感受地球的自转——研究性学习与学科整合课案

感受地球的自转——研究性学习与学科整合课案 感受地球的自转——研究性学习与学科整 合课案 第23卷总第243期物理教学探讨Vo1.23No-243 2005年第5期(上半月)—Journalof—PhysicsTeachi 感受地球的自转 一 研究性学习与学科整合课案 付盛华 平坝红湖学校,贵州省平坝县561104 摘要:研究性学习课程作为一个独具特色的课程领域,自2000年首次成为我国基础教育课程体系的有机构成, 被公认是我国当前课程改革的一大亮点.本文以感受地球的自转这一课题为栽体,再现了研究性学习课程的研究 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 , 研究过程及研究成果,给予了评价并提出反思. 关键词:研究性学习;地球自转 中图分类号:G633.7文献标识码:A文章编号:1o03—6148{2005)O5{S)一0007—03 1课题的产生 伽利略曾说过:"地球在转."——当时没有 人相信地球在转.今天,所有人都相信地球不仅 围绕太阳公转,还在不停地自转,那么,这种自转 究竟在地球上留下了什么蛛丝马迹?我们如何观 察到这些现象并证明地球在不停地自转呢? 2课题的研究方式与方法 研究方式:小组合作方式 研究方法:文献研究法 3课题的研究成果 3.1地球自转的力学 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 由于自转影响,地球严格上说是一个非惯性 参照系.而考虑地球绕地轴自转时,可以认为它 的角速度是沿着地轴的一个恒矢量,对该类的空 间转动参照系,要加上惯性力,牛顿第二定律才 成立.方程形式为: ,丑=F+,m,2R一2,m,×z, 雪北边线28米,距南边线42米.从温度曲线来看 南北也不对称,造成这样结果的原因是热水向北 流动的较多,热水沿沙层流入下水道;而南部沙 层的水向土壤渗流较慢,水会沿沙层一直向南流 动.塑胶 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 层测量温度与土壤内部温度不对应, 经工人师傅实地勘察,在漏水点南部暖气管沟上 方有分布不均的水泥盖板,热水浸湿盖板造成等 温,使漏水点南部表层温度略大于北部,另外 塑胶温度测量的不准确也是原因之一. 7实验总结 教师只是给出了明确的目 本次探寻过程, 标;由学生对现象进行观察分析,发现问题,并从 其中,a为物体在空间 转动参照系中的加速 度,F为物体所受的合 外力,为地球自转的 角速度矢量,指物体 相对于非惯性参照系 的速度. 图I 其中,研R,一2raw×就是物体在地球 这一非惯性参照系中的两项惯性力.TillO)R就是 我们熟知的惯性离心力,其方向沿自转半径向 外,而一2,砌×叫做科里奥利力,是由于参照 系的转动及质点对此转动参照系的相对运动所 引起的.方向垂直于和所决定的平面,并由 右手螺旋法则及负号决定.如图I所示.(注:有 物理学的角度提出解决问题的方式和进行结果 预测,制定切实可行的试验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,并根据实验结 果的分析改进方案,得出正确的结果.通过本次 实验学生认识到发现问题和提出问题的意义;认 识到对问题猜想的重要性,学会了如何控制实验 变量;认识到科学收集实验数据的重要性,并且 尝试了数据分析及遗留问题分析.此次探究提高 了学生动手实践能力,培养了学生创新精神,有 助于学生养成相互合作,互相帮助,协调配合的 习惯. (栏目编辑赵保钢) Vo1.23No.243 (S)05.2005.8. 物理教学探讨第23卷总第243期 Joun1alofPhysicsching—— ?笙塑(兰 关科里奥利力的知识在此不展开叙述,读者可参 看相关力学教程.) 由此可见,地球的自转至少会从三方面产生. 