正文 數學語言精準性在大學物理課堂教學中的應用(2 / 2)

1 前言

科裏奧利力在大學物理課程中基本上是作為選讀內容來處理的,學生最多是聽說過而已,更不用說理解了。但是科裏奧利效應卻對人們的生活有著非常重要的影響,因此,在課堂上能夠補充講授科裏奧利力方麵的內容還是很有必要的。但對於非物理係學生來說,不能像對物理係的學生一樣要求他們。如何讓非物理係學生更易理解這方麵的內容,以至可以對生活中一些現象作出解釋,本文試圖作一個試探性的研究[1]。

法國人科裏奧利在1835年最先用數學方法描述了科裏奧利效應,所以科學界用他的姓氏來命名此種力,而這種力的本質即是由於地球自轉產生的偏向力。從大學物理的學習中可以知道,對於物理問題的討論通常是對於慣性係而言的,但是地球是一個轉動緩慢的參考係,並不是嚴格的慣性係(由於宇宙空間中到處都存在引力,真正理想的慣性係是無法找到的)。討論科裏奧利效應時,就不能把地球看成是慣性係。但是對非慣性係來講,隻要加上適當的慣性力,牛頓運動定律的形式就仍然成立,這是解決力學問題的另一種方法。慣性力是沒有施力物體的,它不是物體間的相互作用。地球的自轉會導致物體的運動受到兩種慣性力的作用:慣性離心力和科裏奧利力。若將地球看成非慣性係,研究相對於地球運動的物體時,應加上慣性離心力和科裏奧利力。

由於自轉的存在,地球並非一個慣性係,而是一個轉動參照係,因而地麵上質點的運動會受到慣性力的影響。為了在慣性參考係中描述轉動轉體係的運動,需要在牛頓第二定律方程中引入一個假想的力,這就是科裏奧利力。引入科裏奧利力之後,人們可以像處理慣性係中的運動方程一樣簡單地處理旋轉體係中的運動方程,大大簡化了轉動參照係的處理方式。

科裏奧利力可以應用在許多現象的解釋上,比如傅科擺、信風與季風、熱帶氣旋、對分子光譜的影響等。在課堂教學中,一般的教材提到科裏奧利力的時候隻給出公式(1)[2-3]。

如果角速度ω不是常數,非慣性力中還有一項不可以忽略,講地球的角速度可以認為是不變的,所以一般教材上都把這一項給忽略掉了。

3 結語

采用不複雜的數學公式推導,給出轉動參考係中的加速度,由此可以精確地說明科裏奧利力的由來,使學生對科裏奧利力的來源的困惑得以解決。

參考文獻

[1]姚琴芬,蔣耀妹.談談科裏奧利效應[J].物理與工程,2006(5):59-62.

[2]張三慧.大學物理[M].北京:清華大學出版社,2009.

[3]漆安慎,杜嬋英.力學[M].2版.北京:高等教育出版社,2005:89-90.

[4]潘根.基礎物理述評教程[M].北京:科學出版社,2011.