有关地球自转物理现象的探究

在课堂上我们学习了地球自转的运动规律及意义。作为一种基本的运动形式, 自转即地球绕其自转轴的旋转运动。由于自转的存在产生了很多自然现象, 但地球上还有很多现象对我们来说是迷团或疑团。在物理老师、地理老师等的指导下我们通过上网浏览查询、去图书馆查阅资料、咨询老师专家等方式获取了大量有用信息, 并对其认真分类整理、深入地进行了分析探究。

1我们现有的知识储备

(1) 自转的运动规律:方向、地轴空间指向、速度 (线速度、角速度) 、周期 (恒星日、太阳日) 。

(2) 自转产生的物理 (或地理) 现象——昼夜交替、时差地方时等。

根据地球自转的运动规律和意义, 我们已会分析并解释一些自然现象, 并对可能涉及自转的物理现象作了探讨, 现将我们的探究成果总结呈现出来。

2我们探究的成果呈现

(1) 如把照相机固定, 对准北极星附近的星空, 长时间曝光 (约1 0多个小时) , 就可以得到一幅北极星附近星辰的照片 (由中心向外发散的圆环, 各环及各段颜色不一, 像科幻片上的时间隧道) 。为什么照片上的恒星会呈现出这样的运动轨迹?

解析:这与地球自转轴简称地轴的空间指向有关。其北端始终指向北极星附近, 地球绕其自转轴不停地自西向东旋转运动, 如把照相机固定, 对准北极星附近的星空, 照到的中心即是北极星, 对于地球而言恒星的空间位置被看作是固定不动的。照片上的恒星会出现圆弧状轨迹, 这实际上是由于地球的自转, 照相机也随地球运动, 其结果是恒星看似运动起来了。在地球上的人看星辰运动其视运动则呈逆时针方向旋转运动。

(2) 地球的形状 (两极稍扁赤道略鼓的形状的球体) 为什么不是正球形?

解析:该现象涉及了一些物理原理, 我们在查阅资料的同时向物理老师进行了请教。原来地球自转所产生的惯性离心力, 使得地球由两极向赤道逐渐膨胀, 成为目前略扁的旋转椭球体的形状。这个椭球体的半长轴, 即地球赤道半径为6378.1千米;半短轴, 即地球的极半径为6356.8千米赤道半径比极半径约长2 1千米。扁率为1/2 9 8。

正因为地球自转形成了两极稍扁赤道略鼓的形状, 地球上同一质量的物体在不同纬度的地点重量是不同的。同一质量的物体为何重量不同呢?联想中学物理上所学的力学原理:地球表面的物体所受的重力近似等于地球对该物体的万有引力。 (重力公式:G=m g, 万有引力公式:F=G M m/R 2, 由二者相等可计算出g=G M/R 2, 不难推出重力加速度在赤道处最小, 且由赤道向两极递增) , 故物体的重力随着纬度增加越来越大。

(3) “坐地日行八万里, 巡天遥看一千河”该怎样解释?

解析:这是毛泽东的《送瘟神》诗词中的诗句, 其指的是在赤道上的情形。地球赤道周长约4万千米, 随着地球自转, 赤道上的自转线速度是约八万里一天, 即“坐地日行八万里”;在地球上看地球以外的天体, 一切天体似乎都位于一个以观测者为球心的球面上。随着地球的自转, 在赤道上看到的日月星辰数目最多, 即“巡天遥看一千河”。在赤道上能看到全天8 8个星座, 其他纬度则不能取得这种效果。

(4) 人造卫星宇宙飞船发射地的选择有何要求?

解析:人造卫星、宇宙飞船的发射地除对天气条件有明确的规定 (即要在多晴朗天气的地方) 外, 对发射地的纬度也有要求。较低的纬度可借助地球自转的速度和能量, 由地球自转产生的初速度很大, 可给待发射的人造卫星、宇宙飞船以较大的动能, 由此可减轻发射时所带燃料的质量, 可以节省发射人造天体的燃料成本。譬如神五、神六一直在酒泉发射, 为什么月球探测器的发射选择了西昌基地?我国这是出于地理位置的考虑, 因为纬度越低越好 (纬度低有利于节约燃料) 。目前我们国家的三个卫星发射场中, 只有西昌卫星发射中心的纬度是最低的, 因此探月发射定在西昌。另外月球探测器发射选择的是长三角火箭, 西昌的发射平台一直都是用来发射长三角火箭的, 这也有利于保障技术的稳定性。

(5) 为什么沿地表作水平运动的物体会发生偏向?

解析:地球上一切沿地表作水平运动的物体, 不论朝哪个方向运动, 都会偏离其初始的运动方向, 北半球向右偏, 南半球向左偏。为什么会出现这种现象呢?因为任何物体在运动的时候都有惯性, 总是力图保持保持原来的方向和速度, 在南北半球因为地球球形 (经纬网不平行) 的存在, 自转经过一段时间后看起来就会发生偏向, 促使水平运动物体方向发生偏离的力叫做地转偏向力。只有在赤道上, 水平运动没有右偏或左偏的现象, 因为那里的经线是相互平行的。地转偏向力对气流、洋流、河流都会产生影响, 例如在北半球, 无论是在广袤的平原还是在浩瀚的大海上出现的龙卷风, 它们的旋转方向大多是逆时针方向的;河流由南向北流动时, 河流东岸受侵蚀较厉害, 形成东岸地势较陡、西岸地势平坦的自然景观;火车由南向北快速行驶时, 右侧轨道上所受到的压力相对左侧大些。另外我们还分析了攀缘植物如丝瓜、牵牛花、紫藤的缠绕方向, 经认真观察发现它们都是呈逆时针方向缠绕的。这些现象都离不开地球的自转, 也是地球自转的有力证据。

我们还研讨了地震、火山与地球的自转有无相关性、板块构造理论的动力与自转产生的旋转能有无联系等。基于对知识的渴求和对奥秘的探询, 我们在知识的海洋中快乐遨游。真理愈辩愈明, 在探究中我们发现, 自转产生了很多自然现象, 其涉及的知识可谓包罗万象, 上至天文, 下到地理, 且与物理、化学、生物等学科知识密切相关。深入探究的过程是一个充实学习的过程, 探究中迁移到很多我们学过的自然规律和生活常识, 我们不仅丰富了学科知识、训练了自身的发散性思维, 还提高了运用所学解决问题的能力, 真正做到了知识迁移, 学以致用。

摘要：作为一种基本的运动形式, 自转即地球绕其自转轴的旋转运动, 在课堂上我们学习了其运动规律及意义。但自转产生的很多自然现象、物理现象对我们来说仍是迷团或疑团。在物理老师、地理老师等的指导下我们通过上网浏览查询、去图书馆查阅资料、咨询老师专家等方式获取了大量有用信息, 并对其认真分类整理、深入地从以下五方面进行了分析探究1、照片上的恒星呈现出的运动轨迹分析;2、地球的形状不是正球形的原因;3、“坐地日行八万里, 巡天遥看一千河”的科学解释;4、人造卫星宇宙飞船发射地的选择要求;5、沿地表作水平运动的物体会发生偏向的原因。

关键词：自转现象,分析探究,知识迁移