資源簡介

《3.3 大氣熱力環流》教學設計
——做城市規劃師，打造氣候宜居城市
【課程標準】
運用示意圖等，說明大氣熱力環流原理，并解釋相關現象。
【教材分析】
本節課是普通高中地理新課標新教材湘教版必修1的第三章《地球上的大氣》第三節——《大氣熱力環流》。教材依托“載人熱氣球平穩升空”和“點蠟燭切洋蔥，不流淚”兩個真實生活情境探究，引入“大氣熱力環流的形成”，分步圖解闡述，逐層遞進，使學生充分理解熱力環流的發生發展過程以及氣溫、氣壓、氣流三者之間的關系，旨在培養學生綜合思維。
當學生理解熱力環流原理后，教材內容遞進到“自然界的大氣熱力環流”內容，用一把熱力環流原理的“鑰匙”打開自然界包羅萬象的熱力環流現象之“門”。主要介紹生活中的一些常見例子—海陸風、山谷風和城市風等，旨在培養學生地理實踐力。并設置相關探究活動，幫助學生了解大氣運動與人類活動的交互關系，樹立人地協調觀。
【學情分析】
在地理的知識體系中，大氣知識對學生來說還是比較難于掌握的。這種難主要在于三點：第一，學生的空間概念建立的還不牢靠；第二，學生暫時還不能將大氣知識與物理知識聯系起來；第三，短時間內不能將大氣運動與地理環境聯系起來。故感到很難把握對整個大氣知識的思維線索，感到這些知識與應用無關。生活中，學生對許多的自然地理現象并不陌生，但很少能將其與相關大氣的知識聯系起來。總的來說，對大氣的了解，總是感到既陌生又熟悉。
【教學目標】
1．通過觀察實驗，結合物理知識，能夠繪制大氣熱力環流示意圖，并說明大氣熱力環流的形成過程及基本原理。
2．結合北京市自然環境特征，運用熱力環流原理解釋“山谷風”“城市風”和“海陸風”等現象。
3．結合熱力環流原理，通過北京市案例分析，為緩解城市熱島效應提出城市規劃措施，提高地理實踐力，樹立正確的人地協調觀。
【教學重點】
熱力環流的形成過程及應用
【教學難點】
熱力環流的形成過程
【教學方法】
實驗法、合作探究法、案例分析法、多媒體教學法
【教學過程】
一、 知現象：城市熱島效應
隨著城市化進程的不斷推進，城市氣候環境問題日益凸顯，城區氣溫明顯高于外圍郊區的現象，我們稱之為“城市熱島效應”。請同學們觀看視頻了解。
視頻中我們了解到城市熱島效應危害不容小覷，尤其在一些特大城市，比如北京，一年四季以及一天中不同時刻，城區氣溫均高于郊區。通過本節大氣熱力環流學習，我們可以為緩解北京市的市熱島效應提出合理化建議，人人爭做合格的城市規劃師。
承轉：請同學們先來觀察一個小實驗。
二、析原理：大氣熱力環流
（一）實驗探究
1. 如圖所示，將兩張豎直紙片放于點燃的酒精燈兩側，紙片下端會發生什么運動呢？
吸住或分開？仔細觀察，見證你是否正確的時候到了（吸住）
轉：為什么會出現這樣的現象呢？請同學們完成學案實驗探究二。圖A相當于酒精燈加熱處，BC為紙片外圍相對冷卻處，A’、B’、C’為其對應的上空。
2.根據實驗現象，在短線上加繪箭頭，推測大氣運動方向。
轉：同學們的答案是否正確？這其中又有怎樣的奧秘呢？在解決這個疑問之前，我們先來了解一個基本概念——氣壓。
（二）知識儲備：氣壓是單位面積上承受的空氣柱的重量，重量越大，壓力就越大。單位為百帕，1個標準大氣壓為1013.25百帕。圖中的小點代表空氣分子，海拔越高，大氣越稀薄，空氣分子越少，空氣密度越小，重量越輕，氣壓越低。由定義可知，垂直方向上：海拔越高，氣壓值越_____近地面的氣壓值肯定大于高空氣壓；水平方向上：一般情況下，密度越大，氣壓值越_____。我們可以總結出判斷氣壓高低規律：垂直方向看海拔，水平方向看密度。
轉：了解了氣壓的概念，請同學們結合空氣分子運動的動態圖完成學案實驗探究的第三點并在上圖括號內標注高低氣壓。
3.熱力環流形成過程
思考：（1）A地形成低壓的原因是什么？A地空氣受熱膨脹上升，使A地近地面空氣密度減小，氣壓降低，比同一水平面其他地區氣壓更低，形成低氣壓。B、C兩地的空氣遇冷收縮下沉，近地面接收了來自上空的空氣，會使得空氣密度增大，氣壓升高，比同一水平面其他地區氣壓更高，形成高氣壓。A’接收了來自地面的空氣，會使得空氣密度增大，氣壓升高，比同一水平面其他地區氣壓更高。B’、C’兩地由于空氣下沉流失，密度減小，氣壓降低。在水平方向上，氣流就像水流的方向，從高壓指向低壓，形成大氣的水平運動，也就是風，分為高空風和近地面風，由于我們生活在近地面，更關注近地面風。氣壓相差越大風力越強。
由此形成的環流就叫熱力環流，在自然界中很常見，是大氣運動最簡單的形式。承轉：結合動態形成過程，請同學們總結熱力環流原理。
總結：熱力環流原理
大氣熱力環流中空氣有兩種運動方向，分別為垂直方向與水平方向，先有垂直方向運動，空氣受熱膨脹上升，受冷收縮下沉，由于空氣密度的變化。同一水平面出現高低氣壓差異，再有水平方向運動，形成熱力環流。
