地理常识在物理学习中的应用，本文主要内容关键词为：地理论文,常识论文,物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
人们往往用“上知天文，下知地理”来形容一个人知识的渊博.在现代社会中，人们所需要的天文、地理等科学知识就更多了.虽然在高中开设了地理，但由于理科学生高考不考等多方面的原因，在教学中发现，很多学生缺乏地理的基本知识.物理和地理之间具有密切的关系.在注重培养全面科学素质，加强用多学科综合知识分析、解决实际问题能力的“3+X”高考模式下，作为一个高中生，特别是想学好物理的学生，理解和掌握一些地理常识是应该和必需的.下面结合近几年高考和各地模拟试题，介绍一些地理方面的常识，希望对大家有所帮助.
一、经线与纬线
如右图所示，为了确定地球表面任何一个地点的位置，人们建立了经纬网.
（1）顺着东西方向环绕地球一周的圆圈，即为纬线.所有的纬线都是圆（纬线圈），长度有长有短，赤道最长，往两极逐渐缩短，最后成一点.每一条纬线有不同的度数，即纬度.赤道以北的纬度，为北纬（用“N”作代号）；赤道以南的纬度，为南纬（用“S”作代号）.北纬、南纬各有90°，赤道为零度纬线，北极、南极分别为90°N、90°S.23.5°N的纬线为北回归线，23.5°S的纬线为南回归线.
（2）连接南北极并同纬线垂直相交的线为经线（也叫子午线）.每一条经线有不同的度数.即经度.本初子午线为零度经线，从本初子午线向东的180°属于东经（用“E”作代号）；向西的180°属于西经（用“W”作代号）.所有经线都是半圆状，两条相对的经线组成一个大圆圈（经线圈）；不同的经线长度相等；只有东经180°和西经180°相互重合为一条经线，即180°经线.国际上习惯用20°W和160°E的经线圈，作为划分东、西半球的界线.
【例1】随着沪杭高速公路的开通，为增强客运竞争能力，铁路运营采取了提速措施.将上海（31°15′N、121°30′E）开往杭州（30°10′N、120°E）的旅游特快列车运行时间缩短到100分钟左右.则这类列车的时速约为（）
A.70km/hB.120km/h
C.200km/hD.240km/h
【分析】地球半径为R=6400km，则地球周长为S=2πR≈40000km.在同一经度上，相隔纬度1°的两纬度之间的距离为：（40000/360）km=111km.
纬度30°的纬线长为40000×cos30°km=34640km.纬度30°的纬线上，相隔经度1°的两经度之间的距离为：（34640/360）km=96km.
上海和杭州之间的纬度差按1°算，经度差为1.5°.根据勾股定理可求出两地之间的距离为：
考虑两地之间的铁路线长大于两地之间线距离，所以正确答案应为B选项.
【例2】（2000全国高考题）2000年1月26日我国发射了一颗地球同步卫星，其定点位置与东经78°的经线在同一平面内.若把甘肃省嘉峪关处的经度和纬度近似取为东经78°和北纬α=40°.已知地球半径R、地球自转周期T、地球表面重力加速度g（视为常量）和光速c.试求该同步卫星发出的微波信号传到嘉峪关处的接收站所需的时间（要求用题给的已知量的符号表示）.
【分析】设m为卫星的质量，M为地球的质量，r为卫星到地球中心的距离，w为卫星绕地心转动的角速度，由万有引力定律和牛顿定律有：
式中G为万有引力恒量.因同步卫星绕地心转动的角速度与地球自转的角速度相等，有：
设嘉峪关到同步卫星的距离为L，如图所示.
二、自转与公转
（1）地球绕地轴不停地从西向东自转.①地球自转一周360°，所需时间为23时56分4秒，通常取24小时.地球自转的角速度大约是每小时15°，每4分钟1°；除南北两极点外，任何地点自转的角速度相同.②地球自转的线速度，则因纬度的不同而有差异，赤道处最快，每小时旋转1647千米；往两极纬度越大，旋转越慢；南北极点，既无线速度，也无角速度.③由于地球自转产生了昼夜更替现象；使地球上水平运动的物体发生偏向（在北半球向右偏，在南半球向左偏）；因惯性离心力，使地球由两极向赤道逐渐膨胀，成为目前略扁的旋转椭球体形状.
（2）地球绕太阳不停地自西向东公转.①公转轨道是近似圆的椭圆轨道，长度是94000万千米.②地球公转一周的时间为一年，即365日5时48分46秒（回归年），通常取365天.③地球绕太阳一年转360°，地球公转的平均角速度大约是每日向东推进1°.④地球公转的线速度平均每秒钟约为30千米.
【例3】飞机以350m/s的速度在地球表面附近飞行，下列哪种情况下飞机上的乘客可较长时间内看到太阳不动地停在空中？（已知地球半径R=6400km，sin120°=0.208，sin78°=0.978）（）
A.在北纬78°由东向西飞行
B.在北纬78°由西向东飞行
C.在北纬12°由东向西飞行
D.在北纬12°由东向西飞行
【分析】地球上的人看见太阳自东向西转，是由于地球自西向东自转的影响.飞机上的乘客要较长时间内看到太阳不动，只要消除地球自西向东自转的影响即可，因此只有当飞机在地球表面附近飞行的速度与地球自转的速度大小相等、方向相反，如图所示，才能出现这种现象.设纬度为θ则由
即θ=78°，选项A正确.
