2.2 课时1 大气受热过程和热力环流 学案（含答案） 2023-2024学年高一地理人教版（2019）必修第一册

第二节　大气受热过程和大气运动
【学习目标】
1.通过对大气受热过程、热力环流的过程分析,从时空综合的角度认识大气运动的规律,从要素综合的角度分析近地面风和高空风的受力情况。(综合思维)
2.在理解热力环流的基础上,观察生活中的热力环流现象,尝试设计小实验验证生活中的热力环流。(地理实践力)
3.联系大气的组成、热力环流和风等不同层次的大气运动,认识地理环境对人类的影响;通过温室效应、城市热岛等地理现象认识人类对地理环境的作用。(人地协调观)
第1课时　大气受热过程和热力环流
【自主预习】
一、大气受热过程
1.能量来源:①　　　　。
2.受热过程
(1)太阳短波辐射在穿过大气的过程中,小部分被大气②　　　　或反射,大部分到达③　　　　,并被地面吸收和④　　　　。
(2)地面因吸收太阳辐射而增温,同时又以⑤　　　　的形式把热量传递给⑥　　　　,使大气增温,这种辐射热量交换是大气增温的最重要方式。
(3)大部分太阳短波辐射能够射到地面,大气对地面长波辐射吸收较多。所以,⑦　　　　　　是近地面大气主要的、直接的热源。
(4)意义:影响着大气的⑧　　　　、温度分布和变化,制约着大气的运动状态。
二、大气对地面的保温作用
对流层中的水汽、二氧化碳吸收⑨　　　　辐射的能力很强,在增温同时也向外辐射长波辐射,大部分向地表辐射,这部分辐射被称为⑩　　　　　　　,其对地面起到保温作用。
三、大气热力环流
热力环流的形成:地面　　　　不均—空气垂直运动—同一水平面上的　　　　差异—大气的水平运动。
　　【答案】　①太阳辐射　②吸收　③地球表面　④反射 ⑤长波辐射　⑥近地面大气　⑦地面长波辐射　⑧热状况　⑨长波　⑩大气逆辐射　冷热　气压
【合作探究】
情境导入　
左图为寒潮来临前,人们用熏烟的方式来保护果树,为什么熏烟能减轻果树的冻害 右图为草原犬鼠的洞穴示意图,为何草原犬鼠洞穴的两个出口一高一低
进入今天的课堂,我们可以揭开这两个谜底。
主题1：大气的热力作用
主题探究
情境　下图为大气受热过程示意图。
任务1　说出图中字母代表的箭头含义。
　　【答案】　A为太阳辐射,B为大气吸收太阳辐射,C为大气反射太阳辐射,D为到达地面的太阳辐射,E为地面反射太阳辐射,F为地面辐射,G为大气吸收地面辐射,H为地面辐射,I为大气逆辐射,J为大气辐射。
任务2　从数量上比较A与D的大小,并说明原因。
　　【答案】　A大于D。D为A经过大气层的削弱作用后到达地面的太阳辐射。
任务3　2022年1月15日,位于南太平洋的岛国汤加境内的海底火山(20.57° S,175.38° W)发生猛烈喷发,此次火山横向蔓延范围广,产生的灰烬多,火山喷发时白昼宛如黑夜,试分析其原因。
　　【答案】　火山喷发产生水汽和较大颗粒的尘埃、固体杂质会反射太阳辐射。
素养培育
地膜之绩——培育地理实践力
情境　农用地膜的使用是现代化农业生产方式的一项重要改变。通过配合农作物的其他栽培方式方法,可以显著改善农田生态环境条件,促使作物的快速生长,是提高作物产量与品质的一种实用性栽培技术。但是由于其颜色的不同,表现出来的具体性能不同。无色透明地膜广泛用于春季增温和蓄水保墒;黑色地膜能有效防止土壤中水分的蒸发和抑制杂草的生长;蓝色地膜的主要特点是在弱光照射条件下,透光率高于普通膜,在强光照射条件下,透光率低于普通膜,保温性能良好;银灰色地膜能增加地面反射光,有利于果实着色。地处不同区域,它们发挥的作用也不相同。华北地区在春播时进行地膜覆盖,可有效地提高地温,保障了农作物的正常发芽生长;西北干旱农业区,地膜具有较好的保水、保墒、增温、增肥等作用,使相应农作物单产量提高30%左右;山东胶东的一些果农夏季在苹果树下也覆盖地膜。
任务1　北方地区的温室大棚生产中,最适合选择哪一种颜色的地膜 为什么
