第二节太阳对地球的影响讲义2026-2027学年高一上学期湘教版必修一

第二节 太阳对地球的影响 讲义 一、课标要求与核心素养 1. 能够辨识太阳辐射的能量在地球环境中的转化，以及太阳活动对不同纬度地区产生的不同影响。 2. 运用示意图，掌握太阳辐射的分布规律，以及太阳活动的几种主要表现形式。 3. 运用资料说明太阳对地球的影响，树立人地协调观，培养综合思维和区域认知。 二、本节知识结构 太阳对地球的影响可以归纳为两条主线、一个核心问题： 主线一：太阳辐射与地球——太阳源源不断以电磁波形式向外放射能量，是地球最主要的能量来源。 主线二：太阳活动与地球——太阳大气局部区域释放能量的不稳定性，产生黑子、耀斑、日珥、太阳风等现象。 核心问题：太阳如何通过“稳定辐射”和“波动活动”两条途径影响地球的地理环境与人类活动？ 三、太阳辐射与地球 （一）太阳概况 太阳是一颗巨大、炽热的气体星球，是太阳系的中心天体。其主要成分是氢和氦，表面温度约为 6000 K。太阳内部在高温、高压状态下发生核聚变反应，释放出巨大的能量——这就是太阳辐射的能量来源。以目前聚变的速率来看，太阳正处于稳定的壮年期。 物质组成：炽热的气体，主要成分为氢（H）和氦（He）。 能量来源：太阳内部的核聚变反应（4 个氢原子核聚变为 1 个氦原子核）。 表面温度：约为 6000 K。 存在状态：正处于稳定的壮年期，光照条件长期稳定。 【易错提醒】 太阳的能量来自“核聚变”，不是核裂变；是太阳“内部”的核反应，不是太阳大气（太阳活动发生在太阳大气）。 （二）太阳辐射的概念与特点 太阳辐射是指太阳源源不断地以电磁波的形式向宇宙空间放射能量。太阳辐射的波长范围约为 0.15～4 微米，按波长可分为紫外光、可见光和红外光三部分。 ▲ 图 太阳辐射能量随波长的分布 从图中可以看出： 太阳辐射能主要集中在波长较短的可见光波段，约占总能量的 50%。 可见光波段之外，紫外光和红外光所占比例相对较小。 太阳表面温度约为 6000 K，其辐射能量最集中的波段位于可见光区，这正是地球生物视觉器官对可见光最敏感的原因（生物演化与环境相适应）。 【关键词】 太阳辐射＝电磁波；能量来源＝核聚变；主要集中＝可见光波段（约50%）。 （三）太阳辐射对地球的影响 太阳辐射的能量是巨大的，它是地球及整个太阳系光和热的主要源泉。尽管只有约二十二亿分之一的太阳辐射到达地球，但对地球和人类的影响却是不可估量的。 1. 为地球提供光和热，维持地表温度 太阳辐射为地球提供光、热资源，维持着地表温度，是地球上水、大气运动和生命活动的主要动力。 动植物的生长发育离不开太阳提供的光、热资源。 太阳辐射经植物的生物化学作用，可以转化成有机物中的生物化学能（光合作用）。 煤炭、石油等化石燃料，是地质时期生物固定并积累下来的太阳能。 2. 是大气运动、水循环和生命活动的主要动力 太阳辐射是地球大气运动、水循环的主要能源。大气的受热、对流、风的形成，海水的蒸发、水汽输送、降水和径流等，其根本动力都来自太阳辐射。 大气运动（风、气压带风带的移动等）。 水循环（蒸发—输送—降水—径流）。 生物的生命活动（光合作用、有机物合成）。 3. 为人类生产生活提供能源 太阳辐射本身以及大气运动、水循环等，也为人类源源不断地提供能源。 直接利用：太阳能热水器、太阳能光伏发电、太阳灶等。 间接利用：煤、石油、天然气等化石燃料；风能、水能、波浪能等。 不属于太阳辐射能的能源：地热能（来自地球内部）、潮汐能（来自日、月引力）、核能。 【辨析】 判断某能源是否来自太阳辐射，看其“最终来源”：煤、石油、风能、水能、生物能的最终来源都是太阳；地热能、潮汐能、核能则不是。 （四）太阳辐射的纬度分布差异 地球不同纬度地带接受的太阳辐射能不同，这种差异使得许多自然地理现象呈现纬度地带性的差异。 ▲ 图 太阳黑子“蝴蝶图”（以日面纬度为纵坐标、年份为横坐标） 说明：上图为教材探究栏目中的太阳黑子“蝴蝶图”，它揭示了黑子出现的纬度位置随太阳活动周期向赤道迁移的规律（每个周期开始时黑子出现在中高纬，随后逐渐向赤道靠近），是认识太阳活动周期性的经典图像。 北半球大气上界太阳辐射的年总辐射量随纬度分布（部分数据）： 纬度 0° 10° 20° 30° 40° 50° 60° 90° 年总辐射量/（×10⁹焦·米⁻²） 13.17 12.99 12.45 9.01 7.49 6.58 6.26 5.48 读表可知：纬度越低，年太阳辐射总量越大；从低纬向高纬，太阳辐射量总体呈递减趋势。这是因为低纬地区太阳高度角大、单位面积获得的太阳辐射多。 （五）影响太阳辐射分布的因素 到达地表的太阳辐射强弱，主要受以下因素影响： 影响因素 具体影响 实例 纬度（太阳高度角） 纬度越低，太阳高度角越大，单位面积获得的辐射越多；呈负相关 低纬 > 高纬 海拔 海拔越高，空气越稀薄，大气对太阳辐射的削弱作用越弱；呈正相关 青藏高原为高值中心 天气状况 晴天多、云量少，削弱作用弱，太阳辐射强；阴雨天则弱 四川盆地为低值中心 昼长 一般昼越长，日照时间越长，获得的太阳辐射总量越多 夏季 > 冬季 我国年太阳辐射总量的空间分布特征：总体从东部沿海向西部内陆逐渐增强；高值中心在青藏高原，低值中心在四川盆地。 青藏高原成为高值中心：纬度较低、太阳高度大；海拔高、空气稀薄；居内陆、晴天多、日照时间长。 四川盆地成为低值中心：盆地地形、水汽不易扩散；阴雨、大雾天气多，对太阳辐射削弱作用强。 【本节小结 · 太阳辐射】 概念：太阳以电磁波形式向宇宙空间放射能量。 来源：太阳内部的核聚变反应。 特点：能量集中在可见光波段，约占 50%。 影响：提供光热、维持地表温度；是大气运动、水循环、生命活动的主要动力；为生产生活提供能源。 分布：由低纬向高纬递减；我国西多东少，青藏高原最多、四川盆地最少。 四、太阳活动与地球 太阳活动，是指太阳释放能量的不稳定性所导致的一些明显现象。这些现象分别出现在太阳外部的不同圈层。 （一）太阳大气的分层结构 太阳的大气层是人类能观测到的太阳的部分，从里到外分为光球、色球和日冕三个圈层。 ▲ 图 太阳外部（大气）圈层结构示意图 ▲ 太阳大气分层结构及亮度、温度变化示意 层次（由内→外） 主要特征 太阳活动类型 光球层 太阳大气最底层，发出的可见光最强，用肉眼即可观测到太阳表面 太阳黑子 色球层 位于光球层之外，可见光总量不及光球层的千分之一，日全食时或借助特殊望远镜可见 耀斑、日珥 日冕层 太阳大气最外层，可延伸到几个太阳半径甚至更远，亮度仅为光球层的百万分之一 太阳风 （二）主要太阳活动类型 1. 太阳黑子（光球层） 太阳黑子是出现在太阳光球层上的暗黑斑点。由于黑子区域的温度比周围低，所以在明亮的光球背景衬托下显得暗一些。 ▲ 图 位于光球层的太阳黑子 黑子的多少和大小，可以作为太阳活动强弱的标志。黑子数目的变化具有周期性，活动周期约为 11 年。教材探究栏目中的“蝴蝶图”就直观反映了黑子活动“向赤道迁移”的周期变化规律。 2. 耀斑（色球层） 太阳色球层上有些区域会突然出现增大、增亮的斑块，这种现象被称为耀斑。耀斑以太阳射电爆发和高能粒子喷发的方式释放辐射能，是太阳活动最激烈的显示。 耀斑随黑子的变化同步起落，体现了太阳活动的整体性。 耀斑爆发是太阳活动最激烈的显示。 3. 日珥与太阳风 日珥是色球层向外喷射出的火焰状物质；太阳风是日冕层向星际空间释放出的高速带电粒子流。地球磁场能够阻挡大多数太阳风带电粒子，保护地球环境。 【标志与周期】 太阳黑子和耀斑是太阳活动的重要标志；黑子、耀斑的活动周期都约为 11 年；耀斑随黑子同步变化。 （三）太阳活动对地球的影响 太阳活动对地球的影响，主要通过太阳释放的电磁波和大量高能带电粒子流实现。 