地轉(zhuǎn)偏向力的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及表現(xiàn)舉例

張倩茹　張　婷

本文通過(guò)設(shè)計(jì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了地轉(zhuǎn)偏向力的存在，并例舉了它對(duì)自然現(xiàn)象、生產(chǎn)生活的影響。

一、問(wèn)題提出

在高一的地理課本中講道：由于地球自轉(zhuǎn)，地球表面的物體在沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生一定的偏轉(zhuǎn)，在北半球向右偏轉(zhuǎn)，在南半球向左偏轉(zhuǎn)。真的會(huì)這樣嗎?我們能否用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這一結(jié)論呢?為此，在老師的幫助下，我們?cè)O(shè)計(jì)并完成了下面兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。

二、活動(dòng)目的

研究和驗(yàn)證沿地表做水平運(yùn)動(dòng)物體的地轉(zhuǎn)偏向現(xiàn)象。

三、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)

實(shí)驗(yàn)一

實(shí)驗(yàn)工具：傘、紅墨水。

實(shí)驗(yàn)步驟：

(1)甲同學(xué)撐開(kāi)傘，站在一個(gè)空曠的地方，抬頭仰視傘面內(nèi)側(cè)(排除其它因素對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的影響)。

(2)甲同學(xué)順時(shí)針地轉(zhuǎn)動(dòng)傘。乙從傘頂往下看則為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，所以模擬的是北半球的地球自轉(zhuǎn)。

(3)乙同學(xué)向轉(zhuǎn)動(dòng)的傘面頂部滴紅墨水(模擬沿水平方向做運(yùn)動(dòng)的物體)。

(4)觀察紅墨水的流動(dòng)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)墨水向運(yùn)動(dòng)方向的右邊偏轉(zhuǎn)。

(5)甲同學(xué)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)傘，乙同學(xué)在傘面上滴紅墨水，觀察到墨水向左偏轉(zhuǎn)(模擬南半球沿地表做水平運(yùn)動(dòng)物體的地轉(zhuǎn)偏向現(xiàn)象)。

結(jié)論1：地轉(zhuǎn)偏向力在北半球向右偏轉(zhuǎn)。

結(jié)論2：地轉(zhuǎn)偏向力在南半球向左偏轉(zhuǎn)。

不足：①?zèng)]有模擬出越過(guò)赤道后的地轉(zhuǎn)偏向現(xiàn)象。②沒(méi)有模擬出緯向運(yùn)動(dòng)的地轉(zhuǎn)偏向現(xiàn)象。③傘面轉(zhuǎn)動(dòng)與地球自轉(zhuǎn)的實(shí)際差別很大。

改進(jìn)措施：①加快傘的旋轉(zhuǎn)速度。②重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)二

實(shí)驗(yàn)用具：地球儀、繩子、一個(gè)小木塊。

實(shí)驗(yàn)步驟：

(1)用繩子拴住小木塊，套在地球儀的北極點(diǎn)上(北半球其它點(diǎn)也可以)，讓它自由下垂，不轉(zhuǎn)動(dòng)地球儀時(shí)，木塊運(yùn)動(dòng)路線與經(jīng)線重合；當(dāng)自西向東轉(zhuǎn)動(dòng)地球儀時(shí)，發(fā)現(xiàn)小木塊向右偏轉(zhuǎn)。

(2)讓小木塊沿著赤道運(yùn)動(dòng)，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)地球儀，發(fā)現(xiàn)小木塊不偏轉(zhuǎn)。

(3)將地球儀的南極朝上，用繩子拴住小木塊，套在地球儀的南極點(diǎn)上(南半球其它點(diǎn)也可以)，讓它自由下垂，不轉(zhuǎn)動(dòng)地球儀時(shí)，木塊運(yùn)動(dòng)路線與經(jīng)線重合；當(dāng)自西向東轉(zhuǎn)動(dòng)地球儀時(shí)，發(fā)現(xiàn)小木塊向左偏轉(zhuǎn)。

