物理學(xué)知識在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用

張勇 陳啟裕 梁世寧 張瑤

[摘 要]在《宇宙中的地球》這一章節(jié)中，大量的物理學(xué)知識充斥其中，對于該章的深入教學(xué)要借助物理學(xué)的相關(guān)知識進(jìn)行解釋。通過相關(guān)的物理學(xué)原理來解釋一些地理現(xiàn)象，既拓展了學(xué)生的知識面，也有助于學(xué)生深度學(xué)習(xí)相關(guān)地理知識。

[關(guān)鍵詞]地理教學(xué)；物理學(xué)；高中

[中圖分類號] G633.55 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）28-0094-01

人們對于宇宙的探索道路曲折而漫長，對宇宙空間的知識積累和浩瀚的宇宙比起來微不足道。高中地理關(guān)于天文學(xué)方面的內(nèi)容比較淺顯，很多知識的學(xué)習(xí)就是靠教師的語言描述，加之高一的學(xué)生還沒有深入接觸高中物理的學(xué)習(xí)，對于一些公式的理解更是無從下手。

一、物理學(xué)知識在天體運(yùn)動(dòng)教學(xué)中的應(yīng)用

湘教版地理必修一活動(dòng)課部分，有一個(gè)關(guān)于行星的基本數(shù)據(jù)。關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，我們可以用物理學(xué)方面的知識進(jìn)行探討。開普勒定律是德國天文學(xué)家開普勒提出的關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的定律，根據(jù)該定律，就可以清晰地看出距離太陽越近，公轉(zhuǎn)周期越短。

根據(jù)開普勒定律，所有行星繞太陽一周的恒星時(shí)間（Ti ）的平方與它們軌道長半軸（ai）的立方成比例，即T12/T22=a13/a23。

地球上存在生命的金鎖鏈條件是：充足的液態(tài)水，恰到好處的大氣厚度和大氣成分，適宜的太陽光照和溫度范圍。滿足這些條件的前提是要有合適的大氣層，而合適的大氣層厚度取決于地球的質(zhì)量和體積。體積和質(zhì)量決定著萬有引力的大小。根據(jù)萬有引力公式就可以看出質(zhì)量和體積對引力F的影響，公式為F=G·（Mm/r2）。通過公式學(xué)生就很容易理解為什么月球上沒有大氣層了，因?yàn)樵虑蚝偷厍蛳啾?，質(zhì)量和體積較小，引力F小，氣體分子很難被月球吸引。

二、物理學(xué)知識在地轉(zhuǎn)偏向力教學(xué)中的應(yīng)用

學(xué)生關(guān)于地轉(zhuǎn)偏向力的學(xué)習(xí)最早是從《地球的運(yùn)動(dòng)》這一章節(jié)開始的。北半球水平運(yùn)動(dòng)的物體向右偏，南半球水平運(yùn)動(dòng)的物體向左偏。這種描述記憶起來很容易，但對地轉(zhuǎn)偏向力偏轉(zhuǎn)的原理學(xué)生通常并不了解。

地轉(zhuǎn)偏向力又叫科里奧利力，法國工程師科里奧利在他發(fā)表的論文《論物系相對運(yùn)動(dòng)的方程組》中描述了該力。科里奧利力的計(jì)算公式如下：F = 2mv'×ω。式中F為科里奧利力，m為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量，v'為相對于轉(zhuǎn)動(dòng)參考系質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度（矢量），ω為旋轉(zhuǎn)體系的角速度（矢量），“×”表示兩個(gè)向量的外積符號（ω×v'：大小等于ω，方向滿足右手螺旋定則）。這樣的物理學(xué)描述比枯燥的講解更直觀也更科學(xué)。

三、物理學(xué)知識在太陽活動(dòng)教學(xué)中的應(yīng)用

太陽黑子是光球?qū)又懈咚傩D(zhuǎn)的氣體旋渦，溫度比光球?qū)悠骄鶞囟鹊?，顯得暗淡，看起來是黑色的。從物理學(xué)的角度進(jìn)行描述，更能體現(xiàn)太陽黑子的性質(zhì)。

在高緯地區(qū)上空經(jīng)常出現(xiàn)的美麗極光是高能帶電粒子流轟擊高層大氣，使大氣電離產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象。地球兩極磁場相較其他地方大，帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)受到洛倫茲力的作用。在電動(dòng)力學(xué)里，洛倫茲力（Lorentz force）是運(yùn)動(dòng)于電磁場的帶電粒子所受的力。根據(jù)洛倫茲力定律，洛倫茲力可以用方程，稱為洛倫茲力方程，表達(dá)為F=q（E+v×B）。其中， F是洛倫茲力，q是帶電粒子的電荷量，E是電場強(qiáng)度，v是帶電粒子的速度，B是磁感應(yīng)強(qiáng)度。

四、物理學(xué)知識在地球能量的來源教學(xué)中的應(yīng)用

太陽能是地球能量的重要來源。太陽發(fā)光發(fā)熱，太陽能量的源頭是太陽內(nèi)部的核聚變——引力約束聚變，地球上的萬物靠著太陽源源不斷的能量維持自身的發(fā)展。在太陽的中心，溫度高達(dá)1500萬攝氏度，氣壓達(dá)到3000多億個(gè)大氣壓，在這樣的高溫高壓條件下，氫原子核聚變成氦原子核，并放出大量能量。根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2，原子核發(fā)生聚變時(shí)，有一部分質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量釋放出來。微量的質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化成很大的能量。

地?zé)崮苁堑厍蚰芰康牧硗庖环N來源，來源于地球內(nèi)部放射性元素衰變釋放的能量。這種能量對于學(xué)生來說不容易理解，理解放射性元素的衰變需要物理學(xué)知識作為支撐，公式為：[AZ]X→[A-4Z-2 Y+?（42He）+E]。放射性元素在衰變的過程中會(huì)釋放巨大的能量，這種能量是巖漿活動(dòng)的動(dòng)力。

物理學(xué)在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用能很好地解釋一些地理原理，讓學(xué)生了解地理現(xiàn)象背后的原理。地理教師應(yīng)善于以“物理之石”攻“地理之玉”，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和綜合能力，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。

（責(zé)任編輯 周侯辰）