2.1大气的组成和垂直分层 课件 (共59张PPT内嵌视频)

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高中地理 · 人教版必修第一册 · 第III版
课程标准
大气的组成和垂直分层
课标解读
大气的组成和垂直分层
掌握大气的组成和大气垂直分层的特征。
说出其对人类生产、生活的影响，以及人类生产、生活对大气的影响。
运用图表等资料，说明大气组成和垂直分层，及其与生产和生活的联系。
核心素养
大气的组成和垂直分层
区域认知 分辨大气层特点，认识不同纬度对流层顶的高度差异 及其原因；理解大气组成成分变化在全球不同区域的表现及其带来的影响。
综合思维 对比大气组成成分过去与近现代含量的变化幅度差异； 运用图表和所学资料，综合分析大气层的各物理性质，解释其对 人类活动的影响。
地理实践力 通过实际案例，运用图表等资料，说明臭氧空洞现象与大气 组成和大气物理性质的关系。
人地协调观 树立人与环境协调发展的可持续发展观念，培养学生保护人类赖以生存的大气环境的意识。
“坠落人”鲍姆加特纳
2012年10月14日，奥地利“坠落人”鲍姆加特纳在美国西南部乘坐太空舱升空。
约3小时后，他上升至39千米高空。随后，他从那里跳下，4分钟后才打开降落伞，成为第一个自由落体速度超音速的人。
他配备的特制宇航服，外表绝缘，密封的内层中填充加压氧气；头盔内有液氧系统，护目镜中装有温度调节器。
图2.1 自由落体状态中的鲍姆加特纳
“坠落人”鲍姆加特纳
他配备的特制宇航服，外表绝缘，密封的内层中填充加压氧气；头盔内有液氧系统，护目镜中装有温度调节器。
39千米高空的大气与地面大气有哪些不同？
鲍姆加特纳为什么需要配备特制宇航服？
图2.1 自由落体状态中的鲍姆加特纳
CONTENTS
01.大气的组成
Composition of the atmosphere
02.大气的垂直分层
Vertical stratification of the atmosphere
01
大气的组成
大气是由哪些成分组成的？
大气在垂直方向上可分为几层？各层有何特点？
大气的组成和垂直分层与人类活动有怎样的联系？
地动仪
1.大气的组成
低层大气(25千米以下)主要由干洁空气、水汽和杂质组成。
干洁空气：低层大气中除去水汽和杂质以外的混合气体。
在25千米以下的干洁空气中，氮气和氧气合占总体积的99%。
图2.2 干洁空气成分的体积分数(25千米以下)
氮是地球上生物体的基本元素
化学式N2，无色无味气体，氮气大气中占78%，惰性元素；它在生活中是必不可少的，其化合物可用肥料。
N2
氧是人类和其他生物维持生命活动所必需的物质
化学式O2，无色无味气体，在航空航天、动物呼吸、燃烧和一切氧化过程（包括有机物腐烂）都消耗氧气，但空气中的氧能通过植物的光合作用不断地得到补充。
O2
CO2
大气中二氧化碳仅占0.038%(变动)，但对地球上的生命活动和自然环境有着重要作用。
二氧化碳是一种常见的温室气体 ，不支持燃烧，是绿色植物进行光合作用的基本原料，另外，它吸收地面辐射的能力强，使气温升高。
化学分子式为O3，因其类似鱼腥味的臭味而得名。
臭氧能吸收太阳光中的紫外线，使大气增温；减少到达地面的紫外线，对生物具有保护作用。
O3
水汽是成云致雨的必要条件，影响地面和大气的温度
唯一能发生相变的大气成分，是大气中最活跃的成分，能强烈吸收和放出长波辐射。水的相变，产生云、雨、雾、雪等一系列天气现象，同时伴随着热量的吸收和释放，直接影响地面和大气的温度。
水汽来自下垫面的蒸发，借助于空气的垂直交换向上扩散，因此一般情况下，水汽含量随着高度的升高而减少。
大气组成 主要作用
干洁空气 主要 成分 氮气 氮是地球上生物体的基本元素
氧气 氧是人类和其他生物维持生命活动所必需的物质
次要 成分 二氧化碳 绿色植物进行光合作用的基本原料；吸收地面辐射的能力强，使气温升高
臭氧 吸收太阳光中的紫外线，使大气增温；减少到达地面的紫外线，对生物具有保护作用
