物理學知識在高中地理教學中的應用

張勇 陳啟裕 梁世寧 張瑤

[摘 要]在《宇宙中的地球》這一章節中，大量的物理學知識充斥其中，對于該章的深入教學要借助物理學的相關知識進行解釋。通過相關的物理學原理來解釋一些地理現象，既拓展了學生的知識面，也有助于學生深度學習相關地理知識。

[關鍵詞]地理教學；物理學；高中

[中圖分類號] G633.55 [文獻標識碼] 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。高中地理關于天文學方面的內容比較淺顯，很多知識的學習就是靠教師的語言描述，加之高一的學生還沒有深入接觸高中物理的學習，對于一些公式的理解更是無從下手。

一、物理學知識在天體運動教學中的應用

湘教版地理必修一活動課部分，有一個關于行星的基本數據。關于行星運動的規律，我們可以用物理學方面的知識進行探討。開普勒定律是德國天文學家開普勒提出的關于行星運動的定律，根據該定律，就可以清晰地看出距離太陽越近，公轉周期越短。

根據開普勒定律，所有行星繞太陽一周的恒星時間（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量和體積。體積和質量決定著萬有引力的大小。根據萬有引力公式就可以看出質量和體積對引力F的影響，公式為F=G·（Mm/r2）。通過公式學生就很容易理解為什么月球上沒有大氣層了，因為月球和地球相比，質量和體積較小，引力F小，氣體分子很難被月球吸引。

二、物理學知識在地轉偏向力教學中的應用

學生關于地轉偏向力的學習最早是從《地球的運動》這一章節開始的。北半球水平運動的物體向右偏，南半球水平運動的物體向左偏。這種描述記憶起來很容易，但對地轉偏向力偏轉的原理學生通常并不了解。

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

三、物理學知識在太陽活動教學中的應用

太陽黑子是光球層中高速旋轉的氣體旋渦，溫度比光球層平均溫度低，顯得暗淡，看起來是黑色的。從物理學的角度進行描述，更能體現太陽黑子的性質。

在高緯地區上空經常出現的美麗極光是高能帶電粒子流轟擊高層大氣，使大氣電離產生的發光現象。地球兩極磁場相較其他地方大，帶電粒子在磁場中運動受到洛倫茲力的作用。在電動力學里，洛倫茲力（Lorentz force）是運動于電磁場的帶電粒子所受的力。根據洛倫茲力定律，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是電場強度，v是帶電粒子的速度，B是磁感應強度。

四、物理學知識在地球能量的來源教學中的應用

太陽能是地球能量的重要來源。太陽發光發熱，太陽能量的源頭是太陽內部的核聚變——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展。在太陽的中心，溫度高達1500萬攝氏度，氣壓達到3000多億個大氣壓，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。根據愛因斯坦質能方程E=mc2，原子核發生聚變時，有一部分質量轉化為能量釋放出來。微量的質量可以轉化成很大的能量。

地熱能是地球能量的另外一種來源，來源于地球內部放射性元素衰變釋放的能量。這種能量對于學生來說不容易理解，理解放射性元素的衰變需要物理學知識作為支撐，公式為：[AZ]X→[A-4Z-2 Y+?（42He）+E]。放射性元素在衰變的過程中會釋放巨大的能量，這種能量是巖漿活動的動力。

物理學在高中地理教學中的應用能很好地解釋一些地理原理，讓學生了解地理現象背后的原理。地理教師應善于以“物理之石”攻“地理之玉”，培養學生的科學精神和綜合能力，提高學生的核心素養。

（責任編輯 周侯辰）