大气的组成与垂直分层 课件 2026-2027学年高一上学期湘教版地理必修一

湘教版·高中地理必修第一册 第三章 第一节 大气的组成与垂直分层 ——地球这层"薄纱"，为何与我们的生存息息相关？ 公开课 · 40 分钟 · 高一地理备课组 1.7.2013 同学们好，今天我们一起来学习湘教版必修第一册第三章第一节——大气的组成与垂直分层。请大家先看这张从太空拍摄的地球照片，地球边缘那层淡淡的蓝色光带，就是我们脚下这层薄薄的大气。它虽然薄，却孕育了生命、遮挡了伤害、塑造了天气。这节课我们就把这层"薄纱"拆开来看：它由什么组成？又如何在垂直方向上分层？ ‹#› 课标要求 · 学习目标 课程标准（2017 年版 2020 年修订） 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。 本节课你要能完成三件事： 01 说出低层大气的主要组成成分，并说明氮、氧、二氧化碳、臭氧、水汽、杂质各自的作用。 02 读"大气垂直分层示意图"，归纳对流层、平流层、高层大气的气温、运动与天气特征。 03 联系生活与生产实例（航空、航天、天气预报、臭氧层保护等），解释大气各层与人类活动的联系。 1.7.2013 这节课对应的课标只有一句话，但信息量很大：行为条件是"运用图表等资料"，意味着我们不能死记硬背，要学会读大气垂直分层图；行为动词是"说明"，属于理解层次；学习内容是大气组成与垂直分层及其与生产生活的联系。学完这节课，大家要能做到黑板上这三件事。 ‹#› 课堂导入 · 一个真实的新闻场景 2023 年 9 月， "天宫课堂"第四课在 距地面约 400 千米的 中国空间站开讲。 思考一：空间站外面，为什么航天员必须穿厚重的航天服？ 思考二：从地面到 400 千米高空，大气经历了哪些变化？ 1.7.2013 我们先看这张图——中国空间站在距离地面约400千米的轨道上运行。请大家带着两个问题进入今天的学习：第一，空间站外面为什么那么"可怕"，航天员出舱必须穿航天服？第二，从我们脚边到400千米高空，大气到底经历了怎样的变化？这两个问题的答案，就藏在大气的组成与垂直分层里。 ‹#› 这节课，我们这样走 环节一 大气的组成 · 干洁空气：氮、氧、CO₂、O₃ · 水汽与杂质 · 人类活动对大气成分的影响 环节二 大气的垂直分层 · 对流层：天气多变 · 平流层：臭氧层、民航飞行 · 高层大气：电离层、极光、空间站 环节三 联考实战与小结 · 联考真题精练 · 知识结构思维导图 · 课堂小结 1.7.2013 整节课我们分三个环节走：先解决"大气由什么组成"，再解决"大气在垂直方向上怎么分层"，最后用联考真题检验大家是不是真的会读大气垂直分层图。每个环节大约10到15分钟。 ‹#› 环节一 · 大气的组成 抬头看天，这片"空气"里到底装了些什么？ 低层大气不是"一种气体"，而是干洁空气、水汽和杂质三类物质的混合物。 它们各自占多少？又各自在自然界里扮演什么角色？ 1.7.2013 我们先解决第一个问题：大气由什么组成。请大家抬头——我们每天呼吸的空气，看起来透明、无色，但它不是单一气体。它至少由三类物质混合而成：干洁空气、水汽、还有悬浮在其中的固体杂质。这三类物质各自占比多少？又各自发挥什么作用？我们一页一页看。 ‹#› 干洁空气：氮气和氧气占了 99% 成分 体积分数 在自然界中的作用 氮 N₂ 约 78% 地球生物体蛋白质的重要组成部分 氧 O₂ 约 21% 人类和其他好氧生物维持生命活动所必需 氩 Ar 等 < 1% 含量少，对天气过程影响较弱 关键结论 · 25 千米以下干洁空气中，氮和氧合占约 99%。 · 干洁空气组成在近地面基本稳定。 · 但 CO₂、O₃ 含量虽少，作用却不可替代。 1.7.2013 先看干洁空气——也就是把水汽和杂质去掉之后的纯净气体混合物。