第二节大气的组成与垂直分层讲义2026-2027学年高一上学期 中图版必修一

第二节大气的组成与垂直分层讲义 一、教学目标（地理核心素养四维目标） （一）人地协调观 认识大气各组成成分对人类生存的重要意义，理解大气是地球生命系统的保护层，树立保护大气环境、与自然和谐共处的观念。 结合臭氧层破坏、二氧化碳浓度上升等案例，认识人类活动对大气成分的影响，认同全球合作保护大气环境、走可持续发展道路的必要性。 （二）综合思维 从整体角度分析大气的组成，理解各成分之间及其与地球环境之间的相互联系、相互作用。 综合分析大气垂直分层中各层气温变化、气流运动、天气状况之间的因果链条，建立“成分—结构—功能—影响”的系统性认知框架。 （三）区域认知 通过对比不同纬度对流层厚度的差异（低纬17~18千米、中纬10~12千米、高纬8~9千米），理解地理要素的空间分异规律。 结合区域案例（如臭氧空洞、高原缺氧、航空巡航），说明大气现象与人类活动关系的区域差异。 （四）地理实践力 通过阅读干洁空气成分图、臭氧浓度随高度变化图、大气垂直分层示意图，培养从图表中提取、归纳地理信息的能力。 能用所学知识解释登山缺氧、飞机高空巡航、逆温与雾霾等真实生活中的地理问题，并尝试开展简单的大气环境观测与调查。 二、教学重难点 类型 内容 教学重点 大气主要成分及其作用；大气垂直分层（对流层、平流层、高层大气）的气温变化、气流运动、天气特征及其与人类生产生活的关系。 教学难点 ①理解对流层“气温垂直递减”与对流运动之间的因果关系；②理解平流层“气温随高度递增”与臭氧吸收紫外线增温之间的关系；③分析大气成分变化与人类活动的因果链条。 三、课堂导入 【情境导入】呈现两段真实材料，制造认知冲突，激发探究兴趣： 材料1：2024年夏季佛山南海多次因臭氧成为首要污染物的空气质量通报——近地面的臭氧是“污染物”，而平流层的臭氧却是“地球生命的保护伞”。 材料2：登山运动员在海拔8000米以上必须吸氧，而民航客机却在10~12千米的高空平稳巡航。 【核心问题】 我们每时每刻呼吸的大气，究竟由什么组成？ 离地面越远，为什么空气越来越稀薄、气温也越来越低？ 飞机为什么要飞到上万米的高空？ 【教师引导】学生带着问题进入新课学习，初步建立“大气是有层次、有结构的”整体认知。 图1 从太空俯瞰地球大气层与云海（NASA） 图2 客机在云层上方高空巡航 四、大气的组成 大气是多种气体的混合物，由干洁空气、水汽和固体杂质（气溶胶）三部分组成。 （一）干洁空气 大气中除去水汽和固体杂质之外的整个混合气体，称为干洁空气。在地面到约90千米高度范围内，由于大气的垂直运动、水平运动、湍流运动和分子扩散，干洁空气各主要成分的比例基本保持不变。 图3 干洁空气主要成分体积分数示意 1. 主要成分及作用 成分 体积分数 主要作用 氮气（N₂） 约78% 地球上生物体的基本成分；化学性质稳定，可稀释氧气，避免氧化作用过于剧烈。 氧气（O₂） 约21% 人类和好氧生物维持生命活动必需的物质；参与燃烧、腐败、分解等过程。 氩气（Ar）等稀有气体 约0.93% 含量稳定，对气候影响小。 二氧化碳（CO₂） 约0.04% 绿色植物光合作用的原料；强烈吸收地面长波辐射，对地面起保温作用（温室气体）。 臭氧（O₃） 含量极少 强烈吸收太阳紫外线，使大气增温；减少到达地面的紫外线，保护地球生命（被称为“地球生命的保护伞”）。 2. 二氧化碳与臭氧：含量虽少，作用关键 二氧化碳：主要集中在大气底部20千米以内。含量随地点、时间变化——城市多于乡村，冬季多于夏季，夜晚多于白天，阴天多于晴天。工业革命以来，大量燃烧矿物燃料、森林砍伐等使CO₂含量快速上升，加剧温室效应和全球变暖。 臭氧：低层大气中的臭氧由有机物氧化、闪电等形成；高空臭氧由太阳紫外线作用于氧分子生成，在22~27千米高度浓度最大，形成臭氧层。臭氧层能强烈吸收紫外线，保护地面生物免受过量紫外辐射伤害。 （二）水汽 来源：主要来自水面蒸发和植物蒸腾，集中分布在大气底层（约3千米以下）。 分布：水平方向海洋上空高于陆地上空、湿润地区高于干旱地区；垂直方向自地面向高空逐渐减少；降水多的季节多于降水少的季节。 作用：含量虽少，却是成云致雨的必要条件。水汽是唯一能在大气温度变化范围内发生固、液、气三态转变的成分，由此产生云、雾、雨、雪等一系列天气现象。 （三）固体杂质（气溶胶） 来源：岩石风化、火山喷发、工业与交通排放、海浪飞沫、花粉等。 分布：集中分布在大气底层；陆地上空多于海洋上空，城市多于乡村，冬季多于夏季。 作用：作为凝结核，是成云致雨的必要条件；但过多也会造成大气污染（如PM2.5、雾霾），危害人体健康。 五、大气的垂直分层 【划分依据】根据大气在垂直方向上温度、密度等物理性质以及运动状况的差异，可将大气分为对流层、平流层和高层大气（其中高层大气自下而上又可细分为中间层、热层/电离层、散逸层）。大气质量主要集中在下部——约50%集中在5千米以下，75%集中在10千米以下，98%集中在30千米以下。 （一）对流层 对流层是大气圈的最底层，集中了大气圈约3/4的质量和几乎全部的水汽、杂质，大气中的污染物也多集中于此。 项目 内容 高度范围 随纬度而异：低纬17~18千米，中纬10~12千米，高纬8~9千米；同一地区夏季高于冬季。 气温变化 气温随高度增加而降低，平均每升高100米约降低0.6℃。 成因 地面（而非太阳）是对流层大气的直接热源，离地面越近受热越多。 气流运动 空气对流运动显著（下部热、上部冷）。 天气特征 几乎全部水汽、杂质集中于此，对流运动易成云致雨，天气现象复杂多变。 与人类关系 人类生活在对流层底部，是最密切的一层；寒潮、台风、雷雨、大风、降雪等均发生在此层。 【拓展·逆温】 正常情况下对流层气温随高度递减。但在一定条件下，有时会出现气温随高度增加而升高，或递减幅度小于0.6℃/100m的现象，称为“逆温”。逆温使大气上热下冷、结构稳定，阻碍空气对流，导致烟尘、污染物不易扩散而聚集在近地面，是秋冬季节雾、霾及光化学烟雾等重污染天气的重要原因。 （二）平流层 平流层位于对流层顶至约50~55千米高空，又称“同温层”。 项目 内容 高度范围 自对流层顶至约50~55千米高空。 气温变化 下层（30千米以下）气温随高度变化很小；30千米以上随高度增加而迅速上升。 成因 该层的臭氧大量吸收太阳紫外线，使大气增温；22~27千米处臭氧浓度最大，形成臭氧层。 气流运动 大气上部热、下部冷，大气稳定，以平流（水平）运动为主。 天气特征 水汽、杂质含量极少，无云雨现象，天气晴朗，能见度好。 与人类关系 ①是地球生命的“天然屏障”（臭氧吸收紫外线）；②适合航空飞行——气流平稳、受力稳定、能见度高、噪声小、避开飞鸟。 （三）高层大气 平流层以上的大气统称为高层大气，自下而上可分为中间层、热层（暖层）和散逸层。 项目 内容 高度范围 平流层顶以上至约2000~3000千米（大气上界）。 气温变化 先降后升：平流层顶以上因无臭氧吸收紫外线，气温先下降；随后因大气吸收更短波长的太阳紫外线，温度又持续上升，300千米高空可达1000℃以上。 密度特征 空气密度极小；2000~3000千米高空密度已与星际空间接近，一些高速质点散逸到宇宙空间。 电离层 80~500千米高空有若干电离层，在太阳紫外线和宇宙射线作用下处于高度电离状态，能反射无线电短波，对无线电通信有重要作用。 其他现象 80~120千米高空流星体燃烧形成流星；热层高纬度晴夜可出现极光。 （四）三层对比归纳表 分层 气温变化 气流运动 天气/人类关系 对流层 随高度递减 对流显著 天气复杂多变，人类主要活动层 平流层 随高度递增（下部变化小） 以平流为主 臭氧护生，适合航空飞行 高层大气 先降后升 电离、稀薄 电离层反射无线电波，影响通信 六、人类活动与大气环境 （一）人类活动对大气成分的影响 燃烧矿物燃料、毁林开荒→二氧化碳浓度上升→温室效应增强、全球变暖。 制冷设备、喷雾剂等释放的氟氯烃→破坏臭氧层→南极上空出现“臭氧空洞”→到达地面的紫外线增多，危害生物健康。 工业、交通排放二氧化硫、氮氧化物、颗粒物→形成酸雨、雾霾、光化学烟雾等大气污染。 （二）保护措施 减少温室气体排放：提高能源利用效率，发展清洁能源，倡导低碳生活。 保护臭氧层：研制新型制冷设备，控制氟氯烃排放，加强全球合作（《蒙特利尔议定书》）。 控制污染物排放：实施排放标准，治理工业与机动车污染。 植树造林，增加绿地，提高氧气含量、吸收二氧化碳。 【案例·全球合作保护臭氧层】20世纪80年代初，科学家观测发现南极上空每年春季臭氧含量大幅下降，称为“臭氧空洞”。这一全球性环境问题只有通过国际合作、共同行动才能有效应对。 七、课堂小结 大气的组成与垂直分层 组成：干洁空气（N₂·O₂·CO₂·O₃）/ 水汽 / 固体杂质 分层：对流层（对流）— 平流层（平稳）— 高层大气（电离） 人地关系：CO₂增多→温室效应；氟氯烃→臭氧空洞；保护大气→绿色可持续发展 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $