陜西省漢陰縣漢陰中學(xué)（725100） 胡仕才

中學(xué)地理學(xué)科是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，它綜合了自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)等多種知識(shí)，著名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森稱(chēng)它是一個(gè)“開(kāi)放的復(fù)雜系統(tǒng)”。要搞好中學(xué)地理課的教學(xué)，教師必須博覽群書(shū)，廣泛涉獵多學(xué)科的知識(shí)。在地理課教學(xué)中緊扣教學(xué)內(nèi)容，利用學(xué)生已有的物理知識(shí)來(lái)解釋一些地理現(xiàn)象和理解一些自然現(xiàn)象的形成，能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)對(duì)知識(shí)的掌握。

一、極光的成因

極光是常常出現(xiàn)于南北兩極，緯度靠近磁極地區(qū)上空大氣中的彩色發(fā)光現(xiàn)象。從前，愛(ài)斯基摩人以為那是鬼神引導(dǎo)死者靈魂上天堂的火炬。極光實(shí)際上是從宇宙中飛向地球的帶電粒子轟擊大氣層，使氣體分子發(fā)出的光。高層大氣是由多種氣體組成的，不同元素的氣體受轟擊后所發(fā)出的光的顏色不一樣。例如氧被轟擊后發(fā)出綠光和紅光，氮被轟擊后發(fā)出紫色的光，氬轟擊后發(fā)出藍(lán)色的光，因而極光就顯得絢麗多彩，變幻無(wú)窮。

為什么只有兩極附近才能看到極光呢？這就和磁場(chǎng)力有關(guān)，如圖1所示。帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)會(huì)受到磁場(chǎng)給它的一個(gè)力的作用，物理中把它叫洛侖茲力。它的作用使帶電粒子旋轉(zhuǎn)。在地磁場(chǎng)的作用下，從宇宙射向地球的帶電粒子，大部分就會(huì)以螺旋線的方式旋轉(zhuǎn)匯聚到磁場(chǎng)最強(qiáng)的地球兩極附近，如圖2所示。只有大量的帶電粒子才能有足夠的電量激發(fā)大氣發(fā)光。越靠近地磁極，匯集的帶電粒子也越多，極光出現(xiàn)的次數(shù)和規(guī)模當(dāng)然也越大。

圖1

圖2

二、天空為什么是藍(lán)色

這個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題，回答起來(lái)卻并不簡(jiǎn)單，需要用到很多物理知識(shí)。它是由光的衍射、散射、康普頓效應(yīng)共同造成的，如圖3所示。在組成太陽(yáng)光的紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫等7種光中，紅光波長(zhǎng)最長(zhǎng)，紫光波長(zhǎng)最短。天空中有很多人肉眼看不見(jiàn)的納米級(jí)的小微粒，如小水滴、冰晶、灰塵等，太陽(yáng)光中的很少一部分光，會(huì)正好照射在它們的身上。波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅、橙、黃、綠光，在遇到這些微粒時(shí)，可以繞過(guò)它們繼續(xù)傳播，大致還是沿原方向前進(jìn)，這就是光的衍射。因?yàn)檫@些光的前進(jìn)方向和大多數(shù)沒(méi)有遇到阻礙的白光相同，而它們的數(shù)量又太少，這就像往大海里撒一把糖，它們的色彩會(huì)被由白光組成的大部隊(duì)遮蓋住，我們看不出來(lái)。而藍(lán)光波長(zhǎng)剛好能和微粒的直徑相比擬，遇到這些微粒，會(huì)從微粒的表面向四面八方發(fā)射，這種現(xiàn)象叫光的散射。每一個(gè)微粒就相當(dāng)是一個(gè)散發(fā)藍(lán)光的光源，有微粒的地方就有藍(lán)光發(fā)出，地球大氣每一立方米平均就有百萬(wàn)個(gè)小的微粒，它們就等同與數(shù)不清的藍(lán)星星在眨自己的藍(lán)眼睛，于是我們看到天空處處都是藍(lán)的。剩下的靛光和紫光，它們的波長(zhǎng)更短，在遇到微粒時(shí)，一部分會(huì)直接被反射回太空，所以從高于大氣層的地方看地球，除了藍(lán)色還會(huì)在地球邊緣處看到淡紫色；另一部分靛光和紫光會(huì)和微粒發(fā)生碰撞，碰撞后的紫光、靛光能量會(huì)變低，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，再次蛻變?yōu)樗{(lán)光，這種現(xiàn)象叫康普頓效應(yīng)。這又是天空藍(lán)色的另一個(gè)重要來(lái)源。