【例4】由于地球在自转，因而在发射卫星或飞船时，利用地球的自转，可以尽量地减少发射卫星或飞船时火箭所提供的能量.因为地球自西向东自转，并且在赤道上地球自转的线速度最大，所以火箭的最理想的发射场地应该是地球赤道附近，发射方向应由西向东.在赤道上，发射两颗质量相同、沿赤道正上方圆形近地轨道绕地心做圆周运动的卫星A和B，A自西向东发射，B自东向西发射，不计空气阻力影响，但考虑地球自转的作用，试计算B比A要多消耗百分之几的燃料？
【分析】地球自西向东自转，赤道上各处自西向东的线速度为：
近地卫星的线速度，即第一宇宙速度是相对于地心（不是相对地面）的线速度，根据牛顿第二定律，有：
自西向东发射时，卫星A相对地面的速度为：
根据能量转化和守恒原理，发射卫星时消耗的燃料跟卫星获得的动能成正比，对质量相等的卫星来讲，则跟卫星的速度平方成正比，即
可见：在赤道上发射相同质量的卫星，自东向西发射比自西向东发射要多消耗27％的燃料.
【例5】若地球一年自转一周，下述哪些提法可能是正确的：（）
A.赤道上的人的体重将增大
B.地球的同一面将永远面向太阳
C.白天和夜晚将变得无限长
D.摆钟将走得快一些
【解析】设在地球赤道上质量为m的人受到地面对它的支持力为N，地球自转周期为T，质量为M，半径为R，根据牛顿第二定律，有：
赤道上的人的体重mg=N，由上式可知，地球自转周期T增大，则N增大，人的体重mg也增大，选项A正确.
由mg=N知，N增大，地球表面的重力加速度g增大，摆钟运动周期
也增大，选项D正确.
若地球一年自转一周，而一年地球绕太阳一周，即地球自转和公转周期相同，正如由于月球自转和公转周期相同，所以月球的同一面永远面向地球，地球的同一面也将永远面向太阳，选项B正确.又地球面向太阳的一面为白天，背向太阳的一面为夜晚，故选项C正确.
所以本题的正确答案为A、B、C、D.
三、黄赤交角与季节变化
（1）如右图所示，地球公转的黄道平面与自转的赤道平面并不重合，而是存在一个黄赤交角.目前黄赤交角是23°26′，地轴同黄道平面斜交的角度是90°-23°26′=66°34′.
（2）地轴指向北极星附近，并且在宇宙空间的方向不因季节而变化.
（3）因地球公转而产生了季节的变化.太阳的直射的范围最北是北回归线（23.5°N，夏至日，6月22日前后），最南是南回归线（23.5°S，冬至日，12月22日前后）.太阳直射在赤道上是秋分日（9月23日前后）或是春分日（3月21日前后）.太阳的直射点在南北回归线间往返移动.
【例6】我国唐朝的张遂曾设计一拐尺巧妙地测量地球的周长，比古希腊人测地球周长早几个世纪.如下图所示.直角拐尺的AB为长边，BC为短边，角顶用一细线系一铜锤.在地球北半球上的P地，把AB对着北极星观察，此时细线与AB边夹角为α.若在地球北半球且与P在同一经线上Q地，把AB对着北极星观察，此时细线与AB边夹角为β.测得两地距离为L，则地球的周长为________.
【分析】地球的地轴始终指向北极星，则当直角拐尺的长边AB对着北极星观察，此时细线指向地心，地球上该处的纬度等于此时细线与BC边夹角，如上图所示.由几何知识可知地球的周长为：
360°L/β-α.
【例7】在北纬38°的一个开阔平地上，有一高度为H的楼房.现在该楼的北面盖新楼，欲使新楼底层全年太阳光线不被遮住，两楼距离不应小于（）
A.H·cot（90°-38°）
B.H·cot（90°-38°-23.5°）
C.H·tan（90°-38°）
D.H·tan（90°-38°-23.5°）
【分析】如图所示，当太阳光直射到南回归线时（冬至），高度为H的楼房在其北面产生的影子L最长.
由图可知：
L=Htan（38°+23.5°）=Hcot（90°-38°-23.5°），所以本题正确答案为B选项.
【例8】试估算春分日的时候，北回归线上某地正午的太阳辐射能量是夏至日同一时间的多少倍？
【分析】该题综合了物理、地理、数学多方面的知识，还需要一定的空间想象力.是一道培养学生综合素质的好题.
春分日时太阳直射赤道，对北回归线则是斜射的，如图a所示.根据地理知识，北回归线纬度为北纬23.5°，由此可计算出此时北回归线正午的太阳高度角θ=90°-23.5°=66.5°；夏至日时，北回归线上的正午太阳则当顶直射.太阳的直射和斜射的差别可用图b来讨论.图中一束光照来，对ab面（虚线部分）是直射.对ac面则是斜射.显然ab面的面积S[，1]小于ac面的面积S[，2].设这束光在单位时间内辐射的能量为E，则ab、ac两面上单位时间内单位面积上所得到的光的能量分别为：
根据几何知识可知：
S[，1]/S[，2]=sinθ，
.即春分日时该地正午的太阳辐射是夏至日同一时间的0.92倍.
【例9】当人造地球卫星、地球、太阳处在同一直线上，卫星在接收地面的电磁波信号时，也容易接收太阳的电磁波，从而造成信号质量下降，严重时会出现信号中断，这种现象叫“日凌”.则下列说法正确的是（）
A.受到“日凌”干扰的卫星一定是地球同步卫星
B.受到“日凌”干扰的卫星可能是地球同步卫星
C.夏至、冬至前后地球同步卫星一定会受到“日凌”干扰
D.夏至、冬至前后地球同步卫星一定不会受到“日凌”干扰
【分析】地球公转的轨道平面与赤道所在平面不重合，与地轴不垂直，地轴始终指向北极星.地球同步卫星相对于地球静止于亦道上空.当太阳光直射南回归线（冬至）或北回归线（夏至）时，地球同步卫星、地球、太阳不在同一直线上.地球同步卫星一定不会受到“日凌”干扰；当太阳光直射到赤道上时（春分或秋分），地球同步卫星、地球、太阳可能在同一直线上，地球同步卫星可能会受到“日凌”干扰.因此选项B、D正确.
四、太阳日与恒星日
地球自转一周360°，所需时间为23时56分4秒，这是地球自转的真正周期，为恒星日.一天24小时，为太阳日.由于地球自转同时还在绕太阳公转，一个太阳日地球自转360°59′，比恒星日多59′，所以时间上比恒星日多了3分56秒.
如下图所示，当地球位于E[，1]时，太阳S、某恒星★、地心、某地点P位于同一直线上.当地球位于E[，2]时地球已自转360°，P又位于同一恒星和地心的连线上，从E[，1]到E[，2]为恒星日.当地球位于E[，3]时地球已自转360°59′，P又位于太阳S和地心的连线上，从E[，1]到E[，3]为太阳日.
【例10】（1999年全国保送生试题）若近似认为月球绕地球公转和地球绕日公转的轨道在同一个平面内，且均为正圆，又知这种转动同向，如下图所示，月相变化周期为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）.
【分析】用物理角速度、线速度进行分析.地球绕太阳公转的角速度w=2π/365（天）.从上次满月到下次满月，地球绕太阳转了θ角.用了29.5天，所以
θ=w×29.5（天）=2（π/365）×29.5
月球在两次满月之间转过的角度为（2π+θ），所用时间为29.5天.因此月球绕地球公转的角速度为w′=2π+θ/2935（天），根据周期公式
五、日食与月食
（1）发生日食时，太阳、月球、地球在同一直线上，月球在中间，如图所示.地球上在月球本影区（A区）的人看不到太阳，发生了日全食；在月球半影区（B区）的人看不到太阳某一侧的发光面，发生了日偏食；在月球伪本影区（C区）的人看不到太阳发光表面的中部，而只能看到太阳周边的环形发光表面，发生了日环食.
（2）发生月食时，太阳、月球、地球在同一直线上，地球在中间.当月球全部进入地球本影区（A区）时形成月全食；当月球有一部分进入地球本影区时形成月偏食；当月球全部进入地球半影区（B区）时不能形成月食，只是月球变暗些；没有月环食.
（3）①地球公转轨道平面与月球绕地球公转轨道平面夹角为5°9′.②日食发生时间为农历初一，月食发生时间为农历十五（或十六，有时十七），但并不是每月都发生日食或月食.③月球本影长度为地球半径的57～59倍；日全食时间较短，最长仅为几分钟；地球上只有一小部分人能看到日全食.④地球本影长度为月球半径的216倍；月全食时间较长，可达3～4小时；地球上能看到月食的范围较大.
【例11】已知太阳的半径R[，1]=6.960×10[8]m，地球的半径R[，2]=6.378×10[6]m，月球的半径R[，3]=3.476×10[6]m，日心与地心间距离S[，1]=1.496×10[11]m，地心与月心间距离S[，2]=3.844×10[8]m.根据上述数据解释为什么没有月环食.
【分析】要形成月环食，就一定是地球的阴影只挡住月球的中心部位，即太阳光只照射到月球的边缘部分，而照射不到月球的中心部分.如上图所示，太阳、地球和月球的中心处于同一直线上，其中R[，1]为太阳的半径，R[，2]为地球的半径，R为地球的阴影在月球处的半径，S[，1]为日心与地心间的平均距离，S[，2]为地心与月心间的平均距离，S为月球的中心到地球所遮太阳光的阴影圆锥顶点的平均距离.下面计算出地球的阴影半径R的大小.根据相似三角形的性质，得：
由于R＞R[，3]，即地球阴影的半径大于月球的半径，故当月球进入地球阴影的本影区时，要么形成月偏食，要么形成月全食，不可能只照射到月球的边缘部分而照射不到中心部分形成月环食.
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