影响方面 成因 具体表现 无线电短波通信 耀斑爆发产生强烈射电，扰动地球电离层 影响无线电短波通信 地球磁场 太阳大气抛出的高能带电粒子流扰动地球磁场 产生“磁暴”现象，磁针不能正确指示方向 极光 带电粒子流高速冲进两极地区的高层大气，被轰击的大气发光 高磁纬地区夜空出现绚丽多彩的极光 气候与自然灾害 太阳活动与气候异常有一定相关性 黑子活动的峰年、谷年，出现异常气候的概率明显增加 人类高技术活动 太阳活动增强时 影响卫星导航、空间通信、电网、航空航天等 ▲ 图 极光（太阳风带电粒子轰击高纬高层大气而产生的发光现象） 说明：教材中呈现了南极光与北极光。需要强调的是，并非纬度越高极光越明显——由于地球磁场的作用，高能带电粒子转向极区，极光主要出现在“极光带”中。 （四）太阳辐射与太阳活动的辨析 对比项 太阳辐射 太阳活动 性质 太阳以电磁波形式稳定向外释放能量 太阳释放能量不稳定所导致的明显现象 特点 稳定、持续、能量巨大 波动、周期性（约11年）、局部剧烈 对地球 主要提供能量（有利） 扰动电离层、磁场等（多不利） 评价 既有有利影响，也有不利影响（如紫外线过强） 既有不利影响，也有有利影响（如极光旅游） 【核心认知】 太阳辐射是地球最主要的能量来源（稳定供能）；太阳活动是太阳大气释放能量的不稳定性（波动干扰）。两者共同作用于地球，对太阳辐射和太阳活动都应作“辩证、全面”的评价。 五、探究 · 活动 · 拓展 （一）教材探究：太阳黑子“蝴蝶图” 19 世纪 40 年代，德国天文爱好者施瓦布发现了太阳黑子活动 10～11 年的周期变化规律。英国天文学家蒙德以日面纬度为纵坐标、年份为横坐标绘制黑子分布图，发现每个周期内黑子出现过的区域像蝴蝶的两只翅膀，故称为“蝴蝶图”。 读图要点： 每个太阳活动周期开始时，黑子最先出现在距离赤道较远处（平均纬度约 35°）。 随后黑子出现的位置逐渐向低纬度（靠近赤道）方向移动。 黑子群在中纬浮现、向赤道迁移的过程，在图上形成一连串“蝴蝶”图案。 据此可判断太阳活动的周期约为 11 年，并判断某一年份所处的大致活动阶段。 （二）教材活动：太阳常数计算 太阳常数是在地球大气上界、日地平均距离条件下，垂直于太阳光线 1 平方厘米面积上、1 分钟内所得到的太阳辐射能量，数值为 8.24 焦/（厘米²·分）。 【问题】不考虑地球大气的作用，将地球看作一个标准球体，每小时到达地球表面的太阳辐射相当于多少度电？（提示：1 焦＝1 瓦·秒，1 度＝1 千瓦·时） 【思路】把地球面向太阳的半球表面积换算成垂直于太阳光线的面积（即地球大圆面积），用太阳常数乘以面积再乘以时间，最后换算为“度”。 【参考答案】约 1.75×10¹⁴ 度电。 （三）知识拓展：空间天气与人类活动 太阳活动引发的近地空间环境变化，被称为“空间天气”。随着科技发展，太阳活动对人类的影响日益显著。 有利 / 可利用：开展太阳活动监测与预报，提前预警太阳风暴，保障卫星、通信、电网安全。 不利 / 需防范：太阳活动增强可导致输电线路受损、卫星失效、通信中断、导航失灵，并威胁航天员和航空乘客安全。 我国“羲和号”等太阳观测卫星的发射，为深入研究太阳活动、提升空间天气预报能力提供了重要支撑。 六、易错易混点梳理 易错点 正确表述 太阳能量来源 太阳内部核聚变，不是核裂变；太阳活动发生在太阳大气 太阳辐射能量集中区 可见光波段，约占总能量 50%，不是紫外光 太阳大气由内到外 光球层 → 色球层 → 日冕层 黑子、耀斑所在层次 黑子在光球层，耀斑在色球层；二者均约 11 年周期 太阳活动最强显示 耀斑爆发，不是黑子 太阳活动强弱标志 黑子的多少和大小 能源来源判断 地热能、潮汐能、核能不来自太阳辐射 极光出现区域 主要在极光带（高磁纬），并非纬度越高越明显 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $