运用地理情境 培养物理思维---例析与地理知识有关的物理高考题

运用地理情境培养物理思维---例析与地理知识有关的物理高考题
物理和地理是两门性质截然不同的学科，但是两门学科联系十分密切，许多重要的物理定律与天文学密切相关，在历年的高考试题中，物理和地理联姻的题目出现甚频，现整理出来和大家共同赏析。

一、地球的转动
地球同时参与两种转动：绕地轴的自转和环绕太阳的公转。

自然界中的昼夜交替、时差、昼夜长短等现象，都是由地球的自转和公转造成的。

1．地球的自转
例1（ 2002 年上海物理高考题）太阳从东方升起，西边落下，是地
球上的自然现象，但在某些条件下，在纬度较高地区上空飞行的飞机上，
旅客可以看到太阳从西边升起的奇妙现象。

这些条件是：（）
A.时间必须是在清晨，飞机正在由东向西飞行，飞机的速率必须较大
B.时间必须是在清晨，飞机正在由西向东飞行，飞机的速率必须较大
C.时间必须是在傍晚，飞机正在由东向西飞行，飞机的速率必须较大
D.时间必须是在傍晚，飞机正在由西向东飞行，飞机的速率不能太大
解析：该题立意新颖需要根据题设的描绘结合地理知识，简化物理场景，
利用物理上的运动学知识求解本题。

如图1所示，太阳光照射在地球上，
地球左半球为白天，右半球为
黑夜，地球自西向东自转（箭头所示），则A点表示清晨，B点表示傍晚。

分析可知，在A点向东或向西，在B向东飞行均看不到“太阳从西边升起”的奇妙现象；只有当飞机在B 点向西飞行，即以较大的速度追上将要落山的太阳，才能看到“太阳从西边升起”的奇妙现象。

因此，正确选项应该是C。

2.地球的公转
例2（1999年全国保送试题）若近似认为月球绕地球公转与地球绕日公转的轨道在同一平面内，且均为正圆，又知这两种转动同向（如图2所示），月相变化的周期为29.5 天(图示是相继两次满月时，月、地、日相对位置的示意图)。

求月球绕地球一周所用的时间T. (因月球总是一面朝向地球，故T恰是月球自转周期) 【提示：可借鉴恒星日、太阳日的解释方法】
解析：该题既可用物理知识解答，也可以用地理知识解答，详细过程如下：
两种解法从不同学科的知识出发，得到了同样的结论，确有异曲同工之妙。

二、二十四节气
二十四节气是根据一年内太阳在黄道上的位置变化和引起的地面气候的演变次序, 将全年平分为二十四等份，并给每个等份起名，这就是二十四节气由来。

名称和顺序是：立春、雨水、惊蛰、春分、清明、谷雨、立夏、小满、芒种、夏至、小暑、大暑、立秋、处暑、白露、秋分、寒露、霜降、立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒。

例3（ 2004 年广东、广西高考题）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，m、M分别表示卫星和地球的质量，r表示卫到地心的距离。

则有：
三、地磁场
地球在本身附近的空间内产生磁场，这个磁场叫做地磁场。

地磁场的分布大致就像一个条形磁铁外面的磁场，磁场的北极在地理南极附近，磁场的南极在地理北极附近，但都不重合。

因此水平放置的磁针的指向，跟地理子午线并不一致，其间有一夹角，叫做磁偏角，我国宋代科学家沈括是世界上第一个清楚地、准确地论述磁偏角的科学家。

例4（1999 年全国高考题）
图4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,设飞行员左方机翼未端处的电势为U1，
右方机翼末端处的电势为U2，（）
1.若飞机从西往东飞，U1比U2高
2.若飞机从东往西飞，U2比U1高
3.若飞机从南往北飞，U1比U2高
4.若飞机从北往南飞，U2比U1高
解析：地磁场磁感线在北半球的竖直分量向下，巡航飞行的飞机相当于一根导体棒在切割磁感应线，应用右手定则可以逐个判断。

正确答案为AC。

四、大气层
在地球引力作用下，大量气体聚集在地球周围，形成数千千米厚的大气层。

气体密度随离地面高度的增加而变得越来越稀薄。

根据各层大气的不同特点（如温度、成分及电离程度等），从地面开始依次分为对流层、平流层、中间层、热层（电离层）和外大气层。

例5（1999年全国高考试题）假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比（）
A.将提前
B.将延后
C.在某些地区将提前，在另一些地区将延后
D.不变
解析：人们观察到日出，是因为太阳发出的光线传播到了观察者所在位置。

如有大气层，太阳光经过大气层时发生折射，传播到观察者所在位置，而此时太阳尚未到达地平线；没有大气层时，只能等太阳升起来，和地平线到同一水平面时，光线沿直线传播到达观察者所在位置。

因此
观察者看到日出将延后，正确选项为B。

五、太阳
地球表面是生物赖以生存和发展的场所，太阳为生物的生存和发展提供了必需的光和热，它同时也在改变着地表的环境，影响着地球的生物圈，使地球的气候、生物及地球化学循环趋于多样化。

例6（2001 年上海高考试题）
（1）1791年，米被定义为：在经过巴黎的子午线上，取从赤道到北极长度的一千万分之一。

请由此估算地球的半径R。

（答案保留两位有效数字）
（2）太阳与地球的距离为1. 5×1011m，太阳光以平行光束入射到地面。

地球表面2/3 的面积被水面所覆盖，太阳在一年中辐射到地球表面水面部分的总能量W 约为1.87×10２4J设水面对太阳辐射的平均反射率为7%，而且将吸收到的35%能量重新辐射出去。

太阳辐射可将水面的水蒸发（设在常温、常压下蒸发1Kg水需要2.2×106J的能量），而后凝结成雨滴降落到地面。

（a）估算整个地球表面的年平均降雨量（以毫米表示，球面积为4 R）。

（b）太阳辐射到地球的能量中只有约50%到达地面，W只是其中的一部分。

太阳辐射到地球的能量没能全部到达地面，这是为什么？请说明两个理由。

（b）大气层的吸收，大气层的散射或反射，云
层遮挡等。

大量实例表明，物理和天文、地理学科存在着千丝
万缕的联系，它们相互依存、相互渗透。

上面的题目都
涉及到了物理和地理两门学科的知识，综合性很强，要
求学生把中学阶段学到的各科基本知识、基本概念、基
本观点和思想方法应用于实践，用来解释社会现象和自
然现象，充分体现了“学以致用”，对学生综合运用知识分析问题和解决问题的能力提出了较高的要求，这很符合高考选拔人才的要求和目的。

因此，在平时的物理课堂教学中，必须注重有机渗透天文、地理的知识和方法，培养学生的综合能力，提高学生的整体素质。

（江苏省江阴市华士高级中学214421）。