課題研究 潮汐現(xiàn)象.doc

課題研究 潮汐現(xiàn)象很久以前，人們就注意到了大海有節(jié)律的潮起潮落，并把這一現(xiàn)象稱為潮汐。有一副著名的對(duì)聯(lián)，“海水朝朝朝朝朝朝朝落，浮云長(zhǎng)長(zhǎng)長(zhǎng)長(zhǎng)長(zhǎng)長(zhǎng)長(zhǎng)消”它利用中國漢字一字多音多義的特點(diǎn)，描繪了這一變幻多姿的景色，使人產(chǎn)生無限遐想。一、潮汐的形成在大部分地區(qū)，潮汐一天漲落兩次，稱為半日潮。也有的地區(qū)一天漲落一次，稱為全日潮。半日潮兩次高潮之間的時(shí)間間隔約12小時(shí)25分。（根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)猜測(cè)，潮汐現(xiàn)象與什么有關(guān)呢？）高潮時(shí)的最大高度減去地超市的最大高度稱為潮差。世界各地的平均潮差約為1-3米。但也有些地方，如加拿大的芬迪灣，潮差可高達(dá)20米。很早人們就開始尋求對(duì)潮汐節(jié)律性變化的解釋，并注意到潮汐與月亮的關(guān)系，但不能做出深入的解釋。直到牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律，才在其巨著自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理中解釋了潮汐現(xiàn)象。法國天文家拉普拉斯在天體力學(xué)中進(jìn)一步發(fā)展了牛頓的潮汐理論。目前，高速電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用推進(jìn)了潮汐預(yù)報(bào)技術(shù)，但仍沒全面了解潮汐的過程。查資料我們可知： 潮汐是由月球的吸引力造成的。潮汐是海水周期性漲落現(xiàn)象。因白天為朝，夜晚為夕，所以把白天出現(xiàn)的海水漲落稱為“潮”，夜晚出現(xiàn)的海水漲落稱為“汐”。這種現(xiàn)象曾使古人很納悶，不知究竟是什么原因造成的。后來細(xì)心的人們發(fā)現(xiàn)，潮汐每天都要推遲一會(huì)兒，而這一時(shí)間和月亮每天遲到的時(shí)間是一樣的，因此想到潮汐和月球有著必然的聯(lián)系。我國古代地理著作山海經(jīng)中已提到潮汐與月球的關(guān)系，東漢時(shí)期王充在他所著的論衡一書中則明確指出：“濤之起也，隨月升衰”。但是直到牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，拉普拉斯才從數(shù)學(xué)上證明潮汐現(xiàn)象確實(shí)是由太陽和月亮、主要是月亮的引力造成的。 萬有引力定律表明引力的大小和兩個(gè)物體質(zhì)量的乘積成正比，和它們之間的距離平方成反比。太陽對(duì)地球的引力比月球?qū)Φ厍虻囊σ獜?qiáng)大得多，但太陽的引潮力卻不到月球的1/2。這是怎么回事呢？原來引起海水漲落的引潮力（或稱起潮力）雖然起因是太陽和月球的引力，但卻又不是太陽和月球的絕對(duì)引力，而是被吸引物體所受到的引力和地心所受到的引力之差。引潮力和引潮天體的質(zhì)量成正比，和該天體到地球的距離的立方成反比。因?yàn)樘柕馁|(zhì)量是月球質(zhì)量的2710X104倍，而日地間的平均距離是月地間平均距離的389倍，所以月球的引潮力是太陽的引潮力的2.17倍，因而從力學(xué)上證明潮汐確實(shí)主要由月球引起。打個(gè)比喻，如果某地潮水最高時(shí)有10米高，差不多7米是月球造成的，太陽的貢獻(xiàn)只有3米，其他行星不足0.6毫米。 太陽的引潮力雖然不算太大，但能影響潮汐的大小。有時(shí)它和月球形成合力，相得益彰，有時(shí)是斥力，相互牽制抵消。在新月或滿月時(shí)，太陽和月球在同一方向或正相反方向施加引力，產(chǎn)生高潮；但在上弦或下弦時(shí)，月球的引力作用對(duì)抗太陽的引力作用，產(chǎn)主低潮。其周期約半月。從一年看來，也同樣有高低潮兩次。