淺談高中物理常用的地理知識及其應用

劉光麗

在高中教學中，打破各學科之間的界限，加強學科之間的聯系，已是課程設置理論中的課程觀之一。常常在很多書和網絡上看到物理知識在地理學科或者地質學等其他學科中的應用，但有關于地理知識在高中物理中應用的知識卻幾乎搜索不到，所以我在這里大膽地歸納一下高中物理應用到的一些地理知識。

中學的物理教學與地理教學是兩門聯系比較密切的學科。深刻理解某些地理問題離不開物理知識，反之地理知識又為許多重要的物理定律提供了現實依據。例如物理學的奠基人伽利略對天文學的研究亦有很大貢獻，與他同時代的丹麥物理學家開普勒總結出了著名的行星運動三定律，在此行星運動三定律基礎上，牛頓又總結得出萬有引力定律。這些定律相當精確地描述了天體的運動，大大深化了人類對宇宙的認識，并為物理學的發展奠定了基礎。天文、地理知識又為某些物理規律的獲取提供了大量翔實、生動的背景材料。

一、地理南北極和地磁南北極

1.地理南北極

地球繞地軸自傳，球體與地軸的交點稱為級。上為地理北極，下為地理南極。

2.地磁南北極

地球為一巨大磁體，其磁場可用磁感線描繪：南半球磁感線斜向上指，并逐步彎曲，在赤道上空水平；北半球斜向下指，并逐步彎曲至地表，到地面時垂直。磁感線在地球內部由地理北極指向地理南極，構成封閉曲線，這相當于在地球內部埋設了一根巨大磁鐵，其磁性南北極與地理南北極相反。所以放在地表的小磁針 N級靜止時指向地理北極。

3、地理與地磁南北極不重合。存在一磁偏角，不同地區，磁偏角往往不同。

例1：（2017年北京卷.）中國宋代科學家沈括在《夢溪筆談》中最早記載了地磁偏角：“以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也。”進一步研究表明，地球周圍地磁場的磁感線分布示意如圖。結合上述材料，下列說法不正確的是（ ）

A.地理南、北極與地磁場的南、北極不重合

B.地球內部也存在磁場，地磁南極在地理北極附近

C.地球表面任意位置的地磁場方向都與地面平行

D.地磁場對射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子有力的作用

考點：考查了地磁場

試題分析：根據題意可得，地理南北極與地磁場存在一個夾角，為磁偏角，故兩者不重合，A正確；地磁南極在地理北極附近，地磁北極在地理南極附近，B正確；由于地磁場磁場方向沿磁感線切線方向，故只有赤道處才與地面平行，C錯誤；在赤道處磁場方向水平，而射線是帶電的粒子，運動方向垂直磁場方向，根據左手定則可得射向赤道的粒子受到的洛倫茲力作用，D正確；

二、地勢與電勢、等高線與等勢面、水流與電場線

1.地勢與電勢

電勢的相對性對學生的理解是難點，要確定電場中某個點的具體電勢的高低，則就需要選擇參考點。如果在講解這個知識點時用類比法引入地勢和海平面的概念，就能突破這個難點了。

2.等高線地形圖與等勢面

在地圖中常用等高線來表示地勢的高低，與此類似，在電場的圖示中常用等勢面來表示電勢的高低。

在等高線地形圖中緩坡部位：等高線分布稀疏，單位水平距離內的高差較小；陡坡部位：等高線分布密集，單位水平距離內的高差較大。陡崖部位：若干條等高線重疊在一起。

3.水流方向與電場線

把電場線類比于水流方向，順著水流方向，地勢逐漸降低，則順著電場線方向，電勢逐漸在降低。

三、經線和緯線

人們為了確定地表的地理位置，建立了經度圈和緯度圈，構成經緯網

1.經線

沿地理南北方向、過兩級點的圓為經線（又稱子午線），所有經線為圓形。每一經線有相應度數，稱作經度。其中定義本初子午線為零度經線，以其為參照向東1800范圍內為東經，符號為E；向西1800范圍為西經，符號為W。所有經線為半圓，兩條相對經線相成的大圓稱之為經線圈，所有經線圈線長度相同。其中東經1800和西經1800兩經線重合。

2.緯線

沿東西方向、以地軸上某點為圓心而環繞地球一周的圓稱為緯線。不同緯線其長度不同，其中赤道最長，往兩級則逐漸縮短，在兩級點伸縮為一點。每條緯線也有相應度數，稱為維度。其中定義赤道維度為零度，在南半球的維度稱為南緯，符號為S；在北半球的維度稱為北緯，符號為N。南北兩極分別為900S和900N，南、北23.50處緯線為南北回歸線。

四、自轉和公轉

1.自轉：地球繞地軸不停地從西向東的轉動叫做自轉。其特點如下

（1）自轉周期為23時56分4秒，通常取24小時。

（2）自轉周期約為4分鐘10，地球上各處角度相同（除南北兩級點）。

（3）由公式V=Rω可知，地球上各處繞地軸轉動的線速度因維度不同而有大小之分（維度不同，轉動半徑R不同）。其中赤道最大，而往兩級推移，線速度逐漸減小，兩級點的線速度為零。

（4）自轉導致晝夜更替現象，一晝夜為24小時，等于地球自轉的周期。

（5）產生科里奧利力，使地球上物體的水平運動發生偏向（北半球向右偏，南半球向左偏）。

（6）自轉形成的慣性離心力使地球由兩級向赤道擠壓，成為偏扁的旋轉橢球體。

2.公轉：地球繞太陽轉動，稱之為公轉，方向自西向東，轉動周期為365天5時47分46秒（又稱回歸年），通常取作365天。

上述地理知識在高中物理習題中的出現，能幫學生意識到：除了學好相關的高考科目外，還應多涉獵其他學科知識，知識面既深又寬，各種知識相輔相成，對幫助學生提高分析問題和解決問題的綜合能力大有好處。