地转偏向力的实验验证及表现举例

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  本文通过设计两个实验验证了地转偏向力的存在,并例举了它对自然现象、生产生活的影响。
  
  一、问题提出
  
  在高一的地理课本中讲道:由于地球自转,地球表面的物体在沿水平方向运动时,其运动方向发生一定的偏转,在北半球向右偏转,在南半球向左偏转。真的会这样吗?我们能否用实验来验证这一结论呢?为此,在老师的帮助下,我们设计并完成了下面两个实验。
  
  二、活动目的
  
  研究和验证沿地表做水平运动物体的地转偏向现象。
  
  三、实验活动
  
  实验一
  实验工具:伞、红墨水。
  实验步骤:
  (1)甲同学撑开伞,站在一个空旷的地方,抬头仰视伞面内侧(排除其它因素对实验现象的影响)。
  (2)甲同学顺时针地转动伞。乙从伞顶往下看则为逆时针转动,所以模拟的是北半球的地球自转。
  (3)乙同学向转动的伞面顶部滴红墨水(模拟沿水平方向做运动的物体)。
  (4)观察红墨水的流动过程,发现墨水向运动方向的右边偏转。
  (5)甲同学逆时针转动伞,乙同学在伞面上滴红墨水,观察到墨水向左偏转(模拟南半球沿地表做水平运动物体的地转偏向现象)。
  
  结论1:地转偏向力在北半球向右偏转。
  结论2:地转偏向力在南半球向左偏转。
  不足:①没有模拟出越过赤道后的地转偏向现象。②没有模拟出纬向运动的地转偏向现象。③伞面转动与地球自转的实际差别很大。
  改进措施:①加快伞的旋转速度。②重复实验。
  实验二
  实验用具:地球仪、绳子、一个小木块。
  实验步骤:
  (1)用绳子拴住小木块,套在地球仪的北极点上(北半球其它点也可以),让它自由下垂,不转动地球仪时,木块运动路线与经线重合;当自西向东转动地球仪时,发现小木块向右偏转。
  (2)让小木块沿着赤道运动,同时转动地球仪,发现小木块不偏转。
  (3)将地球仪的南极朝上,用绳子拴住小木块,套在地球仪的南极点上(南半球其它点也可以),让它自由下垂,不转动地球仪时,木块运动路线与经线重合;当自西向东转动地球仪时,发现小木块向左偏转。
  原因分析:沿地表做水平运动的物体由于惯性的作用,总是力图保持原来的方向和速度。如下图,在北半球,质点向北沿经线取A1B1。方向做水平运动,经过一定时间后,经线L1转至L2位置。沿经线方向运动的质点,由于惯性,必然保持原来的方向和速度,取A2B2的方向前进,这时在L2位置上的人看来,运动质点已经离经线方向而向右偏了。
  结论:由于地球自转,地球表面的物体在沿水平方向运动时,其运动方向发生一定的偏转,在北半球向右偏转,在南半球向左偏转。
  
  四、定量描述
  
  在《地球概论》一书中可以查到地转偏向力的大小:f=2vωsinφ。f为单位质量物体的地转偏向力的大小;v为物体的水平运动速度的大小;ω为地球自转的角速度;sin是正弦函数;φ为物体所处的纬度。方向为垂直于物体速度的水平分量方向,北半球向右,南半球向左。
  
  五、实际应用
  
  地转偏向力会对洋流、河流、风及其它具有水平运动的事物产生影响。如南亚地区夏季风的形成、秘鲁寒流在流动中呈离岸的趋势、一条大河的两岸所受到的不同侵蚀。
  在生活中还可以看到下面的例子。
  1、水漩涡的形成
  当我们打开水龙头向塑料桶中注水时,当水库放水(放水口在水下)时,水槽放水时等,都会看到在水面形成漩涡。注水时呈顺时针旋转,放水时呈逆时针旋转。因为当向桶中注水时,水从注水点向四周流动,北半球在地转偏向力的作用下右偏,漩涡呈顺时针方向旋转。南半球则呈逆时针方向旋转。放水时表面水都流向下层出水点,北半球在地转偏向力的作用下右偏,漩涡呈逆时针方向旋转。南半球则呈顺时针方向旋转。例如,在洗碗池中放满水,打开放水口,可发现在放水口形成一个逆时针方向辐合的漩涡。不过江河中的漩涡不一定符合这一规律,因为它还受到河床特征的影响。
  2、车辆和行人靠右行
  不是所有国家或地区的车辆和行人都靠右行,但靠右行是最为合理的。因为靠左行,北半球车辆在地转偏向力的作用下右偏,都偏向道路中间,更容易与对面过来的车辆相撞,发生车祸的频率会更高。而靠右行,北半球车辆在地转偏向力的作用下右偏,都偏向路边,路边是司机开车注意力的集中点,司机会不断调整方向来保证行车安全。
  车辆靠右行导致人也靠右行,这样更安全些。由于长期习惯,所以人们无论在哪里行走都喜欢右行。
  3、跑道上逆时针跑行
  在跑道上跑行,人们总喜欢沿逆时针方向。因为逆时针方向跑,在弯道处时,地转偏向力向外,而人体做圆周运动时会产生一个向内的向心力,二力方向相反,更易平衡,过弯道处不易跌倒。若顺时针方向跑,在弯道处时,地转偏向力和人体做圆周运动产生的向心力方向相同,不易平衡,过弯道处时易跌倒。
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