春分和秋分時(shí)，如果地球、月球和太陽幾乎在同一平面上，這時(shí)引潮力比其他各月都大，造成一年中春、秋兩次高潮。此外，潮汐與月球和太陽離地球的遠(yuǎn)近也有關(guān)系。月球的公轉(zhuǎn)軌道是個(gè)橢圓，大約每27.55天靠近地球和遠(yuǎn)離地球一次，近地潮要比遠(yuǎn)地潮大39，當(dāng)近地潮與高潮重合時(shí)，潮差特別大，若遠(yuǎn)地潮與低潮重合時(shí)，潮差就特別小。地球圍繞太陽的公轉(zhuǎn)軌道也是橢圓，在近日點(diǎn)太陽引力大，潮汐強(qiáng)，遠(yuǎn)日點(diǎn)，引力小，潮汐弱。 從一天看來，因地球自轉(zhuǎn)和月球公轉(zhuǎn)，潮汐波由東向西，沿周日運(yùn)動(dòng)的方向傳播，一次潮汐漲落經(jīng)歷的時(shí)間是半個(gè)太陰日，即12小時(shí)25分，也就是所謂的半日潮，生活在海邊上的人，每天都可以看到海水有規(guī)律地升落兩次。白居易“旱潮才落晚潮來，一月周流六十回”的佳句便打此而來。 實(shí)際的潮汐還會(huì)受地理環(huán)境、海岸位置、洋流運(yùn)動(dòng)等諸多因素的制約。以錢塘江潮為例，我們知道，錢塘江口的杭州灣呈喇叭口狀，越往里越窄，加之漲潮時(shí)帶進(jìn)的泥沙淤積在江底形成沙坎，從而造成潮勢(shì)洶涌澎湃。 月球的引潮力不僅會(huì)在地球上產(chǎn)生海潮，還會(huì)引起大氣潮。但是大氣潮遠(yuǎn)沒有海潮這樣驚天動(dòng)地，氣勢(shì)磅礴。又因?yàn)槲覀兩碓谄渲兴允呛茈y察覺的。除此之外，引潮力還會(huì)使地球的本體，包括地表（大陸和洋底以下各部分）產(chǎn)生潮汐，這種潮汐稱為固體潮，固體潮引起地表的起伏很小，只有用精密的儀器才能測(cè)出來，這可能對(duì)地球的引力場(chǎng)有細(xì)微影響。地球內(nèi)部有一部分是液態(tài)的，因此那里也會(huì)產(chǎn)生潮汐，有人認(rèn)為地球內(nèi)部的潮汐是誘發(fā)地震的原因之一。 作用總是相對(duì)的，有作用力便有反作用力。月球?qū)Φ厍蛴幸绷?，反過來，地球?qū)υ虑蛲瑯右灿幸绷?。按理說，地球的質(zhì)量比月球大80多倍，地球?qū)υ虑虻囊绷?yīng)是月球?qū)Φ厍蛞绷Φ?0多倍，然而，由于月球上沒有水，所以地球的引潮力無法在月面上“興風(fēng)作浪”，但對(duì)月球的自轉(zhuǎn)起了制動(dòng)作用，使月球變成一顆同步自轉(zhuǎn)的衛(wèi)星，所以月球總以一面對(duì)著我們。而月球也通過與此相同的潮汐摩擦使地球自轉(zhuǎn)變慢，使每日時(shí)間變長(zhǎng)，同時(shí)地月之間的距離變大。 注：大潮：在初一合十五月球的引潮力與太陽的引潮力，相疊加，形成大潮。小潮：在初七、八和二十二、二十三，月球的引潮力減去太陽的引潮力，形成小潮。二、潮汐的應(yīng)用古人曾用“來疑滄海盡成空，萬面鼓聲中”來形容錢塘江大潮這一奇觀。在這壯麗的現(xiàn)象背后，隱藏著巨大的可以被開發(fā)的能量。在古代，我我國和西方的沿海居民都有用潮汐力碾磨谷物，切割木材的記載。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在潮汐能已經(jīng)被用來發(fā)電。利用潮汐發(fā)電必須具備兩個(gè)物理?xiàng)l件：首先潮汐的幅度必須大，至少要有幾米；第二海岸地形必須能儲(chǔ)蓄大量海水，并可進(jìn)行土建工程。潮汐發(fā)電的工作原理與一般水力發(fā)電的原理是相近的，即在河口或海灣筑一條大壩，以形成天然水庫，水輪發(fā)電機(jī)組就裝在攔海大壩里。潮汐電站可以是單 水庫或雙水庫。潮汐發(fā)電與水力發(fā)電的原理相似即把潮水漲落產(chǎn)生的水位差的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。有人?jì)算過，世界海洋潮汐能蘊(yùn)藏量大約為27億千瓦，如全部轉(zhuǎn)化成電能，每年發(fā)電量大約為1.2萬億度。潮汐能不僅無污染，而且和海浪能、風(fēng)能、太陽能這些再生