地球的圈层结构(教案)

第一章 行星地球

1.4 地球的圈层结构

教案

●从容说课

地球的圈层结构包括内部圈层和外部圈层。对内部圈层内容的教学，关键要使学生抓住地震波、横波、纵波的概念和特征，知道不连续面的含义，地震波传播速度的变化及原因，再引导学生分析教材23页图1.26，划分出地球的内部圈层。岩石圈概念的教学要据图讲授，划出范围，强调岩石圈与地壳的区别。外部圈层则要重点讲明各圈层的空间分布和物质形态，知道外部圈层是同心圈层。教学方法可采取多媒体演示，对内外圈层逐个显示和叠加，并初步使学生了解各圈层之间的相互联系。

●三维目标

知识与技能

1.了解地球的圈层构造，初步掌握地球内部圈层的组成和划分依据（有关地震波的基本知识、地震波在地球内部的传播情况及两个主要的不连续面）。

2.掌握地壳、地核、地幔的基本特征（界线、厚度、物理性状和物质组成等）。

3.了解地球的外部圈层——大气圈、水圈和生物圈的基本特征。

过程与方法

1.初步学会读地球内部地震波与地球内部圈层构造图，了解地球内部圈层的划分。

2.运用比较法学习各内部和外部圈层的特点。

情感、态度与价值观

1.通过地球内部圈层划分的教学，培养学生“本质是通过现象表现出来的，而现象总是表现本质”的辩证唯物主义观点。

2.通过教学对学生进行热爱自然、热爱科学的教育。

●教学重点

1.了解地球的内部圈层和外部圈层结构，并能概括出各圈层的主要特点。

2.利用“地震波的传播速度与地球内部圈层的划分示意图”，初步掌握读图分析技能。

●教学难点

1.地震波在地球内部传播速度的变化与地球内部物质组成的关系。

2.地球的内部圈层。

●教具准备

多媒体软件，地震波的传播速度与地球内部圈层的划分示意图，地球的内部圈层结构示意图，地球各内部圈层对比表，地球的外部圈层示意图

●课时安排

1课时

●教学过程

［新课导入］

前边我们学习了地球的宇宙环境，“谈天”是为了“说地”，整个地球不是一个均质体，而是一个由不同物质、不同状态组成的同心圈层结构，每个圈层的成分、密度、温度等各不相同。以地心为共同球心，地球圈层分为地球外圈和地球内圈两大部分。下面我们就来学习第四节——地球的圈层结构。

（板书）第四节  地球的圈层结构

师：我们先来看看地球的内部圈层。

（板书）一、地球的内部圈层

推进（新知识传授）

［教师精讲］

（知识拓展）

师：地球内部究竟是什么样子？钻探是了解地球内部情况的直接手段，最好把地球挖开来看看。我国地处江苏省东海县茆北村的亚洲第一井也就深5000多米，目前挖出来最深的井为12000 m，还不到地球半径的1/500，矿山的采挖就更浅了，目前最深的矿井可达3000 m。

目前的科学技术日新月异，载人宇宙飞船可以在外太空遨游，宇宙探测器甚至能飞出太阳系，可谓上天有路。然而对于我们脚下6371 km半径的地球，却至今还是入地无门。我们如何得知地球内部可划分为三大圈层呢？不妨借鉴一下夏季我们挑选西瓜的方法，为了能够吃到可口的西瓜，我们通常把西瓜托在手上，用另一只手敲打西瓜，靠听这种敲打产生的震动在西瓜内部传播的声音来判断西瓜的生熟、质量的优劣。我们也可以在地球内部制造某种震动，通过分析这种震动在地球内部传播的情况来了解地球的内部结构、组成。我们知道，地震常常给人类带来巨大的灾难，但对于科学工作者来说，地震波却带来了地球内部的信息。那么什么是地震波？

（板书）1.地震波

生：当地震发生时，地下岩层受到强烈的冲击会产生弹性震动，并以波的形式向四周传播。即地震波。

师：很好。地震波可以分为哪两类呢？

生：有纵波（P波）、横波（S波）之分。

（方法引导）

师：那么纵波（P波）和横波（S波）各有什么特性？（提示：地震波特性——速度、通过介质）

生：（看书讨论回答）纵波：传播速度快，可以通过固体、液体、气体传播。横波：只能通过固体传播。纵波和横波的传播速度都随着所通过物质的性质而变化。

师：正确。为什么能用地震波探测地内结构？

生：（讨论回答）地球内部物质性质不均一，不同深度上性状、组成不同。

［活动与探究］

探究课题：地震波的利用

探究内容：

（1）在莫霍面和古登堡面地震波波速的突然变化说明了什么问题？

（2）推测地幔和地核的物质状态可能是什么？

（3）我们还可以通过哪些渠道或方法获取地球内部的信息？

探究办法、过程：观察、分析、推理、讨论

探究结果：

（1）说明物质状态可能发生了变化。

（2）地幔物质是固态，地核物质状态可能是液态。

（3）还可以从火山喷发出来的物质、钻探得到的岩芯，来了解地球内部的信息。

师：地震波在地球内部的传播规律是怎样的？

（投影）地震波的传播速度与地球内部圈层的划分示意图（先投影左半部分，待学生分析推测后再投影右半部分进行对比）

生：地震波在地球内部的传播规律：总的趋势——速度随深度递增，但不均匀，有突变现象。

师：地震波在地下传播速度会发生变化，而某些地区一定深度处，地震波有明显的突变，这种波速发生突变处的层面叫不连续面。请大家看投影“地震波的传播速度与地球内部圈层的划分示意图”（左半部分），找出地球内部两个明显的不连续面，填写表格。

