
B．能分解氧分子与氮分子为原子，使大气强烈增温
C．能吸收并放射长波辐射，对地面起到保温作用
D．能反射和散射太阳辐射，增加大气温度
解析：选C。二氧化碳能强烈吸收地面长波辐射，使气温升高，对地面有保温作用。
2．关于大气成分的叙述，正确的是(　　)
A．低层大气是由氮气、氧气和二氧化碳等气体组成
B．氮气是大气中最重要的温室气体
C．臭氧大量吸收紫外线，被誉为“地球生命的保护伞”
D．杂质主要分布在高空，是成云致雨的必要条件
解析：选C。大气是多种气体的混合物，低层大气是由干洁空气、水汽和固体杂质组成，故A错误；二氧化碳是大气中最重要的温室气体，能强烈吸收长波辐射，故B错误；臭氧能大量吸收紫外线，保护地球上的生命免受过量紫外线的伤害，被誉为“地球生命的保护伞”，故C正确；杂质几乎全部分布在对流层大气，故D错误。
考点二　大气的垂直分层
读大气垂直分层示意图，回答3～4题。

3．图中能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
4．下列关于大气对流层特点的描述，叙述正确的一组是(　　)
①气温随高度升高而降低
②空气对流运动显著
③低纬地区厚度小于高纬地区
④天气现象复杂多变
A．①③
B．①②④
C．②③④
D．①②③④
解析：第3题，Ⅰ层为对流层，气温随高度的增加而降低；Ⅱ层是平流层，气温随高度的增加而升高，在平流层顶部气温约为0 ℃；在Ⅲ层中气温先降后升。故②曲线能正确表示大气层气温的变化。正确答案是B。第4题，对流层大气的直接热源是地面，故气温随高度升高而降低，①正确；空气上冷下热，故对流运动显著，②正确；由于纬度高低不同，则气温的差异导致了对流运动的高度不同，故低纬地区对流层厚度高于高纬地区，③错误；对流运动旺盛，且该层集中了大量的水汽和固体杂质，容易成云致雨，天气现象复杂多变，④正确。正确答案是B。
答案：3.B　4.B

[学考合格练]
臭氧在大气中的含量虽少，但对地球生命至关重要。据此回答1～2题。
1．臭氧层对地球生命起到保护作用，这是因为臭氧层能够(　　)
A．降低大气温度
B．吸收太阳紫外线辐射
C．促发光化学反应
D．分解人类活动排放的废气
2．据观测，地球上空臭氧空洞现象最为严重的地方出现在(　　)
A．青藏高原上空　　　　　　 B．北极附近上空
C．南极附近上空 D．北美大陆上空
答案：1.B　2.C
3．下列关于大气各层与人类关系的叙述，正确的是(　　)
A．对流层大气对流运动显著，有利于飞机飞行
B．对流层大气复杂多变，不利于人类生存
C．因为平流层中的臭氧能吸收太阳紫外线，平流层成为人类生存环境的天然屏障
D．高层大气中水汽、杂质极少，有利于高空飞行
解析：选C。对流层大气对流运动显著，多云雨天气，不利于飞机飞行；对流层中多变的天气现象，形成云、雨、风等，对人类的农业生产带来一定的好处；高层大气水汽、杂质极少，但是对流旺盛，不利于飞机飞行；平流层因臭氧吸收太阳紫外线，使地球上的人类及其他生物免遭紫外线的伤害。故选C。
读大气垂直分层高度、温度和气压的变化图，回答4～6题。

