第二章 地球的"外衣"——大气
第1节 大气层
一.教学目标
1.了解大气层的重要性.
2.了解大气温度的垂直分布特点.
3.掌握大气的垂直分布规律.
4.理解对流层的特点,探究对流的形成.
二.教学重点与难点
教学重点:大气的垂直分层规律
教学难点:对流层的特点;探究对流的形成
三.授课过程
一.大气的重要性
地球周围被一层很厚的空气包围着,它一直延伸到3000千米的高空(主要集中在1000千米的高度).包围地球的空气层叫大气层,空气也叫大气.
大气的成分:由氮气,氧气,二氧化碳,稀有气体,臭氧,水蒸气以及悬浮在其中的固体杂质等物质组成.
大气的作用
讨论:如果没有大气,地球会变得怎样
提示:地球将变得和月亮表面一样,没有天气变化,没有声音,易受陨石的侵袭,温度较差增大等.
(1)保护地球,如避免流星的袭击,臭氧层能保护地面上的生物免受太阳紫外线的伤害
(2)大气中的各种气体,都是人类不可缺少的资源(举例:氧气进行生命活动必需的;二氧化碳是光合作用的重要原料)
(3)水蒸气能成云致雨
(4)调节温度
二.大气的温度
读图:大气温度的垂直分布图
大气的温度的特点:
1.大气温度的变化范围约在-84℃--2500℃之间.
2.在85千米以上,大气的温度呈逐渐上升趋势(想一想为什么 太阳辐射强).
3.在0-12千米,55-85千米之间气温随高度的增加而降低
0-12千米,每升高1000米,温度下降6℃,可进行一些简单计算
4.在12-55千米之间,气温随着高度的增加温度升高.
思考:哈勃望远镜的外面为什么要穿一件银白色的"外衣"
高层大气温度高,太阳辐射强,银白色的金属外壳可以反射热的辐射,避免高温下外壳熔化.
三.大气的分层
1.根据大气的温度,密度和物质组成等特点(大气温度在垂直方向上的变化是我们对大气进行分层的主要依据.)
2.地球大气层分为五层:
对流层(0-17千米)
平流层(17-50千米)——飞机,大部分臭氧位于平流层
中间层(50-80千米)——有对流现象
暖层(80-500千米)——又称电离层;具有反射无线电波的能力,对无线电通讯有重要意义.
外层(500千米以上)外层就是地球大气与宇宙间的过渡层.——哈勃望远镜,宇宙飞船等
1000千米以上,大气变得十分稀薄,密度很小.
5000千米以外,大气已接近真空.
四.对流层的特点
1.对流层是大气的底层.
2.在两极和赤道地区的厚度不同.两极厚度约8千米,在赤道增大到17-18千米.
厚度不同的原因:赤道地区受到太阳辐射多,地面附近大气温度高,上升得高.
3.对流层集中了地球四分之三的大气质量和几乎全部的水汽,固体杂质.
4.对流层最显著的特点有强烈的对流运动.
(1)探究实验:对流是怎样形成的实验
① 烧杯中加高锰酸钾或直接用对流实验装置.
② 燃香的实验用实验室的现成器材,现象非常明显.
结论:受热处空气上升,两侧温度低的地方空气下沉.
(2)形成对流条件:底部受热,上部遇冷
(3)想一想对流层的温度特点,对形成对流有利吗
(它的温度特点是气温随高度的增加而降低,有利于对流的形成.)
所以,显著的对流运动和充足的水汽,使对流层的天气现象复杂多变,云,雨,雪,和雷电等主要的天气现象都发生在这一层.对流层的各种天气变化影响着生物的生存和行为,对流层是大气层中与人们生活和生产关系最密切的一层.
(4)练习:如下图,要使封闭的管道中的水顺时针流动,应在哪个部位加热 在哪个部位上放冰
拓宽:冷空调应该怎样装 冷藏室的冷凝管为什么要安装在冷藏室的上部 ――形成对流,达到制冷效果.暖气片在什么位置
小结:大气的分层,对流层
课后分析:
参考资料:
大气分层(atmospheric subdivision)
按照大气在铅直方向的各种特性,将大气分成若干层次.按大气温度随高度分布的特征,可把大气分成对流层,平流层,中间层,热层和散逸层.按大气各组成成分的混和状况,可把大气分为均匀层和非均匀层.按大气电离状况,可分为电离层和非电离层.按大气的光化反应,可分为臭氧层.按大气运动受地磁场控制情况,可分有磁层.