其中氮气约占78%，氧气约占21%，两者加起来占了99%。氮气是生物体蛋白质的基本组成元素，氧气是我们呼吸、燃烧、腐败分解都离不开的气体。需要提醒大家：虽然二氧化碳和臭氧含量不到1%，但它们的作用极其关键，下一页专门讲。 ‹#› 含量虽少，作用巨大：二氧化碳与臭氧 二氧化碳 CO₂ · 是绿色植物进行光合作用的基本原料。 · 对地面起保温作用——被称为"温室气体"。 · 人类大量燃烧化石燃料，使其浓度升高，是全球气候变暖的主要原因。 臭氧 O₃：地球生命的保护伞 · 能强烈吸收太阳紫外线，使生物免受过量紫外线伤害。 · 臭氧减少 → 到达地面紫外线增多 → 皮肤癌、白内障风险上升。 1.7.2013 二氧化碳和臭氧在干洁空气中占比都不到0.1%，但它们的作用一点也不小。二氧化碳是植物光合作用的原料，同时像一层"保温被"，让地面不至于太冷；但人类烧煤烧油让它越来越多，就带来了全球变暖。臭氧主要集中在平流层，它能吸收太阳紫外线——如果没有臭氧层，地球表面的紫外线会强到让生物无法生存。右边这张皮肤晒伤图，就是紫外线伤害的直观表现。 ‹#› 水汽与杂质：成云致雨的"幕后搭档" 城市雾霾中的固体杂质 火山喷发释放大量火山灰进入大气 水汽：成云致雨的必要条件，伴随热量吸收与释放，影响地面和大气温度。 固体杂质：作为凝结核，是成云致雨的必要条件；同时削弱太阳辐射、影响大气质量。 1.7.2013 低层大气里还有两类"变化很大"的成分：水汽和固体杂质。水汽从海洋、陆地蒸发而来，它在凝结成云致雨的过程中吸收或释放热量，是天气变化的主角。固体杂质来源很广——左边是城市雾霾里的颗粒物，右边是火山喷发的火山灰。它们像"凝结核"一样，让水汽有地方附着才能形成云滴。所以水汽加杂质，才是成云致雨的两个必要条件，缺一不可。 ‹#› 环节一小结 大气组成不是一成不变的——人类正在改变它 排放 CO₂ 化石燃料燃烧、毁林 → 全球气候变暖 消耗 O₃ 氟氯烃化合物排放 → 臭氧层破坏、臭氧空洞 增加杂质 工业、交通排放颗粒物 → 雾霾、大气质量下降 1.7.2013 小结一下环节一：低层大气由干洁空气、水汽和杂质组成。氮和氧占99%但相对稳定；二氧化碳和臭氧含量少却作用关键；水汽和杂质是成云致雨的必要条件。更重要的是——大气组成不是一成不变的，人类活动正在改变它：排二氧化碳导致全球变暖，排放氟氯烃消耗臭氧，排放颗粒物导致雾霾。这就是地理学科"人地协调"的视角。 ‹#› 环节二 · 大气的垂直分层 为什么民航飞机都要飞到"云层之上"？ 大气在垂直方向上的温度、密度、运动状况差异极大。 科学家据此把自地面到高空划分为几层——每一层都有自己的"脾气"，也与人类活动发生不同的联系。 1.7.2013 接下来进入环节二。先看这张照片：民航客机正飞行在厚厚的云层之上。大家坐过飞机的都有体会——起飞时颠簸得厉害，一旦穿出云层就突然平稳了。为什么？因为云层在下面那一层，飞机飞到了更"安静"的一层。这就是大气垂直分层在起作用。接下来我们用一张大气垂直分层示意图，把从地面到 2000 千米高空这张"竖切面"切开看。 ‹#› 大气垂直分层示意图（依据气温、运动状况划分） 对流层 0 ~ 12 km 平流层 12 ~ 50 km 高层大气 50 km 以上 读图三关键 一看高度：自下而上依次是对流层、平流层、高层大气。 二看气温：对流层递减 → 平流层递增 → 高层先降后升。 三看人类活动：天气现象集中在对流层；民航在平流层；航天器、电离层在高层大气。 对流层平均厚度低纬约 17~18 km，高纬约 8~9 km 1.7.2013 这节课最核心的图就是这张大气垂直分层示意图。同学们读图要抓三个关键：一看高度，从下到上是对流层、平流层、高层大气；二看气温，对流层气温随高度增加而降低，平流层反而升高，高层大气先降后升；三看人类活动——所有天气现象都发生在对流层，民航飞机在平流层飞，卫星、空间站、电离层都在高层大气。