《大气层》中模糊概念的澄清和疑难问题的解决

徐珺

1平流层的起始高度为什么赤道和两极不同

关于平流层的高度，有的教师认为是8～55千米，有教師认为是12～55千米，还有的认为是17～55千米.图1是与教材完全类似的图片，从图1可以看出，平流层的高度是12～55千米.平流层的起始高度到底是多少？

对流层在两极的厚度约为8千米，到赤道增大到17～18千米，所以平流层的起始高度是有差异的.教材中的12千米取的是平流层起始高度的平均值.

平流层的起始高度为什么在赤道和两极不同呢？

原因有二：一是赤道附近受太阳辐射热较多，温度较高，水汽可上升到较高的高度，两极反之；二是赤道附近的物体（大气和水汽也一样）受到的重力较小，所以水汽能上升到的高度较高.具体解析：如图2所示，在惯性系中，（万有）引力=向心力（提供物体随着地球转动）+重力，即重力是万有引力的一个分力.地球上的物体（如图3中假设是m1）受到的引力大小如图3中公式所示，地球是赤道略扁的球体，所以物体在赤道时r最大，引力最小.向心力的大小为f=m1Rω2（R是物体m1距地轴的距离，ω是地球自转的角速度），在赤道R最大，ω最大，m1是一个定值，所以f最大.根据三力的关系，能判断赤道上的物体受到的重力是最小的.当物体在两级时（地轴上相当于静止），向心力为0，引力=重力.此时重力最大，它的方向与引力相同，指向地心.

链接1重力的方向是否指向地心

重力的方向指向地心，严格的说是不正确的.

万有引力的方向“指向地心”；向心力的方向“垂直指向地轴”.重力=万有引力-向心力（矢量减，平行四边形法则，如图2所示）.“平”的方向是指平静水

[JZ][CDH01147]

[FL（K2]（4） 测量小灯泡的电功率.

探究性实验9个：

（1）探究浮力大小与哪些因素有关；

（2）探究杠杆的平衡条件；

（3）探究水沸腾时温度变化的特点；

（4）探究光的反射规律；

（5）探究平面镜成像时像与物的关系；

（6）探究凸透镜成像的规律；

（7）探究电流与电压、电阻的关系；

（8）探究通电螺线管外部磁场的方向；

（9）探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件.

以上20个学生实验是修订版课程标准首次以“学生必做实验”的要求列出，这说明这些实验的重要性，学生实验是落实课程标准的重要载体，课余时间开放实验室是解决少数民族地区农村初中实验器材不足，实验课时少，课时分散的有效途径，鼓励学生自己动手多做课外实验.

3.4指导学生课外小制作、小实验

利用日常生活中的材料，如废牙刷、牙膏皮、一次性输液管、小药瓶、矿泉水瓶、塑料吸盘、易拉罐等，根据所学过的原理、方法，设计与制作同学们熟悉的有关物理仪器，完成一些简单有趣的物理实验，如用小药瓶、矿泉水瓶制作简易的浮沉子；用两个塑料吸盘做“模拟马德堡半球实验”等.

总之，《物理课程标准》对初中物理教学中的实验教学提出了更高的要求，少数民族地区物理教育工作者，都面临着新的挑战和机遇，教师要积极投身于物理课程改革中，关注民族教育，关注物理实验教学研究，充分发挥物理实验教学的作用，为提高少数民族地区教育教学质量尽一份力.

面的方向，而竖直向下的方向就是和水平面垂直向下的方向，不是和地球切面垂直向下的方向.所以说重力的方向是竖直向下，而不是指向地心.

随着地球纬度的变化，重力的大小和方向都有一定的变化.

但因为向心力远小于万有引力（由公式可知），重力的大小变化不明显，方向的变化也不明显，一般近似地认为重力方向指向地心；近似地认为重力是万有引力.

链接2飞机的飞行高度

中型以上长航线（短航线的飞机一般在6000米至9600米飞行）的民航飞机都在海拔7000千米～12000千米的给定的高空飞行.飞机飞行共分为6个高度层，第1～6层依次是：7000千米、8000千米、9000千米、10000米、11000千米、12000千米.

飞行时，以正南正北方向为零度界限，凡航向偏右（偏东）的飞机飞偶数高层，即8000千米、10000米、12000千米高度层；凡航向偏左（偏西）的飞机飞奇数高度层，即7000千米、9000千米、11000千米高度层. 如从北京飞往杭州，杭州位于北京南面偏东方向，飞机飞偶数高度层，回程则飞奇数高度层.这样，相向飞行的飞机不在同一高度，可以避免相撞.

2温度随高度变化图为何一反常态，教学怎样设计效果会更好

图4是与教材完全类似的图片，按常规的说法应该是“高度随温度的变化图”，因横坐标常为自变量，纵坐标常为因变量.但描述的却是“温度随高度的变化图”，有的教师上课时，将图4翻转后变成图5，目的是“纠偏”，使之走上“常规”.教材中的画法却一反常态？这部分内容怎样设计教学效果才会更好呢？

人们对大气层高度理解的习惯认知是上、下方位的，高度作为纵坐标非常自然和贴切，与生活习惯完全相符，如图4看起来也特别顺眼.尽管与常规的自变量和因变量的位置反了，但并不碍事.其实没有特别规定横坐标、纵坐标所对应的是自变量还是因变量，只是习惯成自然而已.前述，教师将图进行翻转，“纠偏”走上“正规”，是一种可行的方法，使之与习惯对接.但整个教学需要十分重视暴露转换的思想和过程，使学生明确其目的和意义.

