Атмосферное давление
материал по физике (7 класс) по теме

Тема урока: Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли.

 Тип урока: изучение нового материала.

Цель урока: экспериментально обнаружить атмосферное давление,

 показать значение опыта Торричелли.

Задачи:

• Образовательные:

1. сформировать у учащихся знания по теме атмосферное давление;
2. познакомить учащихся с примером определения атмосферного давления,
   раскрыть физическое содержание опыта Торричелли;
3. научится с помощью опытов доказывать существование атмосферного давления;

• Развивающие: развивать у учащихся логическое мышление, наблюдательность, познавательный интерес к физике и технике.

• Воспитательные: воспитывать у учащихся внимательное, доброжелательное отношения к ответам одноклассников, проявлять самостоятельность в учебной работе и стремление к сотрудничеству.

Основные знания и умения:

Знать значение нормального атмосферного давления.
            Уметь переводить давление из мм.рт.ст в систему СИ.

Демонстрации: Работа шприца и пипетки; удерживание тетрадным листом воды в перевернутом стакане.

Методы обучения: словесный, практический, наглядный.

Необходимое  оборудование: учебник физики для 7класса (авт. Перышкин А.В.),тетрадь, компьютер, медиа проектор,  экран, ресурсы ЭОР, презентация,  набор предметов для демонстрации атмосферного давления.

Межпредметные связи:

• с математикой (работа со степенями, задача на математические действия);
• с историей (история открытия атмосферного давления, факты из жизни Торричелли);
• с биологией (атмосферное давление и жизнедеятельность организмов);

Ход урока.

1. Организационный момент.

Приветствие, проверка отсутствующих, постановка задачи. Обеспечить нормальную внешнюю обстановку для работы на уроке и психологически подготовить учащихся к общению и предстоящему занятию.

II. Актуализация знаний.

– Что такое давление? 

– В каких единицах выражается давление в СИ? 

– От чего зависит давление, оказываемое жидкостями и газами?

– Что называется атмосферой?

– Что называется атмосферным давлением?

– Почему молекулы газов, входящих в состав атмосферы не покидают Землю?

– Как изменяется плотность атмосферы с увеличением высоты?

Решить задачу: 

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/c9f28d55-ee32-59ef-efed-a4592c0f3214/00119632545071227.htm

Решить задачу

Л.№ 530 “Определите высоту уровня воды в водонапорной башне, если манометр, установленный у ее основания, показывает давление
220000 Па”

III. Изучение нового материала

Мотивация познавательной деятельности учащихся.

Атмосферное давление является одним из основных факторов, определяющих состояние погоды и климата, поэтому знания об атмосферном давлении необходимы для прогнозирования погоды. Большое практическое значение имеет умение измерить атмосферное давление. Эти знания необходимы в медицине, в технологических процессах и жизнедеятельности живых организмов.

По телевидению или радио мы часто слышим, что атмосферное давление равно, например, 760 мм рт.ст. Это число бывает и другим – больше или меньше. Что оно означает? И каким способом посчитано?
Рассчитать атмосферное давление по формуле для вычисления давления столба жидкости  нельзя. Для такого расчета надо знать высоту атмосферы и плотность воздуха. Но определенной границы у атмосферы нет, а плотность воздуха на разной высоте различна.

Как же определяют атмосферное давление?

Прежде чем начать наш сегодняшний разговор, проделаем небольшой эксперимент.

Демонстрация и объяснение принципа действия шприца и пипетки. (Если поднимать поршень шприца, за ним будет подниматься вода, т.к. между ним и водой образуется безвоздушное пространство, в которое под давлением наружного воздуха поднимается вода)

 Первым измерил атмосферное давление ученик Г. Галилея Э. Торричелли.

            Историческая справка. 

Эванджелиста Торричелли родился 15 октября 1608 г. в небольшом итальянском городе Фаэнца в небогатой семье. Воспитание получил у дяди, бенедиктинского монаха. Дальнейшая жизнь в Риме и общение с известным математиком (учеником Галилея) Кастелли способствовали развитию таланта Торричелли. Большинство трудов ученого по большей части оставались неопубликованными. Торричелли является одним из создателей жидкостного термометра.

