《大气的组成和垂直分层》教案1.docx
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《大气的组成和垂直分层》教案1
《大气的组成和垂直分层》教案
地理科学学院10111710202魏圣梁
一、教学内容
大气的组成、大气的垂直分层
二、教学目标
(一)知识与技能
1、说出大气的主要成分,并能根据生活经验列举各成分的主要作用;
2、认识大气垂直分层的各层名称及顺序;
3、说出对流层、平流层大气运动的主要特征及各特征之间的相互影响关系;
4、知道中间层、热层、散逸层大致的厚度和高度、气温变化的特点等特征。
(二)过程与方法
1、先观看《飞屋环游记》视频片段,学生能够发现“该层”(对流层)天气状况的主要表现;再观看《圣诞老人飞上平流层》的新闻视频,教师再列举其他如“平流层巴士飞艇可在空中停留一年”等相关新闻标题,学生能够推测“该层”(平流层)应具备的天气状况,对比后引出对两者特点和成因的讲解;
2、观察“大气的垂直分层”图,从中获取大气圈各垂直分层的相关信息,如各层的名称及顺序、大致的高度和厚度、气温的高低和变化特点等;
3、结合生活实例,明确各层与人类活动的关系,如积雨云、飞机航行、臭氧层、无线电通讯等。
(三)情感、态度与价值观
1、学生能够获得人类合理开发和利用空间资源的意识;
2、由于人类活动的影响,大气的组成部分正发生着改变,唤起学生保护大气环境的意识;
3、引导学生认识大气层对地球生命存在和发展、演化的积极意义,从而激发学生珍爱大气环境的自然情感。
三、教学重点及难点
(一)教学重点
1、大气各垂直分层的基本信息;
2、对流层、平流层的基本特点及其相互关系;
3、各垂直分层与人类活动的关系。
(二)教学难点
无。
四、教学过程
(一)导入新课
师:
大家看过《飞屋环游记》吗?
还记得这个可爱又专情的老人卡尔吗?
还记得那幢屋顶上系着成千上万个五颜六色的氢气球的房子吗?
今天我们一起来重温一下这部电影的一个片段,来看一看他们在某一次的“飞行”途中遭遇到了什么?
(播放视频:
《飞屋环游记》片段)
师:
他们在“飞行”途中遭遇到了什么?
生:
暴风雨。
师追问:
是一场突如其来的暴风雨吗?
生:
是的。
师:
其实观察仔细的同学应该还记得暴风雨来临之前,那个胖胖的小孩发现了什么?
生:
一大片的积雨云。
师:
非常好,看得很仔细啊。
的确,这场暴风雨是有先兆的,那么同学们还记得视频刚开始的时候,高空的天气情况怎么样啊?
是不是蓝天白云,天气非常晴朗啊?
生:
是的。
师:
问题出现了。
一开始的天气是晴空万里的,后来发现大片积雨云,暴风雨如约而至,使得飞屋异常颠簸,但是到了最后飞屋又恢复了稳定,外面的天气又转晴了。
这是不是说明了飞屋处在一个天气复杂多变、天气变化显著的飞行高度呢?
师:
那么,高空中的什么位置才会有如此多变的天气呢?
我们先把这个问题放一放,接着再来看一则新闻。
(播放新闻:
圣诞老人和驯鹿也能飞上天?
)
师:
非常有趣的一则新闻。
为什么小小的玩偶能够在这样的高空中较稳定地飞行呢?
其实,不止玩偶飞上了天,法国甚至开始研制一种叫做“平流层巴士”的飞艇,用于高空的侦察,它可以在空中停留一年。
师:
此时,问题再一次出现了。
对比之前《飞屋环游记》中的场景,同样飞在高空,为什么前者的高空天气变化多端,而后者的高空天气如此稳定以至于能够使得物体稳定飞行呢?
难道它们处在不同的空间?
其实它们分别飞行在不同的大气“层”中。
(写板书)
师:
这就是我们今天所要学习的“大气的垂直分层”。
(二)课堂主体
(写板书)
★师:
视频中所看到的卡尔的飞屋是处于“调皮”的对流层中,而顾名思义,“平流层巴士”飞艇就处在“乖巧”的平流层之中。
师:
同学们要问了,究竟什么是对流层,什么是平流层,它们为何一个“调皮”、一个“乖巧”呢?
在这之前,我们首先来看看什么是大气层。
(切回PPT)
师:
大气层是大气形成的连续圈层,那么什么是大气呢?
大气是包围在地球外部的气体总称,它是自然环境中最活跃的组成部分。
且大气是由干洁空气、水汽和微小尘埃组成。
其实我们所呼吸的空气就是干洁的空气,它是由哪些气体组成的呢?
生:
氧气、氮气、二氧化碳……
师:
很好!
干洁空气的主要成分是氮气和氧气,还有少量的二氧化碳、氩气和微量气体,其中氮气含量最高,占了78%,氧气其次,占了21%。
师:
我们来看看这些气体的主要作用是什么呢?