水汽 成云致雨的必要条件；影响地面和大气的温度
杂质 作为凝结核，是成云致雨的必要条件
地动仪
人类活动排放的污染物进入大气，会影响大气的成分和含量。
产生大气污染，人类工业生产排放的废气、汽车排放的尾气会造成大气污染，对生态系统和人类生存造成不利影响。
2.人类活动对大气成分的影响
人类工业生产排放的废气、汽车排放的尾气等会造成大气污染。右图为北京优良天气和重污染天气对比。
案例-大气中二氧化碳含量的变化与人类活动
图2.4 二氧化碳体积分数的变化
在过去80万年的绝大多数时间里，大气中二氧化碳体积分数的变化相对平缓。
然而，从1740年到2011年，短短不到300年的时间里，二氧化碳体积分数增加了40%多。
二氧化碳体积分数的增加，基本上都来自化石燃料的燃烧和土地利用的变化(主要是毁林)。
化石燃料燃烧，会释放二氧化碳；森林面积缩小，会减少森林对二氧化碳的吸收量。
案例-大气中二氧化碳含量的变化与人类活动
活动
大气中氧气含量对人体健康至关重要。科学研究发现，适当的缺氧环境利于激发运动员的运动潜力。但含氧量太低会危害人体健康甚至危及生命。
我国已建成甘肃榆中、青海多巴、云南海埂、河北兴隆、云南呈贡等国家级高原体育训练基地。
了解大气含氧量减少对人体产生的影响
Changes in carbon dioxide content in the atmosphere and human activities
活动
表2.1 我国部分高原训练基地的地理坐标 地点 甘肃榆中 青海多巴 云南海埂 河北兴隆 云南呈贡
海拔/ m 1 996 2 366 1 888 2 118 1 906
经度 104°02′E 101°31′E 102°41′E 117°22′E 102°48′E
纬度 35°52′N 36°40′N 25°01′N 40°36′N 24°53′N
了解大气含氧量减少对人体产生的影响
Changes in carbon dioxide content in the atmosphere and human activities
活动
了解大气含氧量减少对人体产生的影响
Changes in carbon dioxide content in the atmosphere and human activities
在奥运会等世界重大体育赛事中，来自非洲埃塞俄比亚、肯尼亚的中长跑运动员往往成绩优异。在非洲地形图上，找出这两个国家，归纳它们共同的地形特点。由此，你能推测这两个国家中长跑运动员成绩优异的原因吗
埃塞俄比亚
肯尼亚
埃塞俄比亚
高原
东非高原
以高原为主
埃塞俄比亚和肯尼亚位于高原上，海拔高，空气稀薄，含氧量少，适当的缺氧环境有利于激发运动员的潜能。所以非洲这两个国家的运动员成绩优异。
活动
了解大气含氧量减少对人体产生的影响
Changes in carbon dioxide content in the atmosphere and human activities
在中国地图(地图册或教学挂图)上找到表2.1所列的高原训练基地的位置。
甘肃榆中、青海多巴
云南海埂、河北兴隆
云南呈贡
甘肃榆中
青海多巴
河北兴隆
云南海埂
云南呈贡
活动
了解大气含氧量减少对人体产生的影响
Changes in carbon dioxide content in the atmosphere and human activities
目前，世界公认的平原运动员进行高原训练的最佳高度为海拔1800-2400米。表2.1中所列的高原训练基地的海拔在这个范围内吗 参照表2.2推测运动员在更高海拔训练反而达不到理想成绩的原因。
表2.2 不同海拔与海平面的含氧量比 海拔/m 0 1000 2000 3000 4000
含氧量比/% 100 89 78 70 61
活动
了解大气含氧量减少对人体产生的影响
Changes in carbon dioxide content in the atmosphere and human activities
