2.1 大气的组成和垂直分层 学案（含答案） 2023-2024学年高一地理人教版（2019）必修第一册

第一节　大气的组成和垂直分层
【学习目标】
1.结合图表资料,说出大气的组成物质及其作用。(区域认知、人地协调观)
2.结合大气的垂直分层图,说出大气垂直分层的依据、各层的特点及其与人类活动的关系。(人地协调观、区域认知)
【自主预习】
一、大气的组成
1.干洁空气主要成分中比重最大的是①　　　　,其是地球上生物体的基本元素。
2.氧气是人类和其他生物②　　　　　　所必需的物质。
3.绿色植物进行光合作用的基本原料是③　　　　,其能吸收地面辐射,对地面有④　　　　。
4.被称为“地球生命保护伞”的大气成分是⑤　　　　。
二、大气的垂直分层
1.对流层:气温随高度增加而⑥　　　　,空气⑦　　　　运动显著,天气现象复杂多变。
2.平流层:气温随高度增加而⑧　　　　,大气以水平运动为主。
3.高层大气:气温随高度增加先⑨　　　　后⑩　　　　。
　　【答案】　①氮气　②维持生命活动　③二氧化碳　④保温作用　⑤臭氧　⑥降低　⑦对流　⑧升高　⑨降低　⑩升高
【合作探究】
情境导入　《中国机长》是根据四川航空3U8633航班机组成功处置特情真实事件改编的电影。从重庆飞往拉萨的川航3U8633航班在重庆江北机场正常起飞,当飞机抵达青藏高原东南时(飞行高度9 753 m),驾驶舱的风挡玻璃突然爆裂,生死关头,英雄机组的正确处置,确保了机上全体人员的生命安全,创造了世界民航史上的奇迹。
驾驶舱的风挡玻璃爆裂时,飞机所处的大气层位置应为哪一层
主题1：大气的成分及其作用
主题探究
情境　材料一　蛋白质是生物体的主要组成物质之一,所有蛋白质分子都含有C、H、O、N、S等元素,其中N元素的含量比较稳定,平均含量约为16%。
材料二　下图为CO2和O2作用示意图。
材料三　臭氧在常温下是一种有特殊臭味的淡蓝色气体。近地面高浓度的臭氧会刺激和损害眼睛、呼吸系统等黏膜组织。图Ⅰ为臭氧浓度随高度变化图,图Ⅱ为臭氧层对紫外线的阻挡示意图。
图Ⅰ
图Ⅱ
注:臭氧层能过滤大部分对人体和生物有害的紫外线
任务1　结合材料一,概括N元素的主要作用。
　　【答案】　N元素是组成生物体的基本元素。
任务2　结合材料二,说明O2和CO2的主要作用。
　　【答案】　O2是众多生物生命活动所必需的物质。CO2是植物进行光合作用的重要原料;另外,它吸收地面辐射,对地面具有保温作用。
任务3　结合材料三,总结大气中臭氧浓度垂直分布的特点,并说明臭氧对人类、生命有机体的影响。
　　【答案】　特点:臭氧浓度随高度增加先增加、再减少,最大值出现在20~25 km的高度。影响:臭氧为地球上的生物提供了天然的保护屏障,也可以保护人类健康。
素养培育
竞技体育与地理——培育地理实践力、人地协调观、区域认知
情境　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。下列为埃塞俄比亚、肯尼亚的位置和地形图及我国国家级高原体育训练基地分布图。
　　任务1　简述埃塞俄比亚和肯尼亚两国地形的共同点。
　　【答案】　海拔高,地形以高原(山地)为主。
任务2　为什么埃塞俄比亚与肯尼亚长跑运动员成绩好
　　【答案】　大气密度随着海拔增加而减小,所以高原地区的大气密度相对较小,每立方米空气中的氧气分子数较少,人体吸入的氧气量也相对较少。适当的缺氧环境有利于激发运动员的运动潜力。
任务3　根据表中数据总结我国国家级高原体育训练基地海拔的分布范围。为什么我国国家级高原体育训练基地没有选在更高海拔的地区
　　【答案】　海拔的分布范围为1 900(1 800)~2 400 m。在更高海拔处训练,空气越来越稀薄,含氧量急剧下降,超过了人体的耐受力,反而使运动员的整体表现下降。
知识小结
大气的组成
大气组成 主要作用
干 洁 空 气 氧 人类和其他生物维持生命活动所必需的物质
氮 地球上生物体的基本元素