首先,氮气和我们人类关系最密切是表现在什么方面呢?
生:
蛋白质的主要组成部分。
师:
氧气应该都知道吧?
它是生物呼吸不可缺少的气体。
二氧化碳对我们来说也很熟悉,它既是植物光合作用的原料,也能对地面起到保温的作用。
师:
大气中还有水汽和尘埃,那么它们分别来自何处呢?
请大家看图片回答。
生:
湖泊、河流、海洋等各水体的蒸发。
师:
很好!
而且水汽的含量因时因地变化着。
比如沙漠和极地冰原上空几乎不存在水汽,而在热带雨林地区水汽在大气中的比例能达到5%;而夏天的蒸发量大于冬天,因此夏季水汽含量较大,所以我们会明显感觉到气候非常的闷热潮湿。
师:
大气中尘埃又来自何处?
请同学们一边看图片一边回答。
生:
人类活动。
★师:
明确了什么是大气,现在让我们再次回到大气层的概念,大气层是指大气形成的连续圈层,也称大气圈;而大气层的质量仅占地球总质量的百万分之一。
虽然它的质量对于地球来说是微乎其微的,但是却能分成不同的垂直分层,对于人类的生活产生显著的影响。
★师:
那么大气是如何分层的呢?
其原理是根据大气的温度、密度等物理性质在垂直方向上的差异,从地面向上,可以把大气分成对流层、平流层、中间层、热层和散逸层,这就叫做大气的垂直分层。
其中对流层和平流层在之前有所提及,下面我们就从这两个“层”谈起,一起来探究对流层那么“调皮”,而平流层却如此“乖巧”的原因。
师:
首先,请大家把书翻到第76页,看到左边的一张图。
图名是大气的垂直分层,从图中我们清晰地看到了大气在垂直方向上被分成了五个层,分别是对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。
再来看它的坐标,虽然只有纵坐标,但却包含了三组不同的信息。
谁来说说是哪三组?
生:
高度、温度、各层名称。
师:
很好!
分别是距离地表的高度、大气各垂直分层的名称及顺序、该层的温度。
师:
现在,请大家分成两个小组进行讨论,分别观察距离地面最近的两个垂直分层,并分别解决PPT上显示的四组问题。
一会儿我们来看看哪个小组观察得最认真、最仔细。
(学生分小组探究活动)
师:
讨论结束。
首先,请第一小组派代表来说说,你从图中获取了有关距离地表最近的一层哪些信息?
生1:
该垂直分层的名称是对流层;顺序是从地面向上的第一层;距离地表的高度为12千米;温度情况是下部热、上部冷,气温随高度的增加递减。
(板图+板书)
师:
很好!
根据温度的高低和变化特点,我们可以绘制出这样的曲线图。
此时横坐标为温度,纵坐标为高度。
距离地表12千米的这一层就是对流层。
气温变化:
首先,气温变化是随高度增加而递减,气温分布下热上冷;且每上升1000米,下降约6.5摄氏度,至对流层顶气温约为-50度。
那么对流层气温下热上冷,原因是什么呢?
又会引起哪些现象?
原因:
由于对流层距地面最近,而近地面的大气层主要通过吸收地面辐射而升温,热量主要来自地面辐射。
所以才造成了气温分布的下热上冷。
现象:
我们知道热空气会受热膨胀上升,冷空气会遇冷收缩下沉,因此所引起的现象就是会产生空气的垂直对流运动。
天气状况:
所以随之产生的天气状况就是成云致雨、天气变化显著。
但是只有对流运动还无法成云致雨,还需要第二个条件。
条件之二:
条件之二就是水汽和尘埃集中,对流层集中了几乎全部的水汽和尘埃。
水汽蒸发,在上升运动中冷凝,尘埃上扬,成为水汽的凝结核,从而成云致雨。
补充:
对流层中经常出现的云就是刚才动画片中所提到的“积雨云”,又称雷暴云。
总结:
所以我们说对流层是“调皮”的,因为该层容易成云致雨,天气变化非常显著。
(切回PPT)
师:
其实,对流层还有一个特点,就是它的厚度是不断变化着的,在8-18千米不等,随纬度和季节的不同而不同。
首先,厚度随季节变化规律为夏季厚、冬季薄。
比如上海地区夏季对流层厚度可达16-18千米,冬季只有11千米左右。
其次厚度还随纬度的变化而变化,从这张图片中,我们发现厚度由赤道向两极递减,赤道地区可达16-18千米,中纬度地区约10-12千米,两极地区只有约7-8千米。
因此对流层厚度的变化规律可以总结为夏季厚、冬季薄;低纬厚、高纬薄。
师:
那么对流层的厚度为何存在这样的时空差异呢?
由于对流层的热量来自于地面辐射,因此近地面大气获得热量的丰富程度决定着对流发生的强度。
夏季接收的太阳辐射多,因此地面辐射给近地面大气的也较多,所获得的热量较丰富;而冬季相反。
师:
大家还记得之前学过的地球公转导致太阳直射现象只会发生在哪里?
生:
南北回归线之间。
师:
对!
也就是低纬度地区是不是?
因此由于低纬度地区接收的太阳辐射较多,近地面大气所获得的热量也较丰富;而高纬度地区相反。
★师:
研究完了距离我们最近的对流层,接下来我们继续进行小组探究,有请第二小组汇报你们关于第二层的讨论结果。
生2:
该垂直分层的名称是平流层;顺序是从地面向上的第二层;距离地表的高度为50-60千米;温度情况是下部冷、上部热,气温随高度的增加逐渐升高。
(板书+板图)
师:
很不错!
如同研究对流层一样,根据温度的高低和变化特点,我们可以继续绘制出这样的曲线图。
距离地表50千米的这一层就是平流层。
臭氧层:
首先,平流层中有对于地球非常重要的大气层,就是臭氧层,臭氧集中于此,约在20-30千米处。
气温变化:
如同学们刚刚所说,平流层的气温是随高度增加而升高,气温分布下冷上热。
原因:
其原因就在于臭氧吸收了较多的太阳紫外线辐射,从而增温。
大气运动状况:
轻的热空气在上面,重的冷空气在下面,是不是符合了大气的稳定状态呢?
因此大气的运动状况是空气流动稳定,以水平运动为主。
天气状况:
大气一旦稳定了,该层的天气状况才有可能是天气晴朗的。
但是只有大气水平运动这个条件还不够,还需要水汽和尘埃含量极少,也就是能见度高。
总结:
所以我们说平流层是“乖巧”的,因为该层空气流动稳定,水汽尘埃极少,从而有利于高空的飞行。
(板书+板图)
★师:
通过小组探究我们把对流层和平流层的主要特征研究清楚了,现在老师带着大家继续学习剩下的三个垂直分层。
师:
从地面向上的第三层叫做中间层,距离地面约80千米,该层的温度随高度增加而降低。
因此大气运动状况会有高空的对流,这一点和对流层类似。
(切回PPT)
★师:
说完了中间层,我们继续探究第四层。
这是神舟七号载人航天飞船,我们知道航天服可分为舱内航天服和舱外航天服,图中宇航员身穿的是?
生:
舱外航天服。
师:
其实舱外航天服的设计非常复杂,它要比舱内航天服多三层,它的功能包括防太阳辐射、保护航天员不受舱外环境过热过冷的侵袭、保持适当的气压、阻挡微小陨石等等。
师:
那么舱外航天服的设计如此复杂是否与航天员进行出舱活动时,飞船所处在的大气垂直分层中的哪一层有关呢?
答案就是垂直分层的第四层——热层,值得注意的是,从热层开始就属于高层大气的研究范畴了。
(板书+板图)
师:
热层是从地面向上的第四层;高度距离地面约800千米。
航天服的设计如此复杂主要与该层的气温变化有关,随高度增加急剧升高,原因在于热层的大部分气体都以离子态存在,离子态的气体能够吸收太阳紫外线辐射。
所以该层又称电离层。
(切回PPT)
师:
电离层能反射波长较短的无线电波,使远距离无线电通讯成为可能。
这是意大利科学家马可尼,百年前,正是他在加拿大纽芬兰海岸的扎营守候,终于接收到了从英格兰跨过大西洋所发出的无线电讯号。
这三声短促而微弱的讯号,向世界宣布了无线电的诞生。
这都归功于电离层的客观存在。
师:
有哪位同学曾经有幸看到过极光?
这分别是在加拿大的魁北克和挪威的奥斯陆所拍摄到的极光。
可能亲眼看到极光的机会很少,那么看过流星的会比较多吧?
其实这些美丽耀眼的极光和划过天际的流星多发生在电离层这一层,这两张图片分别是著名的狮子座流星雨和双子座流星雨。
★师:
最后是距离地面最遥远的大气层——散逸层。
范围是热层顶部以上,离地面800千米以上,无上界。
由于地球引力减弱,空气十分稀薄,常有一些大气粒子散逸到星际空间,因此也称“外层”和“逃逸层”。
(三)课堂小结
师:
还记得我们研究每一层的时候,老师在黑板上所描绘出的温度随高度变化的曲线吗?
现在老师就来检验一下你们的掌握情况,运用刚刚所学的大气垂直分层的有关知识,你能找出图中的几处错误呢?
让我们大家一起来找错吧!
(回答略)
师:
看来大家都是火眼金睛啊!
这就是大气各垂直分层的温度随高度变化的完整曲线,是不是很有规律,而且很眼熟?
其实你们记忆的时候可以看作把麦当劳的logo逆时针旋转90度之后的样子哦!
师:
最后我们来对各垂直分层对人类活动的影响做一个小结和回顾。
哪位同学来回答一下?
(学生回答略)
师:
今天我们学习了大气的五个垂直分层,那么正是有了这一层一层所构成的大气圈层,才使得地球上的生命体得以生存和发展,那么大气圈究竟是通过怎么样的过程实现对地球生命的保护的呢?
请大家回去认真预习下节课的相关内容。
下课!
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