目前，世界公认的平原运动员进行高原训练的最佳高度为海拔1800-2400米。表2.1中所列的高原训练基地的海拔在这个范围内吗 参照表2.2推测运动员在更高海拔训练反而达不到理想成绩的原因。
运动训练基地都在1800-2400米海拔的范围之内；随着海拔的升高，大气含氧量越来越低；在更高海拔地区训练，含氧量过低，超过了人体的最大耐受力，反而使运动员整体表现下降，甚至危害人体健康，所以反而达不到理想的结果。
02
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、运动状况和密度，大气自下而上可以划分为
对流层 平流层 高层大气
对流层
平流层
高层大气
对流层是大气圈的最底层，集中了大气圈质量的3/4和几乎全部的水汽、杂质，大气中的污染物也多集中在这一层。
对流层的高度因纬度而异，在低纬度地区为17～18千米，在高纬度地区仅为8～9千米。
对流层气温随高度的升高而递减，在对流层的顶部气温降至-60℃
对流层的大气上部冷、下部热，有利于大气的对流运动。
气温特征
低纬度地区受热多，对流旺盛，对流层所达高度就高。
近地面的水汽和杂质通过对流运动向上输送，在上升过程中随着气温降低，容易成云致雨。
天气特征
对流层的大气层特征概况
从高空俯瞰的云
平流层范围自对流层顶部至50-55千米高空；平流层气温随高度升高而升高。
该层大气的下层气温随高度变化很小，但是在30千米以上，气温随高度增加而迅速上升；这是因为平流层中的臭氧吸收大量太阳紫外线，使大气增温。
平流层的大气上部热、下部冷，不易形成对流，主要以平流运动为主。
气温特征
该层大气中水汽和杂质含量很少，无云雨现象，能见度好，适合航空飞行。
天气特征
平流层的大气层特征概况
在平流层巡航的飞机
在22-27千米范围内， 臭氧含量达到最大值，形成臭氧层。
臭氧层使地球上的生命免受过多紫外线的伤害，被称为“地球生命的保护伞”。
- 臭氧层 -
平流层以上的大气统称高层大气。
自平流层顶部开始，由于没有吸收紫外线的臭氧，气温随高度上升降低。
随后，由于大气吸收了更短波长的太阳紫外线，温度又持续上升，在300千米的高空，温度可达1000℃以上。
高层大气特征概况
空气密度很小，温度随高度增加先下降后上升；
在80～120 km的高空，流星体燃烧，形成流星；
在80～500 km的高空，存在若干电离层，电离层大气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，处于高度电离状态，能反射无线电波，对无线电通信有重要作用；
由于太阳带电粒子流(太阳风)进入地球磁场，使高层大气分子或原子电离而产生，出现的灿烂美丽的光辉，形成极光现象。
在80～120 km的高空，流星体燃烧，形成流星，图为双子座流星雨
在80～500 km的高空，存在若干电离层，电离层大气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，处于高度电离状态，能反射无线电波，对无线电通信有重要作用。
无线电通信利用了哪层大气的特性
无线电通信利用了电离层大气反射无线电波的特征，电离层大气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，处于高度电离状态，能反射无线电波。无线电波可以借助地面和电离层之间的多次反射实现远距离传输。
由于太阳带电粒子流(太阳风)进入地球磁场，使高层大气分子或原子电离而产生，出现的灿烂美丽的光辉，形成极光现象。
高层大气的空气密度很小；在2000-3000千米的高空，大气的密度已经与星际空间的密度非常接近；这里的一些高速运动的空气质点经常散逸到宇宙空间，这个高度可以看作是地球大气的上界。
- 大气上界 -
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比之前有大幅度下降，并将这一现象称为“臭氧空洞”。
“臭氧空洞”的出现，表明臭氧层被破坏，臭氧含量减少。
南极臭氧层空洞变化图
自学
全球合作 保护臭氧层
