1.1 地球的宇宙环境 讲义 2026-2027学年高一上学期地理鲁教版必修一

第一节地球的宇宙环境讲义 课堂导入：仰望星空，我们从哪里来？ 【情境创设】2013年6月，神舟十号航天员王亚平在天宫一号里，给地面上的中学生上了一堂“太空物理课”。当她透过舷窗望向漆黑的天幕时，看到的是一颗蔚蓝、晶莹、孤独的星球——地球。她说：“地球是我们人类的摇篮，但我们不可能永远躺在摇篮里。” ▲ 中国空间站天和核心舱 【追问链】从这段情境出发，请同学们依次思考以下问题： 夜晚我们看到的满天繁星，到底都是些什么？它们是一成不变的吗？ 宇航员在太空中看到的地球，和我们在地面上看到的太阳、月亮，为什么不一样？ 地球为什么会发光？如果有一天太阳“熄灭”，地球上会发生什么？ 八大行星里，地球看上去如此普通，为什么只有它孕育了生命？ 【导入目标】带着这四个问题，本节课我们将从三个层面逐层深入：先看「宇宙」这个大舞台由什么构成，再看「太阳」这颗离我们最近的恒星如何影响地球，最后落脚到「地球」——一颗既普通又特殊的行星。学完本节课，你应当能够： 说出天体的主要类型，并判断某个物体是否属于天体； 画出天体系统由低到高的四个层次； 说明太阳辐射的来源及其对地球的意义，说出太阳活动的主要类型与影响； 运用图表资料，说明地球是太阳系中一颗既普通又特殊的行星，并解释地球上存在生命的条件。 ────────────────────────────────────────── 一、宇宙：时间和空间的统一体 （一）宇宙的概念与特征 教材把宇宙概括为“时间和空间的统一体”，它是一个运动、发展和变化的物质世界。这句话里包含两层意思： 物质性：宇宙并不是“什么都没有”的虚空，而是由各种各样实实在在的物质组成的； 运动性：宇宙中的一切物质都在不停地运动、发展和变化，没有绝对静止的天体。 【思考】“四方上下曰宇，往古来今曰宙。”我国古代把“宇”解释为空间，把“宙”解释为时间。你能结合今天的知识，说一说这句话的合理性吗？ （二）多种多样的天体 宇宙中的物质以各种形态存在，这些形态统称为天体。其中最基本的两类天体是恒星和星云，其余常见天体还有行星、卫星、流星体、彗星和星际物质等。 表1-1 常见天体的基本特征 类型 概念与特征 实例 恒星 由炽热气体组成、能自己发光发热的天体；质量巨大、体积大、温度高 太阳、天狼星 星云 由气体和尘埃组成、呈云雾状的天体；密度小、体积和质量巨大 猎户座大星云 行星 在椭圆轨道上绕恒星运行、自身不发光、靠反射恒星的光而发亮 地球、火星 卫星 环绕行星运行的天体，大小差别很大 月球、木卫三 流星体 运行于行星际空间的尘粒和固体小块 形成流星现象 彗星 绕太阳运行、体积大、密度小，接近太阳时形成彗尾 哈雷彗星 注：质量和体积以地球为1，自转周期负值表示自东向西自转。 ▲ 银河系与深空星云 ★ 判断一个物体是不是天体，抓住三条标准 位置：必须位于地球大气层之外，独立存在于宇宙空间； 属性：必须是宇宙间的物质，像极光、流星雨、流星现象本身不算天体； 运行：必须在一定轨道上独立运行——依附在其他天体上、或还在发射架上的物体都不算天体。 💡 知识窗 人造天体算不算天体？算。人造卫星、宇宙飞船、空间站等一旦进入宇宙空间，就成为人造天体。 流星是天体吗？流星体是天体；进入地球大气层后与空气摩擦燃烧产生的光迹（流星现象）不是天体。 宇宙中最基本的天体是？恒星和星云，它们占了宇宙天体质量的绝大部分。 （三）天体系统：天体之间“互相吸引、互相绕转” 单个天体往往不是孤立存在的。距离较近的天体之间相互吸引、相互绕转，就会构成不同级别的天体系统。判断的关键是：有没有“绕转”关系。 天体系统的层次（由低到高，教材采用四级划分）： 天体系统层次（四级） 地月系 → 太阳系 → 银河系 → 可观测宇宙 （月球绕地球）（行星绕太阳）（太阳绕银心）（已观测到的宇宙范围） 需要说明两点： 银河系以外，还有数量众多的与银河系同级别的星系，统称河外星系；银河系与河外星系共同组成了可观测宇宙。 