原因分析：沿地表做水平運(yùn)動(dòng)的物體由于慣性的作用，總是力圖保持原來(lái)的方向和速度。如下圖，在北半球，質(zhì)點(diǎn)向北沿經(jīng)線取A₁B₁。方向做水平運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，經(jīng)線L₁轉(zhuǎn)至L₂位置。沿經(jīng)線方向運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，由于慣性，必然保持原來(lái)的方向和速度，取A₂B₂的方向前進(jìn)，這時(shí)在L₂位置上的人看來(lái)，運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)已經(jīng)離經(jīng)線方向而向右偏了。

結(jié)論：由于地球自轉(zhuǎn)，地球表面的物體在沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生一定的偏轉(zhuǎn)，在北半球向右偏轉(zhuǎn)，在南半球向左偏轉(zhuǎn)。

四、定量描述

在《地球概論》一書(shū)中可以查到地轉(zhuǎn)偏向力的大小：f=2vωsinφ。f為單位質(zhì)量物體的地轉(zhuǎn)偏向力的大小；v為物體的水平運(yùn)動(dòng)速度的大??；ω為地球自轉(zhuǎn)的角速度；sin是正弦函數(shù)；φ為物體所處的緯度。方向?yàn)榇怪庇谖矬w速度的水平分量方向，北半球向右，南半球向左。

五、實(shí)際應(yīng)用

地轉(zhuǎn)偏向力會(huì)對(duì)洋流、河流、風(fēng)及其它具有水平運(yùn)動(dòng)的事物產(chǎn)生影響。如南亞地區(qū)夏季風(fēng)的形成、秘魯寒流在流動(dòng)中呈離岸的趨勢(shì)、一條大河的兩岸所受到的不同侵蝕。

在生活中還可以看到下面的例子。

1、水漩渦的形成

當(dāng)我們打開(kāi)水龍頭向塑料桶中注水時(shí)，當(dāng)水庫(kù)放水(放水口在水下)時(shí)，水槽放水時(shí)等，都會(huì)看到在水面形成漩渦。注水時(shí)呈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，放水時(shí)呈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。因?yàn)楫?dāng)向桶中注水時(shí)，水從注水點(diǎn)向四周流動(dòng)，北半球在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下右偏，漩渦呈順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。南半球則呈逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。放水時(shí)表面水都流向下層出水點(diǎn)，北半球在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下右偏，漩渦呈逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。南半球則呈順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。例如，在洗碗池中放滿水，打開(kāi)放水口，可發(fā)現(xiàn)在放水口形成一個(gè)逆時(shí)針?lè)较蜉椇系匿鰷u。不過(guò)江河中的漩渦不一定符合這一規(guī)律，因?yàn)樗€受到河床特征的影響。

2、車輛和行人靠右行

不是所有國(guó)家或地區(qū)的車輛和行人都靠右行，但靠右行是最為合理的。因?yàn)榭孔笮?，北半球車輛在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下右偏，都偏向道路中間，更容易與對(duì)面過(guò)來(lái)的車輛相撞，發(fā)生車禍的頻率會(huì)更高。而靠右行，北半球車輛在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下右偏，都偏向路邊，路邊是司機(jī)開(kāi)車注意力的集中點(diǎn)，司機(jī)會(huì)不斷調(diào)整方向來(lái)保證行車安全。

車輛靠右行導(dǎo)致人也靠右行，這樣更安全些。由于長(zhǎng)期習(xí)慣，所以人們無(wú)論在哪里行走都喜歡右行。

3、跑道上逆時(shí)針跑行

在跑道上跑行，人們總喜歡沿逆時(shí)針?lè)较?。因?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较蚺埽趶澋捞帟r(shí)，地轉(zhuǎn)偏向力向外，而人體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向內(nèi)的向心力，二力方向相反，更易平衡，過(guò)彎道處不易跌倒。若順時(shí)針?lè)较蚺?，在彎道處時(shí)，地轉(zhuǎn)偏向力和人體做圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的向心力方向相同，不易平衡，過(guò)彎道處時(shí)易跌倒。