Global cooperation to protect the ozone layer
自学
全球合作 保护臭氧层
Global cooperation to protect the ozone layer
1985年缔结了《保护臭氧层维也纳公约》(以下简称《公约》)，开启了全球携手保护臭氧层的历程。
1987年9月16日，46个缔约方在加拿大蒙特利尔达成了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》(以下简称《议定书》)，限制生产和使用氯氟碳化物等消耗臭氧层的物质。
1995年， 联合国大会决定，每年的9月16日为“国际保护臭氧层日”。
《公约》及其《议定书》的有效实施，使得“臭氧空洞”开始缩小，在全球范围内避免了数百万例可能由紫外线带来的人类疾病，如皮肤癌、白内障等。
另外，保护臭氧层还减缓了气候变化的幅度。
自学
全球合作 保护臭氧层
Global cooperation to protect the ozone layer
DU即多布森单位，标准大气状态下千分之一厘米臭氧层的厚度为1个多布森单位，臭氧含量低于220个多布森单位时，称为“臭氧空洞”。
- 板书设计-
随堂
巩固
2021年11月10日，一名28岁的法国男子站在父亲驾驶的热气球顶部，随着气球缓缓上升，最终在气球上升到4016米时，拍下了精彩瞬间，打破了自己曾经创造的该项目的世界纪录。如图为该男子当时自拍的照片。读图完成1～2题。
1．该名男子拍照时所在的大气层( )
A．臭氧含量较多 B．适合航空飞行
C．厚度大致均匀 D．天气复杂多变
【解析】第1题，根据题意，男子拍摄照片的高度为4016米，而对流层在低纬度地区平均高度为17～18千米，在中纬度地区平均为10～12千米，极地平均为8～9千米，所以男子拍照时所在的大气层为对流层，对流层天气现象最复杂，D正确；臭氧层位于平流层，A错误；平流层适合航空飞行，B错误；对流层的厚度随地理纬度和季节而变化，C错误。
D
2．大气中( )
A．氧是地球生物体的基本成分
B．二氧化碳是光合作用的基本原料
C．氮是维持生命活动必需的物质
D．杂质不参与天气变化
【解析】第2题，氧是维持生命活动必需的物质，氮是地球生物体基本成分，A错误；二氧化碳是光合作用的基本原料，B正确；氮是地球生物体的基本成分，不是维持生命活动必需的物质，C错误；大气中的杂质是降水形成中的凝结核，参与了天气变化，D错误。故选B。
B
读下图，完成3～4题。
3．①、②、③、④四条曲线中，能正确表示图示大气层气温垂直分布情况的是( )
A．① B．② C．③ D．④
【解析】第3题，读图可知，该层大气的高度介于12~50千米，应表示平流层，平流层气温随海拔高度的升高而升高，而③ ④曲线表示气温随高度升高而降低，因此不能正确表示大气层气温垂直分布状况，排除C、D；在平流层下部，气温随海拔升高的变化幅度不大，在平流层中上部，由于臭氧大量吸收紫外线，气温随高度增加而迅速上升，①曲线变化符合该特点，②曲线变化不符合该特征，A符合题意，排除B。故选A。
A
4．有关图示大气层的叙述，正确的有( )
①有电离层，对无线电通信有重要作用
②有利于高空飞行
③上部冷下部热，大气稳定，以平流运动为主 ④有臭氧层，能吸收大量的紫外线
A．①② B．②③ C．③④ D．②④
【解析】第4题，根据前题分析可知，图中大气层为平流层。电离层位于高层大气，平流层中无电离层，①错误；平流层气温随高度升高而升高，平流层空气上部热，下部冷，结构稳定，空气以平流运动为主，有利于高空飞行，②正确，③错误；平流层中含量大量臭氧，具有浓度较大的臭氧层，臭氧能吸收紫外线增温，④正确。综上所述，选D。
D
读“大气垂直分层示意图”，完成5～7题。
5．关于B层的叙述，错误是( )
A．气温随着海拔的升高而升高
B．大气运动以水平运动为主
C．靠臭氧吸收紫外线而增温
D．能反射无线电短波
