2.1 大气的组成和垂直分层 导学案 2026-2027学年高一上学期地理人教版必修第一册

高中地理一本通（第一册） 第二章 地球上的大气 第一节·大气的组成和垂直分层 【本节导引】 独特的地球大气层，是地球生态圈存续至今的核心基石。如果地球的大气不是现在这个样子，所有生命的生存逻辑都会彻底改写。 若氧气占比飙升、氮气大幅缩减，地表会沦为遇火便全域爆燃的易燃炼狱，生物赖以生存的氮循环也会直接断裂；若温室气体彻底消失，地表平均温度会骤跌至冰点以下，昼夜温差突破上百度，液态水将不复存在。 要是垂直分层的秩序被打破：对流层失去对流运动，风雨云雾彻底绝迹；平流层臭氧层消散，致命紫外线毫无阻拦直射地表；热层的防护屏障失效，宇宙射线与流星体直扑地面，电离层也随之瓦解，整个地球将再也容不下任何复杂生命。 【教材深读】 1.地理概念 （1）对流层 维度 核心内容 空间位置 地球大气圈最底层，下界紧贴地面，上界为对流层顶（平流层起点） 厚度分布 低纬17~18km，中纬10~12km，极地8~9km，夏季厚度大于冬季 物质占比 集中约75%大气总质量、90%以上水汽和几乎全部大气杂质 气温规律 地面是直接热源，气温随高度升高递减，平均每升100米降约0.6℃ 运动特征 上冷下暖驱动强烈垂直对流运动，是“对流层”名称的由来 核心现象 云、雨、雪、雷电等所有日常天气现象均发生在此层 特殊考点 逆温：气温随高度升高而升高，抑制对流，易加剧雾霾污染 （2）平流层 维度 核心内容 空间位置 对流层顶至50~55km高空，介于对流层与中间层之间 厚度分布 底界随纬度变化：低纬17~18km、中纬10~12km、极地8km左右 物质占比 占大气总质量15%~20%，集中大气中90%的臭氧，水汽、尘埃极少 气温规律 上热下冷，下层气温稳定在-55℃，上层因臭氧吸收紫外线快速升温，平流层顶接近0℃ 运动特征 垂直对流被抑制，大气以水平运动为主，气流极其平稳 核心现象 几乎无云、雨、雷电等常规天气，能见度极高，仅极寒区偶现珠母云 高频考点 臭氧层是地球生命的“天然防晒伞”，是民航客机高空巡航的理想圈层 特殊别称 下层35~40km区域气温几乎不变，也被称为“同温层” （3）高层大气 维度 核心内容 空间位置 平流层顶（50~55km高空）以上，上界延伸至2000~3000km，接近星际空间 物质占比 仅占大气总质量的0.001%，空气粒子极度稀薄，成分随高度从氧过渡到氦、氢 气温规律 随高度升高先降后升，中间层顶（约80km）达全大气最低温-90℃，热层最高温超1000℃ 核心分层 包含中间层、热层（暖层）、散逸层三个次级圈层 高频考点 60~500km处形成电离层，能反射无线电短波，支撑人类远距离无线通信 特殊现象 极光、流星燃烧的发生区域，是人造卫星、宇宙飞船的主要运行轨道层 散逸层特征 高速大气粒子可挣脱地球引力，直接向星际空间散逸 2.地理现象和原理 （1）大气的组成成分及作用 大类 具体成分 体积占比 核心地理作用 干洁空气 氮气 约78% 生物体蛋白质合成的基础原料，参与生物固氮循环，是生命存续的物质根基 氧气 约21% 支撑所有生物呼吸作用，维持燃烧反应，是生命能量代谢的必需物质 氩气 约0.93% 化学性质稳定，以惰性状态存在于大气中，无显著活跃地理作用 二氧化碳 约0.04% 植物光合作用的核心原料，作为温室气体吸收地面长波辐射，维持地表适宜温度 臭氧 微量 集中在平流层，吸收97%以上太阳紫外线，被称为“地球生命的保护伞” 可变成分 水汽 随地域/季节动态变化 成云致雨的必要条件，通过潜热传输调节全球能量分布，兼具温室保温作用 固体杂质 含量随环境波动 作为凝结核触发水汽凝结，是成云致雨的关键前提，同时可削弱太阳辐射 （2）对流层的天气变化原理 ①底层核心逻辑： 对流层的直接热源是地面长波辐射，形成“上冷下暖”的温度结构，气温随高度升高平均每100米下降‌0.6℃‌，这种不稳定的层结让垂直对流运动成为可能；同时对流层集中了大气几乎全部的水汽和固体杂质，为天气现象提供了物质基础，二者结合直接催生了所有复杂多变的天气过程。 ②核心天气形成机制 a）云与降水的形成 上升气流将低层暖湿空气抬升到高空，空气膨胀冷却，温度降到露点以下时，水汽以固体杂质为凝结核凝结成微小水滴/冰晶，聚集成云；当云滴增长到足够大，克服上升气流的托举，降落形成雨、雪、冰雹等降水。高中地理要求掌握的对流雨、锋面雨、地形雨三类降水，全部发生在对流层内。 b）雾的形成‌ 近地面水汽达到饱和状态，以杂质为凝结核凝结成小水滴悬浮在空中，常见于逆温层下、风力微弱的夜间或清晨，逆温的“盖子效应”会让雾长时间持续不散。 c）强对流灾害天气‌ 夏季午后地面强烈受热，暖湿空气猛烈上升形成积雨云，云内粒子碰撞带电形成雷电，伴随短时强降水、雷暴大风、冰雹甚至龙卷，这类天气局地性强、历时短，是高考常考的灾害类考点。 d）逆温的特殊影响‌ 当出现气温随高度升高而升高的逆温现象时，垂直对流被完全抑制，大气层结极度稳定，水汽和污染物难以扩散，会持续形成雾、霾天气，加剧大气污染，是该知识点最核心的高频考向。 【知识拓展】 1.地球大气抵御宇宙射线的能力 防护层级 对应大气圈层 核心防护机制 关键考点说明 前置防线 地球磁场 通过洛伦兹力偏转大部分低能带电宇宙射线，将其引导向两极 与大气层配合构成完整防护体系，极光就是该过程的伴生现象 第一道大气防线 高层大气（电离层/热层） 高能初级宇宙射线与大气分子剧烈碰撞，通过核反应将其打碎为低能次级粒子，消耗绝大部分动能 是拦截致命初级宇宙射线的核心圈层，电离层带电状态也由此维持 第二道大气防线 中间层 继续吸收剩余高能次级粒子，同时拦截小型地外流星体 几乎所有进入大气的流星都在此层燃烧殆尽 第三道大气防线 平流层 臭氧层吸收97%以上太阳紫外线，剩余少量高能辐射被大气分子进一步散射吸收 民航巡航高度大气防护减弱，宇宙射线剂量略高于地表 最后屏障 对流层 剩余极微量次级粒子被稠密低层大气彻底减速 抵达地表的辐射剂量仅为太空的几百分之一，完全在生命安全阈值内 2.地球大气层抵御外部天体冲击地球 （1）核心防护原理 地外天体（流星体、小行星碎片等）闯入地球时，普遍以18~25km/s的超高速运动，稠密的大气层会通过剧烈的气动阻力、摩擦生热效应，快速消耗天体动能，让绝大多数小天体在抵达地面前就燃烧解体，彻底化解撞击威胁。NASA数据显示，地球每天接纳的数十吨太空星际物质中，99%以上都会在大气层中燃烧殆尽，化作夜空中的流星。 （2）各大气圈层的分工拦截作用 拦截层级 对应大气圈层 核心拦截机制 关键考点说明 第一道防线 高层大气（热层/散逸层） 毫米级微流星体进入100km高空，与稀薄大气粒子剧烈碰撞直接完全烧蚀 拦截90%以上的太空尘埃级天体，几乎不会留下任何残骸 核心拦截层 中间层 数米级陨石碎片在80~50km高度，因超高速摩擦表面温度飙升至数千℃，快速熔融剥离 绝大多数肉眼可见的流星光迹都形成于此层，99%的常规流星体在此完全燃烧殆尽 减速破碎层 平流层 未完全解体的较大天体在此层继续减速，多数数吨重的陨石会在30km左右高空发生剧烈空爆 爆炸能量绝大部分在高空耗散，传递到地面时已大幅衰减，避免毁灭性破坏 最后屏障 对流层 仅极少数体积巨大、结构致密的铁陨石，在前面三层消耗中幸存，以极低速度坠向地面 能抵达地表的陨石占比不足闯入天体总量的0.1%，撞击事件发生概率极低 【真题预览】 （2023湖南高考）大气污染受湿度、大气运动等因素影响。