（2）思考：造成熱力環流的根本原因是什么？近地面冷熱不均。冷熱是熱力因素，所以我們將此環流稱之為熱力環流。
（3）A與A’點氣壓值比大小。垂直方向看海拔，近地面氣壓值肯定大于高空。在熱流環流中說的高壓流向低壓是指同一水平方向的高低氣壓。
三、釋疑惑——城市熱島環流
應用熱力環流原理，用箭頭畫出城區和郊區之間的大氣運動方向。
近地面的風總是從郊區吹向城區。
四、巧應用——緩解北京城市熱島效應
1. 假如你是北京市規劃局工作人員，你是否同意在甲處建火電廠？（不同意，應布局在城市郊外熱力環流之外）為了減輕城市熱島效應，應在城區和郊區之間布局什么？（森林、植被、水域、濕地等）在給城區降溫的同時還可帶來清新的空氣。
2. 北京市西部和北部擁有良好的生態本底和山水格局，是清潔空氣源地和生態冷源，為了緩解北京城市熱島效應，研究提出：將北部冷源區域清新空氣引入中心城區。這一構想的實現必須借助從北而來的風。那有沒有北風來助一臂之力呢？北京氣象臺的天氣預報中，常有“白天風向北轉南，夜間風向南轉北”的語句。這正是北京獨一無二的地形形成的局部環流——山谷風。北京北部為燕山山脈的余脈軍都山，西部為太行山山脈的余脈西山，北京位于地形平緩的東南部。那么，山谷風是如何形成的？為什么風向會發生晝夜變化呢？閱讀教材80頁“山谷風”知識，結合北京市地形圖，應用熱力環流原理在圖一和圖二中分別標明白天和夜晚。分析近地面風向晝夜變化的原因。
以白天為例，白天山坡增溫速度快，山谷上方同高度的空氣增溫慢，山坡空氣受熱上升，山谷空氣冷卻下沉，形成熱力環流。近地面，風從山谷吹向山坡，形成谷風。夜晚，山坡氣溫下降的比山谷上方同高度的空氣快，山坡氣溫低，盛行下沉氣流，形成山風。
轉：在北京的城市規劃中，借助山風（北風），建設一西一東兩條重要城市生態廊道，將冷源區域清新空氣引入中心城區。除此之外，
3.北京中心城內水系眾多，這些都是“城市內部冷源”，有研究指出，通過加寬河道，擴大水域面積，也可以減弱中心城市熱島效應。結合熱力環流原理，分析如何利用河道來為中心城區“降溫”呢？在圖中用箭頭標明大氣運動方向。
白天，近地面風從水體吹向陸地，達到降溫目的。其實，這種風在沿海地區更加顯著，我們也把它稱之為海陸風。
小結：
北京市外圍有北部山區生態冷源，內有城區水系兩側生態綠廊，合理布局通風廊道，借助局部熱力環流就可大大消減中心城區熱島效應。
我們本節課所學習的城市熱島環流、山谷風、海陸風主要發生在小的空間尺度范圍內，且在微風狀態下最強。在大的空間尺度內，北京市夏季盛行東南風，冬季盛行西北風，在總體規劃通風廊道的基礎上，借助冬夏季風補充優化6條二級通風廊道，更大程度為城區“降溫”。
感悟提升：
把握自然規律，落實生態文明建設、打造氣候宜居城市，你我攜手同做合格的城市規劃師。
【板書設計】
【課后反思】
1.應用熱力環流原理，結合太原市自然環境特征，為太原市生態廊道的建設提出你的建議。
2.如果地表受熱均勻，同一水平面各處壓強相等，等壓線應該是平直的，受熱不均后等壓線發生了彎曲，如何彎曲？為什么？ 近地面的氣壓總是比高空高還是低？
總結：等壓線的彎曲規律:
【達標檢測】
1.下圖是“某地高空等高面與等壓面關系示意圖”。讀后完成下列問題。
⑴．圖中點①至點⑤，氣壓最高的是　 ，
氣壓最低的是　　 　。
⑵．A、B兩地受熱的是　　　　　，該地
空氣垂直運動的原因是　　　　　　；
冷卻的是　　　 　　，該地空氣垂直
運動的方向是　　　　　　。
⑶．用帶有方向的箭頭畫出熱力環流。
2.閱讀材料，回答問題。
《三國演義》中有諸葛亮把司馬懿困在“上方谷”中，用火攻之，眼看火燒到緊要關頭，天突降大雨，救了司馬懿的命。諸葛亮嘆到：“謀事在人，成事在天”。
（1）那么為什么天會在這緊要關頭下起雨來呢？
（2）大火在谷底燃燒，山頂并未著火，衣服碎屑和炭灰是怎么來的呢？
①垂直
運動
A受熱，空氣_____（上升，下沉），近地面空氣密度 ，形成_____（高壓，低壓）；高空空氣密度 ，形成_____（高壓，低壓）
B C冷卻，空氣____（上升，下沉），近地面空氣密度 ，形成_____（高壓，低壓）；高空空氣密度 ，形成_____（高壓，低壓）
高空：空氣從 地向 兩地擴散，由 壓流向 壓。
近地面：空氣由 兩地流向 地，由 壓流向 壓。
②水平
運動
近地面
冷熱不均
空氣 先垂直 運動
同一平面 氣壓 差異
空氣 再水平 運動
城區
郊區
郊區
甲
城區
郊區
郊區
甲

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