Конспект урока "Атмосферное давление" (7 класс)
план-конспект урока по физике (7 класс) на тему

Тема. Атмосферное давление

Цели: обучающая – ознакомить учащихся с понятиями «атмосфера», атмосферное давление, выявить причины, которые обусловливают существование атмосферы; рассмотреть устройство и принцип действия барометра-анероида; показать, что гипотеза и эксперимент являются методами научного познания.

воспитательная -         рассмотреть историю открытия атмосферного давления, выявить место этого явления в жизни людей, изучить его практическое значение; формировать научное мировоззрение; развивать интерес к изучению предмета.

развивающая – развивать логическое мышление, умение делать выводы и обобщения, решать текстовые задачи, экспериментировать и в совокупности – развивать творческие способности.

Оборудование:         стакан с водой, бумага; шар для взвешивания воздуха, штатив, весы, насос; трубка с поршнем, сосуд с водой; колба с пробкой, трубка, насос, зажим; 2 стакана, газеты, свеча, вода, спички; диапроектор; кодоскоп; портреты учёных; кроссворды; мультимедийный проектор, экран, презентация

Тип урока: урок усвоения новых знаний.

Структура урока:

1. Актуализация знаний

1. Что такое давление? Как его рассчитать?
2. Как увеличить (уменьшить) давление?
3. Как рассчитать силу давления?
4. От чего зависит сила давления?

2. Мотивация учебной деятельности учащихся

Как рыбы, живущие в глубине океана, ничего не знают о давлении воды, так и большинство из нас не отдаёт себе отчёта о той роли, какую играет в нашей повседневной жизни давление воздуха и других газов. А между тем эта сила играет существенную роль почти во всём, что происходит на Земле, начиная от сбивания сливок и печения пирогов и до взрывов водородных бомб.

Давление воздуха заставляет вращаться крылья ветряных мельниц, поддерживает летящие самолёты, давление газов гонит ракетные корабли, ветры надувают паруса, сносят дома, приносят дожди, которые необходимы людям и другим живым существам.

Но как может воздух и другие газы оказывать давление? Разве воздух – вещество? Есть ли у него вес? Занимает ли он объём? Если воздух производит давление, то, как его измерить? Как управлять давлением газов и как заставить газы работать на благо человека. Вот некоторые из вопросов, на которые нам предстоит ответить, поэтому тема урока: «Атмосферное давление».

3. Восприятие и осознание учащимися нового материала

«Вселенная скорее распалась бы на куски, чем позволила, чтобы отвратительное  Ничто заняло её место»

        Постановка проблемной ситуации

Каждому из вас приходилось слышать, как говорят о «пустом стакане, кувшине, бутылке, как бы полагая, что воздух не занимает пространства и, следовательно, не является веществом»

Можно ли сделать так, чтобы при переворачивании стакана вверх дном вода из него не выливалась?

Демонстрация. Нальём в стакан воды, закроем листом бумаги и, поддерживая лист, перевернём стакан вверх дном. Если теперь отнять руку от бумаги, то вода из стакана не выльется. Бумага остаётся как бы приклеенной к краю стакана.

Почему вода не выливается?

        Очевидно, что воздух, как и вода, обладает весом, а значит, оказывает давление, равное весу столба воздуха, находящегося над телом.

        Когда мы говорим о давлении газа, мы имеем ввиду ударное давление. О том, что все газы имеют массу, мы часто склонны забывать. А ведь 1 м3 воздуха, например, имеет массу больше 1 кг. Этот факт подтверждается на опыте с прибором, который называется шар для взвешивания воздуха.

Демонстрация. Прибор для взвешивания воздуха представляет собой прочный стеклянный шар с резиновой трубкой с зажимом. Выкачаем насосом из него воздух и уравновесим на весах. Затем открыв зажим на резиновой трубке, впустим в шар воздух. Равновесие весов при этом нарушится. Для его восстановления придётся положить на другую чашу весов гирю, масса которой и будет равна массе воздуха в объёме шара.

        Опытами установлено, что при температуре 0˚С и нормальном атмосферном давлении (что значит «нормальное атмосферное давление», вы знаете из курса географии) масса воздуха объёмом            1 м3 равно 1,3 кг.

V=1 м3

m=1,3 кг

Как известно, воздух окружает Землю шаровым слоем, поэтому воздушную оболочку Земли называют атмосферой. Она представляет собой огромный воздушный океан, на дне которого мы живём. Атмосфера вращается вокруг земной оси вместе с Землёй. Если бы атмосфера была неподвижна, то на Земле постоянно царил бы ураган со скоростью ветра свыше 1500 км/ч.