影响:一是由于自转导致地球上的观察者观察到 相对运动;二是惯性离心力产生的影响;三是科 里奥利力产生的影响. 3.2地球在不停自转的证据 (1)由于自转而观察到的相对运动现象 ?昼夜交替反映了地球在不停自转 因为地球不停地绕地轴自西向东旋转(地轴 是一根假想轴,它连接南级和北极,并总指向北 极星),自转时总是有半个球面向着太阳,太阳光 把它照得很亮,这就是白昼;另外半个球面背着 太阳,没阳光,大地一片黑暗,这就是黑夜.随 着地球不停地自转,太阳光在地球上的照射点也 不断地由东向西移动,昼半球和夜半球相互交 替.地球自转一周需要24小时.毛泽东诗词中 "坐地日行八万里,巡天遥看一千河"反映了人 跟随地球在不停自转.同样,在不同纬度的地方 所观察到的太阳运动不同,以及在某些地方出现 的极昼或极夜现象,均说明了地球在自转. ?地球同步卫星的定位反映了地球在不停 自转 首先,地球同步卫星能定位于赤道上空某一 确定高度,这说明地球同步卫星一定在绕地球做 圆周运动;同时,地球同步卫星能与轨道上某一 点保持相对静止,这说明地球也在不停自转,地 球自转角速度等于地球同步卫星做圆周运动的 角速度. (2)惯性离心力产生的影响 ?重力加速度的变化反映了地球在不停自 转 同一质量的物体,在地球上不同纬度的地 方,其重力不同.在地球的两极,物体的重力最 大,在赤道上,物体的重力最小.这是因为重力等 于地球对物体的万有引力的一个分力.而地球上 的物体都跟随地球绕地轴做圆周运动,在两极处 圆周运动半径为零,重力和该处万有引力相等; 在赤道上圆周运动半径最大,重力等于该处万有 弓;力与向心力的差值.根据测量,两极处重力加 速度为9.83m/s2,赤道上的重力加速度为9. 78m/s2.同样,当摆钟从某一纬度移到另一纬度 时,走时会出现误差也是由于重力加速度不同的 原因. ?海洋潮汐现象反映了地球在不停自转 在月球和太阳引力的作用下,海水发生周期 性涨落的现象,这就是海洋潮汐.地球大多数地 方每天都有两次高潮和两次低潮,时问间隔为 12小时25分钟. 海面O J-I球地球川 惯性离心力万有引力惯性离心力 +三??— BA万有引力 图3 在月球和太阳的影响下,海面被拉成与鸡蛋 一 样的椭球形状(如图2).值得注意的是,无论 是A部分还是B部分的海面均被拉起.拉起的原 因如图3所示.在A点,由于惯性离心力与万有 引力方向相同,将海面拉起;在B点,虽然惯性 离心力与万有引力方向相反,但合力方向仍然沿 惯性离心力的方向,亦将海面拉起,从而形成了 图2所示的椭球形状.由此可见,如果地球不是 在不停自转,就不可能每天出现两次高潮和两次 低潮了. 同样,地球是赤道凸起,两极扁平的椭球体, 形状像个桔子,这一事实正是由于地球自转的影 响而形成的.早在十七世纪牛顿通过仔细研究地 球的自转便得出了这一结沦. (3)科里奥利力产生的影响 ?河流两岸陡峭程度不同反映了地球在不 停自转 人们发现,沿着水流的方向,在北半球,河流 的右岸往往比左岸陡峭,这是地球自转的一个实 证.由于水流与转动的地球有相对运动,水流将 受到科里奥利力的作用(也称为地转偏向力),在 北半球,科里奥利力的水平分量总是指向运动的 右侧.河水日夜奔流,经过成千上万年,这种水流 对左右岸冲刷作用的差异就会显现出来.而在南 半球,科里奥利力的水平分量总是指向运动的左 侧,所以河流的左岸比右岸陡峭. ?水流的旋涡反映了地球在不停自转 美国麻省理工学院谢皮罗教授,在洗完澡拔 掉浴缸的塞子放水时,发现排水的旋涡总是按逆 时针方向旋转,这就是着名的谢皮罗现象.谢皮 第23卷总第243期 2005年第5期(上半月) 物理教学探讨Vo1.23NG.243 J一一—盟一Q:一一一 罗经过认真研究,认为放水时旋涡旋转方向与地 球自转有关.由于地球自西向东旋转,而美国位 于北半球,所以旋涡按逆时针方向旋转.他还推 论出,在南半球的旋涡是顺时针方向旋转的,在 赤道则不会形成旋涡.