地球自转产生的科里奥利效应aaaaaaa.

地球自转产生的科里奥利效应

姓名：王德光

单位：弥勒县第一中学

完成时间：2011年11月11日

地球自转产生的科里奥利效应

摘要：地球自转产生科里奥利效应，科里奥利力在北半球，使运动物体向原来运动方向之右偏转；在南半球则相反，使运动物体向原来运动方向之左偏转。

科里奥利效应对在地球上运动的物体、气流和洋流的运动方向产生很大的影

响，例如：贸易风、飓风和龙卷风的形成；天气预报节目中的为卫星云图；水

流的漩涡；轨道的磨损和河岸的冲刷；傅科摆摆动平面的旋转等现象。STS教

育重视科学知识在社会生产和生活中的应用，强调基本理论的实践性和社会

性，地球自转产生的科里奥利效应跟我们实际生活联系进紧密，可以作为高中

STS教育的校本教材在物理和地理教学中使用，以开拓学生的视野。

关键字：科里奥利效应；贸易风；漩涡；磨损；冲刷

新课程改革的核心理念是改变学生的学习方式，培养学生终身探究的乐趣，提升学生的科学素养；现代科学方法教育的重要内容是提高学生的科学素养，

引导学生会用整体的、综合的观点分析问题，培养创新能力；STS教育体现出

了现代理科教育的综合化趋势和科学精神与人文精神的统一，STS教育的跨学

科、综合性、实践性以及科学与人文的融合，有利于培养学生综合应用知识分

析问题习惯和能力。STS教育重视科学知识在社会生产和生活中的应用，强调

基本理论的实践性和社会性，让学生在研究现实问题的过程中学会运用物理知

识、物理思想和物理方法解决日常生活经常遇到的问题，让学生在生活中触摸

到物理知识，感受到物理知识的魅力，让学生在获得系统的物理知识的同时，

加强了与学生生活、现代科学技术和社会发展的联系。所以，教师要适时地从技术应用的角度展示物理学，体现物理学的应用性和实践性，发展学生的好奇心与求知欲，发展学生探索的兴趣，提升学生的创新意识和创新能力，发展学生探索自然、理解自然的兴趣与热情。因此，因为地球自转产生的科里奥利效应跟我们实际生活相联系，可以作为高中STS教育的校本教材在物理和地理教学中使用，以开拓学生的视野，拓展学生的知识面。

一、地球自转的特征

1、地球自转具有确定的方向、周期和速度。地球自转的方向是自西向东转，如果在北极上空俯看，其转动方向是逆时针，而在南极上空俯看，其转动方向是顺时针。地球自转360°是一个恒星日，所需时间是23时56分，人们在生活中实际应用的周期是太阳日，一个太阳日所需时间是24时0分，实际地球自转360°59′，太阳日之所以不同于恒星日是由于参考点不同，太阳日是地球相对于太阳的自转周期。地球自转的角速度除南北两极外在全球都是一致的，是每小时15°或每分钟15′或每秒15″，地球自转的角速度不是一成不变的，因潮水和地球固体表层的相对移动，其间摩擦力要阻碍地球的转动而导致地球自转速度的减小，所以地球自转有长期变慢的趋势。据研究，在6亿多年前，地球上一年大约有424天；在4亿前，一年有400天；2.8亿年前，一年有390 天，而现在，地球上一年只约有365天了。

2、地球自转所引起的惯性离心力是地球形状成为一个扁球体的原因之一。地球自转最显著的是表现出天体的周日运动和地转偏向力的作用。天体的周日运动是地球自转的反映，每天可以看到天体东升西落的现象，有规律地重复出现。太阳的周日运动是地球上表现最为明显的，太阳每天从东方地平线升起，

直达天空最高位置，然后转向西方逐渐落入地平线下，导致地球上的昼夜交替，也使地表各种自然过程具有昼夜节奏，使地表热量平衡，有利于生物正常生存。

二、科里奥利效应

1、科里奥利效应——在旋转体系中做直线运动的物体由于惯性相对于旋转体系产生的运动方向偏移的现象叫科里奥利效应，产生科里奥利效应的虚拟的惯性力叫科里奥利力。但科里奥利力实际上是不存在的，他是由于人处在转动系中时所若认为的匀速直线运动与惯性系中的匀速直线运动不同所产生的惯性力。科里奥利力来源于地球的自转，这是指地球上运动着的物体因地球自转而产生的使运动方向偏离的惯性力，对于水平运动尤为明显。科里奥利力的方向跟物体运动方向相垂直，在北半球它指向物体运动方向的右方，使物体向原来运动方向之右偏转；在南半球则相反，使物体向原来运动方向之左偏转。科里奥利力的大小跟物体运动的速度和所在纬度有关，而物体静止时或位于赤道，则不受科里奥利力的作用。科里奥利力对在地球上运动的物体、气流和洋流的运动方向产生很大的影响。

2、我们用在匀速转动参考系中运动的物体来说明这种惯性力。

例：如图1所示，设在以角速度ω沿逆时针方向转动的水平圆盘上，沿同一半径坐着两个儿童，童A靠外，童B靠内，二者离转轴O的距离分别为r A和r B。童A以相对于圆盘的速度u′沿半径方向向童B抛出一球。

（1）在惯性系（地面）上观察到的情形，如图1（a）所示。如果圆盘是静止的，则经过一时间Δt＝(r A—r B)／u′后，球会到达童B。但圆盘在转动，故球离开童A的手时，除了径向速度外u′，还具有切向速度u tA，而童B的切向速度为u tB。由于u tA>u tB，所以当经过时间Δt后，球并不到达童B，而是到达

童B转动的前方某点B/。

图1

（2）在非惯性系（转动圆盘）上观察，即在圆盘上的那两个儿童看到球是如何运动的呢？他们是在固定在圆盘上的转动参考系内观察的。童B只看到童A以初速度u′向他抛来一球，但球并不沿直线到达他，而是向球运动的前方的右侧偏去了如图1（b）所示。这一观测结果他认为是球离开童A的手后，在具有径向初速度u′的同时，还具有了垂直于这一方向而向右的加速度a/。用牛顿第二定律解释此加速度产生的原因时，他认为既然球出手后在水平方向并没有受到什么“真实力”的作用，那么一定是球受到了一个垂直于速度u′而向右的惯性力F C。这种在转动参考系中观察到的运动物体，由于转动参考系中各点的线速度不同而产生加速度的现象叫科里奥利效应，产生此效应的虚拟的惯性力叫科里奥利力。

（3）推导如图1所示的情况下科里奥利力的定量公式。在转动参考系内观察，球从A到达B′的时间是⊿t=(r A—r B)/u′，在这段时间内球偏离AB直线的距离BB′=(u T A－u tB)⊿t′=ω(r A—r B)⊿t′= u′ω（⊿t′）2。在⊿t′很小的情况下，可以认为沿BB′的运动是匀加速运动而初速度为零，以a′表示此加速度，则有BB′=0.5 a′（⊿t′）2。跟上一结果比较，则有：