我国某地某月7日8:00 至10日20:00经历了一次较强的大气污染，PM2.5浓度变化大。此期间该地空气垂直运动弱。下图示意此期间该地相关气象要素的变化情况(箭头表示对应时刻的近地面风向和风速，帕/秒是气象部门计量空气垂直运动速度的单位)。据此完成下面小题。     1．7日20：00至9日20：00，该地（ ） A．不同高度空气垂直运动方向相同 B．空气当中的水汽以向外输出为主 C．垂直气流强弱与湿度大小变化一致 D．下沉气流相对较强时近地面风速小 2．下列四个时刻，该地污染最严重的是（ ） A．7日20：00 B．8日20：00 C．9日20：00 D．10日20：00 答案：1.B 2.A 解析： 1.读图可知，这一时间段内，不同高度空气垂直运动方向不同，A错误；空气湿度有下降的趋势，说明水汽以向外输出为主，B正确；垂直气流强弱与湿度大小变化没有直接关系，C错误；下沉气流相对较强时，近地面风速较大，D错误。故选B。 2. 材料信息表明，当地经历的大气污染属于颗粒物（PM2.5）污染，这种污染一般多出现在静风环境下，空气湿度大时，容易形成较严重的雾霾天气，大气污染较严重，读图可知，四个选项时段中，7日20：00时，近地面风速小、空气湿度大，因此此时污染最为严重。A符合题意，排除BCD。故选A。 【课后练习】 探空气球（如图）是充入适量的氢气或氦气，可升达离地30～40千米，把无线电探空仪携带到高空，以便进行温度、压力、湿度和风等气象要素探测的常用的气象工具，在气象学发展和天气预报工作中有着重要的作用。据此完成下面1-2小题。 1．如果被释放的探空气球升到了40千米的高空，那么气球所处的大气分层为（ ） A．对流层 B．电离层 C．平流层 D．高层大气 2．如果探空气球在40千米高空爆炸，那么关于其残骸坠落至地面过程中的说法，正确的是（ ） A．整个过程气压不断减小 B．前段过程气流以水平运动为主 C．整个过程都会存在云雨天气 D．后段过程中大气质量很轻 下图为“大气垂直分层示意图”。读图完成下面3-5小题。 3．下列叙述正确的是（ ） A．低层大气主要是由干洁空气、水汽和固体杂质组成 B．云、雨、雪、雷电等天气现象，主要发生在平流层 C．大气中臭氧的主要作用是减少红外线对生物的伤害 D．大气组成成分的比例不会因人类活动的影响而改变 4．地球大气层，一般随高度增加（ ） A．气温降低 B．气压升高 C．密度减小 D．湿度增大 5．下列叙述正确的是（ ） A．B层热量主要来自地面辐射 B．在B层有能反射无线电波的电离层 C．极光现象主要出现在B层 D．B层大气非常稳定 北京时间2025年1月7日04时，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将实践二十五号卫星发射升空，实现了2025年卫星发射开门红，该卫星位于地球3．6万公里上空的相对静止轨道。据此完成下面6-7小题。 6．长征三号乙运载火箭升空过程中（ ） A．高层大气的电离层会中断通信 B．气温先升—再降—再升—再降 C．依次经过臭氧层、平流层和对流层 D．气温先降—再升—再降—再升 7．实践二十五号卫星在太空中面临的风险是（ ） A．宇宙碎片物质撞击 B．狂暴沙尘遮挡观测 C．疾风骤雨破坏外观 D．太阳辐射全天补能 8. 阅读图文材料，完成下列要求。 大气垂直方向上温度、运动状况和密度差异较大，可分为不同的层次。下图为大气垂直方向某大气层分布图。 (1)描述该层大气的特征。 (2)判断符合该层大气气温变化的曲线，并说明理由。 (3)说明该层大气对人类的有利影响。 答案：1.C 2.B 3.A 4.C 5.D 6.D 7.A 8.