可观测宇宙只是目前人类探测能力所及的范围，不是宇宙的全部。它还有另外两个常用称谓：总星系、已知宇宙。 ⚠ 易错提醒 可观测宇宙的半径约 465 亿光年，而宇宙的年龄约 138 亿年，二者并不矛盾：宇宙在膨胀，发出那束古老光线的星系已随膨胀退行到更远处。 天体“系统”强调相互绕转，不能把任意几个天体简单并列就称为天体系统。 ────────────────────────────────────────── 二、太阳：距离地球最近的恒星 （一）太阳系 太阳系是在太阳的引力作用下，由八大行星及其卫星以及众多小行星、彗星等天体绕太阳运动的天体系统。太阳是太阳系的中心天体，其质量占整个太阳系的 99.86%。 按距离太阳由近及远的顺序，八大行星依次为： 表1-2 八大行星的名称与分类 与日距离（近→远） 行星 分类 1 水星 类地行星 2 金星 类地行星 3 地球 类地行星 4 火星 类地行星 5 木星 巨行星（气态巨行星） 6 土星 巨行星（气态巨行星） 7 天王星 远日行星 8 海王星 远日行星 注：质量和体积以地球为1，自转周期负值表示自东向西自转。 ▲ 太阳系八大行星相对位置 【要点】小行星带位于火星轨道与木星轨道之间；从火星到木星，质量和体积出现明显的“断崖式”增大，因此八大行星被分成三类：类地行星（体积小、密度大、接近固态）、巨行星（体积和质量巨大、密度小）、远日行星（距太阳远、温度低）。 💡 知识窗 日地距离太阳与地球之间的平均距离约 1.5 亿千米，称为 1 个天文单位（AU）。 光速光从太阳到达地球大约需要 8 分 20 秒。 为什么是八大行星？2006 年国际天文学联合会（IAU）把冥王星重新归类为“矮行星”，太阳系从此只有八大行星。 （二）太阳辐射：太阳以电磁波形式向外传递能量 1. 能量来源 太阳辐射的能量来自太阳核心物质在高温、高压条件下发生的核聚变反应：四个氢原子核聚变成一个氦原子核，在此过程中质量出现亏损，亏损的质量转化为巨大能量，以电磁波的形式源源不断地向外辐射。 ▲ 太阳辐射能量随波长分布 2. 太阳辐射对地球的影响 太阳辐射对地球的意义，可以从“地理环境和人类活动”两个角度理解： 直接为地表提供光能和热能，维持地表温度； 是生物繁衍生长、大气运动和水体运动的主要动力； 促进地球上岩石的风化； 地质历史时期形成的煤炭、石油，其能量也来自太阳辐射（古生物固定的太阳能）； 太阳能作为新能源，具有丰富、廉价、清洁等优点，受到世界各国重视。 【类型归纳】人类利用的太阳辐射能可分为三类： 直接利用型：太阳能热水器、太阳能电池板、植物光合作用； 转化型：由太阳辐射驱动大气和水体运动而转化的风能、水能等； 化石型：地质历史时期生物固定并积累下来的煤、石油、天然气等。 3. 影响地表太阳辐射多少的因素 地表获得的太阳辐射量并不处处相等，主要受以下因素影响： 因素 关系 典型例子 纬度 纬度低→太阳高度角大→单位面积获得辐射多 赤道地区多于两极 昼长 白昼越长→日照时间越长→获得辐射越多 夏季多于冬季 地势 海拔高→空气稀薄、透明度高→削弱作用弱 青藏高原为“日光城” 天气 晴天多→大气削弱作用弱→到达地面辐射多 四川盆地年辐射最少 注：质量和体积以地球为1，自转周期负值表示自东向西自转。 ⚠ 易错提醒 太阳辐射能主要集中在可见光波段，约占总能量的 50%，并非“红外线最多”。 影响太阳辐射的因素 ≠ 影响气温的因素。例如，青藏高原太阳辐射强，但气温并不高。 （三）太阳活动：太阳大气层的大规模运动 1. 太阳大气的分层 太阳大气从里向外依次为光球层、色球层和日冕层，太阳活动就发生在这些大气层里。 