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2019-2020年高一地理 2.2大氣的熱力狀況教案 人教大綱版必修上冊 ●教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)目標(biāo) 1.理解大氣對太陽輻射的削弱作用和大氣的溫室效應(yīng)。 2.了解大氣熱量平衡狀態(tài)。 能力目標(biāo) 1.讀到達(dá)地面太陽輻射圖、大氣溫室效應(yīng)圖，分析說明大氣熱力過程。 2.運(yùn)用大氣熱力性質(zhì)解釋一些地理現(xiàn)象。 德育目標(biāo) 認(rèn)識(shí)全球的熱量平衡是自然界的重要規(guī)律，但由于人類活動(dòng)有時(shí)會(huì)打破這種平衡，帶來不良后果。樹立學(xué)生認(rèn)識(shí)規(guī)律、把握規(guī)律的觀點(diǎn)。 ●教學(xué)重點(diǎn) 1.理解大氣對太陽輻射的削弱作用。 2.理解大氣的溫室效應(yīng)。 ●教學(xué)難點(diǎn) 1.大氣的溫室效應(yīng)。 2.太陽輻射、地面輻射、大氣輻射、大氣逆輻射四種輻射之間的關(guān)系。 ●教學(xué)方法 1.本節(jié)課原理性強(qiáng)，授課時(shí)應(yīng)緊密結(jié)合圖片，做到圖文結(jié)合，有助于原理理解。 2.采用啟發(fā)式教學(xué)法和導(dǎo)學(xué)法推出本課的原理。 ●教具準(zhǔn)備 自制教學(xué)投影片、自制簡易“玻璃房”、一些數(shù)字資料等。 ●課時(shí)安排 一課時(shí) ●教學(xué)過程 ［導(dǎo)入新課］ 太陽輻射是地球上的能量源泉，大氣中發(fā)生的一切現(xiàn)象和過程，都與太陽輻射能及其轉(zhuǎn)化密切相關(guān)。太陽輻射需要穿過厚厚的大氣才能到達(dá)地面，這樣太陽輻射在地球表面和大氣之間進(jìn)行著一系列的能量轉(zhuǎn)換，從而形成地球表面復(fù)雜的大氣熱力狀況，維持著地球表面的熱量平衡。本節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)。 ［講授新課］ 2.2 大氣的熱力狀況(板書) 同學(xué)們想必有過這樣的體會(huì)：夏季，有云的白天氣溫不會(huì)太高。有的同學(xué)還可能見過農(nóng)民用人造煙幕在晚秋或寒冬防御霜凍。地球上這些與人類生活和生產(chǎn)密切相關(guān)的大氣現(xiàn)象，都與大氣的熱力作用有關(guān)。因此我們先來學(xué)習(xí)本節(jié)課的第一大部分“大氣的熱力作用”。 一、大氣的熱力作用(板書) 大氣的熱力作用主要表現(xiàn)為大氣對太陽輻射的削弱作用和大氣的保溫效應(yīng)。我們首先學(xué)習(xí)大氣對太陽輻射的削弱作用。 (一)大氣對太陽輻射的削弱作用(板書) 我們已知太陽不斷地以電磁波的形式向宇宙空間放射巨大的能量。太陽輻射能在各種波長范圍是有變化的。請同學(xué)們閱讀圖2.3“各種輻射的波長范圍”。 從圖中可以看出太陽輻射的主要波長范圍是0.15~4微米。其中，人眼能看見的光線，波長在0.4~0.76微米之間，因此這個(gè)范圍稱為可見光區(qū)，太陽輻射總能量的50%集中在這個(gè)波長范圍，所以太陽輻射能主要集中在可見光區(qū)。人們把太陽輻射稱為短波輻射。波長小于0.4微米的紫外線區(qū)占太陽輻射總能量的7%，波長大于0.76微米的紅外線區(qū)占太陽輻射總能量的43%，這兩部分人們用肉眼都無法看見。 (承轉(zhuǎn))太陽輻射到達(dá)地面要穿過厚厚的大氣，大氣對太陽輻射有吸收、反射和散射作用，從而削弱了到達(dá)地面的太陽輻射。 (設(shè)問)平流層中的臭氧吸收太陽輻射的哪部分？ 平流層中的臭氧吸收太陽紫外線?？梢姡髿鈱μ栞椛涞奈帐怯羞x擇的。 1.大氣對太陽輻射的吸收具有選擇性(板書) 平流層臭氧主要吸收紫外線。對流層大氣中的水汽和二氧化碳等，主要吸收太陽輻射中波長較長的紅外線。大氣對太陽輻射中能量最強(qiáng)的可見光線卻吸收得很少，大部分可見光能夠透過大氣射到地面上來。由此可見，大氣直接吸收的太陽輻射能量是很少的。 (承轉(zhuǎn))大氣中的云層和塵埃，具有反光鏡的作用，把投射在其上的太陽輻射的一部分，又反射回宇宙空間，從而減少了到達(dá)地面的太陽輻射。接下來我們了解一下大氣的反射作用。 2.大氣對太陽輻射的反射作用(板書) 大氣對太陽輻射的反射是沒有選擇性的，所以反射光呈白色。云層的反射作用最為顯著。云層越厚，云量越多，反射愈強(qiáng)。所以夏季天空多云時(shí)，白天的氣溫不會(huì)太高，就是這個(gè)道理。此外，大氣中的雜質(zhì)顆粒越大，反射能力越強(qiáng)，顆粒越小，反射能力越差。 (承轉(zhuǎn))為什么晴朗的天空呈蔚藍(lán)色？為什么陽光未直接進(jìn)教室，教室卻是明亮的？ 以上這兩種現(xiàn)象都是大氣的散射作用造成的，因此我們再來學(xué)習(xí)大氣對太陽輻射的散射作用。 3.大氣對太陽輻射的散射作用(板書) 首先，請同學(xué)讀圖2.4“大氣對太陽輻射的散射”。 當(dāng)太陽輻射在大氣中遇到空氣分子或微小塵埃時(shí)，太陽輻射的一部分能量，便以這些質(zhì)點(diǎn)為中心向四面八方散射開來。散射可以改變太陽輻射的方向，使一部分太陽輻射不能到達(dá)地面。這種散射是有選擇性的，波長越短，散射能力越強(qiáng)。在可見光部分藍(lán)紫色光波長最短，散射能力最強(qiáng)，所以在晴朗的天空，特別是雨過天晴時(shí)，天空呈蔚藍(lán)色。另一種情況是散射作用的質(zhì)點(diǎn)是顆粒較大的塵埃、霧粒、小水滴等時(shí)，它們的散射無選擇性，各種波長同樣被散射，使天空呈白色。所以，日出前的黎明，日落后的黃昏，以及陰天，在樹陰下，在房間里，凡是陽光不能直接照射的地方，仍是明亮的，這些都是大氣的散射作用的緣故。 綜上所述，太陽輻射通過地球大氣層時(shí)，大氣削弱的主要是紅外線、紫外線區(qū)和可見光的短波部分，而可見光的絕大部分能夠透過大氣射到地面?？梢姽饧辛颂栞椛湟话氲哪芰?，所以太陽輻射給予地球表面巨大的能量，是發(fā)生在地理環(huán)境里各種現(xiàn)象和過程的最重要的能量源泉。 (承轉(zhuǎn))同學(xué)們，上一單元的學(xué)習(xí)我們已知太陽直射點(diǎn)在地表作回歸運(yùn)動(dòng)，使太陽輻射能在地球表面分配不均勻。相比較而言，太陽直射的地方，單位面積獲得的太陽輻射能最多。那為什么會(huì)是這樣？請同學(xué)們讀圖2.5“太陽高度與太陽輻射經(jīng)過大氣路程長短的關(guān)系”。(投影圖2.5) 4.太陽高度對大氣削弱作用的影響(板書) 地球表面不同緯度地區(qū)，由于太陽直射點(diǎn)的南北移動(dòng)，太陽高度角有差異，會(huì)對地表獲得的太陽輻射有影響。因?yàn)樘柛叨冉窃酱蟮牡貐^(qū)，太陽輻射經(jīng)過大氣的路程越短，被大氣削弱得越少，最后到達(dá)地面的太陽輻射就越多，反之越少。這是太陽輻射由低緯向兩極遞減的原因之一。 (承轉(zhuǎn))有云的白天氣溫不會(huì)太高。那有云的夜晚氣溫又不會(huì)太低，后者就是由大氣熱力作用的另一表現(xiàn)，大氣的保溫作用形成的。下面我們來學(xué)習(xí)大氣的溫室效應(yīng)。 (二)大氣的溫室效應(yīng)(板書) 由實(shí)驗(yàn)得知，物體溫度越高，輻射中最強(qiáng)部分的波長越短；反之越長。地面吸收太陽輻射，溫度增高，同時(shí)又把熱量向外輻射，但它比太陽溫度低得多，所以地面輻射的波長比太陽輻射要長得多，能量主要集中在紅外線部分。因此，相對于太陽短波輻射來說，地面輻射為長波輻射。 投影圖2.6“大氣的溫室效應(yīng)”，指圖講解。 對流層中的水汽和二氧化碳對太陽短波輻射吸收差，但對地面長波輻射吸收能力很強(qiáng)，因而使近地面大氣增溫。近地面大氣又以輻射、對流等方式，把熱量傳給高一層大氣，使大氣保存了地面所放出熱量的絕大部分(75%~95%)。因此，對流層大氣的主要的直接熱源是地面。 大氣吸收地面輻射增溫的同時(shí)，也向外輻射熱量，大氣輻射也主要集中在紅外線區(qū)，所以大氣輻射也是長波輻射。大氣輻射熱一部分向上射向宇宙空間，大部分向下射向地面，其方向與地面輻射正好相反，故稱為大氣逆輻射。大氣逆輻射又把熱量還給地面，這就在一定程度上補(bǔ)償了地面輻射損失的熱量，對地面起到了保溫作用，使地面溫度變化比較緩和。天空有云，特別是濃密的低云，大氣逆輻射更強(qiáng)，多云的夜晚通常比晴朗的夜晚暖和些。所以，在晚秋或寒冬，霜凍多出現(xiàn)在晴朗的夜晚。 投影以下圖講解： 綜上所述，地球大氣對太陽短波輻射幾乎是透明體，大部分太陽輻射能夠透過大氣射到地面上，使地面增溫；大氣對地面長波輻射卻是隔熱層，把地面輻射放出的熱量絕大部分截留在大氣中，并通過大氣逆輻射又將熱量還給地面。人們把大氣的這種作用，稱為大氣溫室效應(yīng)。 (承轉(zhuǎn))我們學(xué)習(xí)了大氣的熱力作用，實(shí)際上主要體現(xiàn)在太陽輻射、地面輻射、大氣輻射、大氣逆輻射這四種輻射之間的關(guān)系，下面我們再來看這四種輻射的關(guān)系。 投影膠片，重述大氣的熱力作用，掌握本課重點(diǎn)內(nèi)容。 (投影顯示) 大氣的溫室效應(yīng)，我們應(yīng)重點(diǎn)弄清太陽輻射與地面輻射、大氣輻射等之間的關(guān)系。如圖1，這種關(guān)系主要表現(xiàn)在以下兩方面：一方面是大氣對地面長波輻射的吸收能力很強(qiáng)，從而將地面放出的熱量保存在大氣中，二是大氣逆輻射將大部分熱量返還給地面，在一定程度上彌補(bǔ)了地面輻射損失的熱量，正是這種關(guān)系，才使得大氣對地面具有保溫作用，我們可以借助于上述簡圖分析說明大氣保溫效應(yīng)的三個(gè)物理過程：(1)太陽輻射到達(dá)地面后，地面吸收太陽輻射而增溫；(2)地面增溫后產(chǎn)生地面長波輻射，大氣又強(qiáng)烈吸收地面輻射而增溫；(3)大氣增溫后又產(chǎn)生大氣長波輻射，一小部分射向宇宙空間而散失，剩余的絕大部分射向地面，我們稱之為“大氣逆輻射”(如圖1)。大氣逆輻射在很大程度上彌補(bǔ)了地面輻射所損失的能量，從而起到了對地面的保溫作用。從大氣對地面的保溫作用這一過程中，我們不難得出這樣的結(jié)論：(1)地面輻射是近地面大氣(對流層)的主要的直接的熱量來源，而地面輻射的主要能量來源是太陽輻射，所以說，(2)太陽輻射是地球上(地面和大氣)的根本能量來源。(3)對地面直接起保溫作用的是大氣逆輻射。它們之間的關(guān)系如圖2。 (承轉(zhuǎn))大氣的熱力作用對地球上的生命活動(dòng)及其生存環(huán)境有重要意義。下面我們來學(xué)習(xí)大氣熱力作用的意義。 (三)大氣熱力作用的意義(板書) 同學(xué)們看課本相關(guān)內(nèi)容，歸納一下大氣熱力作用的意義表現(xiàn)在幾方面？ (學(xué)生發(fā)言，教師總結(jié))大氣熱力作用的意義表現(xiàn)在兩方面：一是地球大氣對太陽輻射的削弱作用和對地面的保溫作用，既降低了白天的最高氣溫，又提高了夜間的最低氣溫，從而減小了地球表面的氣溫日較差。二是由于大氣的溫室效應(yīng)，使地球表面平均氣溫提高了約33℃，使地球表面的多年平均氣溫得以保存在15℃，而且變化不大。這對地球環(huán)境特別是生物界和人類生存與活動(dòng)具有重要意義。 (承轉(zhuǎn))太陽輻射到達(dá)地球以后，在地面與大氣之間進(jìn)行著一系列的能量轉(zhuǎn)換。就一般情況來說，地面與大氣之間的熱量交換，以輻射最為重要。除輻射外，大氣中不規(guī)則的湍流運(yùn)動(dòng)和水的相態(tài)變化攜入大氣的潛熱，都將熱量從地面帶給大氣。就整個(gè)地球多年平均狀況來看，地球(地面和大氣)收入的熱量與支出是相等的，即全球的熱量平衡。 二、全球的熱量平衡(板書) 與地球上熱量收支有關(guān)的因素，主要有以下三方面： (一)射向地面和大氣的太陽短波輻射，地面和大氣放出的長波輻射。 (二)地面上的水蒸發(fā)成水汽，要吸收一定的熱量，水汽將這些熱量以潛熱形式攜入大氣，當(dāng)水汽在大氣中凝結(jié)成水滴或凝華成冰晶時(shí)，又把這些熱量釋放出來給予大氣。這樣，通過水在地面蒸發(fā)再在大氣中凝結(jié)的過程，使地面與大氣之間發(fā)生潛熱交換，稱為潛熱輸送。 (三)空氣的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)(湍流)，使地面與大氣之間的熱量得到交換，稱為湍流輸送。 就不同地區(qū)來說，熱量收支又是不平衡的。據(jù)觀測，大致以緯度35為界，低緯度地區(qū)的熱量收入大于支出，熱量盈余，氣溫增高；中高緯度地區(qū)的熱量收入小于支出，熱量虧損，氣溫降低。但實(shí)際上低緯度地區(qū)的氣溫并不是無限地升高，高緯度地區(qū)的氣溫也不是無限地降低，這是由于大氣運(yùn)動(dòng)和洋流調(diào)節(jié)了高、低緯度間熱量的差異，使高、低緯度地區(qū)的多年平均氣溫也大致保持穩(wěn)定。 (投影膠片)地球(地面和大氣)的熱量收支(%) 熱量收入項(xiàng) 熱量支出項(xiàng) 地面 太陽短波輻射 47 大氣逆輻射 106 合計(jì) 153 地面長波輻射 120 潛熱輸送 23 湍流輸送 10 合計(jì) 153 大氣 太陽短波輻射 19 地面長波輻射 114 潛熱輸送 23 湍流輸送 10 合計(jì) 166 射向宇宙的大氣輻射 60 大氣逆輻射 106 合計(jì) 166 太陽短波輻射 100 合計(jì) 100 大氣和地面反射 34 射向宇宙的地面輻射 6 射向宇宙的大氣輻射 60 合計(jì) 100 通過表格計(jì)算，我們得知全球熱量的收入和支出相等，即全球熱量平衡，這也是自然界的重要規(guī)律。而且這一規(guī)律對于人類的生存和發(fā)展有重要意義。由于全球熱量平衡，使全球多年平均氣溫比較穩(wěn)定，有利于人類的生存與活動(dòng)。反過來，人類活動(dòng)對全球熱量平衡也會(huì)有一定的影響。正如前面學(xué)過的由于人類燃燒礦物燃料釋放大量二氧化碳，使大氣中二氧化碳濃度不斷增高，而二氧化碳對地面有保溫作用，這將會(huì)在一定程度上影響地球上的熱量收支平衡，加劇全球變暖的趨勢。而全球氣候變暖，又會(huì)對全球的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生一系列影響，這一問題，已引起全世界科學(xué)家、各國政府和公眾的普遍關(guān)注。關(guān)于這點(diǎn)我們在本單元最后一課要詳細(xì)學(xué)習(xí)。 ［課堂小結(jié)］ 本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了大氣的熱力作用和全球的熱量平衡兩大問題。首先，我們懂得正因?yàn)榈厍蛏嫌写髿獯嬖?，并且由于地球大氣的熱力作用，才使得地球表面溫度的晝夜變化不像沒有大氣的月球那樣強(qiáng)烈。地面和大氣之間，通過一系列能量轉(zhuǎn)換，維持全球的熱量平衡，有利于人類生存和發(fā)展。因此我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)自然規(guī)律，愛護(hù)環(huán)境。 ［課后作業(yè)］ 1.太陽輻射總量最大值不在赤道，而在北回歸線附近，其原因是( ) A.赤道上正午太陽高度比北回歸線上小 B.赤道上白晝時(shí)間較北回歸線處長 C.赤道上云雨天氣較北回歸線上多 D.赤道上太陽輻射經(jīng)過大氣路程較短 答案：C 2.城市上空的霧一般比郊區(qū)的多，因?yàn)? ) A.市區(qū)風(fēng)速大 ` B.市區(qū)水汽多 C.市區(qū)CO2多 D.市區(qū)塵埃多 答案：D 3.大氣的“溫室效應(yīng)”是指( ) A.大氣吸收了太陽輻射，保存在大氣中，使大氣溫度增高 B.大氣毫無阻擋地使太陽輻射至地面，使地面溫度增高 C.平流層中的臭氧，強(qiáng)烈地吸收紫外線 D.大氣中的水汽和二氧化碳幾乎吸收了全部的地面輻射，使熱量散失很少 答案：D 4.下列四幅圖中，晝夜溫差最小的是( ) 答案：D 5.讀大氣對地面的保溫作用圖，分析回答： (1)標(biāo)出圖中①②③三個(gè)箭頭的名稱： ① ； ② ； ③ 。 (2)對于太陽輻射、大氣輻射和地面輻射三種輻射來說，輻射波長由長到短的排列應(yīng)是 。 (3)大氣吸收太陽輻射的成分是平流層的 和對流層的 和 ，到達(dá)地面的太陽輻射主要是 光。 (4)由圖可知，大氣對地面之所以具有保溫作用，就是因?yàn)榇髿馕? 使大氣增溫，同時(shí)又以 的形式把熱量歸還給地面的緣故。 (5)射向地面的大氣輻射最強(qiáng)的時(shí)候出現(xiàn)在 天氣，最弱的時(shí)候出現(xiàn)在 天氣。 (6)全球熱量處于平衡狀態(tài)，其中熱量的收入項(xiàng)是 和 ， 熱量的支出項(xiàng)是 和 。 答案：(1)大氣吸收 大氣(逆)輻射 地面輻射 (2)大氣輻射、地面輻射、太陽輻射 (3)臭氧 二氧化碳 水汽 可見 (4)地面長波輻射 大氣逆輻射 (5)有濃密低云的陰雨 空氣透明度好的晴朗 (6)大氣吸收太陽輻射 地面吸收太陽輻射 地面輻射到宇宙空間的部分 大氣輻射到宇宙空間的部分 ●板書設(shè)計(jì) 2.2 大氣的熱力狀況 一、基本概念——太陽輻射 太陽輻射常數(shù) 二、大氣的熱力作用 1.大氣對太陽輻射的削弱作用 2.大氣的溫室效應(yīng) (1)太陽輻射使地面增溫 (2)地面輻射使大氣增溫，同時(shí)地面降溫 (3)大氣逆輻射又使近地面增溫，起到保溫作用 (4)實(shí)例分析與應(yīng)用(塑料大棚與玻璃溫室) 三、全球熱量平衡 1.全球熱量平衡的意義 2.全球熱量收支保持平衡 3.人類活動(dòng)也會(huì)影響全球熱量平衡——人口增多、燃燒礦物燃料、森林減少使二氧化碳含量增多，溫室效應(yīng)加劇、全球趨暖。