有的教师使用了表1所示的高度和温度对应的一些数据，让学生在坐标上描点，明白图4是怎样描绘出来的，来呈现认知的过程.

表1

高度/km

0

5

9

12

20

30

50

60

70

86

97

106

温度/℃

19

9

37

65

57

48

13

25

49

81

63

75

教学效果更好的是有的教师先出示一张照片（图6），提出思考和讨论：

（1）富士山的山顶冰天雪地，山脚却郁郁葱葱，这说明了什么？——高度越高，温度越低.

（2）如果山的高度能达到10千米、100千米，温度变化情况还是这样吗？

其实温度的变化并非如此简单.若有一支温度计，它能测出极大范围内的温度.当将它的位置在大气层中逐渐升高时，温度计内的液面位置将会呈现十分复杂的变化，如图7所示.请学生说说温度随高度变化的规律.如果建立一个坐标系，请用一条图线来表示温度随高度变化的规律.然后教师直接将温度计内的液面连接起来，动态地描绘出温度变化的光滑曲线，如图8所示.在温度随高度的变化图像中，自变量是高度，因变量是温度.我们通常习惯于将自变量设为横坐标，将因变量设为纵坐标.按照习惯的做法，请将温度随高度变化的图像进行转化，如图8所示.

这样的教学设计，我们感受到了两个量之间的变化关系，很是生动.所以帮助学生建构图形、概念等的形成过程，动态、生动的感知过程的发展变化，非常有利于学生高阶思维的培养.

3为什么温度随着高度的增加呈现出4种不同的变化曲线

（1） 对流层（0～12 km）：地面低层大气主要的热源是地面辐射，大气离地面越远，地面辐射越少，温度会越低.

（2）平流层（12～55 km）：在平流层的大气中有臭氧（层），能够吸收紫外线，紫外线就是平流层的主要热源.所以这一层大气的温度会随高度增加而升高.

（3）中间层（55～85 km）：中间层的热源源于平流层，因此离平流层越远的部位温度越低，温度随高度增加而降低.

（4）暖层和外层（85 km以上）： 地面辐射几乎为零，臭氧几乎没有，大气受太阳辐射和宇宙物质等影响，逐渐升温.

这部分内容是教材中基本没有的，在教学中教师是否需要涉及，一看教师对课程和教材的理解；二看所在学校的学生程度如何；三看教学时间是否足够.但作为教师必须对此有所了解，包括看任何一册教材产生的所有疑惑，需要逐个加以解决.

4大气层的厚度与地球的比例用苹果皮与苹果类比是否恰当

有的教师对大气层的厚度作了一个类比：地球像一个苹果（或橘子），大气层就是苹果皮（或橘子皮），如图9所示（很漂亮、很精致）.这样的类比恰当吗？

地球的直径为12756千米.大气层的厚度一般取1000千米.它们之间相差约13倍.我们用刀一层一层地削苹果，一般大小的苹果可以削30来层，由此看来这个比例不是太恰当.

再者，苹果的果实由子房和花托等发育而成.削掉的最外一层皮是花萼外层形成的，果肉是由花萼内层、花冠、雄蕊基部和子房壁外中部形成的.子房壁内层形成木质化不可食用的內果皮.再往内就是胚珠形成的种子如图10所示.

像苹果果实由子房及其它的部分参与发育而成，属于假果.真果的果实仅由子房发育而成，如图11所示.真果和假果的可食用部分主要是果皮中的部分，如桃子，可食用的部分主要是果皮中的“中果皮”，外果皮就是削掉的最外一层皮，内果皮（核）是不能吃的.生活中果皮的概念与科学中的果皮的概念是完全不同的.故从科学角度分析，用苹果皮和苹果的比例类比大气层和地球是不恰当、不科学的.这里的科学概念和生活形象存在着较大的差异.

子房

子房壁发育成果皮

胚珠珠被发育成种皮

卵细胞（1个）+精子（1个）融合受精卵发育成胚

极核（2个）+精子（1个）融合受精极核发育成胚乳

种子果实

在教学设计或教学时，教师需要对自己所下的结论等事先作一个十分细致的学习、咨询、查询和分析等，让我们的教学即生动活泼又科学严谨.

苹果、梨、草莓、无花果、桑葚、菠萝（凤梨）

像桃子是真果，真果的果皮是由子房壁发育成的，明显地分为外、中、内三层：外果皮由一层表皮和数层厚角细胞形成，表皮外面有很多柔毛；中果皮由大型的薄壁细胞和维管束形成，是食用的主要部分；内果皮坚硬，由许多木质化的石细胞形成，成为坚硬的核，里面含有种子.真果中除了种子以外，其它部分都是果皮.所以像桃子这样的真果，可食用的部分主要是果皮中的“中果皮”.

像苹果是假果，假果的结构比较复杂，详见上文.所以像苹果这样的假果，可食用的部分主要是“外果皮、中果皮等”.

综上所述，水果可食用的部分不能说是果皮，应该是果皮中的部分.