（1）气温随高度增加而升高；大气以平流运动为主；多晴朗天气，大气透明度高。（2）①曲线符合该层大气气温变化。理由：平流层大气以臭氧吸收太阳紫外线增温为主，平流层底部臭氧含量小，随高度增加增温慢；平流层中上部臭氧含量大，臭氧吸收紫外线多，随高度增加增温快。（3）平流层中的臭氧可以吸收紫外线，减少过多紫外线对人类的伤害；大气平流运动有利于飞机的高空飞行。 解析： 1.根据地球大气垂直分层的划分规律，对流层平均高度上限约12千米，平流层范围自对流层顶部至50-55千米左右的高空，40千米处于该区间内，对应平流层，A错误，C正确；电离层位于高层大气中，高层大气是50-55千米以上的大气区域，因此该高度不属于电离层或高层大气，B、D错误。 2.残骸从40km坠落至地面的过程，前段处于平流层，平流层的大气特征就是气流以水平运动为主，B正确；海拔越低气压越高，坠落过程海拔不断降低，气压是持续增大而非减小，A错误；云雨天气仅出现在对流层，平流层水汽杂质极少，几乎不会形成云雨，C错误；后段过程是进入对流层，对流层聚集了大气圈3/4以上的大气质量，大气密度大、并非质量很轻，D错误。 3.低层大气由干洁空气、水汽和固体杂质三部分组成，A正确。云、雨、雪等天气现象主要发生在对流层，B错误。臭氧主要吸收太阳辐射中的紫外线，C错误。大气组成成分的比例会因人类活动的影响而改变，如人类活动排放二氧化碳等气体会改变大气成分的比例，D错误。 4.大气温度随高度增加在不同分层中表现不同，不一定是随高度增加气温降低，A错误。随高度增加，空气越来越稀薄，气压降低，B错误。受地球引力影响，随高度增加大气密度减小，C正确。水汽主要集中在对流层底部，随高度增加湿度减小，D错误。 5.读图可知B层为平流层，其热量主要来自臭氧吸收太阳紫外线，A错误。电离层位于高层大气（C层），B错误。极光现象出现在高层大气（C层），C错误。B层为平流层，平流层气温下冷上热，大气以平流运动为主，非常稳定，D正确。 6.电离层的存在能够反射无线电波，对无线电通信有重要作用。只有太阳活动强烈扰动电离层后，才会影响无线电短波通信，电离层本身不会中断通信，A错误；火箭从地面升空，依次经过对流层（气温随高度下降）→平流层（气温随高度上升）→高层大气（气温随高度先下降，后气温上升），故气温变化为“降一升一降一升”，D正确，B错误；臭氧层位于平流层，火箭升空应先经过对流层再进入平流层，选项顺序错误，C错误。 7.太空存在宇宙碎片（如太空垃圾、微小天体），可能撞击卫星，属于主要风险，A正确；太空为真空环境，无沙尘天气，B错误；太空无大气和水汽，不会出现疾风骤雨现象，C错误；太阳辐射是卫星能源来源，属于有利条件，非风险，D错。 8.（1）对流层平均厚度约12km，平流层上界约50km，图中高度范围12km～50km，为平流层；大气分层特征一般从气温变化、大气运动、天气状况三个角度描述。气温：平流层依靠臭氧吸收紫外线升温，气温随高度升高而升高（上热下冷）；大气运动：上热下冷，大气稳定，以平流运动为主，对流弱；天气状况：水汽、杂质极少，很难成云致雨，多晴朗天气，大气透明度高。（2）平流层靠臭氧吸收太阳紫外线增温，平流层底部（靠近12km处），臭氧含量少，吸收紫外线少，高度上升，气温上升慢；平流层中上部：臭氧浓度高（臭氧层），大量吸收紫外线，高度上升，气温上升快，对应图像曲线①，气温上升速率由慢变快，符合这个特点。（3）平流层两大核心作用：臭氧的防护作用和适合航空飞行。平流层中的臭氧层吸收太阳辐射中的紫外线，减少到达地面的紫外线，保护地球生物，减轻过多紫外线对人体的伤害；大气水平运动为主、天气晴朗、能见度好，气流平稳，适合飞机高空飞行。 学科网（北京）股份有限公司 $