下面我们一层一层拆。 ‹#› 对流层：天气"表演"的大舞台 云、雨、风等天气现象都发生在对流层 三大特征，记牢 ① 厚度不均：低纬 17~18 km，中纬约 12 km，高纬仅 8~9 km。 ② 气温递减：每上升 100 m，气温约下降 0.6 ℃；地面是其主要直接热源。 ③ 对流旺盛：上冷下热，空气对流运动显著，云、雨、雾、雪等天气现象都发生在这一层。 与人类关系：对流层与人类关系最密切——我们就生活在它的底部；所有天气变化都直接影响生产生活。 1.7.2013 先看最底下这一层——对流层。它有三个关键特征要记：第一，厚度不一样，赤道地区最厚能到17、18千米，极地只有8、9千米，因为赤道热对流强；第二，气温随高度升高而降低，每上升100米降0.6℃，所以高山上比山下冷；第三，因为下面热、上面冷，空气容易对流起来，云、雨、风、雪全都发生在这一层。我们就生活在对流层的最底部。 ‹#› 平流层：臭氧层所在，民航飞机的"高速路" 民航客机多在平流层底部飞行，平稳少颠簸 为什么飞机爱在这里飞？ ① 气温上高下低：臭氧强烈吸收紫外线增温，气温随高度升高而升高。 ② 大气以平流运动为主：上热下冷，大气稳定，不易对流。 ③ 天气晴朗：水汽、杂质极少，云雨绝迹，能见度高。 ④ 臭氧层：22~27 km 处臭氧浓度最大，是"地球生命的保护伞"。 1.7.2013 对流层顶往上就是平流层。这一层最关键的两件事：第一，臭氧集中在这里，它吸收太阳紫外线而增温，所以平流层的气温反而是随高度升高而升高；第二，因为上热下冷，大气非常稳定，主要做水平方向的平流运动，加上水汽杂质极少，天气晴朗——这正是民航飞机选择在这一层飞行的原因：平稳、安全、能见度好。请大家记住，臭氧层主要在平流层 22 到 27 千米处。 ‹#› 高层大气：极光、电离层与空间站的家园 极光是太阳风带电粒子在高层大气中激发的发光现象 中国空间站运行在约 400 km 高空的高层大气 主要特征：气压很低、空气密度极小；60~500 km 高空有若干电离层，能反射无线电短波，对无线电通信有重要作用。 1.7.2013 50千米以上就是高层大气。这里空气已经非常稀薄，但有两件大事：第一，60到500千米处存在电离层，大气分子被太阳紫外线电离成带电粒子，它能反射地面发出的无线电短波——我们远距离短波广播、靠的就是它；第二，极光、流星、空间站、人造卫星都在这一层。开头那张天宫课堂的照片，就是中国空间站在约400千米高空拍摄的。 ‹#› 一张表对比：三层大气的"身份证" 分层 高度范围 气温变化 运动与天气 与人类的联系 对流层 0~12 km（平均） 随高度升高而降低 对流旺盛；天气复杂多变 人类生活在其底部；所有天气现象 平流层 12~50 km 随高度升高而升高 以平流运动为主；晴朗少云 臭氧层；民航飞机飞行 高层大气 50 km 以上 先降后升 空气稀薄；处于电离状态 电离层反射无线电；极光、空间站 1.7.2013 这张表是本节最核心的知识结构，请大家拍下来课后对照复习。重点抓两组对比：第一，气温变化——对流层递减、平流层递增，这是反着的；第二，与人类活动的对应关系——天气在对流层、民航在平流层、无线电通信和航天器在高层大气。考试里只要给你一个高度，你就要能立刻说出它在哪一层、有什么特征。 ‹#› 课堂练习一 · 联考真题（探空气球） 无线电探空气球携探空仪升空 气象气球携带探空仪器升空，就像一个"CT 扫描仪"，从低空到高空逐层扫描，把不同高度的温度、气压、湿度、风向、风速等数据发回地面。据此完成 1~2 题。 1. 探空气球在上升过程中，观测到的气温垂直变化规律是（　） A. 一直递减　　B. 一直递增　　C. 先减后增再减　　D. 先减后增 2. 探空气球上升至约 30 km 处时，气球所处大气层最适合（　） A. 