（叠加投影表格）不连续面的特征

生：（观察、讨论、回答、填表）

（方法引导）

师：（据学生回答逐个投影填充表格内容）

特 点 界 面	深  度	纵波、横波传播速度	发现者	发现时间
莫霍面	33 km	纵波、横波传播速度明显增加	莫霍洛维契奇	1909
古登堡面	2900 km	纵波速度明显下降，横波消失	古登堡	1914

师：两个明显的不连续面为什么会出现？

生：不连续面上下的物质性状发生了变化。

师：根据两个最主要的不连续面，地球内部可划分为几个圈层？

生：三个圈层。（对比）

 

师：很好。再看投影的右半部分，地球被分成哪几个圈层？

生：地壳、地幔、地核。

师：（投影）地球的内部圈层示意图

生：（指认地球的内部圈层：地壳、地幔、地核）

师：下面大家一起来研究这三个圈层。

（板书）2.地球内部圈层的划分

（投影）地球的内部圈层结构示意图

师：请看图说出三个圈层的划分依据、两个最主要的界面、各圈层的范围。

生：地壳、地幔、地核的划分依据是莫霍面和古登堡面。莫霍面以上是地壳，莫霍面和古登堡面之间是地幔，古登堡面以下是地核。

师：很好。根据地震波的传播状况，判断地幔的形态是怎样的？

（合作探究）

生：（讨论回答）固态，因为横波能通过。

师：软流层的位置和形态是怎样的呢？

生：（讨论回答）软流层在上地幔的上部，由于这层放射性元素大量集中蜕变生热温度高，呈融熔状态。

师：答的很不错。岩石圈与地壳有什么区别与关系？

生：（讨论回答）范围和界面不同。岩石圈包括地壳和上地幔的顶部，物质都由坚硬的岩石组成。

师：很好。根据地震波来分析，地核又分为外核与内核，外核形态是怎样的？

生：（讨论回答）因为横波不能通过，所以外核是液态，温度高于熔点。

师：那内核的形态呢？

生：（讨论回答）固态，因为地震波速度加快，随深度增加压力和密度都增大，其熔点升高得比温度升得快。

（知识拓展）

师：刚才同学们作了细致的观察和分析，回答得很正确。我们下面作一个全面的分析。地壳：在地面以下，莫霍面以上，由岩石组成。大陆部分的平均厚度为33 km，大洋地壳的平均厚度为5～8 km，整个地壳平均厚度为17 km。地壳最厚的地方在青藏高原。地壳又分为双层结构：上层是硅铝层，下层是硅镁层，在大陆地壳中，两个层次都有；在大洋地壳中，硅铝层变薄甚至缺失。所以大洋地壳比较薄。

地幔：地幔的范围是从莫霍面到古登堡面，它位于地壳与地核之间，是三大圈层中的中间层，厚度为2800多千米。根据地震波的传播状况可把地幔分为上地幔和下地幔两层，地幔圈占了地球大部分的质量。在上地幔的上部，有一个物质呈融熔状态的软流层，一般认为软流层是岩浆和地震的发源地。软流层物质仍是岩石（主要是橄榄岩、榴辉岩等），为硅酸盐类、氧化物等。由于这层放射性元素大量集中蜕变生热温度高，岩石处于塑性状态，局部地区呈融熔流动状态，犹如倾倒的浆糊。根据地震波变化情况推测，软流层物质的物理性状与上下层物质都不同，并构成一个圈层，在地质构造学中称软流圈。软流圈层厚度范围并不是从莫霍面算起，约在地下60～250 km，它属上地幔部分，但位置并不在地幔的顶部。因此，软流圈层与地壳之间（即与莫霍面之间）还有一层物质存在，即上地幔的顶部，也是岩石，并构成了一个圈层，它和地壳共同组成了岩石圈。

岩石圈是指软流层以上的部分，物质由岩石组成，包括地壳的全部和上地幔的顶部。

地核：因为横波不能通过外核，所以外核部分呈液态，主要成分是铁镍等重金属元素，而液态铁的运动形成一个巨大的磁场。因为地震波速度在内核处加快，随着深度增加，压力和密度都增大，其熔点升高得比温度升得快，所以内核呈固态。

（投影）表格

内部圈层	组  成	分  层	状  态	地理意义
地  壳	岩石	硅铝层	固态
		硅镁层
地  幔	富含铁镁的硅酸盐类	上地幔	固态	岩浆和地震
		下地幔
地  核	铁镍等重金属元素	外核	液态	磁场
		内核	固态