　　【答案】　蓝色地膜。可以增强保温效果。
任务2　说明华北地区在春播时利用地膜覆盖提高地温的原理。
　　【答案】　减少地面辐射,减少地面热量损失,起到保温效果。
任务3　山东胶东果农夏季会选择哪一种颜色的地膜覆盖在苹果树下 起到什么作用
　　【答案】　银灰色。反射太阳辐射,增加光效,提高光合效率,同时利于苹果增色,提高品质。
知识小结
1.大气的受热过程
　　(1)能量来源
地球大气热量的根本来源:太阳辐射。
近地面大气主要、直接的热源:地面辐射。
“高处不胜寒”现象的原因:海拔越高处,距离地面越远,获得的地面辐射越少,气温越低,因此近地面大气的气温随高度增加而递减。
(2)大气的受热过程
受热过程 具体说明 地理意义
环节Ⅰ:“太阳暖大地” 绝大部分太阳辐射透过大气射到地面,地面因吸收太阳辐射能而增温 地面增温→太阳是地面的根本热源
环节Ⅱ:“大地暖大气” 地面被加热,并以地面辐射的形式向大气传递热量,除少数透过大气射向宇宙空间外,绝大部分被近地面大气中的水汽和二氧化碳等吸收 大气增温→地面是近地面大气主要、直接的热源
环节Ⅲ:“大气还大地” 大气在增温的同时也向外辐射热量,其中大部分射向地面,称为大气逆辐射,大气递辐射将大部分热量返还地面 热量返还地面→实现大气对地面的保温作用
　　(3)大气的两大作用
①对太阳辐射的削弱作用
吸收作用:具有选择性,臭氧主要吸收紫外线,二氧化碳和水汽主要吸收红外线。
反射作用:没有选择性,与云层厚度有关。
散射作用:波长越短的可见光越容易被散射。
②大气对地面的保温作用
大气增温产生大气辐射(长波辐射),其中射向地面的那部分称为大气逆辐射,其将部分热量还给地面,补偿了地面辐射损失的热量,对地面起到保温作用。
知识拓展
大气对太阳辐射的削弱作用随纬度、时间而变化
(1)随纬度变化(图Ⅰ)
纬度越低,太阳高度越大,太阳辐射经过大气的路程越短,被大气削弱得越少,到达地面的太阳辐射越多;纬度越高,太阳辐射被大气削弱得越多,到达地面的太阳辐射越少。
(2)随时间变化(图Ⅱ)
正午太阳高度越大,太阳辐射经过大气的路程越短,被大气削弱得越少,辐射作用越强;反之,被大气削弱得越多,辐射作用越弱。
特别提醒
大气逆辐射是大气辐射的一部分,白天和晚上是始终存在的,并且白天辐射更强。
2.大气受热过程在实践中的应用
现象 原因
晴朗天空呈蔚蓝色 晴天时,太阳光中的蓝、紫色光易被散射
阴沉天空呈灰白色 阴天时,云层厚,大部分太阳光被反射
日出前、日落后天空明亮 大气的散射作用改变了太阳光的方向
白天多云时气温比白天晴天时低 多云时,云层反射作用强,
夜晚多云时气温比夜晚晴天时高 夜晚多云时,大气逆辐射强,地面散失热量少
晚秋或寒冬霜冻多出现在晴朗的夜晚 晴朗夜晚,大气逆辐射弱,热量散失多,地面气温低,易出现霜冻、大雾等现象
青藏高原光照强但气温低 高原上空气稀薄,大气削弱作用小,但保温作用也弱
利用烟雾防霜冻 烟雾能增强大气逆辐射,减少地面热量的散失
对点训练
　　雾霾天气是大量极细微的干尘粒等均匀地飘浮在空中,使水平能见度小于10 km的空气浑浊现象。下图中①是大气吸收,②是地面辐射,③是大气逆辐射,④是太阳辐射。读图,回答1~2题。
1.当雾霾笼罩时,下列说法不正确的是(　　)。
A.大气对太阳辐射的削弱作用增强
B.大气垂直对流运动更加旺盛
C.到达地面的太阳辐射减弱
D.夜晚大气对地面的保温作用增强
2.温室效应增强的实质是(　　)。
A.①增强 B.②增强
C.③增强 D.④增强
　　【答案】　1.B　2.C
【解析】　第1题,雾霾笼罩时,到达地面的太阳辐射减弱,大气对太阳辐射的削弱作用增强;地面增温较慢,大气垂直对流运动不明显;夜晚大气对地面的保温作用增强。第2题,温室效应增强的实质是大气逆辐射(③)增强,并非太阳辐射(④)、地面辐射(②)增强;大气对地面辐射吸收(①)增强,是大气温度升高的直接原因,与题意不符。
