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如何理解由于地球自转同一纬度地转偏向力在北半球向右偏转

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地转偏向力在课本中就是简单的几句话(人教版高中):

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;在赤道上没有偏转。这种现象在气流和水流的水平运动中表现的最为明显。我们把促使物体水平运动方向产生偏转的力,称为地转偏向力。地转偏向力只改变水平运动物体的运动方向,不影响其速度。


一、利用一张图简单记住地转偏向力在北半球向右偏转及要点

1、向右偏转的右怎么理解:沿水平运动方向发生偏转,是河流前进的方向。如河流自西向东流,我们就面向东,右手就是右边。

2、赤道、南北极点和静止的物体不会产生偏转。

3、上海的崇明岛,位于长江入海口,由于泥沙堆积形成。但是随着后期的发展,崇明岛会与北岸连接。原因就是:长江入海口处河水是由西向东流,受北半球向右偏的地转偏向力的影响,造成长江右岸的流水侵蚀严重,而左岸则出现侵蚀较弱而沉积作用较强的现象,使得南岸由于侵蚀而后退,北岸由于沉积作用。所以,未来崇明岛与北岸相连现象。

4、提到地转偏向力只要记住上海的崇明岛的右偏将来和北岸连接就行。

5、河流的侵蚀、堆积和搬运受多种因素影响,上海崇明岛地势平坦,水流缓慢,将来才会出现这个现象。如果河流湍急,河流由于惯性,继续沿原来方向向前运动,对6处的侵蚀就明显,甚至当天、当月就能看出效果。


二、力的分析

物理上,地转偏向力就是科里奥利力,但是科里奥利力不属于初高中学习的范围。我们仍然用中学学过的物理知识(力、重力、万有引力、向心力、离心力、力的合成与分解)来分析。

(一)、万有引力和重力的关系

牛顿认为,宇宙中的物体,大到天体、小到尘埃,都存在相互吸引的力,这就是万有引力。万有引力的重心在地心。

重力是由于地球的吸引而使物体受到的力。

由于地球自转速度很慢,以前我们忽略地球的自转,近似地认为重力就是万有引力。但是这里分析自转对地球的影响,就要重新认识。

(二)、向心力、离心力

当物体不受力或受力均衡时,物体将做匀速直线运动。

我们坐汽车左拐时,就感觉有股力把身体向右推、发生倾斜。汽车此时做圆周曲线运动,我们认为这是离心力。其实离心力是不存在的,没有施力对象,而是惯性作用。当汽车左拐时,人有继续保持原来在右边的状态的惯性。

那么汽车原来保持直线匀速运动,突然改变了状态。那就肯定受到了力使汽车呈现圆周运动,我们把这个力叫做向心力。向心力是由车轮与地面的摩擦力产生的。其他状态物体的向心力由弹力、重力、摩擦力等任何一力而产生,也可以由几个力的合力或其分力提供。

车辆左转弯时,会有一个向外的离心力,为了防止由于离心力造成的车辆失控侧滑,故在转弯的地方将公路修成右高左低的斜面。当然,倾斜的路面对汽车的支持力、汽车的重力也会分解出部分的向心力,减少轮胎的磨损。

我们用一根无弹性绳子拴住石块做圆周运动,石块就需要一个向心力做圆周运动。如果向心力突然消失(松开绳子),那么石块就会沿着原来的运动方向(垂直于向心力)飞出。如果石块需要的向心力小于物体能够提供的向心力,石块将会做更大半径的圆周运动。向心力消失石块飞出是所需向心力的极端。如果想要石块转的更快(石块的线速度),那么就需要手通过绳子为石块提供更大的向心力。

如果换成有弹性的绳子。当绳子上的力量减小了,石块速度不变的话就会远离你一些,就像是有一个力在往外推重物一样;当绳子力的力量不变,石块速度变小的话就会靠近你一些,就像是有一个力在往内推重物一样。

(三)惯性

突然刹车,身体会前倾,好像有个力拽着前倾,有时把这个力叫做惯性力。惯性阻碍物体状态的改变。

(四)不考虑地球自转,静止物体的受力分析

很明显,物体只受到重力和支持力且平衡。

(五)考虑地球自转,静止物体的受力分析

此时物体受到万有引力F引、F支。这里,指向地心的是万有引力,而不是我们以前忽略自转常说的重力。F心是向心力,向心力指向地轴且垂直于地轴。万有引力分解成向心力和重力(abcd四点),

受地球自转影响,地球上的物体绕地轴做匀速圆周运动,一定存在向心力。与支持力平衡的力是重力,重力不等于引力,不指向地心。重力、支持力垂直水平面。

(六)考虑地球自转,运动物体的受力分析(北半球沿纬线向东运动)

如果物体速度(线速度)变大,则需要的向心力大。物体运动方向垂直指向纸里。

由于向心力增大,A点左移到A1,那么分解出的重力F重1就要变小,从C点右移到C1点。A1、B、C1、D仍然是平行四边形。

F重1是重力吗?不是,因为它不和支持力垂直。所以F重1还要分解,这样就分解出F重2和F新。F重2与支持力平衡,F新与物体运动方向垂直。

这个F新就是我们说的地转偏向力。

注意:因为各力指向不一样,这个力的分析应该是一个立体分析,不要用平时平面的方法,否则会迷糊。

(七)北半球地转偏向力偏右分析。

1、物体在纬线上自西向东移动(跟地球自转一样),此时物体的线速度等于物体所在点地球自转的线速度再加上物体移动的速度,所以,物体的线速度变大,物体需要维持圆周运动的向心力增大,地转偏向力右偏。

2、物体在纬线上自东向西移动,此时物体的线速度等于物体所在点地球自转的线速度再减去物体移动的速度,向心力减小。你自己画图分析吧,仍然是地转偏向力右偏。

3、物体自南向北运动,仍然可以通过画图分析。也可以这样理解:向北移动,线速度减小,但是物体有保持原来高线速运动状态的惯性,拽着物体右偏;

4、物体自北向南运动,仍然可以通过画图分析。也可以这样理解:向南移动,线速度增大,但是物体有保持原来低线速运动状态的惯性,拽着物体右偏;

(八)南半球地转偏向力偏左分析

南半球的万有引力方向跟北半球相反,纬线圈的半径也是相反,所以,地转偏心力左偏。

(九)静止、赤道、南北极没有偏转

静止不需要向心力;赤道向心力、万有引力都指向地心,不会产生地转偏心力分力。南北极没有线速度。


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