第一节大气的组成和垂直分层讲义2026-2027学年高一上学期人教版必修一

第一节 大气的组成和垂直分层 讲义 一、教学目标（地理四维目标） 维度 具体目标 人地协调观 认识大气成分变化与人类活动之间的相互影响，理解人类活动（化石燃料燃烧、毁林、制冷剂等）对大气成分的改变，树立保护大气环境、走可持续发展道路的观念。 综合思维 从整体角度分析大气各成分之间的相互关系及其对地理环境的影响；综合分析大气垂直分层中温度、运动、密度等因素之间的内在联系。 区域认知 能够结合不同纬度、不同海拔的区域特征，理解对流层厚度随纬度、季节变化的规律，并能解释不同区域（如青藏高原、低纬赤道地区）大气现象的差异。 地理实践力 学会运用大气垂直分层示意图、气温垂直变化曲线等图表提取信息、分析归纳；能用大气分层知识解释飞机飞行、卫星运行、高山缺氧、雾霾污染等生活中的地理现象。 二、教学重难点 教学重点： 大气的组成成分及其作用（干洁空气、水汽、杂质）。 大气垂直分层的划分依据及各层的主要特点（对流层、平流层、高层大气）。 大气成分变化与人类活动的关系。 教学难点： 对流层、平流层气温垂直变化规律及其成因（地面是大气主要直接热源、臭氧吸收紫外线增温）。 大气垂直分层与人类生产生活的关系（飞行、通信、航天等）。 逆温现象的形成及其对天气、污染的影响。 三、课堂导入 【情境导入】2012 年 10 月 14 日，奥地利极限运动员鲍姆加特纳从距地面约 39 千米的平流层边缘跳下，成为人类首位无动力超音速自由落体的勇士。他在跳下过程中经历了极端低温、低压、缺氧等环境挑战，降落伞打开后穿过云层安全着陆。 【问题串引导】 他在 39 千米高空为何需要穿特制的增压宇航服？ 为什么飞机大多在 10 千米左右的高度飞行？ 从地面到高空，大气的温度是一直下降吗？ 通过这些问题，引导学生思考大气的组成与结构差异，自然过渡到本节内容——大气的组成和垂直分层。 第一部分 大气的组成 （一）低层大气的组成 大气是指包围地球的气体层，由多种气体混合而成。低层大气（通常指对流层和平流层下层的大气）主要由三部分组成：干洁空气、水汽和杂质。 组成成分 含量 / 占比 主要作用 氮气（N₂） 约 78% 地球上生物体的基本组成元素，性质稳定，可调节氧化速率。 氧气（O₂） 约 21% 维持人类及一切生物的生命活动；参与有机物的燃烧、腐败与分解。 氩气（Ar）等稀有气体 约 1% 含量稳定，化学性质惰性。 二氧化碳（CO₂） 约 0.04%（微量） 植物光合作用的原料；吸收地面长波辐射，对地面有保温作用（温室气体）。 臭氧（O₃） 微量 强烈吸收太阳紫外线，保护地球生物；影响平流层温度。 水汽 含量因时因地而异（0～4%） 成云致雨的必要条件；通过相变产生云、雾、雨、雪等天气现象；有温室效应。 固体杂质（凝结核） 含量很少 作为水汽凝结的凝结核，是成云致雨的必要条件。 （二）干洁空气的主要成分 干洁空气是指除去水汽、液体和固体微粒以外的整个混合气体。干洁空气的主要成分是氮气和氧气，二者体积分数合计约占 99%，其中氮气约 78%、氧气约 21%。 图 1 干洁空气的成分（氮气约 78%、氧气约 21%） （三）水汽与杂质——成云致雨的重要角色 水汽和固体杂质在大气中的含量虽少，却是天气变化的重要角色，是成云致雨的必要条件。 水汽来源于海洋、江河湖面的蒸发和植物的蒸腾，含量因时因地而异，一般低纬多于高纬、夏季多于冬季、低空多于高空。 固体杂质（尘埃、烟粒、盐粒等）多集中于低层大气，是水汽凝结的凝结核，加速成云致雨过程。 杂质还会吸收和散射太阳辐射，影响大气的能见度和温度。 （四）人类活动对大气组成的影响 人类活动排放的污染物进入大气，会改变大气的成分和含量，产生大气污染。 1. 二氧化碳含量的变化 工业革命以来，大气中的二氧化碳含量呈现持续上升的趋势，且增加速度不断加快。 主要原因：① 大量燃烧煤炭、石油等化石燃料，释放大量 CO₂；② 土地利用变化（毁林），森林吸收 CO₂ 的能力下降。 