《探秘地球的外衣-大气的组成与垂直分层（高中地理必修一导学案）》

《探秘地球的外衣——大气的组成与垂直分层（高中地理必修一导学案）》

【非常重要】教学目标（一）【核心素养：人地协调观】认知大气的组成与垂直分层对人类生产生活的重要影响，理解人类活动对大气环境的可能影响，增强保护大气环境、应对气候变化的责任感和行动意识。（二）【核心素养：综合思维】运用图表等资料，从组成要素与空间结构两个维度，综合分析大气的组成成分及各成分的作用，归纳大气垂直分层的依据及各层的主要特征。（三）【核心素养：区域认知】能够从空间视角认识不同大气分层（对流层、平流层、高层大气）的区域差异，理解各层大气运动、温度变化与人类活动的空间关联。（四）【核心素养：地理实践力】能够运用气温垂直变化曲线图等地理图表，分析不同大气分层的气温变化规律；能够结合生活实际和相关资料，探究大气现象与大气组成、分层之间的内在联系。（五）【重要】【高频考点】核心知识目标准确说出大气的三大组成成分（干洁空气、水汽、固体杂质）及其主要作用；正确描述大气垂直分层的依据，掌握对流层、平流层、高层大气的厚度、气温变化特点、大气运动方式及与人类活动的关系。【重要】教学重难点（一）教学重点大气各主要组成成分及其作用。

大气垂直分层的依据及各层的主要特征（厚度、气温变化、大气运动、天气现象等）。

各大气分层与人类生产生活的联系。

（二）【难点】教学难点理解不同大气分层气温变化差异的根本原因（不同层大气的热源差异）。

分析对流层中大气的对流运动与平流层中大气平流运动的成因机制。

一、课前自主预习任务（一）【基础】预习教材，初步感知通读教材中“大气的组成”“大气的垂直分层”两部分内容，用双色笔标注以下核心知识点：大气的主要组成成分有哪些？各成分的大致占比是多少？

大气垂直分层的依据是什么？大气自下而上可分为哪几层？

各大气层在厚度、气温变化、大气运动及天气状况方面有何特征？

各大气层对人类活动有哪些重要的影响？

（二）【思维方法】观察与思考观看视频纪录片《不可能的飞天计划》片段（或相关热气球高空探测视频），思考以下问题：视频中热气球升空过程中，两位老人可能会遇到哪些与大气相关的“阻碍”？这些“阻碍”可能与大气哪些层位的特征有关？

气象学家为何要获取高空气象数据？高空气象探测对于天气预报有何重要意义？

结合你们的日常生活经验想一想：飞机为何多飞行在万米高空？为什么我们在夏季感受到的地面温度与海拔较高的山区差异如此明显？

（三）【拓展延伸】网络资源查询利用网络资源或新闻报道，查找关于“2026年极端天气气候变化事件”或“我国探空火箭最新发射任务”的最新报道（如2026年1月至4月之间的相关资讯），初步了解大气科学在气象预测与航天领域的重要应用。（四）预习自测大气中占干洁空气体积分数最高的气体成分是______，约占总量的______。

大气垂直分层的依据是大气在垂直方向上的______变化。

被称为“地球的保护伞”、能够吸收太阳紫外线的大气成分是______，主要集中在大气的______层。

我们所生活的区域属于对流层还是平流层？。该层大气气温垂直变化的基本规律是。

臭氧层空洞的出现，主要与人类活动排放的______物质有关。

二、课堂探究活动设计【情境创设导入】“没有大气层，地球将失去蓝色的天空，失去生命的庇护，失去抵御宇宙辐射的天然屏障。大气圈，是地球这颗蓝色星球最为珍贵的外衣。”——来自航天员在轨太空授课的讲述。（一）【导入环节·任务一】探究大气组成成分及其作用【驱动问题1】我们每时每刻都在呼吸的空气，究竟包含了哪些物质？这些物质各自发挥着怎样不可替代的作用？【探究活动】小组合作学习（8分钟）任务目标：运用教材相关图表和文字资料，准确归纳大气的主要组成成分及各成分的比例。