主题2：热力环流
主题探究
情境1　实验用材:环流探测装置、测温探头、食用色素(红、蓝)、烧杯。
实验步骤:①分别向环流探测装置的1、2号柱内加入红色、蓝色色素适量;
②再分别向1、2号柱内加入等量温水,水位接近柱口;
③将环流探测装置分别放入两个装有不同温度的水的烧杯中;
④用测温探头测水温,数据是甲号杯10 ℃、乙号杯30 ℃。
实验现象:1、2号柱杯内水颜色都成混合色。
　　任务1　实验后,红、蓝水开始流动,请在下图中(A、B、C、D间)用实线箭头画出该实验模仿的大气运动状况。
　　【答案】　
任务2　将图中A、B、C、D四地气压由高到低排列。
　　【答案】　B、D、A、C。
任务3　请填写以下框图说明其过程。
　　【答案】　①冷热不均　②垂直运动　③水平运动
情境2　“穿堂风”也叫“过堂风”,是气象学中一种空气流动的现象,是流动于建筑物内部空间的风。我国许多地区民居设计都充分考虑了穿堂风。下图为我国西南山区的传统民居穿堂风示意图。
任务1　与“穿堂风”的形成有关的地理原理是什么
　　【答案】　热力环流。
任务2　比较“穿堂风”形成过程中流入区和流出区的气温、气压差异。
　　【答案】　流出区:气温低、气压高。流入区:气温高、气压低。
任务3　民居房前石子地面、房后种植林木,可以明显增强夏季穿堂风。请加以解释。
　　【答案】　石子地面增温较快,林木增温较慢,(房前石子地面、房后林木)增强了房前房后的温差,增强了热力环流。
素养培育
热岛效应——培育人地协调观、地理实践力
情境　图甲为北京近地面多年平均气温(单位:℃)分布图,图乙为北京城市热岛环流模式示意图。
任务1　观察图甲,说出北京市近地面多年平均气温的分布特点及形成原因。
　　【答案】　特点:气温从市区向四周的郊区降低。原因:与乡村相比,市区人口、工业集中,生产、生活排放的废热较多;城市下垫面性质改变(林地、草地、湿地改造成建设用地);城市规划不合理影响热量扩散。
任务2　根据城市热岛环流的大气运动特点,你认为北京市规划的以净化空气为主要目的的造林重点应选在图乙中①②③三地中的　　　　(填序号)地,理由是　
　。
　　【答案】　①　来自城市的下沉气流,经过林地的吸烟除尘作用,空气可以得到净化
任务3　北京市要把大气污染严重的某大型企业从市区迁到②地。根据图示城市热岛环流的特点,分析其对北京的城乡环境带来的影响。
　　【答案】　避免工厂排放的大气污染物从近地面流向北京城区,减轻了城区的大气污染,但会污染乡村的大气环境。
知识小结
1.热力环流的形成
(1)一个过程
　　(2)两个方向
垂直方向 与冷热差异有关,热上升,冷下沉
水平方向 与气压差异有关,从高压流向低压
　　(3)三个关系
①温差关系:(如上图中甲、乙两地所示)
　　②风压关系:水平方向上,风总是从高压吹向低压。
③等压面的凹凸关系
受热:低空下凹、高空上凸。
变冷:低空上凸、高空下凹。
2.常见的热力环流形式及其影响
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,人类活动都有可能导致热力环流的形成。具体分析如图表所示。
形式 形成过程 图示 影响
海陆风 滨海地区白天因陆地升温快,空气膨胀上升,近地面形成低压;海洋上气温低,产生下沉气流,形成高压,风由海洋吹向陆地,形成海风(图a);晚上与白天热力作用相反,风由陆地吹向海洋,形成陆风(图b) 海陆风使得滨海地区气温日较差减小,降水增多
山谷风 山谷地区白天山坡比同高度的大气温度高,暖空气沿山坡上升,形成谷风(图c);夜间山坡比同高度的大气温度低,冷空气沿山坡下滑,形成山风(图d) 山谷和盆地常因夜间冷的山风吹向谷底,使谷底和盆地内形成逆温层,阻碍了空气的垂直运动,易造成大气污染