Масса атмосферы огромна: более миллиарда тонн. В результате атмосфера своим весом давит на все тела, находящиеся на Земле. В соответствии с законом Паскаля это давление проникает в дома, пещеры, шахты и т. д. Каждое тело, любая песчинка, любой предмет, находящийся на Земле, подвержен давлению воздуха, которое называется атмосферным давлением.

Мы тоже находимся на Земле, значит атмосфера давит и на нас. Причём давит со всех сторон.

Как показали полёты самолётов, воздушных шаров и космических кораблей, атмосфера простирается ввысь на несколько сотен километров, становясь всё более и более разряженной и постепенно переходит в безвоздушное пространство.

≈ 200 км

(резкой границы нет)

Существованием атмосферного давления  могут быть объяснены многие явления. Рассмотрим некоторые из них.

Демонстрация. Возьмём стеклянную трубку, внутри которой находится поршень, плотно прилегающий к стенкам трубки. Конец трубки опущен в воду. Если поднимать поршень, то за ним будет подниматься и вода.

Почему это происходит?

Происходит это потому, что при подъёме поршня между ним и водой  образуется безвоздушное пространство. В это пространство под давлением наружного воздуха и устремляется вслед за поршнем вода

        Много и плодотворно изучением атмосферного давления занимался Отто фон Герике – бургомистр города Магдебурга. Он был образованным человеком: прошёл курс наук в Йене и Лейпциге, изучал физику, математику, юридические науки.

        В мае 1654 года Отто фон Герике поставил опыт, который явился важным этапом в деле изучения атмосферы.

        Для опыта подготовили два металлических полушария, одно из которых с трубкой для откачивания воздуха. Полушария сложили вместе, между ними поместили кожаное кольцо, пропитанное расплавленным воском. С помощью насоса откачали воздух из полости образовавшейся между полушариями. На каждом из полушарий имелось прочное железное кольцо. Две восьмёрки лошадей, впряжённых в эти кольца, потянули в разные стороны, пытаясь разъединить полушария, но это им не удалось. Когда же в полость между полушариями впустили воздух, полушария распались безо всякого внешнего усилия.

        Какая же сила сжимала полушария? Какие «обручи» сдавливали шар, противодействуя силе коней?

Этой силой было давление атмосферного воздуха. Чем больше выкачивали из воздушного шара, тем сильнее сжимались снаружи полушария атмосферным давлением. Оно, оставаясь постоянным, тем больше превышало давление внутри шара, чем меньше там оставалось воздуха.

Демонстрация.         Для опыта понадобятся 2 стакана, огарок свечи, немного газетной бумаги и ножницы.

Огонь нагрел воздух, содержащийся в нижнем стакане, воздух расширился, и часть его вышла из стакана. Когда мы медленно приближали к первому второй стакан, содержащийся в нем воздух, тоже нагрелся, и часть его вышла наружу. Свеча потухла, как только был израсходован весь содержащийся в обоих стаканах кислород.

После того, как оставшиеся внутри газы остыли, давление их уменьшилось, а атмосферное давление осталось неизменным. Оно-то и придавило так плотно стаканы друг к другу.

Отто фон Герике воочию показал всем, что воздух – вовсе не Ничто, что он имеет вес и давит со значительной силой на все земные предметы.

Аристотелю принадлежат слова «Природа боится пустоты».

Ещё до него рудокопам было известно, что при помощи всасывающего насоса воду нельзя откачать с глубины большей 10 метров.

Галилей встретился с этим явлением, когда его колодезный насос не стал подавать воду и он позвал мастера для исправления. Не найдя никакого дефекта в насосе, колодезник измерив уровень воды в водоёме, нашёл, что он слишком низок, и сказал Галилею, что никакой насос, большой или маленький, не сможет поднять воду на высоту, большую 10 метров над её поверхностью.

Слова мастера поставили Галилея в тупик, потому, что он видел, что это не согласуется с учением Аристотеля о боязни пустоты в природе. «Почему же, - задавал он себе вопрос, - эта боязнь природной пустоты внезапно прекращается на высоте, превышающей 10 метров над уровнем воды?»

Галилей, подобно всем великим учителям, старался открывать перед своими учениками новые горизонты, указывал противоречия в современных учениях. Ученик Галилея – Эванджелиста Торричелли (1608 -1647) был первым, кто бросил вызов древнему учению о боязни пустоты в природе.

(Сообщение учащегося)

        Опыт Торричелли состоит в следующем: стеклянную трубку длиной около 1 м, запаянную с одного конца, наполняют ртутью. Затем, плотно закрыв другой конец трубки, её перевёртывают, опускают в чашку с ртутью и под ртутью открывают конец трубки. Часть ртути при этом выливается в чашку, а часть её остаётся в трубке. Высота столба ртути, оставшейся в трубке, равна примерно 760 мм. Над ртутью в трубке воздуха нет, там безвоздушное пространство.