任务分解：

（1）【基础】完成大气组成成分及作用探究表。大气组成 主要成分及占比 重要作用干洁空气 氮气（约占78%） 生物体基本成分；蛋白质的重要组成氧气（约占21%） 维持生命活动；氧化作用二氧化碳（约占0.034%） 光合作用的原料；重要的温室气体臭氧（约0.00006%） 吸收太阳紫外线，保护地球生命其他稀有气体（氩、氖、氦等） 来源多样，存在范围广泛水汽 占大气总体积的0%—4%（因时因地而异） 形成降水、云雾的重要条件；影响大气湿度变化固体杂质 尘粒、烟粒、盐粒等（含量极低但作用显著） 形成云、雾、雨的最重要凝结核；影响大气能见度（2）【高频考点】分析判断：以下大气现象分别与哪种大气成分密切相关？①植物的光合作用→______（二氧化碳）②夏季高温天气与地面长波辐射的吸收→______（水汽、二氧化碳等温室气体）③酸雨的形成→______（二氧化硫、氮氧化物等，属于固体杂质或人为排放污染气体）④夏季雷雨天气中闪电引发的氮氧化物生成→______（氮气与氧气在高温高压下反应）（3）【核心素养·人地协调观】讨论与思辨：工业生产、汽车尾气等人类活动，导致大气中哪些成分的比例发生了变化？这种变化可能带来哪些全球性环境问题？（4）教师点拨与深度拓展：此处引导学生从“组成要素—作用功能—人类影响”三个维度构建知识体系。强调大气组成并非一成不变，人类活动的加剧正在改变大气成分的原有平衡。（二）【核心环节】探究大气垂直分层【驱动问题2】当我们乘坐飞机从地面爬升至万米高空，机舱外的世界发生了怎样的变化？不同高度的大气为何呈现出截然不同的“性格”？【探究活动】分组探究与展示（15分钟）【难点】核心探究任务：

小组探究（4—6人为一组），每组重点探究一个大气分层的特征。各小组需完成探究报告，并进行3分钟限时汇报展示。【第一小组：对流层的深入研究】探究要点：（1）厚度：赤道上空约17—18千米，中纬度地区约10—12千米，两极地区约8—9千米。厚度的空间分布有何规律？为什么？（2）气温变化：气温随高度增加而递减（每升高100米，气温平均下降约0.6℃）。这一现象被称为“气温垂直递减率”。气温递减的原因是什么？（3）大气运动：以对流运动为主。（4）天气现象：云雾、雨雪等绝大多数天气现象集中在此层。“为什么云、雾、雨、雪等天气现象几乎全部出现在对流层？”请结合对流层的大气组成及运动方式进行分析。（5）与人类的关系：人类生活在这一层的最底部，该层提供我们呼吸的空气和赖以生存的气候环境。几乎所有的人类生产生活活动都离不开对流层。【第二小组：平流层的系统梳理】探究要点：（1）厚度：从对流层顶向上至约50—55千米。（2）气温变化：气温随高度增加而增加。（3）大气运动：以水平运动为主，气流平稳。（4）臭氧层：位于平流层中下部（约20—30千米高度），臭氧能够吸收太阳紫外辐射，保护地球生命。（5）与人类的关系：臭氧层的保护作用；理想的高空飞行空域（气流平稳、能见度好）；影响无线电通信。【第三小组：高层大气的探索研究】探究要点：（1）厚度：从平流层顶向上延伸至约2000—3000千米。（2）气温变化：气温先降低后升高较为复杂。（3）电离层：约80—500千米高度，大气受太阳紫外线和宇宙射线作用发生电离，形成带电粒子层。（4）极光现象：太阳风带电粒子进入地球磁场引导下激发高层大气分子或原子产生发光现象。（5）与人类的关系：电离层能够反射短波无线电波，对全球通信至关重要；高层大气对航天器的轨道运行产生阻力；空间天气变化影响卫星、导航和通信系统的正常运行；国际空间站和中国空间站运行在此区域。【高频考点】温度变化对比分析：

结合“气温垂直变化曲线示意图”，完成下列表格：大气分层 高度范围 气温垂直变化规律 主要热源 大气运动特点对流层 0—约12km 随高度增加而递减 地面长波辐射 对流运动为主平流层 对流层顶—约50km 随高度增加而增加 臭氧吸收太阳紫外线 水平运动为主高层大气 平流层顶—约2000—3000km 先降低后升高复杂 直接吸收太阳辐射 复杂的运动形态【核心素养·综合思维】深度辨析“为什么气温随高度变化规律在不同层位完全不同？”

教师引导探究路径：（1）对流层：地面是大气最主要、最直接的热源。因此距离地面越远（海拔越高），获得的地面辐射热量越少，气温越低。这一关系称为“温度随高度增加的递减现象”，递减率约为0.6℃/100米。（2）平流层：该层大气中含有臭氧层，臭氧强烈吸收太阳短波紫外线辐射并转化为热能，因此随着高度的增加，吸收紫外线的量增多，气温随之升高。（3）高层大气：情况较为复杂。低层部分以吸收太阳能为主，但空气稀薄，热容量小；更高处可直接被太阳辐射加热，气温较高。【跨学科链接】结合物理学热学知识——