Но наиболее известным экспериментальным исследованием Торричелли являются его опыты с ртутью, доказавшие существование атмосферного давления. Заслугой ученого является то, что он решил перейти к жидкости, обладающей большей плотностью, чем вода, – к ртути. Это позволило сделать опыты относительно легко воспроизводимыми. Однако не следует думать, что в середине XVII в. постановка и воспроизведение опытов Торричелли были простым делом. В те времена было довольно трудно изготовить необходимые стеклянные трубки, о чем свидетельствуют неудачи некоторых ученых в постановке аналогичных опытов независимо от Торричелли.

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669b5252-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/4_10.swf

Давление в трубке  создается весом столба ртути в трубке, так как в верхней части трубки над ртутью воздуха нет. Отсюда следует, что атмосферное давление равно рис.1 давлению столба ртути в трубке, т. е.:
Ратм = Рртути

Измерив высоту столба ртути, можно рассчитать давление, которое производит ртуть. Оно и будет равно атмосферному давлению. Если атмосферное давление уменьшится, то столб ртути в трубке Торричелли понизится.

Чем больше атмосферное давление, тем выше столб ртути в опыте Торричелли. Поэтому на практике атмосферное давление можно измерять высотой ртутного столба (в миллиметрах или сантиметрах). Если, например, атмосферное давление равно 780 мм рт. ст., то это значит, что воздух производит такое же давление, какое производит вертикальный столб ртути высотой 780 мм.

Следовательно, в этом случае за единицу атмосферного давления принимают 1 миллиметр ртутного столба (1 мм рт. ст.). Найдем соотношение между этой единицей и известной нам единицей давления – Паскалем (Па).

Давление столба ртути ρртути высотой 1 мм равно:

p = gph, p = 9,8  * 13 600  * 0,001 м ≈ 133,3 Па.

Итак, 1 мм рт. ст. = 133,3 Па.

В настоящее время атмосферное давление принято измерять и в гектопаскалях. Например, в сводках погоды может быть объявлено, что давление равно 1013 гПа, это то же самое, что 760 мм рт. ст.

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/ed354bc0-4c63-47c0-adb1-165112d045d1/7_205.swf 

Наблюдая ежедневно за высотой ртутного столба в трубке, Торричелли обнаружил, что эта высота меняется, т. е. атмосферное давление непостоянно, оно может увеличиваться и уменьшаться. Торричелли заметил также, что изменения атмосферного давления связаны с изменением погоды.

Если к трубке с ртутью, использовавшейся в опыте Торричелли, прикрепить вертикальную шкалу, то получится простейший прибор — ртутный барометр (от греч. барос – тяжесть, метрео – измеряю). Он служит для измерения атмосферного давления.

Водяной барометр: http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669b5253-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/4_11.swf

Зависимость атмосферного давления от высоты над Землей: http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/e07af338-795a-4b0b-95e0-bd1b7074a76b/7_202.swf

 Демонстрация опыта со стаканом и листом бумаги. 

Фронтальный опыт: предложить учащимся взять чистый лист бумаги, приложить ко рту и сделать глубокий вздох. Что происходит? Объяснить.

В 1654 году, спустя 11 лет после открытия Торричелли, действие атмосферного давления было наглядно показано магдебургским бургомистром Отто фон Герике. Известность принесла автору не столько физическая сущность опыта, сколько театральность его постановки.

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669b5253-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/4_11.swf

Два медных полушария были соединены кольцевой прокладкой. Через кран, приделанный к одному из полушарий, из составленного шара был выкачан воздух, после чего полушария невозможно было разнять. Сохранилось подробное описание опыта Герике. Чтобы разъединить полушария, Герике приказал запрячь две восьмерки лошадей. К упряжи шли канаты, продетые через кольца, прикрепленные к полушариям. Лошади оказались не в силах разъединить полушария.
Силы восьми лошадей (именно восьми, а не шестнадцати, так как вторая восьмерка, запряженная для пущего эффекта, могла быть заменена крюком, вбитым в стену, с сохранением той же силы, действующей на полушария) было недостаточно для разрыва магдебургских полушарий.