师：（小结）可以用半熟的鸡蛋来形象直观地记忆地球内部圈层的划分和物质组成。蛋壳为地壳；蛋白为地幔，由于是半熟，所以有些蛋白浆代表软流层中的岩浆；蛋壳与蛋白之间的膜和地壳合起来就是岩石圈；蛋黄为地核。

我们了解了地球的内部圈层，我们再来学习地球的外部圈层。

（板书）二、地球的外部圈层

师：地球外部圈层包括大气圈、水圈和生物圈，一般用直接观测和测量的方法进行研究。首先看大气圈有什么特点？

（板书）1.大气圈

（投影）地球外部圈层示意图

生：物质组成——气体和悬浮物。主要成分：氮和氧。

师：很好。大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层，它包围着海洋和陆地。大气圈没有确切的上界，在2000～16000千米高空仍有稀薄的气体和基本粒子。在地下，土壤和某些岩石中也会有少量空气，它们也可认为是大气圈的一个组成部分。地球大气的主要成分为氮、氧、氩、二氧化碳和不到0.04％比例的微量气体。由于地心引力作用，几乎全部的气体集中在离地面100千米的高度范围内，其中75％的大气又集中在地面至10千米高度左右的对流层范围内。

再来看水圈有什么特点？

（板书）2.水圈

生：由地球表面水体构成，连续但不规则。包括地表水、地下水、大气水、生物水等。水圈的水在不断地循环运动之中。

师：水圈包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水等，它是一个连续但不很规则的圈层。从离地球数万千米的高空看地球，可以看到地球大气圈中水汽形成的白云和覆盖地球大部分的蓝色海洋，它使地球成为一颗“蓝色的行星”。如果整个地球没有固体部分的起伏，那么全球将被深达2600米的水层所均匀覆盖。大气圈和水圈相结合，组成地表的流体系统。

师：生物圈有什么特点呢？

（板书）3.生物圈

生：是地球表层生物及其生存环境的总称。占有大气圈的底部、水圈的全部、岩石圈的上部。

师：很好。由于存在地球大气圈、地球水圈和地表的矿物，在地球上这个合适的温度条件下，形成了适合于生物生存的自然环境。人们通常所说的生物，是指有生命的物体，包括植物、动物和微生物。据估计，现有生存的植物约有40万种，动物约有110多万种，微生物至少有10多万种。据统计，在地质历史上曾生存过的生物约有5亿～10亿种之多，然而，在地球漫长的演化过程中，绝大部分都已经灭绝了。现存的生物生活在岩石圈的上层部分、大气圈的下层部分和水圈的全部，构成了地球上一个独特的圈层，称为生物圈。生物圈是太阳系所有行星中仅在地球上存在的一个独特圈层。

小结：地球所有的外部圈层是相互渗透、相互影响，甚至相互重叠的，在太阳和人类生活的参与下，整个地球生机盎然；同时，它们起着保护地球的作用，可以减弱太阳和宇宙辐射对地表的影响，减少宇宙中的陨石对地球表面的撞击。外部各圈中的物质运动和循环，是促使地表物质和形态演变的重要动力。

 小结：今天我们学习了地球的圈层结构，知道地球内部的三个圈层和外部的三个圈层。下面大家来做些巩固习题。

练习：

1.填表

特 点 界 面	深  度	纵波、横波传播速度	发现者	发现时间
莫霍面
古登堡面

2.填表

内部圈层	组  成	分  层	状  态	地理意义
地  壳
地  幔
地  核

3.地球外部圈层包括________、________、________。

4.水圈有什么特点？

5.生物圈的范围。

（布置作业）：填图册第四节

答案：

1.填表

特点界面	深  度	纵波、横波传播速度	发现者	发现时间
莫霍面	33 km	纵波、横波传播速度明显增加	莫霍洛维契奇	1909
古登堡面	2900 km	纵波速度明显下降，横波消失	古登堡	1914

2.填表

内部圈层	组  成	分  层	状  态	地理意义
地  壳	岩石	硅铝层	固态
		硅镁层
地  幔	富含铁镁的硅酸盐类	上地幔	固态	岩浆和地震
		下地幔
地  核	铁镍等重金属元素	外核	液态	磁场
		内核	固态

3.大气圈  水圈  生物圈

4.连续但不规则。包括地表水、地下水、大气水、生物水等。

5.占有大气圈的底部、水圈的全部、岩石圈的上部。

●活动与探究

探究课题：认识地球的圈层结构

探究内容：

（1）理解下列观点，选择一个写出一篇小论文。

人类生活的地球表面是岩石圈、大气圈、生物圈、水圈等共同作用的界面，它具有三个特点：A.它是一个开放的系统，与系统外的宇宙空间和地球内部始终保持着物质和能量联系；B.它是一个不均一的层面，存在明显的地域差异；C.它在不断的变化着。

（2）你认为要真正认识人类生活地球表层，需要了解哪些方面的知识，把他们列出来，交给老师。

（3）用厚纸板剪成扇状，在上面画出地球内部圈层，注明厚度、界面、名称。

探究办法、过程：上网或到图书馆查阅资料，小组探究并提交作业。

探究结果：小论文，剪纸制作。学生更进一步掌握了地球的圈层结构。