近地面的大气层主要通过吸收地面辐射而升温,气温随高度的增加而递减,下部热,上部冷,空气垂直对流运动显著,故称对流层(troposphere).对流层厚度因纬度和季节的不同而不同:热带较厚,寒带较薄;夏季较厚,冬季较薄.赤道地区对流层厚度可达16～18千米,中纬度地区约10～12千米,两极地区约7～8千米.
自地球表面向上,随高度的增加空气愈来俞稀薄.大气的上界可延伸到2000～3000公里的高度.在垂直方向上,大气的物理性质有明显的差异.根据气温的垂直分布,大气扰动程度,电离现象等特征,一般将大气分为五层.
对流层 对流层是大气的最下层.它的高度因纬度和季节而异.就纬度而言,低纬度平均为17～18公里;中纬度平均为10～12公里;高纬度仅8～9公里.就季节而言,对流层上界的高度,夏季大于冬季.对流层的主要特征;①气温随高度的增加而递减,平均每升高100米,气温降低0.65℃.其原因是太阳辐射首先主要加热地面,再由地面把热量传给大气,因而愈近地面的空气受热愈多,气温愈高,远离地面则气温逐渐降低.②空气有强烈的对流运动.地面性质不同,因而受热不均.暖的地方空气受热膨胀而上升,冷的地方空气冷缩而下降,从而产生空气对流运动.对流运动使高层和低层空气得以交换,促进热量和水分传输,对成云致雨有重要作用.③天气的复杂多变.对流层集中了75%大气质量和90%的水汽,因此伴随强烈的对流运动,产生水相变化,形成云,雨,雪等复杂的天气现象.
平流层 自对流层顶向上55公里高度,为平流层.其主要特征:①温度随高度增加由等温分布变逆温分布.平流层的下层随高度增加气温变化很小.大约在20公里以上,气温又随高度增加而显著升高,出现逆温层.这是因为20～25公里高度处,臭氧含量最多.臭氧能吸收大量太阳紫外线,从而使气温升高.②垂直气流显著减弱.平流层中空气以水平运动为主,空气垂直混合明显减弱,整个平流层比较平稳.③水汽,尘埃含量极少.由于水汽,尘埃含量少,对流层中的天气现象在这一层很少见.平流层天气晴朗,大气透明度好.
中间层 从平流层顶到85公里高度为中间层.其主要特征:①气温随高度增高而迅速降低,中间层的顶界气温降至-83℃～-113℃.因为该层臭氧含量极少,不能大量吸收太阳紫外线,而氮,氧能吸收的短波辐射又大部分被上层大气所吸收,故气温随高度增加而递减.②出现强烈地对流运动.这是由于该层大气上部冷,下部暖,致使空气产生对流运动.但由于该层空气稀薄,空气的对流运动不能与对流层相比.
暖层 从中间层顶到800公里高度为暖层.暖层的特征:①随高度的增高,气温迅速升高.据探测,在300公里高度上,气温可达1000℃以上.这是由于所有波长小于0.175微米的太阳紫外辐射都被该层的大气物质所吸收,从而使其增温的缘故.②空气处于高度电离状态.这一层空气密度很小,在270公里高度处,空气密度约为地面空气密度的百亿分之一.由于空气密度小,在太阳紫外线和宇宙射线的作用下,氧分子和部分氮分子被分解,并处于高度电离状态,故暖层又称电离层.电离层具有反射无线电波的能力,对无线电通讯有重要意义.
散逸层 暖层顶以上,称散逸层.它是大气的最外一层,也是大气层和星际空间的过渡层,但无明显的边界线.这一层,空气极其稀薄,大气质点碰撞机会很小.气温也随高度增加而升高.由于气温很高,空气粒子运动速度很快,又因距地球表面远,受地球引力作用小,故一些高速运动的空气质点不断散逸到星际空间,散逸层由此而得名.据宇宙火箭资料证明,在地球大气层外的空间,还围绕由电离气体组成极稀薄的大气层,称为"地冕".它一直伸展到22 000公里高度.由此可见,大气层与星际空间是逐渐过渡的,并没有截然的界限.
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