这一论断已被各国科学家 在各地用实验所证实. 不仅如此.自然界里有许多缠绕植物,像牵 牛花,菟丝子及一些藤类植物,它们在生长过程 中常常沿着竹竿或树枝之类盘旋而上.令人称奇 的是它们盘旋的方向常常也是固定的.即使人为 地把它反过来,也不能改变它们继续按原来的方 向盘旋而上.根据文献介绍,植物这种固有的盘 旋方向是由它们的基因来决定的.在植物发源地 的科里奥利力的方向影响了植物的盘旋方向.经 过千百万年的繁衍,这种特性在遗传基因中被固 定了下来,甚至后来把它移植到另一地方也很难 改变.经查阅植物学文献和野外观察,一些植物 盘旋的方向和其发源地与谢皮罗现象是吻合的. ?傅科摆实验证明了地球在不停自转 法国人让?傅科(J.B.L.Foucault,1819— 1868)于1851年在巴黎国葬院(法兰西共和国的 克货调)的大厅里进行一项有趣的实验.傅科在 大厅的穹顶上悬挂了一条67米长的绳索,绳索 的下面是一个重达28千克的摆锤.摆锤的下方 是巨大的沙盘.每当摆锤经过沙盘上方的时候, 摆锤上的指针就会在沙盘上面留下运动的轨迹. 按照日常生活的经验,这个硕大的摆应该在沙盘 上画出一条轨迹.但人们惊奇地发现,傅科设置 的摆每经过一个周期的震荡,在沙盘上画出的轨 迹都会偏离原来的轨迹(准确地说,在这个直径 6米的沙盘边缘,两条轨迹之间相差大约3毫米, 如图4所示).这一实验直接证明了地球的自转. 我们假定将傅 科摆置于北极,从惯 性系观察,摆锤仅受 两个力,即地球引力 与绳的拉力.这两个 力均在摆平面内.它 们引起的加速度也 在摆平面内,因此摆 平面在惯性系中是 不动的.但由于地球的自转,摆平面相对于地球 沿相反方向转动.在地球这个非惯性系中研究摆 的运动,摆球将受到科里奥利力的作用,这个力 与枉j垂直,导致摆平面沿与地球自转棚反的方 向缓缓转动.在北圾观测到傅科摆旋转一周的时 间是2,4小时,而在其它纬度,辑j和不垂直,铿 旋转一周的时问要更长. 理论证明,在任意纬度),上,傅科摆旋转一 周所需的时间是A/sin)'.在巴黎,这个数字是 31.8小时,在北京,这个数字是37.25小时,而在 赤道,由于相和山平行,科里奥利力为零,摆不 发生偏转. ?由于科里奥利力的作用而产生的影响还 有很多,如质点从距地面有限高度自由下落,其 落地位置偏东;质点以一定速度竖直上抛,其落 地位置偏西;从地面附近向赤道附近推进的空气 流(即贸易风),由于受到科里奥利力的作用,会 发生偏转,如北半球地面附近自北向南的气流, 有朝西的偏向,即成为东北贸易风……相信随 着科学的不断进步,人们将发现更多由于地球自 转而留下的蛛丝马迹. 4课题评价与反思 课题评价:这是对高一学生提出的一个研究 性学习课题,课题知识主要属于物理学科,同时 也涉及到的学科有地理与生物.课题立意较新, 有一定难度.课题采用小组合作的研究方式和文 献研究法的研究方法,旨在培养学生搜集,分析, 处理资料的能力,自主学习的习惯,体会团队合 作的精神. 课题反思:为培养学生动手能力, 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 证明 地球自转的实验或制作反映地球自转产生影响 的模型可作为课题进一步研究的方向.同时,在 文献研究过程中,发现以下这个实验:"在一只装 满水的圆缸水面上,放一张硬纸做的大卡片,卡 片上有一道缝,在水静止不动时将木屑撒到这道 缝上,于是有一些木屑通过狭缝落入水中.形成 一 条线.之后确保圆缸不受震动,隔三个小时后 再看,你会发现'木屑线'已经转过了45..这个 实验证明了地球在自转……"但经过多次实践. 现象均不明显,且对实验原理无法给出恰当解 释,有待进一步研究. 参考文献: [1]周衍相.<理论力学教程》.高等教育出版社,1989 [2]柯南.<三思科学》电子杂志第五期,2001年11月1日 [3]漆安慎,杜婵英.<力学基础》.高等教育出版社,1990 (栏目鳊辑赵保钢)