城市风 城市居民生活、工业和交通工具释放出大量的人为热量,导致城市气温高于郊区,形成“城市热岛”,引起空气在城区上升,在郊区下沉,在城区和郊区之间形成了小型的热力环流。近地面风由郊区吹向城区,叫城市风 一般将绿化带布置于气流下沉处及下沉距离以内,而将卫星城或污染较重的工厂布置于气流下沉距离之外
对点训练
　　某中学生在我国西北某地野外考察时,感受到林地和沙地间存在热力环流。读图,回答1~2题。
1.该同学由沙地走向林地过程中感受到风(　　)。
A.从东北方向吹来 B.从东南方向吹来
C.从西南方向吹来 D.从西北方向吹来
2.该同学依据观察结论绘制热力环流示意图,正确的是(　　)。
　　　　　　　　A　　　　　　　　　B
　　　　　　　　C　　　　　　　　　D
　　【答案】　1.B　2.C
【解析】　第1题,白天沙地升温快,气温高,盛行上升气流,近地面气压低;林地白天升温慢,气温低,盛行下沉气流,近地面气压相对较高,因此水平气压梯度力由林地指向沙地,结合图中方向标注,即由东指向西。该地位于我国西北地区,位于北半球,水平气流相对于水平气压梯度力向右偏,形成东南风,因此该同学由沙地走向林地过程中感觉到风从东南方向吹来。第2题,沙地的比热容小于林地,因此白天沙地温度高于林地,气流上升,在近地面形成低压,林地气流下沉,近地面形成高压,近地面风应从林地吹向沙地;同理,夜晚林地气温相对较高,气压低,沙地气温低,气压高,近地面风从沙地吹向林地;城市主要因废热排放较多,气温高于周围郊区,城区气流上升,在近地面形成低压,郊区近地面为高压,近地面风从郊区吹向城市,故C图符合题意。
【随堂检测】
思维构建
　　【答案】　①大地暖大气　②冷热不均
即时训练
　　几十年前,法国艺术家伊夫·克莱因在米兰画展上展出了八幅涂满近似群青色颜料的画板,“克莱因蓝”正式亮相于世人眼前。2022年5月,成都地区频现“克莱因蓝”好天气(下图)。读图,回答1~2题。
1.“克莱因蓝”天气出现时,(　　)。
A.大气反射增强 B.大气吸收增强
C.地面辐射减弱 D.大气逆辐射减弱
2.有助于增加成都市“克莱因蓝”天气次数的有效举措是(　　)。
A.保护臭氧层 B.调整能源消费结构
C.加强热岛效应 D.扩大地面硬化面积
　　【答案】　1.D　2.B
【解析】　第1题,“克莱因蓝”天气出现时说明天空呈蓝色,是晴天,因此当“克莱因蓝”天气出现的时候,天空云层较薄,大气反射减弱,大气吸收减弱。“克莱因蓝”天气出现的时候,天空云层较薄,说明大气对太阳辐射的削弱作用减弱,因此地面辐射增强;由于大气云层较薄,大气逆辐射减弱。第2题,“克莱因蓝”天气出现即天空呈蓝色,说明污染较小,“克莱因蓝”出现在近地面的对流层,而臭氧层在平流层,所以保护臭氧层对“克莱因蓝”天气的出现影响较小。调整能源消费结构有利于更多使用清洁能源,减少对大气的污染,有利于增加出现“克莱因蓝”天气的次数。热岛效应与地面硬化面积对“克莱因蓝”天气形成的影响较小。
　　阳泉市某中学学生以单面教学楼教室门内外的空气流动为例说明热力环流原理。读教室门内外空气流动状况示意图,回答3~4题。
3.冬季,教室内外的空气流动方向正确的是(　　)。
A.①② B.①③
C.②④ D.③④
4.该地理原理产生的根本原因是(　　)。
A.水平气压梯度力 B.冷热不均
C.地转偏向力 D.海陆热力差异
【答案】　3.A　4.B
【解析】　第3题,冬季由于室内外温差较大,室内气温高,气流由地面往上运动,地面形成低压,上空形成高压;室外相反,地面形成高压,上空形成低压。大气受水平气压梯度力的影响由高压流向低压,故①②正确。第4题,由上题分析可知,在近地面,空气由室外流向室内;在上空,空气由室内流向室外。这样就形成一个环流圈,而形成这样一个环流的原因是地面的冷热不均。水平气压梯度力是形成风的直接原因,地转偏向力是沿地表作水平运动的物体都会受到的作用,海陆热力性质是由于下垫面不同而形成的环流。
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