二氧化碳 绿色植物光合作用的原料;吸收地面辐射,使大气增温
臭氧 吸收紫外线,使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害,被誉为“地球生命的保护伞”
水汽 水汽的相变(气态、液态、固态三者的互相转变),产生了云、雨、雾、雪等一系列天气现象,并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
知识拓展
人类活动对大气成分的影响
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,对生态系统和人类生存造成不利影响。
对点训练
　　大气中水汽和固体杂质很少,但却在天气变化中扮演重要的角色。据此回答1~2题。
1.下列关于大气中的水汽和杂质的叙述,正确的是(　　)。
①水汽主要集中在平流层　②水的相变直接影响地面温度和大气温度　③杂质作为凝结核,是成云致雨的必要条件　④在同一季节,各地水汽含量是一样的
A.①② B.②③
C.③④ D.②④
　　【答案】　B
【解析】　大气中的水汽集中在对流层,影响对流层天气变化,①错误;水的相变过程中伴随着热量的吸收和释放,直接影响地面温度和大气温度,②正确;大气中的固体杂质是成云致雨所必需的凝结核,③正确;大气中水汽的含量因时因地而异,④错误。
2.大气中固体杂质含量最多的地区是(　　)。
A.海洋上空 B.公园绿地
C.水田耕地 D.建筑工地
　　【答案】　D
【解析】　建筑工地灰尘多,大气中固体杂质最多;海洋、公园绿地和水田耕地对大气具有净化作用,固体杂质少。
主题2：大气的垂直分层
主题探究
情境　2022年12月中国航空工业十大新闻揭晓,“启明星50”大型太阳能无人机(图Ⅰ)在陕西榆林顺利完成首飞任务入选,该无人机巡航高度可达2万米。图Ⅱ为大气垂直分层示意图。
图Ⅰ
图Ⅱ
任务1　指出甲、乙、丙分别代表的大气分层。
　　【答案】　甲为对流层,乙为平流层,丙为高层大气。
任务2　说出“启明星50”无人机最大巡航所在大气层,并说明在该层巡航的优点。
　　【答案】　平流层。优点:大气平流运动、天气晴朗、能见度高,有利于飞行;太阳辐射强,提供丰富太阳能,有利于提供充足能源。
任务3　简述甲层大气温度的变化规律及其产生的影响。
　　【答案】　气温随海拔升高而降低。影响:空气对流显著,容易产生复杂多变的天气,影响人类的生产、生活。
素养培育
珠峰登顶——培育地理实践力、区域认知
情境　8 848.86 m——珠穆朗玛峰最新测定的高程。2020年12月8日,习近平主席和尼泊尔总统班达里互致信函,共同宣布了这一数字。这个数据是基于全球高程基准的珠穆朗玛峰雪面高程,也是中国和尼泊尔两国团队通过扎实工作并克服重重困难最终确定的。
任务1　世界最高峰的顶部位于大气垂直分层的哪一层
　　【答案】　珠穆朗玛峰所在纬度处于中低纬度,对流层高度应在12 km左右,虽然珠穆朗玛峰高度达到8 848.86 m,但仍然处于对流层的范围。
任务2　如果同一纬度海平面温度是26 ℃,在理想情况下珠穆朗玛峰顶部温度会是多少呢
　　【答案】　在理想情况下,每上升100 m,气温下降约0.6 ℃,如果海拔0 m的温度是26 ℃,则珠穆朗玛峰顶部的温度约为-27 ℃。
知识小结
大气垂直分层 高度 气温垂直变化 空气运动 天气现象 与人类的关系
规律 原因
对流层 低纬17~18 km,中纬10~12 km,高纬8~9 km 气温随高度增加而递减,大约每升高100 m,气温降低0.6 ℃ 地面是对流层大气主要的直接热源,离地面越远,气温越低 对流运动显著 复杂多变 人类生活在对流层底部,故与人类关系最密切
平流层 自对流层顶至50~55 km 下层气温随高度变化很小,30 km以上气温随高度增加而迅速上升 该层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 以平流运动为主 天气晴朗 ①臭氧大量吸收紫外线,成为人类生存环境的天然屏障;②大气稳定,利于高空飞行