4．关于图中①②层大气的正确叙述是(　　)
A．①层大气厚度随纬度增加而减小
B．②层因氢原子吸收紫外线而增温
C．①层大气平稳利于大型飞机飞行
D．②层大气与人类关系最密切
5．关于图中内容的正确叙述是(　　)
A．大气垂直分层的依据是大气温度和气压的变化
B．随高度的增加，气温和气压均越来越低
C．距地面20 km处气压降为地面的一半
D．对流层垂直方向上的温度变化范围大致是－60～20 ℃
6．我国发射的“天宫二号”空间实验室运行轨道所在的大气层(　　)
A．气压很低、空气密度很小
B．最高气温约为40 ℃
C．气流以平流运动为主
D．有时会发生云、雨、雾、雪等天气现象
解析：第4题，图中①层是对流层，大气厚度随纬度增加而减小，A对；②层是平流层，因臭氧吸收紫外线而增温，B错；②层大气平稳，利于大型飞机飞行，C错；①层大气与人类关系最密切，人类生活在对流层底部，D错。第5题，大气垂直分层的主要依据是温度、密度、大气运动状况，气压的变化不是划分依据，A错；在对流层，随高度的增加，气温和气压均越来越低，平流层随着高度增加，气温升高，B错；气压是单位面积上空气柱产生的压强，结合图示纵轴数值，距地面20 km处空气稀薄，气压不到地面的十分之一，C错；对流层垂直方向上温度变化范围大致是－60～20 ℃，D对。第6题，我国发射的“天宫二号”空间实验室运行轨道所在的大气层属于高层大气，气压很低、空气密度很小，A对；根据图示曲线判断，最高气温约为0 ℃，B错；气流以平流运动为主的是平流层，C错；不会发生云、雨、雾、雪等天气现象，D错。
答案：4.A　5.D　6.A
一位游客的旅行日记中这样写道：“飞机平稳地飞行在万米的高空，透过窗外看到纯净湛蓝的天空，而在飞机下方则是翻腾的云海……”据此回答7～8题。
7．该游客乘坐的飞机正在大气层中的________中飞行(　　)
A．对流层 B．平流层
C．高层大气 D．电离层
8．在飞机上看到的“翻腾的云海”所在大气层的大气运动特点是(　　)
A．对流运动显著 B．水平运动显著
C．上升运动显著 D．下沉运动显著
解析：第7题，大气垂直分层分为三层，从地面到高空依次为对流层、平流层和高层大气。其中天气现象发生在对流层，平流层大气以水平运动为主，适合高空飞行。故选B。第8题，据上题分析可知，“翻腾的云海”所在大气层为对流层，底部热、上部冷，对流运动显著。故选A。
答案：7.B　8.A
9．一探空气球升到30 km的高度，测得由地面到30 km高度的气温变化是(　　)
A．逐渐降低 B．逐渐升高
C．先降低后升高 D．先升高后降低
解析：选C。探空气球由地面到高空30 km的高度，先经过对流层，再经过平流层，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，所以气温变化是先降低后升高。
10．读下图，回答下列问题。

(1)该图反映的是________纬度大气的垂直分层，理由是什么？
(2)A层大气天气现象复杂多变的原因：①__________________________________
________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)补绘B层气温变化曲线。该层在22～27 km范围内，________含量达到最大值，形成________层，成为人类生存环境的天然屏障。
(4)A、B、C大气密度变化的趋势是________。
解析：(1)据图中对流层的高度为12 km可判断该图反映的是中纬度大气的垂直分层。(2)A层集中了大气中几乎全部的水汽和杂质，且空气对流运动显著，水汽易凝结成云致雨，因此天气现象复杂多变。(3)据图可知，B层为平流层，气温随高度增加而增加。该层在22～27 km范围内，臭氧含量达到最大值，形成臭氧层，成为人类生存环境的天然屏障。(4)据图可知，A、B、C依次为对流层、平流层、高层大气。大气的密度越往上越小，空气越稀薄。
答案：(1)中　对流层厚度为12 km。
(2)该层集中了大气中几乎全部的水汽和杂质　空气对流运动显著
(3)
臭氧　臭氧
(4)逐渐变小
[学考等级练]
奥地利探险家鲍母加特纳在美国的新墨西哥州罗斯韦尔地区，于当地时间2012年10月14日9时30分(西六区)乘氢气球到达距地面39 044 m后，从太空舱里跳下，于北京时间15日凌晨2时12分03秒成功落地。据此回答1～2题。
1．鲍姆加特纳跳出时的高度处于(　　)
A．对流层 B．平流层
C．电离层 D．高层大气
2．从跳出到落地，鲍姆加特纳经历的大气温度变化是(　　)
A．逐渐降低 B．逐渐升高
C．先升高后降低 D．先降低后升高
解析：第1题，距地面39 044 m的高度处于大气层的平流层。选B正确。第2题，对流层的温度由地面向高空降低，平流层的温度向高空升高；所以从跳出到落地，鲍姆加特纳经历的大气温度变化是先降低后升高。选D正确。
答案：1.B　2.D
如果对流层大气出现“上热下冷(即随海拔上升，气温也上升)”现象时，空气对流运动减弱，不利于污染物的扩散。读下图，回答3～4题。

