中图版 (2019)必修 第一册第二节 大气的组成与垂直分层学案

第二节　大气的组成与垂直分层

一、大气的组成

1．大气是由干洁空气、固体杂质和水汽等组成的混合物。干洁空气主要成分有氮气和氧气，其次是氩气、二氧化碳、甲烷和臭氧等。

2．大气成分的主要作用

1．判断正误。

(1)地球形成后，大气成分不再发生变化。(×)

(2)大气中含量最高的成分是氧气。(×)

2．最为重要的温室气体是(　　)

A．氮气    B．氧气

C．二氧化碳    D．臭氧

答案　C

解析　二氧化碳是重要的温室气体。近几十年来其浓度升高引起“温室效应”加剧。

3．1991年上映的科幻电影《高地人2：天幕之战》剧情介绍：故事发生在2024年，由于太空的臭氧层消失，TSC企业遂于太空安置天幕，人们只能生活在人造的灰色“天幕”下。通过多次冒险行动，几十年后发现臭氧层空洞已经恢复，剧中美丽的女一号首次看到了蔚蓝色的天空……

科幻电影是有着一定科学依据的。剧中安装人造天幕的目的是什么？

提示　臭氧可以吸收太阳辐射中的紫外线，使地球上生物免受紫外线伤害，被称为地球生命的“保护伞”。臭氧层破坏，大量紫外线穿透大气层到达地表，对地球上生物伤害极大，给人体健康也带来影响，所以电影设想了安装人造天幕。

二、大气的垂直分层

1．划分依据：根据大气在垂直方向上的物理性质和运动状况，可以将大气分为对流层、平流层和高层大气。

2．大气各垂直分层的主要特点

(1)对流层

气温随高度的增加而降低，有利于大气的对流运动，天气现象复杂多变，占据了大气质量的3/4和大气中水汽和杂质的绝大部分。

(2)平流层

气温随高度增高而升高；在22～27千米范围内形成臭氧层；空气多做水平运动；对航空飞行非常有利。

(3)高层大气

存在电离层；密度非常小。

1．判断正误。

(1)臭氧层位于对流层。(×)

(2)平流层有利于高空飞行。(√)

2．随高度的升高，对流层气温(　　)

A．升高    B．先升高后降低

C．降低    D．先降低后升高

答案　C

解析　在对流层，气温随高度的升高而降低；在平流层，气温随高度的升高而升高；在高层大气，气温随高度的升高先降低后升高。

3．一架飞机保持在15千米的高度，由赤道飞往北京，依次会经过的大气垂直分层有哪些？

提示　对流层、平流层。

任务探究　大气的组成

美国有线电视新闻网2018年12月6日消息，最新研究显示，北极圈内的格陵兰岛冰川正在以数千年来“前所未有”的速度融化。

《2018年臭氧层耗损科学评估》指出，自2000年以来，南极地区臭氧的恢复率达到了1%～3%。

据此探究下列问题：

(1)全球变暖主要与哪种大气成分增多有关？

(2)臭氧有哪些作用？

(3)针对上述大气环境问题，可采取哪些有效措施？

[成果展示]　(1)二氧化碳。

(2)臭氧能够吸收太阳光中的紫外线，保护地球生命。

(3)减少化石能源的使用，发展清洁能源，减少二氧化碳排放；保护森林；研究新型制冷设备，控制氟氯烃的排放等，保护臭氧层。

1．大气组成及其作用

2．人类活动对大气的影响

人类活动造成的大气污染，导致大气成分和含量的变化。

读干洁空气的主要成分(25千米以下)表，回答(1)～(3)题。

(1)干洁空气中体积比例最大的是(　　)

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，主要成分还有(　　)

A．臭氧(O3)    B．氨气(NH3)

C．甲烷(CH4)    D．水汽和杂质

科学思维

大气成分及作用的分析思路

第(1)题，读表可知，干洁空气中体积比例最大的是氮(N2)。第(2)题，对地面起保温作用的是二氧化碳(CO2)。第(3)题，低层大气由干洁空气、水汽和杂质组成。

[答案]　(1)A　(2)D　(3)D

　　提升运用能力

大气是多种气体的混合物，各成分保持相对的稳定。不同的大气成分，作用不同。据此完成1～3题。

1．大气成分中，既能参与光合作用，又具有保温作用的是(　　)

