1、BNAABC地转偏向力演示实验的再思考刘杰（安徽师范大学 ，安徽 芜湖 241002）张宁（安徽肥东圣泉中学，安徽 合肥 231600）在日常的教学中，教师常常用地理实验来验证地理学基本原理。通过地理实验教学，一方面提高学生学习地理的兴趣。另一方面也有助于对知识内容的理解。 在地理必修一行星地球中，我们为了验证地转偏向力的存在，我们常常借助以下这个实验：一、 地转偏向力实验表 1 地转偏向力演示实验实验名称 地转偏向力演示实验实验用具 红色墨水、地球仪步骤一、用一个地球仪使地轴 垂直地面，先在北半球高 纬度 处滴一至两滴红墨水。在地球仪不转动的情况下，红墨水会沿经线向低纬 度流动并留下墨迹。步
2、骤二、自西向东转动地球仪 ，再在高 纬某点滴一滴红墨水，你就会发现红墨水流动的方向发生了改变，从北极上向下 观察，你可以发现红墨水留下向右偏转的墨迹。实验步骤步骤三、同样将地球仪倒转过 来，南极向上，用同样的方法进行进行演示观察，从南极上向下看，可发现墨迹向左偏转。结论一、由于地球自转造成的地 转偏向力确实存在。结论结论二、地转偏向力的方向北半球向右，南半球向左。当我们细细去思考，我们又不禁会产生些疑问：二、关于地转偏向力实验的三点疑问。1.疑惑 1：地转偏向力是由于地球自转而产生的，没有地心引力的地球仪转动是否还会存在地转偏向力。让我们看看地转偏向力的实质：水平地转偏向力亦称地偏力，因为地球
3、自转而产生的以地球经纬网为参照系的力。地转偏向是科氏力（科里奥利力）在沿地球表面方向的一个分力。对地转偏向力我们可以用这样一个例子来解释（如图一）：物体沿经线方向由向运动时，经过一段时间自转，两点会运动到位置上。从向运动的过程中，惯性会使物体继续保持点的自转线速度，经过一段时间后落在点的位置。最终相较于初始的运动方向发生了一个向西侧的偏移。图 1 物体偏转示意图我们可以归纳出地转偏向力产生的两个基本条件：一、地球自转。二、物体相当于地球的运动。我们将红墨水滴到转动的地球仪上，能够满足上述两个基本条件，因此可以模拟出地转偏向力。2.疑惑 2：在现实生活中地转偏向力真实存在，但作用是非常微弱的，一
4、辆汽车直行几十公里，地转偏向力的方向偏差都不足 1 米，在小小的地球仪上地转偏向力是否让小小的墨水滴发生明显的偏转。让我们通过计算验证一下转动的地球仪是否可以产生足够的地转偏向力使物体发生偏转。地转偏向力的大小 f=2mvsin。f 为地转偏向力的大小，m 为物体质量，v 为物体的水平运动速度分量， 为地球自转的角速度，sin 是正弦函数， 为物件所处的纬度地转偏向力对于物体偏移的影响 ，可以用加速度 a 来表示 a=f/m=2vsin让我们对比一下地球自转产生的地转偏向力与地球仪转动所产生的地转偏向力的大小差异。表 2 地球与地球仪地转偏向力比较物体运动地点物体名称质量m(kg)速度v(m/
5、s)地理纬度自转角速度 (度/秒)地转偏向力大小f（N）加速度a(m/s2)地球 汽车 1300 30 北纬 30 2/86400 2.73 0.0021地球仪 红墨水滴0.0005 0.02 北纬 30 0.000003 0.06假设地球上一辆 1300 千克的汽车以 30 米/秒的速度在北纬 30水平运动，地球自转角速度为 15/小时，即 2/86400 秒。地转偏向力对物体的影响：f=2mvsinf=2130030/2/86400sin30=2.73a=2vsina=2 30/ 2/86400sin30=0.0021 m/s2汽车在运动的过程中只产生了 2.73N 的地转偏向力，对 13
6、00Kg 的汽车只产生 00021 m/s2 的加速度。相较与汽车的运动速度，在短时间内对汽车偏移的影响是微乎其微的。但当水滴落在转动的地球仪上，地转偏向力 f 对水滴的影响又是怎么样的呢？我们假设 0.0005 克水滴在地球仪上以 0.02m/s 的速度在地球仪上北纬 30向下滑动，地球仪以 2 秒一圈的速度转动。地转偏向力对物体的影响：f=2mvsinf=2 0.000500.02/ sin30=0.000003a=2vsina=2 0.02/ sin30= 0.06m/s2水滴在运动的过程中虽然产生的地转偏向力更小，只有 0.000003N，但对质量微小的水滴产生了 0.06 m/s2
7、加速度，相较与水滴 0.02m/s 的运动速度，在短时间内对水滴偏移的影响是非常明显的。EDAB3.疑惑 3、当红墨水滴顺地球仪向下运动，赤道以南墨红水滴轨迹为何仍然位于初始方向的右侧？在做实验中，我们常常让学生看红墨水滴在北半球的运动轨迹证明地转偏向力右偏。但很多细心的同学会问到当红墨水继续向下运动，在南半球的运动轨迹又是怎样的呢？通过实验，我们发现水滴越过赤道后的运动轨迹 A-B-D 依然位于初始方向 A-E 的右侧如图，这是不是说明我们的地转偏向力在南半球依然是向右的呢？图 2 红墨滴运动轨迹图其实正好相反，我们细心观察红墨水运动轨迹就会发现，在南半球地转偏向力左偏的影响依然存在。当红墨
8、水滴运动赤道时，水滴受惯性作用下沿-运动。水滴越过赤道后受地转偏向力影响，南半球向左偏转，水滴的运动方向发生了改变，最终向-方向运动。在实验时如果我们提高地球仪的转速，转速越高，地转偏向力越大，水滴向左侧的偏移越明显。水滴的轨迹证明了地转偏向力的存在，方向为北半球右偏，南半球左偏。ABCDE图 3 红墨滴运动轨迹受力分析图三、地转偏向力实验的收获和实验改进。1.收获：地转偏向力实验不仅可以证明地转偏向力的存在，方向为北半球右偏，南半球左偏。且红水滴从北半球向南半球运动的过程中，在越过赤道后墨水滴的运动方向发生了明显的偏转。这种现象与南亚季风的原理是一致的。正确的理解这一现象有利于我们更好的理解
9、南亚季风的成因。、图 4 红墨滴运动轨迹图 图 5 东亚季风示意图2.实验方法和步骤的改进。表 3 地转偏向力演示实验改进实验名称 地转偏向力演示实验实验用具 红色墨水、地球仪步骤一、用一个地球仪使地轴 垂直地面，先在北半球高 纬度 处滴一至两滴红墨水，在地球仪不转动的情况下，就会沿经线向低纬度流 动并留下墨迹。步骤二、自西向东转动地球仪 ，在北半球高 纬某点和南半球低 纬度某点各滴一滴红墨水，观测墨水滴的运 动在北半球右偏，南半球左偏。实验步骤步骤三、观测北半球红色墨水滴在越 过赤道前右偏，越 过赤道后逐 渐左偏。结论一、由于地球自转造成的地 转偏向力确实存在。结论二、地转偏向力的方向北半球向右，南半球向左。结论结论三、物体在越过赤道后，由于地转偏向力发生改变。物体运动方向会发生相反方向的偏转。