高层大气 自平流层顶以上到大气上界2 000~3 000 km 起初随高度增加而递减,后随高度增加而上升 高空有氧原子吸收太阳辐射 稳定少变 自下而上先对流、后平流 80~500 km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
对点训练
　　神舟十四号载人飞船返回舱于2022年12月4日20时09分成功着陆在东风着陆场(内蒙古阿拉善盟额济纳旗境内)。据此回答1~2题。
1.神舟飞船返回过程中,穿越地球高层大气的气温变化是(　　)。
A.不断上升 B.不断下降
C.先升后降 D.先降后升
2.平流层气温随高度增加而上升,主要是因为该层存在(　　)。
A.二氧化碳 B.水汽 C.臭氧 D.氧气
　　【答案】　1.D　2.C
【解析】　第1题,高层大气底部到顶部的温度变化为先降低、再升高,故神舟十四号载人飞船返回过程中,穿越地球高层大气的气温变化是先降后升。第2题,平流层气温随高度增加而上升,主要是因为该层存在臭氧,可以吸收波长较短的太阳辐射,特别是紫外线,从而受热升温。
【随堂检测】
思维构建
　　【答案】　①平流层　②对流层
即时训练
　　读干洁空气的主要成分(高度25 km以下)表,回答1~2题。
气体成分 体积分数/% 质量分数/%
氮气 78.08 75.52
氧气 20.94 23.15
氩气 0.93 1.28
二氧化碳 0.03(变动) 0.05
1.下列关于表中干洁空气的主要作用的叙述,不正确的是(　　)。
A.二氧化碳吸收地面辐射的能力强,使气温升高
B.水汽和杂质是成云致雨的重要条件
C.氮气是绿色植物进行光合作用的基本原料
D.臭氧能够吸收太阳紫外线,对生物具有保护作用
2.下列关于地球各大气垂直分层的叙述,正确的是(　　)。
A.干洁空气只分布在对流层
B.平流层适合航空飞行
C.臭氧层分布于高层大气
D.近地面气温的直接来源是太阳辐射
　　【答案】　1.C　2.B
【解析】　第1题,考查大气的构成及作用,近地面气温的直接来源是地面辐射,二氧化碳吸收地面辐射的能力强,增加大气的热量,使气温升高;水汽和杂质是成云致雨的重要条件;干洁空气中包括氮气、氧气、二氧化碳等,其中,二氧化碳是绿色植物进行光合作用的基本原料;臭氧能够吸收太阳紫外线,对生物具有保护作用。第2题,对流层集中了约75%的大气的质量,干洁空气主要分布在对流层;平流层气温随海拔的升高而升高,空气以平流运动为主,适合航空飞行;臭氧层主要分布在平流层;近地面气温的直接来源是地面辐射。
　　2022年12月4日晚,中国空间站(距离地球地面400 km)第三批空间科学实验样品随神舟十四号飞船返回舱返回地面,在东风着陆场成功着陆。读地球大气层随海拔的气温变化示意图,回答3~4题。
3.神舟十四号飞船返回舱返回地面过程中(　　)。
A.大气密度越来越小
B.大气温度持续升高
C.大气中水汽越来越多
D.臭氧的含量逐渐升高
4.返回舱返回过程中可能看到(　　)。
A.甲层有大量的云层
B.乙层有大量流星现象
C.丙层有许多客机飞行
D.乙层有许多卫星飞行
　　【答案】　3.C　4.A
【解析】　第3题,神舟十四号由400 km高空返回地面的过程中,大气密度应是越来越大;大气温度是在波动中逐渐升高,而不是持续升高;大气中的水汽主要集中在对流层,因此水汽含量逐渐增多;臭氧在平流层顶部大量存在,并不是越接近地面越多。第4题,读图可知,甲层为对流层,乙层为平流层,丙层为高层大气。云、雨等天气现象主要集中在对流层,即出现在甲层;流星现象主要出现在高层大气;平流层适合客机飞行;卫星主要位于高层大气。
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