3．图中符合题中所示现象的大气层次是(　　)
A．①＋② B．②
C．②＋③ D．③
4．下列措施能缓解城市雾霾现象的是(　　)
A．外出戴口罩 B．多吃润肺食物
C．错时上下班 D．使用空气净化器
解析：第3题，题中所示现象是“上热下冷”，即随海拔上升，气温也上升，图中符合该现象的大气层次是②(平流层)，B对。第4题，错时上下班可减少交通拥堵，减少尾气排放，从而减轻雾霾现象，C对。外出戴口罩、多吃润肺食物、使用空气净化器可以减少雾霾吸入，但不能减轻雾霾现象，A、B、D错。
答案：3.B　4.C
读下图，回答5～6题。

5．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．高纬度的平流层 D．低纬度的平流层
6．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．以平流运动为主，有利于飞机高空飞行
D．受强烈的太阳辐射而呈电离状态
解析：第5题，图示大气层从12 km高空向上气温逐渐升高，故图示大气层是中纬度的平流层，B正确。第6题，平流层大气以水平运动为主，有利于飞机高空飞行，C正确；随高度增加，温度升高；能够大量吸收紫外线短波辐射；呈电离状态的是电离层。
答案：5.B　6.C
2017年9月8日，在俄罗斯阿德勒上空，一架飞机与龙卷风狭路相逢，三条大小不一的风柱从天际垂到海面，飞机在极其危险的距离内躲过了这股自然之力，平安飞越该区域，成功着陆。据此回答7～8题。
7．飞机与龙卷风狭路相逢时，飞机正位于地球大气层中的(　　)
A．对流层 B．平流层
C．电离层 D．高层大气
8．该飞机在下降过程中，周围大气整体温度变化正确的是(　　)
A．逐渐下降 B．逐渐上升
C．先上升后下降 D．先下降后上升
解析：第7题，龙卷风是大气中最强烈的涡旋现象，常发生于夏季的雷雨天气时，尤以下午至傍晚最为多见。由此判断龙卷风多发生在对流运动旺盛的对流层，飞机与龙卷风相逢，说明相逢于对流层，故答案选A。第8题，对流层的温度随着高度的上升，温度逐渐降低。因此飞机在下降过程中，周围大气整体温度应该逐渐上升，B正确。
答案：7.A　8.B
9．读大气的垂直分层示意图，回答下列问题。

(1)依次写出图中字母A、B、C代表的各大气分层名称。
(2)简述图中A层大气所具有的特点。
(3)图中B层大气被誉为“地球生命的保护伞”，请说明其中的原因。
(4)写出电离层位于图中大气层的哪一分层(用字母表示)，说明电离层对于人类有什么重要作用。
解析：(1)读图，图中字母A代表对流层、B代表平流层、C代表高层大气。(2)图中A层是对流层，集中了整个大气质量的3/4和几乎全部的水汽、杂质；该层气温随高度的增加而降低；热空气上升，冷空气下沉，空气对流运动显著，天气现象复杂多变。(3)图中B层大气是平流层，该层中的臭氧能够强烈吸收太阳辐射中的紫外线，使地球生物免受强烈太阳紫外线的伤害，因此被誉为“地球生命的保护伞”。(4)电离层位于图中大气层的C层，即高层大气。电离层大气处于高度电离状态，能反射短波无线电波，对无线电通信有重要作用。
答案：(1)A层为对流层，B层为平流层，C层为高层大气。
(2)集中了整个大气质量的3/4和几乎全部的水汽、杂质；气温随高度的增加而降低；空气对流运动显著，天气现象复杂多变。
(3)该层中的臭氧能够强烈吸收太阳辐射中的紫外线；使地球生物免受强烈太阳紫外线的伤害。
(4)C层。　能反射短波无线电波，对无线电通信有重要作用。