A．氮    B．氧

C．二氧化碳    D．臭氧

答案　C

解析　参与光合作用的大气成分主要是氧和二氧化碳，二氧化碳具有保温作用。

2．近地面大气中，时空差异最显著的大气成分是(　　)

A．氮和氧    B．水汽和杂质

C．水汽和氧    D．二氧化碳和氮

答案　B

解析　受地表性质的影响，水汽和杂质的时空差异最显著。

3．当今，导致大气成分比例发生不合理变化的人为因素有(　　)

①燃烧煤、石油等矿物燃料　②大量制冷设备　③大量植树造林　④兴修水库

A．①②    B．②③ 

C．②④    D．③④

答案　A

解析　燃烧煤、石油等矿物燃料产生大量二氧化碳，大量制冷设备的使用释放大量的氟氯烃，会破坏臭氧；植树造林和兴修水库使大气成分向良性方向变化。

任务探究　大气的垂直分层

随着海拔的变化，大气的组成和性质发生了很大的变化。下图为大气的垂直分层示意图。

据此探究下列问题：

(1)随着海拔的上升，大气的气温和气压发生了什么变化？

(2)该图反映了大气垂直分层的划分依据是什么？

[成果展示]　(1)气温：随着海拔的升高，气温先降低，后升高，再降低，再升高。气压：随着海拔的升高，气压降低。

(2)气温。

大气的垂直分层表

读大气温度随高度变化示意图，回答(1)～(2)题。

(1)从大气垂直分层看，图示大气层是(　　)

A．低纬对流层    B．中纬平流层

C．高纬对流层    D．低纬平流层

(2)该层大气(　　)

A．随高度增加，温度增幅变小

B．能大量吸收红外线辐射

C．以平流运动为主，利于高空飞行

D．强烈的太阳辐射使大气呈电离状态

科学思维

大气分层及其特点的分析思路

第(1)题，读图可知，图示范围内大气的高度为12～50千米；随着海拔的上升，气温逐渐升高，这符合平流层的特点；中纬地区对流层高度约为10～12千米。第(2)题，读图可知，12～30千米高度，温度上升幅度小；30～50千米高度，温度上升幅度大；说明随高度增加，温度增幅变大。平流层有臭氧，能大量吸收紫外线。以平流运动为主，有利于高空飞行。高层大气处于电离状态。

[答案]　(1)B　(2)C

　　提升运用能力

读大气垂直分层示意图，回答1～3题。

1．人类排放的氟氯烃，对人类生存环境破坏最大的是(　　)

A．A层    B．B层

C．C层    D．C层以上大气层

答案　B

解析　读图可知，B层为平流层，平流层中有臭氧层存在，人类排放氟氯烃可破坏臭氧层。

2．冬季，下列城市上空对流层高度从高到低排列正确的是(　　)

①广州　②上海　③北京　④哈尔滨

A．①②③④    B．①③②④

C．②③①④    D．②④①③

答案　A

解析　对流层厚度由低纬向高纬递减。

3．日常生活中，经常遇到的气温变化和风霜雨雪天气发生在(　　)

A．A层    B．B层 

C．C层    D．C层以上

答案　A

解析　云、雾、雨、雪等天气现象主要发生在对流层。

图表问题巧点拨

[教材第39页“思考”]

点拨　垂直方向上大气密度随高度增大而减小，平流层大气中水汽含量少、极少有复杂多样的天气现象，气流平稳、天气晴朗，是大型民航客机最为适宜的飞行区域。

答案　平流层。

[教材第45页“作业题”]

点拨　1.(开放性问题，叙述合理即可)从文字叙述来看，大气是人体正常活动所必需进行的机体活动，是人类生存不可或缺环境的一部分。洁净的大气利于人类生存，而污浊的空气、污染的气体将危害着人体健康。

2．(具有一定的开放性，材料能够说明问题即可)大气自近地面向上分为对流层、平流层和高层大气，这三层大气的温度变化趋势不同：近地面大气下层热、上层凉，如从山脚下至山顶的温度变化；平流层气温是下层低、上层高，该层大气能量来源于臭氧吸收太阳辐射中的紫外线；高层大气温度变化复杂。

