圖解地轉偏向力

陳海波

（徐州高等師范學校，江蘇 徐州 221116）

現行高中地理新課標幾個版本教材中介紹的關于三圈環流、季風環流、氣旋與反氣旋的形成，以及洋流的偏轉與河流的侵蝕和沉積等許多自然地理現象，都與地球自轉偏向力（以下簡稱地轉偏向力）的存在和影響密切相關。由于地轉偏向力涉及物理學中的力學知識，在地理教材中介紹甚少，因此關于其成因的講解一直被有意或無意地忽視。改變學科本位，加強學科間知識的聯系和滲透；重視科學教育，全面提高學生的科學素養，是新課程的基本要求。因此，在地理課堂教學中正確直觀地認知地轉偏向力的成因是非常必要的。

一、地轉偏向力的影響因素

地轉偏向力，因地球自轉而產生。地轉偏向力的存在，造成了沿地球表面水平運動的物體其運動方向會發生一定的偏轉。偏轉的規律具體表現為：北半球的向右偏，南半球的向左偏，沿赤道運動的物體其運動方向則不發生偏轉。綜合來看，地球不停地自西向東的自轉、地表水平方向運動物體的慣性和衡量地表方向的坐標參考系是影響地球表面運動物體方向發生的偏轉三個要素。

1.地球不停地自西向東的自轉

地球一刻不停地自西向東自轉，球體表面上的每一個點都繞著假想的地軸自西向東作圓周運動。由于同一緯度上的點在單位時間內劃過的弧長相等，因而線速度也相等；不同緯度上的點在單位時間內劃過的弧長不等，因而線速度也不等。不同緯度處點的線速度的變化規律是隨著緯度的增大而減小，赤道處最大，約為每小時1670千米；南北極點因位于地軸上，不隨地球自轉而運動，因而線速度最小，為零。

2.地表水平方向運動物體的慣性

牛頓第一定律告訴我們，地球上所有運動的物體都具有保持其運動狀態不變的屬性，即慣性。也就是說，地球在自轉的同時，某一相對地面水平運動的物體具有兩種慣性，一是物體相對地面運動的慣性，二是隨地球自轉運動的慣性。在這兩種慣性作用下，運動物體既要保持其相對地面向前運動的狀態，又要保持隨地球自西向東自轉運動的狀態。需要特別說明的是，因受地球自轉線速度差異的影響，不同緯度處運動的物體自西向東慣性運動的速度是不同的，低緯度的快，高緯度的慢。

3.衡量地表方向的坐標參考系

衡量地表方向的坐標參考系是經緯線，其中緯線指示地球上的東西方向，經線指示地球上南北方向。需要說明的是，由于所有的緯線都是封閉的圓圈，因此任一緯線上的東西方向都是無限的，順著地球自轉的方向就是向東，反之方向就是向西；由于所有的經線都分別向北或向南收縮于北極點和南極點，因此任一經線上的南北方向都是有限的，沿著經線向北極點的運動方向就是向北，反之就是向南。不同緯度處的東西方向是平行的，不同經度處的南北方向是不平行的。

以上三個影響因素在地轉偏向力產生過程中所起的作用是不同的，地球的自轉和物體相對地面的運動是條件，地球上的經緯線則是判斷運動物體方向發生偏轉的方向參考系。

二、地轉偏向力的圖解過程

1.南北方向運動物體的偏轉

地球不停地自西向東自轉，在同一半球，當相對地面運動的物體沿經線由較低緯度向較高緯度運動時，物體一方面保持了相對地面運動的慣性，另一方面保持了低緯地區相對較大線速度的慣性，正是這種慣性使物體向東運動的速度超前于高緯地面而有向東一側偏轉的趨勢，如圖一所示。同理，如果物體沿經線由較高緯度向較低緯度運動，則其在高緯獲得的較小線速度的慣性同樣被保持下來，因落后于低緯地面而有向西一側偏轉的趨勢，如圖二所示。按照牛頓運動定律，這種由于地球自轉而導致運動物體方向發生偏轉的力就是地轉偏向力。

圖一 由低緯向高緯運動物體的水平偏轉

圖二 由高緯向低緯運動物體的水平偏轉

由物體南北方向運動的情況來看，關于地轉偏向力對運動物體方向的影響可以得出如下結論：

（1）南北半球運動物體的偏轉方向不同，如果沿著物體運動的方向看，則北半球的將向右偏，南半球的將向左偏。

（2）由低緯向高緯與由高緯向低緯運動物體的偏向程度不同，前者較大，后者較小。

2.東西方向運動物體的偏轉

圖三 自西向東運動物體的水平偏轉

圖四 自東向西運動物體的水平偏轉

地球不停地自西向東自轉，同一條經線上的物體，當相對地面自西向東沿緯線運動時，物體一方面保持了隨地球一起自西向東運動的慣性，另一方面也保持了自身相對地面自西向東運動的慣性，正是由于這兩種慣性的疊加，使物體在不同緯度處向東運動相同的距離后，南半球和北半球運動的物體其運動方向都發生了變化，赤道處則沒有變化，如圖三所示。同理，如果運動物體自東向西沿緯線運動相同的距離后，則在兩種慣性的共同作用下，南半球和北半球運動的物體其運動方向也都發生了變化，而赤道處則仍然沒有變化，如圖四所示。按照牛頓運動定律，這種由于地球自轉而導致運動物體方向發生偏轉的力也是地轉偏向力。

由物體東西方向運動的情況來看，關于地轉偏向力對運動物體方向的影響可以得出如下結論：

（1）南北半球運動物體的偏轉方向不同，如果沿著物體運動的方向看，則北半球的將向右偏，南半球的將向左偏。

（2）高緯度處運動物體與低緯度處運動物體的偏向程度不同，前者較大，后者較小，赤道處則沒有偏向。

三、地轉偏向力的屬性歸納

地球表面水平運動的物體其初始運動方向要么是南北方向，要么是東西方向，要么就是南北方向和東西方向的疊加。也就是說，地球表面水平運動的物體在初始運動后都要不同程度地受到地轉偏向力的影響。由南北方向運動物體的偏轉和東西方向運動物體的偏轉情況來看，關于地轉偏向力的屬性可以大致歸納如下：

1.地轉偏向力只對地表水平運動物體的運動方向有影響，而對靜止的物體則沒有影響。

2.地轉偏向力是一種慣性力，它只改變運動物體的方向，而不改變運動物體的速度。

3.地轉偏向力對南北半球運動物體的影響是不同的。如果沿著物體運動的方向看，則北半球的物體將向右偏，南半球的將向左偏，沿赤道運動的物體則不發生偏向。

4.地轉偏向力對由低緯向高緯和由高緯向低緯運動物體偏向的影響不同，前者較大，后者較小。

5.地轉偏向力對高緯度處運動物體與低緯度處運動物體偏向的影響不同，前者較大，后者較小。

［1］朱慕菊.走進新課程［M］.北京師范大學出版社，2002.6：4，20.

［2］陳海波.地轉偏向力認知研究［J］.和田師范專科學校學報，2010.3.

［3］徐春堂.地轉偏向力的實質、大小、影響及應用研究［J］.棗莊學院學報，2006.5.

［4］鄭蕾.認識地轉偏向力［J］.寧波大學學報（教育教學版），2000.3.