以青藏高原的"晒"和"寒"复习大气的受热过程
针对目前新高考方向对学生能力要求的变化,从原来的知识性记忆到能力的培养再到核心素养的养成。越来越注重学生对现实的某一现象的存在既能从综合的角度出发进行思考,也需体现它的过程性。在这种高要求和高能力的背景下,不仅仅要求学生能理解现象背后体现的原理和规律,更重要的是能结合具体的区域背景,把这些原理和规律的过程能清晰的和现象的形成和发展很好的结合起来。
高一大气的受热过程首先重在让学生能把在受热过程中涉及到的几个辐射:太阳辐射——地面辐射——大气辐射——大气逆辐射。既能抓住它们的共同特点(传递能量),更能把握住它们的差异(太阳——短波辐射,地面、大气——长波辐射)。其次,把握能量在传递过程中大气起到的两种作用:削弱作用和保温作用,及影响两种作用的影响因素(大气的厚度——纬度、海陆、地形等和透明度)。第三,能利用受热过程来解释一些我们常见的现象,这一要求仅对于过程中的某一环节的利用,较少利用综合因素来较全面的考虑。在新授课中我们往往过于注重结果的呈现,而对于过程的体现也仅仅局限于书本理想的状况下。一旦放到实际的区域学生就很难以灵活处理和应用。
因此一轮复习应该注重把此部分的原理和规律放到某一现实存在的区域当中,利用原理结合这一区域环境特点来解释它所呈现的突出特点。既能避免一轮复习炒冷饭的趋向,又能在复习必修一原理的主线下对区域也是一个回顾。更重要的是这样做,学生有了具体的对象,原理的体现就更有针对性
青藏高原特殊的区域背景,塑造出了它的独特性:晒和寒。这两个点既有矛盾和冲突,也是能达成一致性的。而对于这些矛盾和冲突怎样达成一致性,往往是学生的困难所在,也是能检测学生对于原理和规律把握的深度和广度。矛盾和冲突的体现是学生对于晒和热的同等理解,认为晒就是热。要晒和寒达成一致性,先得分清楚晒指是什么和哪些因素有关系,而热又指的是什么它又和哪些因素有关。本节课就围绕这两个问题来进行大气受热过程的一轮复习。
"晒"会让我们首先想到太阳,没错晒就是和太阳有关,或者专业一点就是和太阳辐射有关。因为我们不会说晚上还晒吧!再结合实际情况,我们感觉夏季比冬季晒,秋季比春季晒;晴天比阴雨天晒,而青藏高原又比其他地方要晒(当地藏民脸上的高原红就是晒出来的,如果还是不能体会它的晒,最好还是自己亲自去一趟)。结合我们自身的感受及现实存在的现象,我们不难总结"晒"(太阳辐射)是有时空差异,这个特征也是我们学习地理需要牢牢抓住的核心。但为什么青藏高原会那么晒呢?我们得从太阳传递能量的过程出发去思考了,从太阳释放能量到我们接受能量。这个过程中太阳辐射还得经过一个厚厚的大气层。那么这个厚厚的大气层会对太阳辐射产生一些怎样的影响呢?还得先认识清楚大气层的组成:气体(氧、氮、二氧化碳、臭氧、水蒸气等)和颗粒物质。既然大气也是一种物质它们就会吸收一部分太阳辐射的热量;但吸收得并不多,因为太阳辐射的主要能量集中在可见光,而水汽和二氧化碳主要吸收得是红外线,臭氧吸收的是紫外线。除了会吸收太阳辐射外,根据物理学的原理太阳辐射还可能会被反射一部分散射一部分。我们把所有的这些让太阳辐射减少的形式统称为大气分削弱作用。如果削弱得越多到达地面的就少,从而也就不那么晒,反之,就晒了。青藏高原晒那肯定是削弱得少,为什么削弱得少反推肯定是吸收的,反射的、散射的少,为什么会少,那肯定是大气的组成物质少,又为什么呢?