3．(1)磁暴是指地球上磁针不能正确指示方向的现象。太阳活动强度大的时候，用到传统磁针指示方向的人类活动都受到影响。

(2)高空大气稀薄，受太阳高能带电粒子流冲击，发生极光现象。

(3)地球本身是一个巨大的磁场，地球磁场的两个极位于地球的两极附近，太阳活动喷射的高能带电粒子流被地球磁场捕获，同稀薄大气相碰撞就会形成极光。

答案　1.呼吸是人体的基本机能，大气对于人体是必不可少的；大气质量的高低，直接影响着人体健康，所以我们要保护清洁的大气环境，以维护我们所必需的洁净大气环境。

2.

3．(1)磁场扰动时，磁场方向和大小的改变，磁针不能正确指示方向，对航海等影响较大；通信卫星无法正常通信等。

(2)极光出现在高层大气中。

(3)地球上的两极地区高空容易发生极光。

地理实践深探索

方向与建议

1．查阅相关资料，研究主要大气成分变化的特点及原因。

2．查阅相关资料，研究极光、流星、天气现象、高空飞行、无线电波与大气垂直分层及人类活动的关系。

3．从日常生活的角度提出改善大气环境的措施。

展示与评价

略。

　　时间：45分钟　　　满分：100分

一、选择题(共12小题，每小题4分，共48分。每小题只有一个选项符合题目要求)

大气是由多种气体混合组成的气体及浮悬其中的液态和固态杂质所组成。据此完成1～2题。

1．低层大气的组成成分是(　　)

A．氧气、氮气和干洁空气    B．二氧化碳、水汽和杂质

C．干洁空气、水汽和杂质    D．氮气、水汽和干洁空气

答案　C

解析　低层大气由干洁空气、水汽和杂质组成。

2．由于人类活动造成的大气污染，已导致大气中一些成分比例变化明显，表现在(　　)

A．臭氧增多    B．二氧化碳含量增多

C．水汽增多    D．氧气增多

答案　B

解析　人类活动造成的大气污染，已导致大气成分和含量的变化，如人类燃烧煤、石油等矿物燃料，使大气中二氧化碳含量不断增加；再如随着电冰箱、冰柜等的广泛使用，大气中的氟氯烃含量不断增加，破坏大气中的臭氧，使其含量不断减少。

读地球某大气成分浓度垂直分布图，回答3～5题。

3．该大气成分最可能是(　　)

A．二氧化碳    B．氧气

C．臭氧    D．水汽

4．该大气成分主要分布于(　　)

A．对流层    B．平流层

C．高层大气    D．外层大气

5．受人类活动的影响，部分地区该大气成分的浓度降低。带来的影响主要是(　　)

A．大气透明度提高

B．大气透明度降低

C．到达地面的紫外线增多

D．到达地面的紫外线减少

答案　3.C　4.B　5.C

解析　读图可知，该大气成分在20～30千米高度范围内浓度最高，该高度范围是平流层，该大气成分最可能是臭氧；臭氧能吸收太阳光中的紫外线，臭氧减少后，到达地面的紫外线增多。

下图示意大气垂直分层，读图回答6～8题。

6．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

答案　B

解析　①曲线所示对流层的气温变化过于剧烈，最低温过低，排除①；对流层气温随海拔增高而降低，排除④；平流层气温随海拔增高而增高，排除③；高层大气的底层气温随海拔增高而降低，上层气温随海拔增高而增高，②曲线正确。

7．对无线电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

答案　D

解析　Ⅲ层为高层大气，在该层中有若干电离层(在80～500千米高空)，其带电粒子会反射无线电波。

8．我国发射的“神舟”号飞船运行轨道所在的大气层(　　)

A．气温在－50 ℃～20 ℃之间

B．气温随高度增加平稳下降

C．最低气温约为－80 ℃

D．最高气温约为40 ℃

答案　C

解析　“神舟”号飞船的运行轨道在高层大气，其最低气温约－80 ℃。

地球大气中进行着各种不同的物理过程，产生着高天流云、风霜雨雪等异彩纷呈的自然现象。据此回答9～10题。

9．云雨现象主要分布在对流层，原因不包括(　　)