“不同气体成分对不同波段电磁辐射的吸收特性差异”，引导学生理解大气温度垂直结构形成的物理机制（选择性吸收与辐射传输理论）。当堂检测与巩固：

（1）一架飞机从上海虹桥机场起飞，爬升至1万米高空后保持平飞。请分析飞机穿过哪些大气层？平飞状态时位于哪一层？为什么选择在该层飞行？（2）极光现象出现在哪一层大气？产生极光的高能带电粒子来源于太阳的哪种活动？（3）气象工作者释放探空气球，气球从地面上升直至爆炸（约30—40千米高空），沿途探测的气温数据将会呈现出怎样的变化规律？（三）【联系实际】大气科学在航天与重大工程中的应用【热点话题】2026年1月至4月国内外航天与大气科学热点速览：（1）2026年2月，我国载人航天工程办公室公布新一批航天员选拔计划。所有航天员在模拟训练中必须穿越高层大气微重力环境，而他们的返回舱以超高音速进入大气层。这一过程将穿越哪几层大气？在不同高度遇到了怎样的热力学与气动环境挑战？（2）2026年3月22日，我国“天问三号”火星探测器完成火星表面样品采集任务，携带火星大气样品启程返回地球。火星大气成分中以二氧化碳为主。为什么火星大气组成与地球大气存在如此巨大的差异？（3）【跨学科链接】2026年3月18日，嫦娥六号着陆器搭载的国际首台地外空间专用负离子分析仪（NILS），成功实现人类首次月球表面负离子直接探测。科学家发现月球上存在被太阳风吹起来的负离子。这一发现对于理解太阳风（太阳大气层向外抛射的高速带电粒子流）对行星际空间及地球高层大气的影响有何重要意义？【讨论生成】小组讨论后全班交流——空间天气（太阳风等造成的空间环境扰动）对地球高层大气会产生哪些影响？人类活动对大气环境造成了怎样的压力？如何通过科技手段实现对大气环境的监测与保护？三、当堂检测（限时8分钟）（一）【基础】单项选择题大气中占干洁空气体积约78%的气体成分是（）

A.氧气B.氮气C.二氧化碳D.臭氧【高频考点】下列大气分层中，气温随高度增加而递增的是（）

A.对流层B.平流层C.整个高层大气D.电离层（部分）【易错点】关于对流层特征的描述，正确的是（）

A.厚度随纬度升高而增大B.气温随高度增加而升高C.大气以水平运动为主D.天气现象复杂多变辨析：对流层厚度随纬度升高而减小（赤道厚、两极薄），选项A错误。对流层气温随高度增加而递减，选项B错误。对流层大气以对流运动为主，选项C错误。绝大多数天气现象出现在对流层，所以天气现象复杂多变，选项D正确。“地球生命的保护伞”——臭氧层主要分布在大气的哪一层？（）

A.对流层上部B.平流层中下部C.平流层顶部D.高层大气底部我国天宫空间站的运行轨道高度约为400—450千米。空间站主要运行在（）

A.对流层B.平流层C.高层大气D.外逸层（二）【综合思维】材料分析题阅读以下材料，回答问题。材料一：2026年1月，美国太空探索技术公司（SpaceX）向美国联邦通信委员会提交申请，计划发射多达100万颗低轨卫星组成“轨道数据中心”。各国天文学家对此表示严重担忧，认为大规模低轨卫星可能会严重破坏夜空观测环境——在长曝光图像上留下过曝白线，对地面光学望远镜产生严重的光污染干扰，而对于射电望远镜，低轨卫星发出的无线电信号会产生难以消除的电磁噪声。有研究指出，目前约有40%的哈勃空间望远镜图像已受到卫星光污染的影响。材料二：中国“天眼”（FAST）作为全球最大单口径射电望远镜，对电磁环境有着极为苛刻的要求。2026年4月有报道指出，中国天眼将从“单眼”升级为“复眼”，分辨率提升200倍，以进一步提升对宇宙射电信号的探测能力。问题：（1）大量低轨卫星主要运行在哪一大气层？运行过程中会受到哪些大气环境因素的影响？（2）低轨卫星对天文观测产生了哪些具体的干扰？天文学界正在探索哪些途径来应对这一挑战？（3）高空大气环境保护面临着“航天应用需求”与“天文科研需求”之间的冲突。你如何理解这种矛盾？四、课后拓展延伸（一）【拓展延伸】项目式学习任务——模拟大气探测与数据分析项目主题：“假如我是一名气象探测工程师”项目任务：请你组建团队（3—4人一组），结合本课所学大气组成与垂直分层知识，设计一个简易的“大气探测实验方案”。从地面到50千米高度范围内的气温变化趋势曲线，请基于公开的气象探空数据或网络资源进行绘制与分析。成果要求：①绘制一幅“大气气温垂直变化曲线示意图”（高度范围：0—50千米）。②撰写一份500字左右的“探测实验报告”：说明探测任务目标、探测设备设计思路、探测数据分析结论，以及本实验方案在气象预报或大气科学研究中的潜在应用价值。展示分享：各组通过课堂交流或班级学习平台展示实验成果（择优推荐参加学校科技节或地理学科竞赛评选）。（二）【跨学科链接】大气科学与航天技术的深度对话推荐阅读与视听材料：①新闻专题报道：2026年2月我国“嫦娥六号”月球背面样品研究发现，月表水含量存在动态变化规律。这一发现