主要影响：加剧全球变暖，导致气候异常、海平面上升、生态系统恶化等。 2. 臭氧层破坏 人类大量使用制冷设备（如空调、冰箱）排放的氟氯烃等化合物，会破坏平流层中的臭氧，使臭氧层变薄甚至出现“空洞”，削弱其吸收紫外线的能力，危害地球生物。 图 2臭氧层吸收太阳紫外线，是地球生命的“保护伞” 3. 大气污染物 常见大气污染物包括气态污染物（二氧化硫 SO₂、氮氧化物 NOₓ、一氧化碳 CO、臭氧、挥发性有机物）和颗粒物（PM10、PM2.5），可引发酸雨、光化学烟雾、灰霾等污染现象。 第二部分 大气的垂直分层 根据大气在垂直方向上的温度、运动状况和密度，自下而上可将大气划分为对流层、平流层和高层大气（在更细致的五层划分中，高层大气又包括中间层、热层和散逸层）。 大气垂直分层综合对比表 分层 高度范围 气温垂直变化 大气运动特点 与人类的关系 对流层 低纬 17～18 km 中纬 10～12 km 高纬 8～9 km 随高度升高而递减（约 0.6 ℃/100 m） 对流运动显著 集中大气质量 3/4 和几乎全部水汽、杂质；天气复杂多变，与人类关系最密切。 平流层 对流层顶至 50～55 km 随高度升高而升高（底层变化小，随后上升） 以水平（平流）运动为主 含臭氧层（22～27 km）吸收紫外线；大气稳定、天气晴朗，利于高空飞行。 高层大气 平流层顶以上至数千千米 先降低后升高 密度极小，高空有电离现象 80～500 km 有电离层，能反射无线电短波；有流星、极光；空间站、人造卫星运行于此层。 （一）对流层 对流层是贴近地面的大气最底层，也是与人类关系最为密切的一层。 厚度随纬度而变化：低纬地区 17～18 km，中纬地区 10～12 km，高纬地区 8～9 km；同一地区夏季较厚、冬季较薄。 气温随高度升高而递减：平均每升高 100 m，气温约降低 0.6 ℃（气温直减率约 0.65 ℃/100 m）。 成因——地面是对流层大气主要的直接热源：离地面越高，获得地面长波辐射越少，气温越低。 对流运动显著：大气上冷下热，利于空气对流，近地面的水汽、杂质随上升气流向上输送。 天气现象复杂多变：集中了大气圈约 3/4 的质量和几乎全部的水汽、杂质，易成云致雨，云、雾、雨、雪、雷电等主要天气现象都发生在此层。 图 3 大气温度随高度的垂直变化曲线（对流层递减、平流层递增） （二）平流层 平流层位于对流层顶至 50～55 km 的高空。 气温随高度升高而升高：在 22～27 km 范围内集中了大部分臭氧，形成臭氧层，臭氧大量吸收太阳紫外线使气温升高。 大气以水平运动为主：该层上热下冷，大气稳定，不易形成对流。 水汽、杂质含量极少，天气晴朗，能见度好，气流平稳。 与人类关系：利于高空飞行；臭氧层吸收紫外线，保护地球生命。 （三）高层大气 高层大气是指平流层顶以上的大气，可进一步分为中间层、热层（电离层）和散逸层。 气温随高度增加先降低后升高；大气密度极小，在 2000～3000 km 高空，大气密度已与星际空间非常接近。 在 80～500 km 的高空有若干电离层，大气处于高度电离状态，能反射无线电短波，对无线电通信有重要作用。 有流星、极光等现象；载人空间站（轨道高度约 400～450 km）、人造卫星运行于此层。 图 4大气分层与飞机、卫星飞行区域的对应关系 四、课堂小结 大气由干洁空气（氮 78%、氧 21%、微量 CO₂ 和 O₃）、水汽和杂质组成；水汽和杂质是成云致雨的必要条件。 大气自下而上分为对流层、平流层、高层大气三层。 对流层——气温递减、对流旺盛、天气多变、与人类最密切。 平流层——气温递增（臭氧吸热）、水平运动、利于飞行、含臭氧层。 高层大气——含电离层、反射无线电短波、密度极小、航天活动区。 人类活动改变大气成分（CO₂ 增多、臭氧减少、污染加剧），需树立人地协调观念。 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $