兴义市天赋中学地理必修一教案：2.1 冷热不均引起大气运动

兴义市天赋中学地理必修一教案：
2.1 冷热不均引起大气运动
【教学目标】
知识与技能
明确大气的热量来源，即导致大气运动的能量来源，使学生能运用图示说明大气的受热过程。
能阐述大气温室效应及其作用、大气热力环流等基本原理。
理解水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力对风向的影响，能运用图示解释风的形成，培养学生理论联系实际并且能用理论知识指导实践的能力。
二．过程与方法
1．通过探讨学生理解“太阳暖地面、地面暖大气、大气还地面”的原理。
2．利用图表分析归纳“温室效应”。
3．通过实验活动理解热力环流的原理。
4．理论联系实际，促进对“风的形成”的理解，学会在等压线图上判断某一地的风向。
三．情感、态度与价值观
树立辨证唯物主义观念，增强大气环境保护意识。
【教学重点】
地面是大气的直接热源。
分析热力环流形成的过程与方法。
近地面风向确定方法。
【教学难点】
大气受热过程。
热力环流。
地转偏向力对大气运动方向的影响。
【教学设计】
（引入）通过第一章，我们了解了地球所处的宇宙环境。从第二章开始，我们将缩小研究范围，从茫茫的宇宙回到地球上来，重点研究人类赖以生存的地理环境，首先学的是“大气”。
补充：
（讲述）大气圈的作用：它影响着地球上生物的生存、水的循环、地貌的形成以及人类的生存和发展，是人类地理环境的重要组成部分。
大气的组成
低层大气和干洁空气的组成
大气是多种气体的机械混合物。低层大气是由干洁空气、水汽和固体杂质组成的。其中干洁空气是不含水汽和固体杂质的空气，也是由多种气体组成的混合物。其主要成分是N和O，二者共占干洁空气体积分数的99％。
2．大气各组成成分对生命活动和地理环境的影响
气体成分 体积分数（％） 质量分数（％） 作用
干洁空气 氮 78．09 75．52 地球上生物体的基本成分
氧 20．95 23．15 人类和一切生物维持生命活动所必须的物质
氩 0．93 1．28
二氧化碳 0．03（变动） 0．05 ①光合作用的基本原料②对地面有保温作用
臭氧 0．00006（变动） 能大量吸收太阳紫外线，保护地球上的生物免受伤害
水汽 ①水汽的相变产生了云、雨、雾、雪等天气现象②伴随着热量的吸收和释放，直接影响地面和大气的温度
固体杂质 作为凝结核，是成云致雨的必要条件
3．人类活动对大气成分的影响
由于人类活动造成的大气污染，已导致大气成分比例的变化，并造成了全球性的大气环境问题。
燃烧矿物燃料，使得大气中二氧化碳含量增加
广泛使用电冰箱、冰柜，使得大气中的氟氯烃化合物含量增加。
二．大气的垂直分层
地球大气从地面向上可延伸到数千千米高空，根据温度、密度和大气运动状况，可将其划分为对流层、平流层和高层大气。各层基本情况如下：
大气分层 高度 气温垂直变化 空气运动 天气现象 与人类关系
规律 原因
高层大气 自平流层顶以上到大气上界2000－3000千米 80－500千米高空有若干电离层，能反射无线电波，对无线电通信有重要作用
平流层 自对流层顶至50－55千米 下层随高度变化很小，30千米以上气温随高度增加而迅速上升 该气温基本上不受地面影响，而靠臭氧大量吸收太阳紫外线而增温 平流运动为主 天气晴朗 ①臭氧大量吸收紫外线，为人类生存环境的天然屏障；②大气稳定，利于高空飞行
对流层 低纬17－18千米，10－12千米，高纬8－9千米 气温随高度增加而递减 地面是对流层大气的主要的直接热源，离地面越高，气温越低 对流运动显著 复杂多变 人类生活在对流层底部，与人类关系最密切
三．大气的热力作用
1．太阳辐射光谱
（提问）太阳辐射光谱中包括哪些电磁波？
——电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等。
（提问）太阳辐射的主要波长范围怎样？
——0.15——4um
（提问）可见光区、紫外线区、红外线区的波长范围分别是多少？其辐射能量占太阳辐射总量的百分比是多少？
——可见光区： 0.4um－0.76um，50％
紫外线区： <0.4um, 7％
红外线区： >0.76um, 43％
大气的热力作用
——假设到达大气上界（2000—3000KM）的太阳辐射为100％的话，那么最后到达地球表面的太阳辐射却不到大气的一半（约47％），另外53％的太阳辐射到哪里去了？
——这就是由于地球大气对太阳辐射的削弱作用。投射到地球上的太阳辐射要穿过厚厚的大气层，才能到达地球表面，由于大气对太阳辐射具有吸收、反射、散射作用，从而削弱了到达地面的太阳辐射。
(一)削弱作用
削弱形式 选择性 大气成分 易被削弱辐射 形成的常见自然现象
吸收作用 平流层大气中的臭氧吸收紫外线；对流层大气中的水汽和二氧化碳吸收红外线 臭氧水汽二氧化碳 紫外线辐射红外线辐射
反射作用 无选择性特征 云层较大尘埃 太阳辐射 多云的白天气温不太高
散射作用 空气分子或微小尘埃发生散射时具有选择性（颗粒较大的尘埃散射时无选择性） 空气分子微小尘埃 可见光中的蓝、紫色光 （1）晴朗的天空蔚蓝色，阴沉的天空灰白色（2）日出天已亮，日落天不黑
（提问）1.为什么晴朗的天空呈蔚蓝色，而阴天则是灰白色？
为什么日出前的黎明和日落后的黄昏，天空是明亮的？
为什么在夏天，多云的白天比晴天气温低？
（二）大气的温室效应
由于大气对太阳辐射有削弱作用，使得到达地面的太阳辐射只有到达大气上界总量的47％，这47％的太阳辐射将被地面吸收，但是地面吸收了这些太阳辐射后，又要对外进行辐射，我们将地面产生的辐射称为地面辐射。
（提问）太阳辐射与地面辐射有什么区别？
——人们发现，物体的温度越高，辐射的波长就越短，反之则越长。所以相对于太阳短波辐射来说，地面为长波辐射。
（讲述）对流层大气中的水汽和二氧化碳，吸收长波辐射的能力很强，所以除了一小部分长波辐射可以射到宇宙空间外，绝大部分大气吸收了，大气因此增温，所以说地面是对流层大气主要的直接热源。
大气在吸收了长波辐射，温度升高以后，也会向外释放出长波辐射。这一长波辐射的方向与刚才的地面辐射相反，所以就被称为大气逆辐射。通过这一逆辐射，热量又被还给了地面。所以，这一过程对地面起到了保温作用。
太 地 大
阳 面 气
辐 辐 逆
射 射 辐
射
我们把大气的这种作用，称为大气的保温效应。（大气层的这一作用与我们建造的温室中那层玻璃的作用类似），所以也叫做大气的温室效应。
三．全球的热量平衡
1．全球的热量平衡
就整个地球多年平均状况看，地球（地面和大气）收入的热量与支出的热量是相等的，即热量收支平衡。
2．全球热量平衡与人类生存发展的关系
（1）全球每年平均气温比较稳定，有利于人类的生存与活动。
（2）人类活动使大气中的二氧化碳浓度不断增高，可能导致全球变暖。
二．热力环流
（讲述）宇宙中一切物质都处于不断的运动之中，地球上的大气同样也在不断的运动。
（提问）大气运动的能量来源是什么？
——太阳辐射。由于各纬度获得太阳辐射能量多少不均，造成高低纬度间的温度的差异，从而引起大气运动。
（提问）大气运动有哪些类型？
——垂直运动和水平运动。
（讲述）认识大气运动，我们从最简单的形式（热力环流）入手。
（1）近地面有A、B、C三点，温度相同，处于同一个等
压面上。
（2）A地受热，近地面空气受热后膨胀上升，越来越多
的堆积在A地上空，于是A地上空的空气密度就变大，形成高气压。而B、C两地则相反，它们受热少，空气冷却收缩下沉，结果B、C两地上空的空气密度减小，形成低气压。
等压面的变化：A地高空为G，B、C两地高空为D,使得等压面向上弯曲。A地近地面为D，B、C两地为G，使得等压面向下弯曲。
（3）高空空气就从气压高的A地向气压低的B、C两地扩散，近地面的空气又从B、C两地流回A地。
于是就形成了两个热力环流圈。这就是热力环流形成的过程。
（总结）热力环流的形成过程：
冷热不均 空气垂直运动 同一水平气压差异
水平运动
（讲述）热力环流是一种最简单的大气运动形式，海陆热力性质不同、山谷山坡冷热不均及人类活动都有可能导致热力环流的形成。
海陆风
　　
山谷风
城市风
三．大气的水平运动
1．大气水平运动受到的作用力
作用力 概念 对风速风向的影响
水平气压梯度力 促使大气由高气压区流向低气压区的力 大气水平运动的原动力，是形成风的直接原因，既影响风向（风向垂直于等压线并指向低压），又影响风速（水平气压梯度越大风速越大）
地转偏向力 促使物体水平运动方向产生偏转的力 只影响风向（使风向逐渐偏离气压梯度力的方向，北半球右偏，南半球左偏），不影响风速
摩擦力 运动状况不同的空气层之间相互作用而产生的阻力 既影响风速（降低风速），又影响风向
风是这三种作用力共同作用的结果：
2．高空大气中的风向
高空大气中的风向，是水平气压梯度力和地转偏向力共同作用的结果，风向与等压线平行。
3.近地面大气中的风向
近地面大气中的风向，是气压梯度力、地转偏向力和摩擦力共同作用的结果，风向与等压线之间成一夹角。
4．实际大气中的风向
在海陆热力性质差异的影响下，形成一个个的低压中心和高压中心。在气压梯度力、地转偏向力和摩擦力的共同作用下，低气压和高气压运动状况如下表：
气压中心 气流状况
北半球 南半球
低气压 按逆时针方向旋转辐合 按顺时针方向旋转辐合
高气压 按顺时针方向旋转辐散 按逆时针方向旋转辐散
www.
一力作用，风向垂直于等压线
大气水平运动受到的力
三力共同作用，风向斜穿等压线
地转偏向力
地面摩擦力
水平气压梯度力
二力平衡时，风向平行于等压线