地轉(zhuǎn)偏向力實驗的補充思考

白鵬

第一部分：經(jīng)典實驗重現(xiàn)

地轉(zhuǎn)偏向力是高中地理的一個重點、難點知識，為了幫助學(xué)生理解這一知識點，教師經(jīng)常會用一個實驗來演示地轉(zhuǎn)偏向力，具體做法如下：

實驗用材：撐開的雨傘，清水水或墨等。

實驗步驟：

（1）將雨傘撐開，在雨傘上滴適量的墨水滴。

（2）正確模擬地球自轉(zhuǎn)方向，進行旋轉(zhuǎn)。

（3）觀察并描述墨滴流痕的偏轉(zhuǎn)方向。

（4）擦干上一步實驗痕跡后，改變傘的旋轉(zhuǎn)方向，模擬另一極的偏轉(zhuǎn)情形。

實驗結(jié)論：

通過本實驗，可證明地表物體做水平運動時，運動方向會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在北半球向右偏，南半球左偏。

第二部分：實驗缺陷

這一地理演示實驗，可以將“地表物體做水平運動時，運動方向會發(fā)生偏轉(zhuǎn)”這一抽象的地理原理直觀的展示在學(xué)生眼前，對教學(xué)很大的幫助，但它也存在幾個明顯的不足，其中最主要的一條就是：僅演示出了物體沿經(jīng)線方向運動時的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，沒能模擬出物體緯向運動時的地轉(zhuǎn)偏向現(xiàn)象。

對于緯向運動的地轉(zhuǎn)偏向現(xiàn)象，經(jīng)典力學(xué)有過這樣的解釋：

地轉(zhuǎn)偏向力可分解為水平地轉(zhuǎn)偏向力和垂直地轉(zhuǎn)偏向力兩個分量。由于赤道上地平面繞著平行于該平面的軸旋轉(zhuǎn)，空氣相對于地平面作水平運動產(chǎn)生的地轉(zhuǎn)偏向力位于與地平面垂直的平面內(nèi)，故只有垂直地轉(zhuǎn)偏向力，而無水平地轉(zhuǎn)偏向力。由于極地地平面繞著垂直于該平面的軸旋轉(zhuǎn)，空氣相對于地平面作水平運動產(chǎn)生的地轉(zhuǎn)偏向力位于與轉(zhuǎn)動軸相垂直的同一水平面上，故只有水平地轉(zhuǎn)偏向力，而無垂直地轉(zhuǎn)偏向力。在赤道與極地之間的各緯度上，地平面繞著平行于地軸的軸旋轉(zhuǎn)，軸與水平面有一定交角，既有繞平行于地平面旋轉(zhuǎn)的分量，又有繞垂直于地平面旋轉(zhuǎn)的分量，故既有垂直地轉(zhuǎn)偏向力，也有水平地轉(zhuǎn)偏向力。

這一理論解釋雖然從本質(zhì)上說明了地轉(zhuǎn)偏向力的成因，解釋了物體緯向運動時的地轉(zhuǎn)偏向現(xiàn)象，但對于高中文科生而言，太過抽象，幾乎難以理解。需要探尋一種更加直觀的方法來幫助學(xué)生體會“方向偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象”。

第三部分：補充思考

要解釋物體緯向運動時的地轉(zhuǎn)偏向現(xiàn)象，必須清楚地球投影的相關(guān)知識。我們平常所繪制的地球側(cè)視圖一般都是采用“摩爾維特投影”，其特點是將緯線化成了與赤道平行的線（如右圖所示），這樣處理，大大簡化了地圖繪制的難度，基本上可以解釋完高中地理的所有知識，緯度在解釋“物體緯向運動時的地轉(zhuǎn)偏向現(xiàn)象”曝露出了它的漏洞。

如果換成“橫軸等積方位投影”這一問題就好解釋多了。橫軸等積方位投影地圖特點是：赤道和中央經(jīng)線為相互正交的直線，緯線為凸向?qū)ΨQ于赤道的曲線，經(jīng)線為凹向?qū)ΨQ于中央經(jīng)線的曲線（如右圖所示）。

抽象出橫軸等積方位投影地圖中的經(jīng)緯網(wǎng)之后，我們就很容易解釋地表物體在任何方向上做水平運動時，運動方向的偏轉(zhuǎn)了。

一、沿經(jīng)線作水平運動物體運動方向的偏轉(zhuǎn)

我們知道，當(dāng)物體運動時，由于其本身的慣性作用，總是力圖保持其原來的運動方向和運動速度不變，如下圖甲中l(wèi)1上的三個虛線箭頭表示物體沿經(jīng)線最初的運動方向;隨著地球自轉(zhuǎn)一段時間后，l1自轉(zhuǎn)至l2位置，物體運行方向不變（l1和l2上的虛線箭頭是平行的），但他們相對于經(jīng)線位置已經(jīng)發(fā)生了不同的偏轉(zhuǎn)：北半球向右偏，南半球向左偏，赤道上不偏。

二、沿緯線作水平運動物體運動方向的偏轉(zhuǎn)

物體沿緯線運動時，仍然受慣性的作用，保持其原來的運動方向和運動速度不變，如右圖中同一緯線上各虛線箭頭，所指方向不變。但這些表示物體的運行方向的箭頭與緯線之間的夾角卻在隨地球從l1自轉(zhuǎn)至l2位置的過程中，發(fā)生不同的變化：

北半球物體運行方向與緯線之間的夾角α的值不斷增大，且偏向物體運行方向右側(cè);

赤道上物體運行方向與緯線之間的夾角β的值不變;

南半球物體運行方向與緯線之間的夾角γ的值不斷增大，且偏向物體運行方向左側(cè)。

綜上，仍然能夠得到“北半球向右偏，南半球向左偏，赤道上不偏”的結(jié)論。

三、沿任意運行方向作水平運動物體運動方向的偏轉(zhuǎn)

沿任意運行方向作水平運動的物體，其運動方向都可以分解成為沿經(jīng)線運動和沿緯線運動兩個分量，參照前兩步的分析過程，很容易得到相同的結(jié)論。

第四部分：總結(jié)

要幫助高中文科生全面理解地磚偏向力的形成原因，采用純物理的解釋方法，其效果肯定不會盡如人意;如果適當(dāng)拓展地球投影的相關(guān)知識，就可以大大減輕理解的難度。當(dāng)然這種方法也有一個明顯的缺陷，就是不能演示出緯線上自東向西運動物體的偏轉(zhuǎn)，但以上方法可以為大家提供一種思路，不妥之處，懇請大家批評指正。