例析高中物理知識(shí)與地理知識(shí)的相互滲透

彭柱敏

當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)是自然科學(xué)的各個(gè)分支正加速橫向聯(lián)系，學(xué)科之間的相互交錯(cuò)和滲透日漸加深，各學(xué)科的成果互為利用范圍日益擴(kuò)大。在物理教學(xué)中也常常涉及到其他學(xué)科的知識(shí)，如數(shù)學(xué)、化學(xué)、生物、地理等學(xué)科的知識(shí)。以下是在高中物理教學(xué)中經(jīng)常會(huì)遇到的物理知識(shí)與地理知識(shí)相互滲透的問(wèn)題。

1 力學(xué)知識(shí)與地理知識(shí)的相互滲透

1.1 重力加速度受地理位置的影響。

例1、很久以前，有一位商人向紐約商人購(gòu)買了6000t小麥，用彈簧托盤秤仔細(xì)過(guò)秤，把小麥裝上貨船，船由紐約起航到達(dá)厄瓜多爾首都基多，卸貨時(shí)，商人又用彈簧托盤秤又秤了一遍，驚訝地發(fā)現(xiàn)，小麥競(jìng)?cè)簧倭嗽S多。小麥究竟少了多少？

解答：由人教版高中物理教科書(shū)必修一第44頁(yè)圖表可知重力加速度值。紐約位于北緯44°40'，重力加速度為9.803 m/s2，基多位于赤道，重力加速度為9.780m/s2，在兩地都用彈簧秤稱，讀出的示數(shù)應(yīng)該是小麥所受到的重力，而非質(zhì)量。因?yàn)閙=示重/g，根據(jù)質(zhì)量不隨位置的改變而改變，所以示重1/ g1=示重2/g2，可計(jì)算出小麥?zhǔn)局厣倭?4t。

在這個(gè)例子中，用彈簧托盤秤稱小麥少了，是因?yàn)樵诘厍蛏喜煌奈恢胓值不同的緣故。地球是一個(gè)不規(guī)則的球體，赤道半徑（6378km）略大于極半徑（6357km），而在地球外部，離地心越遠(yuǎn)，g值越小。所以小麥在紐約和在基多的示重不一樣。

1.2 地球自轉(zhuǎn)對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響。

例2、由上海飛往洛杉磯的飛機(jī)與由洛杉磯返航飛往上海的飛機(jī)，若往返飛行速度相同，且飛經(jīng)太平洋上空時(shí)等高勻速飛行，這兩種情況下飛行時(shí)間相同嗎？

解析：上海的地理位置為東經(jīng)120°，北緯30°，洛杉磯的地理位置為西經(jīng)120°，北緯30°，由上海到洛杉磯飛機(jī)是由西向東飛，由洛杉磯飛往上海是由東向西飛，由于地球自西向東自轉(zhuǎn)，兩次飛行時(shí)間不同，由上海飛往洛杉磯飛行時(shí)間較長(zhǎng)。

2 光學(xué)知識(shí)與地理知識(shí)的相互滲透

2.1 利用光在同一媒質(zhì)中沿直線傳播解釋日食、月食現(xiàn)象。

例4、解釋日食和月食現(xiàn)象？

日食的形成：

當(dāng)月球運(yùn)動(dòng)到太陽(yáng)和地球之間，且日、地、月三者基本上位于同一條直線時(shí)，就會(huì)發(fā)生日食。此時(shí)地球上進(jìn)入月球A區(qū)域的觀察者可觀察到日全食，進(jìn)入月球B區(qū)域的觀察者可觀察到日環(huán)食，進(jìn)入C區(qū)域的觀察者可觀察到日偏食。

月食的形成：

當(dāng)月球進(jìn)入地球半影，如圖中B位置時(shí)，整個(gè)月球依然可見(jiàn)，并不虧缺，只是亮度比在地球影錐外（如圖中A）時(shí)有所減弱，但人眼感覺(jué)不到這種減弱。因此月球進(jìn)入地球半影時(shí)并不發(fā)生月食。（天文學(xué)上稱為半影月食）。

地球本影長(zhǎng)度為1382000km，約為月地平均距離的3.6倍，地球本影的垂直截面直徑為9200km左右，這個(gè)寬度可以容得下將近3.6個(gè)月球。因此，當(dāng)月球觸及地球本影時(shí)，寬大的本影不可能僅僅掩蝕月球的中心部分而出現(xiàn)月環(huán)食。