【解析】第5题,根据图示, A 为对流层, B 层为平流层。平流层中的臭氧吸收太阳紫外线增温,紫外线分布在平流层的上部,因此平流层气温随着海拔的升高而升高,排除AC；平流层大气由于温度随海拔升高而升高,因此大气运动以水平运动为主，排除B；在地球大气层中，电离层能反射无线电短波,平流层不能,故选D。
D
6．小明在“朋友圈”写道：“终于开启了我的莫斯科之旅……从北京起飞一个小时后，平稳飞行在万米高空，舷窗外是湛蓝的天空，机翼下是翻腾的云海……”。“翻腾的云海”所在大气层的描述正确的是( )
A．大气对流运动显著 B．飞机通常在此大气层飞行
C．能大量吸收紫外线 D．大气处于高度电离状态
【解析】第6题,根据题意可知，飞机在平流层飞行，飞机下面是对流层。在对流层气温随海拔升高气温降低，大气对流运动显著，A正确；对流层天气多变且对流运动容易使飞机颠簸，因此飞机通常不在此层飞行，B错误；能大量吸收紫外线的是臭氧，臭氧分布在平流层，C错误；在电离层，大气处于高度电离状态，属于高层大气，D错误。故选 A 。
A
7．“我欲乘风归去，又恐琼楼玉宇，高处不胜寒”说明( )
A．对流层空气上热下冷，空气不稳定
B．对流层气温随风向越来越低
C．对流层大气的热量直接来自地面辐射
D．对流层大气的热量主要来自太阳辐射
【解析】第7题，对流层空气下热上冷，A错误。对流层气温与风向没有直接关系， B错误。对流层大气的热量直接来地面，所以海拔越高，得到的热量越少，气温越低，出现“高处不胜寒”， C正确。对流层大气的热量从根本来说主要来自太阳辐射，但是本题考查的是对流层大气的直接热源，D错误。故选C。
C
北京时间2023年2月23日19时49分，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将中星26号卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。下图为载人飞船穿越的大气垂直分层示意图。据此完成8～9题。
8．载人飞船在穿越大气层②层时气温随高度变化的主要原因是( )
A．水汽和二氧化碳吸收地面辐射而增温
B．大气直接吸收太阳辐射而增温
C．臭氧吸收紫外线而增温
D．云层反射太阳辐射而降温
【解析】第8题,依据所学知识读图可知,②是平流层,气温随高度的增加而上升,是由于平流层中上部有臭氧层吸收了大量紫外线而增温,C正确；水汽和二氧化碳主要分布在①对流层,A错误；大气对可见光的直接吸收能力很弱,B错误；云层反射太阳辐射而降温,主要发生在①对流层,D错误。
C
北京时间2023年2月23日19时49分，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将中星26号卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。下图为载人飞船穿越的大气垂直分层示意图。据此完成8～9题。
9．能保护地球生物免受宇宙射线伤害的是( )
A．①层 B．②层
C．③层 D．④层
【解析】第9题，臭氧能吸收由太阳放射出来的宇宙射线和紫外线，保护地球上的生物不受宇宙射线损害，它位于②平流层大气层，B正确，ACD错。故选B。
B
10．阅读图文材料，完成下列要求。
材料：2021年4月22日，习近平主席以视频方式出席领导人气候峰会，发表《共同构建人与自然生命共同体》的重要讲话。强调中国坚持走生态优先、绿色低碳的发展道路，力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。下图是近150年来二氧化碳含量的变化及气温的变化。
(1)简述近150年来二氧化碳含量
的变化与全球气温变化特点。
二氧化碳含量：持续上升，1950年以来上升更快。
气温：波状上升。
10．阅读图文材料，完成下列要求。
(2)分析大气中二氧化碳增多的主要原因。
(3)为实现“碳达峰”和“碳中和”承诺，作为中学生，你可以采取哪些行动？
燃烧化石燃料和毁林开荒。
节约能源资源；践行绿色消费；
选择低碳出行；分类投放垃圾；
减少污染产生；呵护自然生态等。