圖3

三、風(fēng)向

地球上哪些區(qū)域愛(ài)刮什么方向的風(fēng)，這是由圓周運(yùn)動(dòng)里的離心現(xiàn)象和近心現(xiàn)象造成的。地球上所有的物體都隨地球的自轉(zhuǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，也包括地球表層的大氣。做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的力、質(zhì)量、相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的速度、到圓心的距離（半徑）滿(mǎn)足下面這個(gè)公式：。F、m一定時(shí)，當(dāng)v變大時(shí)，r也會(huì)變大，物體到圓心的距離變大，物體做遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)，這就是離心現(xiàn)象；當(dāng)v變小時(shí)，r也會(huì)變小，物體到圓心的距離變小，物體做靠近圓心的運(yùn)動(dòng)，這就是近心現(xiàn)象。物體在做離心或近心運(yùn)動(dòng)時(shí)，以螺旋線的方式行進(jìn)。例如人造衛(wèi)星，增大它的速度，它將運(yùn)動(dòng)到更大半徑的圓上，它做的是離心運(yùn)動(dòng)，如圖4所示。

圖4

減小速度可以讓它返回到地球，它做近心運(yùn)動(dòng)，如圖5所示。簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是速度過(guò)大（超過(guò)某一個(gè)值），做圓周運(yùn)動(dòng)的物體會(huì)向外運(yùn)動(dòng)；速度過(guò)小（小于某個(gè)值），做圓周運(yùn)動(dòng)的物體會(huì)向內(nèi)運(yùn)動(dòng)。弄明白上面的物理知識(shí)，我們就可以用它來(lái)判斷風(fēng)向了。

圖5

如果氣壓是西高東低，則由水平氣壓梯度力產(chǎn)生的風(fēng)向是自西向東的，由于地球自西向東旋轉(zhuǎn)，對(duì)地軸來(lái)說(shuō)，風(fēng)的速度就大于地球自轉(zhuǎn)的速度，風(fēng)將按照螺旋線遠(yuǎn)離圓心做離心運(yùn)動(dòng)，如圖6所示，即風(fēng)向偏向赤道。相反，如果氣壓是東高西低，則風(fēng)向和地球自轉(zhuǎn)方向相反，相對(duì)地軸來(lái)說(shuō)，風(fēng)的速度就小于地球自轉(zhuǎn)的速度，風(fēng)將按照螺旋線靠近圓心做近心運(yùn)動(dòng)，如圖7所示，即風(fēng)向偏向兩極。

圖6

四、河岸沖刷

圖7

圖8

圖9

我們知道，在北半球，面向河流的方向，右岸被水流沖刷的很?chē)?yán)重；而在南半球，面向河流的方向，左岸被水流沖刷的很?chē)?yán)重，這是為什么呢？其實(shí)這也是離心現(xiàn)象和近心現(xiàn)象所造成的。在北半球，如果河流是自西向東流，那么河流的流向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，對(duì)地軸而言，河流的速度大小大于地球自轉(zhuǎn)速度，河水將做離心運(yùn)動(dòng)，所以對(duì)靠近赤道一側(cè)的河道沖刷嚴(yán)重。當(dāng)人面向河流流向時(shí)，赤道一側(cè)是人的右手，即河水對(duì)河床右岸沖刷嚴(yán)重，如圖8所示。如果河流是自東向西流，那么河流的流向與地球自轉(zhuǎn)方向相反，對(duì)地軸而言，河流的水流速度小于地球自轉(zhuǎn)速度。河水將做近心運(yùn)動(dòng)，所以對(duì)靠近極地一側(cè)的河道沖刷嚴(yán)重。當(dāng)人面向河流流向時(shí)，極地一側(cè)是人的右手，即河水對(duì)河床左岸沖刷嚴(yán)重，如圖9所示。