在教学中如何运用物理知识解决地理问题

浅谈物理知识在地理教学中的应用

兰州市第十八中学 张琦武

【摘要】：各学科间的相互渗透、相互蕴涵，已成为现代科学发展的趋向和重要特征之一，高中地理新教材也正反映了这一特征，与多种学科有着“千丝万缕”的联系，尤其与物理知识联系密切，涉及知识点多、面广，在教学中若根据具体教学内容，精心设计教法，采用恰当的直观教学方式和有效地横向物理知识联系，以此克服知识的离散性，使学生头脑里形成一个经纬交织、融汇的知识网络。

【关键词】：万有引力定律、开普勒第三定律、天体系统、三圈环流、地转偏向力和水平气压梯度力

倡导自主学习，合作学习和探究学习是高中地理新课程的基本理念之一。在地理问题的探究过程中满足学生探索自然的奥秘，了解一些自然地理现象的形成原因以及发现自然地理规律，是地理教学的基本要求。在地理教学过程中，如何更好的解释地理现象，诠释地理规律，如果运用物理定律和物理知识来解决一些地理问题，就能够从本质上解释和解决地理问题的一些疑点和难点。在地理教学中如何运用物理知识解决地理问题呢？我做了以下尝试：

一、物理定律有助于对自然地理现象的理解和解释

自然地理的主要的研究对象是地球表层的地理环境，地理环境的结构分布，组成地理环境的各要素以及地理环境各要素间的联系和发展变化的规律，它们是自然地理的骨骼。运用物理定律来理解一些自然地理现象犹如庖丁解牛，让教师教起来深入浅出，学生学起来浅显易懂。以便更有利于学生正确认识人地关系，爱护地球，保护环境。

1、万有引力定律

自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比。

122

m m F G r F 表示两个物体间的吸引力，m 1m 2分别表示两个物体的质量，r 表示它们的距离，G 为常数。

（1）运用万有引力定律理解天体系统的概念

宇宙中的物体是在不断运动的，天体之间相互吸引和相互绕转形成天体系统，在理解天体系统的概念时强调天体之间必须相互吸引相互绕转才能形成天体系统，为什么天体之间能够相互吸引和相互绕转，如果用地理学的知识是很难解释清楚的。运用牛顿的万有引力定律我们可以更容易理解天体系统的概念即：天体系统必须是两个天体或两个以上的天体才能形

成，也就是说根据牛顿的万有引力，产生吸引力必须是两个或两个以上的物体产生吸引力，由于吸引力的存在，使得两个或多个天体相互绕转这样就形成了天体系统：月球绕着地球转，形成了地月系；地球和其他七大行星绕着太阳转，形成了太阳系；在太阳系由于太阳的质量占了太阳系质量的99%，太阳产生了巨大吸引力，使得太阳系的其它天体围绕太阳公转。无数个像太阳系这样的系统组成了银河系，银河系和河外星系构成了宇宙。而在宇宙中的孤立的一种天体就不能形成天体系统，它只是一个天体，如猎户座大星云，它离其它的天体过远使得与其它天体不能相互吸引相互饶转形成天体系统。宇宙的结构复杂，如果我们理解了最简单最基本的天体系统，再按照物质总是由简单组成复杂的规律，来理解宇宙由不同级别的天体系统组成就容易多了。

（2）运用万有引力定律解释近日点、远日点的问题

同样，在学习地球公转运动时，如果单纯的告诉学生近日点（一月初）地球公转的线速度和角速度最快，而远日点地球公转的线速度和角速度最慢，学生只知其然，不知其所以然，因此理解起来有困难。如果运用万有引力定律122

m m F G r 来解释近日点、远日点的问题就很好理解，即G 为常数不变，m 1m 2分别为地球、太阳的质量也是不变的，这样F 的大小就取决于r 既日地的距离，r 越大F 就越小，因此不难得出，距离越远，吸引力越小，单位时间内转过的角度就越小，距离越远，吸引力越小，单位时间内转过的角度就越小，角速度就越慢；单位时间转过的距离就越短，线速度就越小。相反r 越小，距离越近，吸引力越大，则角速度和线速度越快。

2、开普勒第三定律：

开普勒第三定律：对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等。

速度问题是物理学的经典问题。在讲高中地理《地

球运动的基本形式——地球的自转和公转》这一部分内

容时，首先先讲在物理上的速度问题，只要真正的理解

了物理上的速度问题，才能理解地球运动的速度问题。

在讲述地球自转的速度问题时，由于纬线圈的长短不一，纬线的长度由赤道向两极递减，赤道为最长的纬线约4万千米，两极点为0，而地球自转一周的时间是24小时不变的。赤道的长度最大，因此线速度最大，并由赤道向两极递减，两极点的线速度为0。但地球自转的角速度除南北两极点外，单位时间转过的角度都相等。这是因为地球在自转一周360°用的时间是24小时，单位时间转过的角度是相等的，即角速度为每小时15°，而两极点在单位时

间内没有角度的变化，因此角速度为零。学生理解了自转角速度和线速度，再理解公转的角速度和线速度相对来说就易如反掌。因为地球在绕着太阳公转时，它的轨迹不是一个标准圆，而是一个椭圆，太阳在椭圆的一个交点上，地球绕着太阳旋转时，单位时间内转过的距离和角度是一个变量，这个时候如果引入开普勒第三定律，地球绕着太阳转时单位时间转过的面积相等，这样自然而然学生就可以看出地球距太阳越近单位时间转过的角度和距离就越大，既角速度和线速度在近日点大，地球距太阳越远单位时间内转过的角度和距离就越小，即角速度和线速度在远日点速度小，从这样的角度来理解地理上的有关速度的问题，让这学生从根本上真正理解了地理上的有关速度的问题，为后面理解地球自转的地理意义和公转的地理意义打下了坚实的基础。

二、用物理知识解释、解决地理问题

1、用力的合成和分解解释地理问题

平行四边形法则：两个力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向。

（1）大气运动的问题：大气运动是高中地理教学中的又一个难点，虽然大气运动——风的方向的确定，需要引入水平气压梯度力，地转偏向力，摩擦力等概念，尤其在理解水平气压梯度力时学生存在很大的困难，如果我们从物理学的角度理解：由大气在同一水平面上的

不同地区温度差异引起大气密度差异，密度

差异造成不同地区的气压差异，由不同地区

的气压差异造成空气的流动，风的方向的确

定需要上述三个力的合力。如果在此之前先

带领学生复习和学习一下物理上力的合成和

分解，然后再讲述水平气压梯度力、摩擦力、地转偏向力（指向地心，南北半球方向不同），摩擦力与前二者的合力方向相反，同时风的方向与地转偏向力的方向是垂直的，在高空没有摩擦力的情况下，由于受地转偏向力的作用，风向逐渐与等压线平行，在近地面，由于水平气压梯度力、地转偏向力的摩擦力的共同作用，风向与等压线之间成一夹角。而由于海陆热力性质的差异，在陆地和海洋上等压线是弯曲和闭合的，利用前面理解的规律，就不难理解在北半球低压中心的空气，按逆时针方向旋转辐合，高压中心的空气，按顺时针方向旋转辐散，同时，在上述基础上再理解全球性的大气环流：三圈环流和季风环流就容易得多了。

（2）滑坡：滑坡所造成的自然灾害在我国的广大地区非常普遍。如何有效的防止滑坡的发生就要从根本上了解滑坡产生的原因。

滑坡是斜坡上的岩石和土体，在重力作用下，沿着一定的滑动面整体下滑的现象。利用