那得回到青藏高原它本身最突出的特点:高。高而导致它大气稀薄。如果知道了这一点,前面的一个个为什么就自然而然就能解释形成一个完整的链条。如果弄懂了青藏高原的晒,我们也就能解释为什晴天晒,因为大气中的物质少(水汽),所以大气的削弱作用少(吸收、反射、散射),到达地面的太阳辐射自然就多了就晒了。大气中水汽的多少又和海陆(水汽来源)、纬度(蒸发)、地形(水汽抬升)、洋流等有关。我们这里为什么秋季比春季更晒也就很好来解释了。既然雨天比晴天中水汽更多,大气的削弱作用更强,但为什么我们这里夏季整体上比冬季太阳辐射更强呢?说明还有另一个原因会影响到大气的削弱作用。我们先来做一个实验,在黑暗的环境下,我们把手电筒作为光源(太阳辐射),当我们第一次把手电筒的光垂直往一个地面照,再对比第二次我们把手电筒的光斜着往同一个地面照。我们会发现第一次的地面更亮,因为它单位面积的受光更多。同样我们把这个实验的结果和太阳辐射对我们地面的影响,也会有同样的结果,因为夏季太阳直射点往北移,我们这里的正午太阳高度角变大,除了太阳辐射经过大气层的路径会变短之外,单位面积受到的太阳辐射还会更多。也就是说地面接受的太阳辐射还和单位面积接受的强度有关,既然和强度(太阳高度角)有关,肯定也和照射的时间(昼夜长短)有关, 夏季我们这里不仅仅太阳高度角大而且昼更长,而这些最终都是因纬度所引起。同学们可以试着去解释一下为什么雾霾天气没那么晒呢?
总的归纳起来,晒是和太阳辐射的强度和长短有关,也就是和纬度(太阳高度角和昼夜长短)及大气的削弱作用(纬度、海陆、地形等)。解决了晒的问题,接下来我们去看看为什么晒的背景下这里还会寒呢?晒指的是太阳辐射,寒呢?寒是我们的感觉,而让我们有寒的感觉不仅仅会出现在白天也会出现在晚上,当气温比较低的时候,我们就会有寒的感觉。青藏高原那么晒到底是什么让生活在那里的人感觉冷呢?不单单白天冷,晚上更冷,不单单冬天冷,夏季也冷,还成为我国夏季气温低温中心。气温顾名思义就是大气的温度也就是大气吸收热量的表现。前面已经说过大气能吸收太阳辐射,但吸收得并不多,说明大气的受热主要原因并不是太阳辐射(晒),而应该还有另一个原因。当太阳辐射经过大气层到达我们地面,我们的地面会吸收热量,而地面吸收热量的多少和下垫面有关,青藏高原因为海拔高而呈现出冰川广布分特点。当太阳辐射进入地面前就会有相当一部分被反射回了宇宙,固然地面吸收得就少了。吸收得少自然它传递给大气的热量也就少了。大气会吸收大量从地面传递过来的能量(地面辐射为长波辐射)。当大气吸收热量增温也会往地面传递能量,我们把这个过程叫大气逆辐射,它可以减少地面热量的损失,从而起到保温作用。自然大气吸收地面辐射越多,返回地面的热量也就越多,保温作用也就越强,这也就是没有太阳我们也不会觉得特别冷的原因。用这样的一个过程去解释青藏高原为什么寒,也就十分清晰了,首先由于青藏高原冰川广布,地面吸收太阳传递的能量比同纬度分其他地方少,另外另外青藏高原空气稀薄,从而使得吸收地面辐射分热量少,返回给地面的热量也少,所以气温也就低了,感觉也就寒了。
以真实案例,我们发现对于大气的受热过程中大气所体现的两种作用,我们必须结合当地的区域背景进行具体的分析,才能思路更清醒,过程更清楚,也才能让我们学习的理论落地,也是体现目前新课程,新高考对学生提出的要求。