A．上冷下热    B．水汽、杂质含量多

C．对流旺盛    D．二氧化碳含量多

答案　D

解析　对流层上冷下热，对流旺盛，有利于成云致雨，A、C两项不符合题意；对流层大气中，水汽、杂质含量多，水汽和杂质是天气变化的重要角色，B项不符合题意；云雨的产生与二氧化碳含量无关，D项符合题意。

10．“我欲乘风归去，又恐琼楼玉宇，高处不胜寒”说明(　　)

A．对流层气温随高度升高而降低

B．对流层气温随高度升高而升高

C．平流层气温随高度升高而升高

D．平流层气温随高度升高而降低

答案　A

解析　“我欲乘风归去，又恐琼楼玉宇，高处不胜寒”说明对流层气温随高度升高而降低。

读南极萨布尔基地冰穴测定的大气中某种气体体积分数的历史数据，回答11～12题。

11．该气体是(　　)

A．二氧化碳    B．臭氧

C．氮    D．氧

答案　A

解析　据图中纵坐标的含义可知，该气体浓度很低，说明该气体属于大气中的微量成分，故排除C、D两项；工业革命以来，受人类活动的影响，大气中的二氧化碳浓度上升，臭氧含量减少，故A项正确，B项错误。

12．造成该大气成分浓度增加的主要原因有(　　)

①空调等制冷设备的使用　②过度砍伐森林　③大量使用煤等矿物燃料

A．①②    B．②③ 

C．①③    D．①②③

答案　B

解析　过度砍伐森林、矿物燃料的燃烧是二氧化碳浓度上升的主要原因。

二、综合题(共2小题，共52分)

13．读干洁空气组成示意图，回答下列问题。(22分)

(1)图中A、B表示的大气成分是：A________，B________。其中B的重要作用是____________________________。(8分)

(2)“其他气体”含量虽少，但其中的________和________对地球上的生命活动和自然环境有着重要作用。被称为“地球生命保护伞”的主要成分分布在__________层。(6分)

(3)由于人类活动的影响，使得大气的成分和含量发生变化。由于燃烧矿物燃料，使得干洁空气中的________含量增多；由于________工业的发展，释放到大气中的________增加，破坏了臭氧层，使到达地面的________增加，危害人体健康。(8分)

答案　(1)氮　氧　人类和一切生物维持生命的必需物质

(2)CO2　O3　平流

(3)CO2　制冷　氟氯烃　紫外线

解析　可根据干洁空气的组成及各成分的主要作用来进行分析。

14．读大气垂直分层图，回答下列问题。(30分)

(1)B层是________层，为什么说它是人类生存环境的天然屏障？________。

该层因__________________而有利于高空飞行。(8分)

(2)A层是________层，该层的热量直接来自__________，其空气以________运动为主，原因是________，该层的天气特征是________。(10分)

(3)C层是________层，该层中的电离层对无线电通信有重要作用，原因是__________________，该现象产生的原因是__________________。(8分)

(4)人类活动导致其成分增加或减少的是________层和________层。(4分)

答案　(1)平流　臭氧含量多，大量吸收太阳光中的紫外线，保护地球生物免受伤害　天气晴朗，能见度好

(2)对流　地面　对流　上冷下热　复杂多变

(3)高层大气　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　平流

解析　对流层大气的主要的、直接的热源是地面，气温随着高度的升高而递减。该层下热上冷，对流运动显著，近地面的水汽和固体杂质得以向上输送，易成云致雨，天气现象复杂多变；平流层中由于臭氧大量吸收紫外线，不仅成为人类生存环境的天然屏障，而且使气温随着高度的升高而升高，该层下冷上热，大气以平流运动为主，加上该层水汽、固体杂质极少，天气晴朗，能见度好，有利于高空飞行；高层大气中有电离层，其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，故而能反射无线电波；目前，由于人类大量使用矿物燃料，使对流层中的二氧化碳含量不断增加，随着制冷工业的发展，大气中的氟氯烃含量增加，破坏臭氧层。