开展高空跳伞　B. 民航飞行　C. 观察极光　D. 发射火箭 1.7.2013 现在用两道联考真题检验一下。材料说的是气象探空气球——它每天从全国各个探空站放飞，一边上升一边把不同高度的温度、气压数据发回地面，是天气预报的重要数据来源。第一题：它上升过程中气温怎么变？提示：穿越对流层、平流层、高层大气，三层气温变化规律不同。第二题：30千米在哪一层？这一层适合做什么？请大家先做，我们下一页对答案。 ‹#› 练习一 · 答案与解析 第 1 题　答案：C 对流层（0~12 km）气温递减 → 平流层（12~50 km）递增 → 高层大气先降后升。故全程为"先减后增再减"。 第 2 题　答案：B 30 km 处于平流层（12~50 km）。该层大气平稳、天气晴朗，最利于民航飞机飞行。极光在高层大气，跳伞在对流层。 解题关键：高度 → 分层 → 特征 → 人类活动 拿到任何一道大气垂直分层题，先做"高度定位"： <12 km → 对流层（天气多变、对流旺盛）；12~50 km → 平流层（臭氧、民航）；>50 km → 高层大气（电离层、极光、航天器）。 1.7.2013 对答案：第一题选C——对流层减、平流层增、高层先降后升，合起来是先减后增再减。第二题选B——30千米在平流层，民航飞机就在这里飞。请大家记住这个解题套路：先做高度定位，再套对应层的特征和人类活动。这是考试中读大气垂直分层图的万能钥匙。 ‹#› 课堂练习二 · 联考真题（天宫课堂） 2023 年 9 月 21 日，"天宫课堂"第四课在距地面约 400 千米高度的中国空间站开讲。据此完成 3~4 题。 3. 空间站所在大气层（　） A. 气温随高度增加而递减　　B. 存在若干电离层 C. 是天气现象发生的主要层　D. 集中了大气几乎全部臭氧 4. 航天员在空间站出舱活动时，需要穿厚重航天服，主要是因为高层大气（　） A. 能见度极低　　B. 气压极低、温度变化剧烈、宇宙射线强 C. 臭氧浓度过大　D. 对流运动强烈、天气复杂 参考答案：3. B　　4. B 1.7.2013 第二题回到开头那个场景——天宫课堂在400千米高空。第3题考空间站所在层的特征：400千米在高层大气，那里有电离层，能反射无线电短波，所以选B。A错，因为高层大气温度不是一直递减；C错，天气现象都在对流层；D错，臭氧集中在平流层。第4题：为什么航天员出舱必须穿航天服？因为高层大气几乎真空、气压极低、温度变化剧烈、宇宙射线强，必须靠航天服维持生命。这两道题对应开头的导入问题，现在大家应该能完整回答了。 ‹#› 本节课知识结构 · 思维导图 大气的组成与垂直分层 大气的组成 · 干洁空气：N₂ 78%、O₂ 21% · CO₂：光合原料、保温 · O₃：吸收紫外线 · 水汽、杂质：成云致雨 大气的垂直分层 · 对流层 0~12 km：递减、对流、天气 · 平流层 12~50 km：递增、臭氧层、民航 · 高层大气 >50 km：电离层、极光、卫星 人地协调：人类活动正在改变大气组成与环境 1.7.2013 最后我们用这张思维导图收束全课。整节课围绕一个中心问题——大气的组成与垂直分层——展开两大分支：横向看组成，干洁空气、水汽、杂质各司其职；纵向看分层，对流层、平流层、高层大气特征不同。最下面一根线把两条分支连起来：人类活动正在改变大气——排二氧化碳导致变暖、排氟氯烃破坏臭氧、排颗粒物导致雾霾。这就是地理学科要培养的人地协调观。 ‹#› 谢谢聆听 大气无声，却护众生；敬畏自然，从读懂这层"薄纱"开始。 课后作业：完成课时作业 3.1；预习"大气受热过程"。 1.7.2013 这节课就到这里。我们从太空俯瞰地球那层薄薄的蓝色大气出发，讲了它的组成和垂直分层，最后回到一个朴素的道理——大气无声，却护众生。课后请大家完成课时作业3.1，并预习下一节"大气受热过程"。下课。 ‹#› $