當(dāng)月球從地球本影邊緣經(jīng)過(guò)，僅部分進(jìn)入本影（如圖中C），這時(shí)地球上的觀察者將觀察到月偏食。

當(dāng)月球全部進(jìn)入地球本影（圖中D）時(shí)，地球上的觀察者將觀察到月全食。

2.2 利用光的折射解釋海市蜃樓現(xiàn)象。

海市蜃樓是光在密度分布不均的空氣中傳播時(shí)發(fā)生的全反射而產(chǎn)生的。夏天，海面上的下層空氣溫度比上層低，密度比上層大，折射率也比上層大。把海面上的空氣看作是由折射率不同的許多水平氣層組成的，遠(yuǎn)處的景物發(fā)出的光線射向空中時(shí)，不斷被折射，越來(lái)越偏離法線方向，進(jìn)入熱氣層的入射角不斷增大，當(dāng)光線的入射角增大到臨界角時(shí)，在天空的某一氣體層面發(fā)生了全反射現(xiàn)象。反射后的光線射向下層，經(jīng)不斷折射，由于下層空氣折射率大，光線越來(lái)越靠近法線方向，進(jìn)入下一氣層的入射角不斷減小，光線越來(lái)越偏離水平方向，最后斜向下射入人眼里，光線好象是從遠(yuǎn)處天空斜射下來(lái)一樣。所以人們看到的蜃景是懸掛在空中的。

3 熱學(xué)知識(shí)與地理知識(shí)的相互滲透

自然界中有這樣一種現(xiàn)象：不管白天西風(fēng)多強(qiáng)，一般在傍晚時(shí)總會(huì)停息，這就是所謂的西風(fēng)夜息現(xiàn)象。

風(fēng)是空氣水平運(yùn)動(dòng)形成的。由于地球是一個(gè)球體，地球上不同緯度的地方太陽(yáng)輻射強(qiáng)度不同，從而在不同緯度帶上氣溫也不同，就是在同一緯度帶上，地表的性質(zhì)也是千差萬(wàn)別的，不同地點(diǎn)的氣溫也不相同，從而地表的氣壓值也各不相同，在不同的地方就出現(xiàn)了氣壓梯度，從而引起空氣從高氣壓的地方流向低氣壓的地方，這就是風(fēng)。

根據(jù)風(fēng)的成因，就很容易解釋西風(fēng)夜息的現(xiàn)象。白天時(shí)吹強(qiáng)勁的西風(fēng)說(shuō)明西面的氣壓比我們所在地的氣壓要高，有一定的氣壓差值，產(chǎn)生了氣壓梯度。隨著夜晚的到來(lái)，太陽(yáng)西移，西面的日照加強(qiáng)，氣壓變低，相反，我們所在地的日照減弱，氣壓逐漸變高，這樣兩地的氣壓梯度就會(huì)減小甚至反轉(zhuǎn)，西風(fēng)也漸漸減弱乃至停止了。

4 電磁學(xué)知識(shí)與地理知識(shí)的相互滲透

地磁場(chǎng)就象一個(gè)巨大的條形磁鐵的磁場(chǎng)，磁感線由地理南極指向地理北極（地球外部）。

例5、在我國(guó)領(lǐng)空勻速巡航的飛機(jī)，機(jī)翼保持水平，飛機(jī)高度不變。由于地磁場(chǎng)的作用，金屬機(jī)翼上有電勢(shì)差。設(shè)飛行員左方機(jī)翼末端的電勢(shì)差為U1，右方機(jī)翼末端的電勢(shì)差為U2，則：

A、 若飛機(jī)從西往東飛，U1比U2高

B、 若飛機(jī)從東往西飛，U2比U1高

C、 若飛機(jī)從南往北飛，U1比U2高

D、 若飛機(jī)從北往南飛，U2比U1高

解析：我國(guó)位于北半球，地磁場(chǎng)的豎直分量向下。飛機(jī)兩翼是金屬材料做成的，可視為一垂直飛行方向切割豎直向下的磁感線的導(dǎo)體棒，磁場(chǎng)水平分量對(duì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)無(wú)貢獻(xiàn)，由右手定則知四指總是指向飛機(jī)左翼末端，故總是左邊機(jī)翼電勢(shì)高。所以A、C是正確的。

隨著各學(xué)科知識(shí)向縱深方向的發(fā)展，學(xué)科之間的聯(lián)系越來(lái)越緊密，在物理學(xué)中不僅滲透了地理知識(shí)，同時(shí)還與其他學(xué)科也發(fā)生著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，還有待于更深入的研究。