表1-3 太阳大气分层与太阳活动 层次（由里到外） 肉眼能否直接看到 主要太阳活动 光球层 能（我们看到的太阳光亮表面） 太阳黑子 色球层 不能（需日全食或色球望远镜） 耀斑、日珥 日冕层 不能（需日全食或日冕仪） 太阳风 注：质量和体积以地球为1，自转周期负值表示自东向西自转。 ▲ 日冕物质抛射（CME） 2. 太阳活动的主要标志 太阳黑子和耀斑是太阳活动的主要标志，二者的活动周期都约为 11 年。 表1-4 太阳黑子与耀斑的对比 对比项 太阳黑子 耀斑 所在层次 光球层 色球层 形态特征 温度比周围低，呈暗黑色斑点 局部区域突然增亮 周期 约 11 年 约 11 年 关系 黑子活动增强时，耀斑往往也频繁爆发，二者具有相关性 注：质量和体积以地球为1，自转周期负值表示自东向西自转。 【知识拓展】中国是世界上最早观测并记录太阳黑子的国家。《汉书·五行志》记载：“日出黄，有黑气，大如钱，居日中。”这是世界公认最早的太阳黑子记录，比伽利略用望远镜确认太阳黑子早了 1000 多年。 3. 太阳活动对地球的影响 剧烈的太阳活动会对地球产生多方面影响： 扰动电离层，干扰无线电短波通信，甚至造成短暂中断； 干扰地球磁场，产生“磁暴”现象，使指南针摇摆不定、信鸽迷路； 太阳风中的带电粒子冲进两极地区的高层大气，与大气分子碰撞产生极光； 对天气、气候产生一定影响（黑子相对数与降水量在某些地区存在相关性）； 过强的太阳活动还可能影响卫星、电网、航空通信等高科技系统。 💡 知识窗 极光的成因太阳风（日冕层高速带电粒子流）到达地球后被磁场引向两极，与高层大气分子碰撞而发光。 耀斑与黑子的区别黑子是“暗斑”，耀斑是“亮斑”；二者周期相同、相互关联。 太阳活动周期约 11 年，黑子最多的年份称为太阳活动峰年（活跃年）。 三、地球：一颗既普通又特殊的行星 ▲ 从太空看地球——一颗蔚蓝色的星球 （一）普通性：地球在八大行星中并不起眼 地球的普通性体现在两个方面——运动特征和结构特征。 1. 运动特征上的共性（“三性”） 同向性：八大行星公转方向相同，都是自西向东； 近圆性：公转轨道近似圆形（各行其道、互不干扰）； 共面性：公转轨道面几乎在同一平面上。 2. 结构特征上的共性 从体积、质量、密度等物理性质看，地球与水星、金星、火星同属类地行星，彼此之间有许多共同之处：体积和质量较小、平均密度较大、表面温度较高、主要由固体物质构成。 （二）特殊性：目前已知的唯一存在生命的行星 地球的特殊性，集中表现为它是目前人类发现的唯一存在生命、特别是存在高级智慧生命的天体。那么，地球究竟“凑齐”了哪些条件？ 地球上存在生命的条件，可从“外部条件”和“自身条件”两方面分析： 表1-5 地球上存在生命的条件 条件类型 具体条件 对生命的意义 外部条件 太阳光照稳定 为地球提供长期稳定的能量来源 外部条件 八大行星各行其道、互不干扰 为地球提供了安全的宇宙环境 自身条件 日地距离适中、公转与自转周期适当 表面温度适宜，日变化和季节变化幅度不大 自身条件 体积和质量适中 吸引并保留住适合生物呼吸的大气 自身条件 地球内部结晶水汽化、地表温度适宜 形成了充足的液态水 自身条件 有磁场、有臭氧层 阻挡高能粒子和过多紫外线，保护地表生物 注：质量和体积以地球为1，自转周期负值表示自东向西自转。 【核心逻辑】地球生命存在的“三个适中”可以串成一条因果链： 日地距离适中 → 表面温度适宜（平均约 15℃）→ 利于液态水存在； 体积和质量适中 → 引力适中 → 保留住以氮、氧为主的合适大气； 自转与公转周期适当 → 昼夜温差和季节温差都不太大 → 环境稳定。 💡 知识窗 为什么液态水是生命的关键？它是生命化学反应的溶剂，而水以液态存在需要温度在 0～100℃ 之间，即地球要处于恒星的“宜居带”内。 对比：金星和火星金星大气以 CO₂ 为主、温室效应过强，表面温度约 460℃；火星体积和质量太小，大气稀薄、温度过低，二者都难以维持稳定液态水。 （三）阅读教材“八大行星物理性质”表（表1-1-1） 教材给出的八大行星物理性质数据（NASA 数据计算整理）如下表。读表时重点注意：距离以天文单位 AU 计，质量和体积以地球为 1。 表1-6 八大行星物理性质数据（节选） 行星 与日距离(AU) 质量(地球=1) 体积(地球=1) 平均密度(g/cm³) 公转周期 水星 0.39 0.06 0.06 5.46 87.9 d 金星 0.72 0.82 0.86 5.26 224.7 d 地球 1.00 1.00 1.00 5.52 1 a 火星 1.52 0.11 0.15 3.96 1.9 a 木星 5.20 317.9 1316 1.33 11.8 a 土星 9.54 95.2 745 0.70 29.5 a 天王星 19.2 14.5 65 1.24 84.0 a 海王星 30.1 17.2 57 1.66 164.8 a 注：质量和体积以地球为1，自转周期负值表示自东向西自转。 【读表思考】对照上表，回答下列问题： 地球的哪些物理性质有利于生命的存在？（提示：与日距离、体积质量、表面温度） 与地球相比，火星存在生命的可能性如何？它缺的是什么条件？ 八大行星的密度大致呈现怎样的分布规律？（提示：由内向外总体变小） ────────────────────────────────────────── 四、课堂小结 本节课的知识结构可归纳为“一、二、三、四”： 一个概念：宇宙是时间和空间的统一体，是物质、运动、发展、变化的世界； 两级能量：太阳辐射（稳定、有利）与太阳活动（剧烈、有干扰）； 三个适中：日地距离、体积质量、自转公转周期——生命存在的自身条件； 四个层次：地月系 → 太阳系 → 银河系 → 可观测宇宙。 本节核心框架 宇宙 → 天体（恒星、星云、行星、卫星、彗星、流星体） 　　 ↓ 相互吸引、相互绕转 天体系统 → 地月系、太阳系、银河系、可观测宇宙 　　 ↓ 太阳是太阳系中心天体 太阳 → 太阳辐射（核聚变）+ 太阳活动（黑子、耀斑、太阳风） 　　 ↓ 既普通又特殊 地球 → 普通性（三性、类地行星）+ 特殊性（有生命） ────────────────────────────────────────── 五、随堂检测 1. 下列属于天体的是（　　） A. 待发射的“嫦娥”号探测器　B. 绕地球运行的天宫空间站　C. 天空中飘动的云　D. 落在地上的陨石 2. 天体系统层次的排列，由低到高正确的是（　　） A. 太阳系—银河系—地月系—可观测宇宙　B. 地月系—太阳系—银河系—可观测宇宙　C. 地月系—银河系—太阳系—可观测宇宙　D. 太阳系—地月系—银河系—可观测宇宙 3. 太阳活动最主要的标志是（　　） A. 黑子和耀斑　B. 黑子和日珥　C. 耀斑和太阳风　D. 黑子和太阳风 4. 地球上有充足液态水，主要是因为（　　） A. 体积质量适中　B. 日地距离适中、温度适宜　C. 有磁场　D. 公转方向自西向东 5. 阅读材料，回答问题。 拉萨被称为“日光城”，每年平均日照时数多达 3000 多小时，是全国太阳辐射量最大的地区之一。 （1）分析拉萨太阳辐射丰富的原因。 （2）当地广泛采用太阳能路灯，说明其主要原因。 【参考答案】 1. B　2. B　3. A　4. B 5.（1）海拔高，空气稀薄，大气对太阳辐射的削弱作用弱；纬度较低，太阳高度角大；大气透明度高，晴天多，日照时间长。（2）当地降水少、晴天多，太阳能资源丰富；太阳能清洁、廉价、可再生，适合作为照明能源。 ────────────────────────────────────────── 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $