人教高一大气的热力状况

人教高一大气的热力状况

示范教案一(2.2大气的热力状况 1课时)‎ ‎●教学目标 知识目标 ‎1.理解大气对太阳辐射的削弱作用和大气的温室效应。‎ ‎2.了解大气热量平衡状态。‎ 能力目标 ‎1.读到达地面太阳辐射图、大气温室效应图，分析说明大气热力过程。‎ ‎2.运用大气热力性质解释一些地理现象。‎ 德育目标 认识全球的热量平衡是自然界的重要规律，但由于人类活动有时会打破这种平衡，带来不良后果。树立学生认识规律、把握规律的观点。‎ ‎●教学重点 ‎1.理解大气对太阳辐射的削弱作用。‎ ‎2.理解大气的温室效应。‎ ‎●教学难点 ‎1.大气的温室效应。‎ ‎2.太阳辐射、地面辐射、大气辐射、大气逆辐射四种辐射之间的关系。‎ ‎●教学方法 ‎1.本节课原理性强，授课时应紧密结合图片，做到图文结合，有助于原理理解。‎ ‎2.采用启发式教学法和导学法推出本课的原理。‎ ‎●教具准备 自制教学投影片、自制简易“玻璃房”、一些数字资料等。‎ ‎●课时安排 一课时 ‎●教学过程 ‎［导入新课］‎ 太阳辐射是地球上的能量源泉，大气中发生的一切现象和过程，都与太阳辐射能及其转化密切相关。太阳辐射需要穿过厚厚的大气才能到达地面，这样太阳辐射在地球表面和大气之间进行着一系列的能量转换，从而形成地球表面复杂的大气热力状况，维持着地球表面的热量平衡。本节课我们就来学习。‎ ‎［讲授新课］‎ ‎2.2 大气的热力状况(板书)‎ 同学们想必有过这样的体会：夏季，有云的白天气温不会太高。有的同学还可能见过农民用人造烟幕在晚秋或寒冬防御霜冻。地球上这些与人类生活和生产密切相关的大气现象，都与大气的热力作用有关。因此我们先来学习本节课的第一大部分“大气的热力作用”。‎ 一、大气的热力作用(板书)‎ 大气的热力作用主要表现为大气对太阳辐射的削弱作用和大气的保温效应。我们首先学习大气对太阳辐射的削弱作用。‎ ‎(一)大气对太阳辐射的削弱作用(板书)‎ 我们已知太阳不断地以电磁波的形式向宇宙空间放射巨大的能量。太阳辐射能在各种波长范围是有变化的。请同学们阅读图2.3“各种辐射的波长范围”。‎ 从图中可以看出太阳辐射的主要波长范围是0.15~4微米。其中，人眼能看见的光线，波长在0.4~0.76微米之间，因此这个范围称为可见光区，太阳辐射总能量的50%集中在这 个波长范围，所以太阳辐射能主要集中在可见光区。人们把太阳辐射称为短波辐射。波长小于0.4微米的紫外线区占太阳辐射总能量的7%，波长大于0.76微米的红外线区占太阳辐射总能量的43%，这两部分人们用肉眼都无法看见。‎ ‎(承转)太阳辐射到达地面要穿过厚厚的大气，大气对太阳辐射有吸收、反射和散射作用，从而削弱了到达地面的太阳辐射。‎ ‎(设问)平流层中的臭氧吸收太阳辐射的哪部分？‎ 平流层中的臭氧吸收太阳紫外线。可见，大气对太阳辐射的吸收是有选择的。‎ ‎1.大气对太阳辐射的吸收具有选择性(板书)‎ 平流层臭氧主要吸收紫外线。对流层大气中的水汽和二氧化碳等，主要吸收太阳辐射中波长较长的红外线。大气对太阳辐射中能量最强的可见光线却吸收得很少，大部分可见光能够透过大气射到地面上来。由此可见，大气直接吸收的太阳辐射能量是很少的。‎ ‎(承转)大气中的云层和尘埃，具有反光镜的作用，把投射在其上的太阳辐射的一部分，又反射回宇宙空间，从而减少了到达地面的太阳辐射。接下来我们了解一下大气的反射作用。‎ ‎2.大气对太阳辐射的反射作用(板书)‎ 大气对太阳辐射的反射是没有选择性的，所以反射光呈白色。云层的反射作用最为显著。云层越厚，云量越多，反射愈强。所以夏季天空多云时，白天的气温不会太高，就是这个道理。此外，大气中的杂质颗粒越大，反射能力越强，颗粒越小，反射能力越差。‎ ‎(承转)为什么晴朗的天空呈蔚蓝色？为什么阳光未直接进教室，教室却是明亮的？‎ 以上这两种现象都是大气的散射作用造成的，因此我们再来学习大气对太阳辐射的散射作用。‎ ‎3.大气对太阳辐射的散射作用(板书)‎ 首先，请同学读图2.4“大气对太阳辐射的散射”。‎ 当太阳辐射在大气中遇到空气分子或微小尘埃时，太阳辐射的一部分能量，便以这些质点为中心向四面八方散射开来。散射可以改变太阳辐射的方向，使一部分太阳辐射不能到达地面。这种散射是有选择性的，波长越短，散射能力越强。在可见光部分蓝紫色光波长最短，散射能力最强，所以在晴朗的天空，特别是雨过天晴时，天空呈蔚蓝色。另一种情况是散射作用的质点是颗粒较大的尘埃、雾粒、小水滴等时，它们的散射无选择性，各种波长同样被散射，使天空呈白色。所以，日出前的黎明，日落后的黄昏，以及阴天，在树阴下，在房间里，凡是阳光不能直接照射的地方，仍是明亮的，这些都是大气的散射作用的缘故。‎ 综上所述，太阳辐射通过地球大气层时，大气削弱的主要是红外线、紫外线区和可见光的短波部分，而可见光的绝大部分能够透过大气射到地面。可见光集中了太阳辐射一半的能量，所以太阳辐射给予地球表面巨大的能量，是发生在地理环境里各种现象和过程的最重要的能量源泉。‎ ‎(承转)同学们，上一单元的学习我们已知太阳直射点在地表作回归运动，使太阳辐射能在地球表面分配不均匀。相比较而言，太阳直射的地方，单位面积获得的太阳辐射能最多。那为什么会是这样？请同学们读图2.5“太阳高度与太阳辐射经过大气路程长短的关系”。(投影图2.5)‎ ‎4.太阳高度对大气削弱作用的影响(板书)‎ 地球表面不同纬度地区，由于太阳直射点的南北移动，太阳高度角有差异，会对地表获得的太阳辐射有影响。因为太阳高度角越大的地区，太阳辐射经过大气的路程越短，被大气削弱得越少，最后到达地面的太阳辐射就越多，反之越少。这是太阳辐射由低纬向两极递减的原因之一。‎ ‎(承转)有云的白天气温不会太高。那有云的夜晚气温又不会太低，后者就是由大气热力作用的另一表现，大气的保温作用形成的。下面我们来学习大气的温室效应。‎ ‎(二)大气的温室效应(板书)‎ 由实验得知，物体温度越高，辐射中最强部分的波长越短；反之越长。地面吸收太阳辐射，温度增高，同时又把热量向外辐射，但它比太阳温度低得多，所以地面辐射的波长比太阳辐射要长得多，能量主要集中在红外线部分。因此，相对于太阳短波辐射来说，地面辐射为长波辐射。‎ 投影图2.6“大气的温室效应”，指图讲解。‎ 对流层中的水汽和二氧化碳对太阳短波辐射吸收差，但对地面长波辐射吸收能力很强，因而使近地面大气增温。近地面大气又以辐射、对流等方式，把热量传给高一层大气，使大气保存了地面所放出热量的绝大部分(75%~95%)。因此，对流层大气的主要的直接热源是地面。‎ 大气吸收地面辐射增温的同时，也向外辐射热量，大气辐射也主要集中在红外线区，所以大气辐射也是长波辐射。大气辐射热一部分向上射向宇宙空间，大部分向下射向地面，其方向与地面辐射正好相反，故称为大气逆辐射。大气逆辐射又把热量还给地面，这就在一定程度上补偿了地面辐射损失的热量，对地面起到了保温作用，使地面温度变化比较缓和。天空有云，特别是浓密的低云，大气逆辐射更强，多云的夜晚通常比晴朗的夜晚暖和些。所以，在晚秋或寒冬，霜冻多出现在晴朗的夜晚。‎ 投影以下图讲解：‎ 综上所述，地球大气对太阳短波辐射几乎是透明体，大部分太阳辐射能够透过大气射到地面上，使地面增温；大气对地面长波辐射却是隔热层，把地面辐射放出的热量绝大部分截留在大气中，并通过大气逆辐射又将热量还给地面。人们把大气的这种作用，称为大气温室效应。‎ ‎(承转)我们学习了大气的热力作用，实际上主要体现在太阳辐射、地面辐射、大气辐射、大气逆辐射这四种辐射之间的关系，下面我们再来看这四种辐射的关系。‎ 投影胶片，重述大气的热力作用，掌握本课重点内容。‎ ‎(投影显示)‎ 图1‎ 图2‎ 大气的温室效应，我们应重点弄清太阳辐射与地面辐射、大气辐射等之间的关系。如图1，这种关系主要表现在以下两方面：一方面是大气对地面长波辐射的吸收能力很强，从而将地面放出的热量保存在大气中，二是大气逆辐射将大部分热量返还给地面，在一定程度上弥补了地面辐射损失的热量，正是这种关系，才使得大气对地面具有保温作用，我们可以借助于上述简图分析说明大气保温效应的三个物理过程：(1)太阳辐射到达地面后，地面吸收太阳辐射而增温；(2)地面增温后产生地面长波辐射，大气又强烈吸收地面辐射而增温；(3)大气增温后又产生大气长波辐射，一小部分射向宇宙空间而散失，剩余的绝大部分射向地面，我们称之为“大气逆辐射”(如图1)。大气逆辐射在很大程度上弥补了地面辐射所损失的能量，从而起到了对地面的保温作用。从大气对地面的保温作用这一过程中，我们不难得出这样的结论：(1)地面辐射是近地面大气(对流层)的主要的直接的热量来源，而地面辐射的主要能量来源是太阳辐射，所以说，(2)太阳辐射是地球上(地面和大气)的根本能量来源。(3)对地面直接起保温作用的是大气逆辐射。它们之间的关系如图2。‎ ‎(承转)大气的热力作用对地球上的生命活动及其生存环境有重要意义。下面我们来学习大气热力作用的意义。‎ ‎(三)大气热力作用的意义(板书)‎ 同学们看课本相关内容，归纳一下大气热力作用的意义表现在几方面？‎ ‎(学生发言，教师总结)大气热力作用的意义表现在两方面：一是地球大气对太阳辐射的削弱作用和对地面的保温作用，既降低了白天的最高气温，又提高了夜间的最低气温，从而减小了地球表面的气温日较差。二是由于大气的温室效应，使地球表面平均气温提高了约33℃，使地球表面的多年平均气温得以保存在15℃，而且变化不大。这对地球环境特别是生物界和人类生存与活动具有重要意义。‎ ‎(承转)太阳辐射到达地球以后，在地面与大气之间进行着一系列的能量转换。就一般情况来说，地面与大气之间的热量交换，以辐射最为重要。除辐射外，大气中不规则的湍流运动和水的相态变化携入大气的潜热，都将热量从地面带给大气。就整个地球多年平均状况来看，地球(地面和大气)收入的热量与支出是相等的，即全球的热量平衡。‎ 二、全球的热量平衡(板书)‎ 与地球上热量收支有关的因素，主要有以下三方面：‎ ‎(一)射向地面和大气的太阳短波辐射，地面和大气放出的长波辐射。‎ ‎(二)地面上的水蒸发成水汽，要吸收一定的热量，水汽将这些热量以潜热形式携入大气，当水汽在大气中凝结成水滴或凝华成冰晶时，又把这些热量释放出来给予大气。这样，通过水在地面蒸发再在大气中凝结的过程，使地面与大气之间发生潜热交换，称为潜热输送。‎ ‎(三)空气的不规则运动(湍流)，使地面与大气之间的热量得到交换，称为湍流输送。‎ 就不同地区来说，热量收支又是不平衡的。据观测，大致以纬度35°为界，低纬度地区的热量收入大于支出，热量盈余，气温增高；中高纬度地区的热量收入小于支出，热量亏损，气温降低。但实际上低纬度地区的气温并不是无限地升高，高纬度地区的气温也不是无限地降低，这是由于大气运动和洋流调节了高、低纬度间热量的差异，使高、低纬度地区的多年平均气温也大致保持稳定。‎ ‎(投影胶片)地球(地面和大气)的热量收支(%)‎ 热量收入项 热量支出项 地面 太阳短波辐射 47‎ 大气逆辐射 106‎ 合计 153‎ 地面长波辐射 120‎ 潜热输送 23‎ 湍流输送 10‎ 合计 153‎ 大气 太阳短波辐射 19‎ 地面长波辐射 114‎ 潜热输送 23‎ 湍流输送 10‎ 合计 166‎ 射向宇宙的大气辐射 60‎ 大气逆辐射 106‎ 合计 166‎ 太阳短波辐射 100‎ 合计 100‎ 大气和地面反射 34‎ 射向宇宙的地面辐射 6‎ 射向宇宙的大气辐射 60‎ 合计 100‎ 通过表格计算，我们得知全球热量的收入和支出相等，即全球热量平衡，这也是自然界的重要规律。而且这一规律对于人类的生存和发展有重要意义。由于全球热量平衡，使全球多年平均气温比较稳定，有利于人类的生存与活动。反过来，人类活动对全球热量平衡也会有一定的影响。正如前面学过的由于人类燃烧矿物燃料释放大量二氧化碳，使大气中二氧化碳浓度不断增高，而二氧化碳对地面有保温作用，这将会在一定程度上影响地球上的热量收支平衡，加剧全球变暖的趋势。而全球气候变暖，又会对全球的生态、经济产生一系列影响，这一问题，已引起全世界科学家、各国政府和公众的普遍关注。关于这点我们在本单元最后一课要详细学习。‎ ‎［课堂小结］‎ 本节课我们学习了大气的热力作用和全球的热量平衡两大问题。首先，我们懂得正因为地球上有大气存在，并且由于地球大气的热力作用，才使得地球表面温度的昼夜变化不像没有大气的月球那样强烈。地面和大气之间，通过一系列能量转换，维持全球的热量平衡，有利于人类生存和发展。因此我们应该认识自然规律，爱护环境。‎ ‎［课后作业］‎ ‎1.太阳辐射总量最大值不在赤道，而在北回归线附近，其原因是( )‎ A.赤道上正午太阳高度比北回归线上小 B.赤道上白昼时间较北回归线处长 C.赤道上云雨天气较北回归线上多 D.赤道上太阳辐射经过大气路程较短 答案：C ‎2.城市上空的雾一般比郊区的多，因为( )‎ A.市区风速大 ` B.市区水汽多 C.市区CO2多 D.市区尘埃多 答案：D ‎3.大气的“温室效应”是指( )‎ A.大气吸收了太阳辐射，保存在大气中，使大气温度增高 B.大气毫无阻挡地使太阳辐射至地面，使地面温度增高 C.平流层中的臭氧，强烈地吸收紫外线 D.大气中的水汽和二氧化碳几乎吸收了全部的地面辐射，使热量散失很少 答案：D ‎4.下列四幅图中，昼夜温差最小的是( )‎ 答案：D ‎5.读大气对地面的保温作用图，分析回答：‎ ‎(1)标出图中①②③三个箭头的名称：‎ ‎① ；‎ ‎② ；‎ ‎③ 。‎ ‎(2)对于太阳辐射、大气辐射和地面辐射三种辐射来说，辐射波长由长到短的排列应是 。‎ ‎(3)大气吸收太阳辐射的成分是平流层的 和对流层的 和 ，到达地面的太阳辐射主要是 光。‎ ‎(4)由图可知，大气对地面之所以具有保温作用，就是因为大气吸收 使大气增温，同时又以 的形式把热量归还给地面的缘故。‎ ‎(5)射向地面的大气辐射最强的时候出现在 天气，最弱的时候出现在 天气。‎ ‎(6)全球热量处于平衡状态，其中热量的收入项是 和 ，‎ 热量的支出项是 和 。‎ 答案：(1)大气吸收 大气(逆)辐射 地面辐射 ‎(2)大气辐射、地面辐射、太阳辐射 ‎(3)臭氧 二氧化碳 水汽 可见 ‎(4)地面长波辐射 大气逆辐射 ‎(5)有浓密低云的阴雨 空气透明度好的晴朗 ‎(6)大气吸收太阳辐射 地面吸收太阳辐射 地面辐射到宇宙空间的部分 大气辐射到宇宙空间的部分 ‎●板书设计 ‎2.2 大气的热力状况 一、基本概念——太阳辐射 太阳辐射常数 二、大气的热力作用 ‎1.大气对太阳辐射的削弱作用 ‎2.大气的温室效应 ‎(1)太阳辐射使地面增温 ‎(2)地面辐射使大气增温，同时地面降温 ‎(3)大气逆辐射又使近地面增温，起到保温作用 ‎(4)实例分析与应用(塑料大棚与玻璃温室)‎ 三、全球热量平衡 ‎1.全球热量平衡的意义 ‎2.全球热量收支保持平衡 ‎3.人类活动也会影响全球热量平衡——人口增多、燃烧矿物燃料、森林减少使二氧化碳含量增多，温室效应加剧、全球趋暖。‎