        Торричелли, предложивший описанный выше опыт, дал его объяснение. Атмосфера давит на поверхность ртути в чашке. Ртуть находится в равновесии. Значит, давление в трубке на уровне аа равно атмосферному давлению. Если бы оно было больше атмосферного, то ртуть выливалась бы из трубки в чашку, а если меньше, то поднималась бы в трубке вверх.

        Давление в трубке на уровне аа создаётся весом столба ртути в трубке, так как в верхней части трубки над ртутью воздуха нет. Отсюда следует, что атмосферное давление равно давлению столба ртути в трубке. 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 мм. рт. ст. Найдём соотношение между этой единицей и известной нам единицей давления – паскалем. Давление столба ртути высотой 1 мм равно:

,        

        Итак, 1 мм рт. ст. = 133,3 Па

        Нормальное атмосферное давление равно 760 мм рт. ст. Следовательно, выразив это давление в паскалях, мы получим следующее значение:

Наблюдая день за днём за высотой ртутного столба в трубке, Торричелли обнаружил, что эта высота меняется, то есть атмосферное давление непостоянно, оно может увеличиваться и уменьшаться.  Торричелли также заметил, что изменение атмосферного давления как-то связано с изменением погоды. Сейчас мы знаем, что устойчивое положение атмосферного давления предвещает ухудшение погоды, а повышение – её улучшение.

Прикрепив к трубке с ртутью, использовавшейся в опыте Торричелли, вертикальную шкалу, получают простейший ртутный барометр (от греческих слов: барос – тяжесть, метрео - измеряю) – прибор для измерения атмосферного давления.

В практике для измерения атмосферного давления используют металлический барометр, называемый анероидом (в переводе с греческого – безжидкостный. Так барометр называется потому, что он не содержит ртути).

Внешний вид анероида изображён на таблице. Главная часть его – металлическая коробочка с волнистой (гофрированной) поверхностью. Из этой коробочки выкачан воздух, а чтобы атмосферное давление не раздавило коробочку, её крышку пружиной оттягивают вверх. При увеличении атмосферного давления крышка прогибается вниз и натягивает пружину. При уменьшении давления пружина выпрямляет крышку. К пружине с помощью передаточного  механизма прикреплена стрелка-указатель, которая передвигается вправо или влево при изменении давления. Под стрелкой укреплена шкала, деления которой нанесены по показаниям ртутного барометра. Так, число 750, против которого стоит стрелка анероида, показывает, что в данный момент в ртутном барометре высота ртутного столба 750 мм.

Знание атмосферного давления весьма важно для предсказывания погоды на ближайшие дни, так как изменение атмосферного давления связано с изменением погоды. Барометр – необходимый прибор при метеорологических наблюдениях.

Наши далёкие предки не знали о причинной связи явлений природы. Им казалось, что погода может изменяться под влиянием таинственных сил.

Многие верующие в наши дни, не имея необходимых научных знаний, считают, что все в природе происходит по указанию бога, а бога можно просить. Служители церкви эту веру пытаются поддерживать, используя науку. Были такие случаи, когда верующие организовывали шествие для моления о дожде. Служители церкви избрали именно тот день, когда бюро прогнозов предсказывало дождь. Верующие об этом не знали. Когда же действительно пошёл дождь, они поверили в свершение божественного чуда.

Некоторые народы не знают, что такое барометр, но прекрасно обходятся без него.

«Идеальными барометрами» служат красивые мелкие рыбки, обитающие в глубинах подводного царства у берегов Японии. Они заранее и совершенно безошибочно реагируют на малейшие изменения погоды, и за их поведением в аквариуме пристально следят капитаны белоснежных океанских лайнеров, отправляющихся в дальние рейсы, рыбаки и сельские жители.

Большой восприимчивостью к изменениям барометрического давления отличается и вьюн. Перед ненастьем эта рыба поднимается к поверхности воды. Она предугадывает изменение погоды за сутки. Секрет этого изменения заключается в оригинальном устройстве плавательного пузыря, который воспринимает тончайшие перепады давления. Чувствительность этих рыбок находится на пределе возможностей технических систем.

Блестящим «синоптиком» также является лягушка. Африканские племена заметили, что перед началом сезона дождей древесные лягушки выходят из воды и взбираются на деревья для метания икры. Если «прогноз» лягушек окажется только близким к расчётному, то икра высохнет и потомство погибнет.

4. Л

Задача. Какой длины должна быть трубка для проведения опыта Торричелли с использованием воды?

Дано:                        Решение:

        ,