Атмосферное давление в живой природе .

Мухи и древесные лягушки могут держаться на оконном стекле благодаря крошечным присоскам, в которых создается разрежение, и атмосферное давление удерживает присоску из стекле.

Слон использует атмосферное давление всякий раз, когда хочет пить. Шея у него короткая, и он не может нагнуть голову в воду, а опускает только хобот и втягивает воздух. Под действием атмосферного давления хобот наполняется водой, тогда слон изгибает его и выливает воду в рот.

Рыбы-прилипалы имеют присасывающую поверхность, состоящую из ряда складок, образующих глубокие «карманы». При попытке оторвать присоску от поверхности, к которой она прилипла, глубина карманов увеличивается, давление в них уменьшается и тогда внешнее давление еще сильнее прижимает присоску.

Засасывающее действие болота объясняется тем, что при поднятии ноги под ней образуется разреженное пространство.  Однако копыта парнокопытных животных при вытаскивании из трясины пропускают воздух через свой разрез в образовавшееся разреженное пространство. Давление сверху и снизу копыта выравнивается, и нога вынимается без особого труда.

Атмосферное давление вместе с другими параметрами (температура, относительная влажность воздуха) в совокупности не только определяют комфортное состояние человека, но и природы в целом. Перепады атмосферного давления весьма важны для предсказывания погоды на ближайшие дни, так как изменение атмосферного давления связано с изменением погоды. Барометр — необходимый прибор при метеорологических наблюдениях. В настоящее время для измерения атмосферного давления используют не ртутные барометры, а барометры –анероиды с которыми мы познакомимся на следующем уроке.

IV. Закрепление материала: 

 -Почему нельзя рассчитать давление воздуха так же, как рассчитывают давление жидкости?

- Что означает запись: «Атмосферное давление равно 775 мм рт.ст.»?

-Скольким гПа равно давление ртутного столба высотой 1мм?

-Скольким гПа равно давление ртутного столба высотой 760 мм?

-Объясните почему вода не выливается?

(демонстрация : удерживание тетрадным листом воды в перевернутом стакане)

Интерактивная задача.

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/02ece086-b090-bdf3-2eb8-2ee35d9794cc/00119632550556243.htm

V. Итог урока: выставление оценок.

VI. Домашнее задание

§42,упр19(1,2), зад 11

VII. Литература:

1. Учебник "Физика 7 класс", А.В. Перышкин, "Дрофа", М.2009г. 

2. "Тематическое и поурочное планирование к учебнику А.В. Перышкина "Физика 7кл", Е.М.Гутник и др. "Дрофа" М.2009г.

3. "Сборник задач по физике 7-9кл", В.И.Лукашик, М. Просв.2009г.

4. “Занимательная физика”, Я.И.Перельман. изд. “Наука”,1986

Дополнительный материал к уроку :

Как мы пьем?
Неужели и над этим можно задуматься? Конечно. Мы приставляем стакан или ложку с жидкостью ко рту и «втягиваем» в себя их содержимое. Вот это-то простое «втягивание» жидкости, к которому мы так привыкли, и надо объяснить. Почему, в самом деле, жидкость устремляется к нам в рот? Что ее увлекает? Причина такова: при питье мы расширяем грудную клетку и тем разрежаем воздух во рту; под давлением наружного воздуха жидкость устремляется в то пространство, где давление меньше, и таким образом проникает в наш рот.
Наоборот, захватив губами горлышко бутылки, вы никакими усилиями не «втянете» из нее воду в рот, так как давление воздуха во рту и над водой одинаково.
Итак, строго говоря, мы пьем не только ртом, но и легкими; ведь расширение легких - причина того