笔者在平时的教学中发现,理科班学生虽然在高一时学习了地理知识,但由于不够重视,很多基本知识没能好好掌握,致使在之后的物理学习中涉及地理知识时陷入困境,不知所措.现将物理习题中常用到的有关地理知识作一整理,以供参考.
1地理南北极和地磁南北极
(1)地理南北极.地球绕地轴转动,球体与地轴交点称为极.上为地理北极(符号N),下为地理南极(符号S).
(2)地磁南北极.地球本身为一巨大磁体,其形成的磁场,可用磁感线(如图1)描绘.特点是:南半球磁感线斜向上指,并逐步弯曲,在赤道上空至水平.北半球斜向下指,并逐步弯曲至地表,与地表垂直.放在地表附近的小磁针静止时N极指向地理北极.磁感线在球体内部由地理北极指向地理南极,构成封闭曲线.这相当于在地球球体内部埋设了一根巨大的磁铁,其磁性南北极与地理南北极相反.
(3)地理南北极与地磁南北极不完全重合,存在一个磁偏角α.不同地区,磁偏角往往不同.
例1.如图2为地磁场磁感线的示意图,在北半球地磁场的竖直分量向下.飞机在我国上空匀速巡航.机翼保持水平,飞行高度不变.由于地磁场的作用,金属机翼上有电势差.设飞行员左方机翼末端处的电势为U1,右方机翼末端处的电势为U2,
(A)若飞机从西往东飞,U1比U2高.
(B)若飞机从东往西飞,U2比U1高.
(C)若飞机从南往北飞,U1比U2高.
(D)若飞机从北往南飞,U2比U1高.
解析:北半球地磁场的竖直分量向下,当飞机水平匀速巡航时,展开的机翼在磁场中的运动,相当于金属棒在竖直向下的磁场中垂直切割磁感线,由右手定则可知,左端的电势将高于右端(与水平运动方向无关),即应选(A)、(C).
点评:地磁场是物理习题中常涉及的一个知识点,考查时常与其他知识点相结合,如电磁感应、带电粒子在磁场中的运动等等.熟记地磁场的分布特点,能为学生解答相关习题带来很大的方便.
2经线和纬线
人们为了确定地表地理位置,建立经度圈和纬度圈,构成经纬网.
(1)经线.沿地理南北方向,过两极点的圆为经线(又称子午线),所有经线为圆.每一经线有相应度数,称经度.其中定义本初子午线为零度经线,以其为参照,向东180°范围内为东经,符号为E(如东经23°,标为23°E).向西180°范围为西经,符号W,(如西经23°,标为23°W).所有东西经线为半圆,两条相对经线组成大圆线,称为经线圈,所有经线圈线长度相同.其中东180°和西经180°两经线重合.
(2)纬线.沿东西方向,以地轴上其点为圆心而环绕地球一周的圆,称为纬线.不同纬线长度不同,其中赤道最长,往两极则逐渐缩短,在两极点收缩为一个点.每条纬线也有相应度数,称为纬度.定义赤道纬度为零度,在南半球侧的称为南纬,符号S,(如南纬23.5°,标为23.5°S).在北半球侧的称为北纬,符号N,(如北纬23.5°,标为23.5°N).南北极分别为90°S,90°N,南、北23.5°处纬线为南北回归线.例2.我国的国土辽阔,在东西方向上分布在东经70°到东经135°的广大范围内,所以,我国发射的同步通信卫星一般定点在赤道上空3.6万km,东经100°附近.假设某颗通信卫星计划定点在赤道上空东经104°的位置,经测量刚进入轨道时它位于赤道上空3.6万km,东经103°处.为了把它调整到104°处,可以短时间启动卫星上的小型发动机
调整卫星的高度,改变其周期,从而使其自动“漂移”到预定经度,然后再短时间启动发动机调整卫星的高度,实现定点.这两次调整高度的方向依次应该是
(A)向下、向上.(B)向上、向下.
(C)向上、向上(D)向下、向下
解析:地球同步卫星绕地球运行的角速度等于地球自转角速度ω0,由GMm/r2=mrω2
可知,ω=(GMr3)1/2.
则当增加地球和同步卫星之间的距离r(即卫星升高)时,卫星的角速度ω将减小,同等时间内,卫星绕地球自西向东转的弧度将小于地球在同等时间转过的弧度,卫星落后于地球;反之,卫星将超越地球.根据题目的要求和上述分析,可知卫星应该先降低高度,再上升到原来高度,即应选(A).
点评:近年来,我国航空航天技术发展迅速,相关的知识在平时的习题和考试中时有出现,如卫星的调试、飞船的变轨等.上述知识点在该类习题中常会用到.
3自转和公转
(1)自转.地球绕地轴不停地从西向东自转.其特点为:
①自转周期为23时56分4秒,通常取24小时.
②自转角速度约为每4分钟转1°.地球上各处角速度相同(除南北两极点).
③由v=Rω知,地球上各处绕地轴转动的线速度因纬度不同而有大小之分.(纬度不同,转动半径R不同)其中赤道最大,而往两极推移,线速度逐渐减小,两极点线速度为零.
④自转导致昼夜更替现象,一昼夜为24小时,等于地球自转周期.
⑤相对地球运动的物体,由于地球自转会受到科里奥利力,使地球上水平运动物体发生偏向.(北半球向右偏,南半球往左偏)
⑥自转的惯性离心力使地球由两极向赤道膨胀,成为偏扁的旋转椭球体.
(2)公转.地球绕太阳转称为公转,方向自西向东,转动周期为365天5时48分46秒,(又称回归年),通常取365天.
例3.某颗地球同步卫星正下方的地球表面上有一观察者,他用天文望远镜观察被太阳光照射的此卫星,试问,春分那天(太阳光直射赤道)在日落12小时内有多长时间该观察者看不见此卫星?(已知地球半径为R,地球表面处的重力加速度为g,地球自转周期为T,不考虑大气对光的折射.)
解析:设所求的时间为t,用m、M分别表示卫星和地球的质量,r表示卫星到地心的距离,如图4所示.有
点评:以同步卫星为载体,考查学生对天体运动的理解和掌握程度、将天体运动与其他知识结合来考查学生的综合能力,也是命题者常用的方法.