Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли
презентация к уроку по физике (7 класс) по теме

Ссылка на презентацию https://cloud.mail.ru/public/DMUY/Yn9N66q8o

 «Я слышу и забываю,
вижу и запоминаю,
я делаю и понимаю».
(Конфуций)

Оргмомент

Здравствуйте, ребята!

Вы знаете, что счастье любого учителя – это когда на его урок спешат и боятся опоздать. Не потому, что учитель строгий, а потому, что боятся пропустить что-то интересное. Я надеюсь, что сегодняшний урок  будет не только интересный, но и познавательный.  

Итак, начнём.

Ребята, давайте вспомним, что вы изучали на предыдущих уроках? (Давление, закон Паскаля, научились рассчитывать давление  твердых тел и давление жидкостей)

С давлением твердых тел и жидкостей мы разобрались. А в каком ещё агрегатном состоянии могут находиться тела? (газообразном)

Тогда, как вы думаете, какой будет тема нашего сегодняшнего урока? (Давление газов)

Если быть более точными, то поговорим сегодня мы с вами о воздухе.

Но сначала мы проведем небольшой тест. (2 минуты)

Проверка знаний

1. По какой формуле можно рассчитать давление твердых тел?

1. p =  mg
2. p =  +
3. p = ρgh
4. p =  FS

2. Что называется атмосферой?

1. все, что нас окружат
2. воздушная оболочка Земли +
3. воздух
4. кислород

3. По какой формуле можно рассчитать давление жидкостей и газов?

1. p =  mg
2. p =  
3. p = ρgh   +
4. p =  FS

4. Согласно закона Паскаля  давление, производимое на жидкость или газ, передается...

1. только вверх
2. только вниз
3. по всем направлениям  по-разному
4. по всем направлениям одинаково   +

Ключ для взаимопроверки: 2 2 3 4

Постановка проблемы

Посмотрите на картину «Сикстинская мадонна» Рафаэля. Возвышающаяся  фигура Богоматери издалека кажется парящей в воздухе. Парапет внизу картины — единственная преграда, которая отделяет мир земной от мира небесного. Как наяву раздвинулся в стороны зеленый занавес, и Мария с божественным сыном на руках является вашему взору.

Вам так не кажется? (предполагаемый ответ: да, кажется)

А как вы думаете, почему складывается впечатление, что Мария парит в воздухе?

(предполагаемый ответ: это потому, что богоматерь изображена на облаке, а облако, как и воздух, практически ничего не весит.)

 Воздух нам кажется не только невидимым, но и «невесомым».

Как вы думаете, атмосфера действует своим весом на поверхность Земли и тела на Земле.

Ребята, скажите, вы как-то ощущаете на себе действие атмосферы. Вам тяжело?

Нет? Так существует ли давление атмосферы? Действительно ли воздух,  не оказывает на нас и окружающие нас тела никакого действия?

Действительно ли это предположение верно? 

Обратимся к опыту:

Посмотрите, пожалуйста, внимательно что будет происходить с яйцом.

Скажите, кто-нибудь из вас сможет достать монету руками из воды так, чтобы руки остались сухими?

(Демонстрация опытов «Яйцо в бутылке» и «Как достать монету из воды, не намочив рук»)

Давайте подумаем, почему же яйцо оказалось в бутылке, а вода в стакане?

Объясняя подобные явления, мы приоткроем тайну удивительного и важного физического явления, которое  называется атмосферное  давление.

Вы помните из курса географии, что воздушная оболочка Земли называется ….. (атмосфера)

Давайте сформулируем тему урока:  «Атмосферное давление. Измерение атмосферного давления».    

Какова цель нашего урока?

(Мы будем изучать атмосферное давление, доказывать его  существование, узнаем как измерили  атмосферное давление.)

Изучение нового материала

Высказывание Аристотеля «Воздух – великое ничто» просуществовало в науке 19 столетий и было опровергнуто опытами Галилео Галилея (1564- 1642), который сумел взвесить воздух и определить его массу.

Слово же «атмосфера» было образовано из двух слов: «атмос» и «сфера» Михаилом Васильевичем Ломоносовым. Появление этого термина в печати вызвало бурю негодования. Утверждали, что оно никогда не приживается в русской лексике, так как не соответствует языковым традициям. Время посмеялось над этими горе-пророками.

Давайте посмотрим как удалось Галилео Галилею взвесить воздух. (ЦОР «Вес воздуха. Атмосферное давление»)

Мы уже убедились в существовании атмосферного давления на опытах.

Как вы думаете можно ли атмосферное давление можно  рассчитать по формуле

 p= ρgh?

Но для  этого мы должны знать плотность и высоту атмосферы.  Плотность воздуха с высотой меняется, да и высота неизвестна: у атмосферы нет резкой границы. Значит, воспользоваться формулой мы не можем…

 Каким же образом рассчитывают атмосферное давление?

Еще древней цивилизации были известны всасывающие насосы. С их помощью можно было поднять воду на значительную высоту, т.к. вода послушно следовала за поршнем такого насоса.

Древние философы задумывались о причинах этого и пришли к следующему заключению: вода следует за поршнем потому, что природа боится пустоты, поэтому-то между поршнем и водой не остается свободного пространства.

Рассказывают, что один мастер построил для садов герцога Тосканского во Флоренции всасывающий насос, поршень которого должен был затягивать воду на высоту более 10 м. Но как ни старались засосать этим насосом воду, ничего не получалось. На 10 м (34 фута) вода поднималась за поршнем, а дальше поршень отходил от воды, и образовывалась та самая пустота, которой природа боится.

Когда с просьбой объяснить причину неудачи обратились к престарелому Галилею, он пошутил, что, вероятно, природа перестает бояться пустоты на высоте более 34 футов, и предложил своим ученикам - Торричелли и Вивиани разобраться в этом странном явлении.

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.

Видеофрагмент, ЭОР:

Опыт Торричелли состоит в следующем: стеклянную трубку длиной около 1 м, запаянную с одного конца, наполняют ртутью. Затем, плотно закрыв другой конец трубки, ее переворачивают, опускают в чашку с ртутью и под ртутью открывают конец трубки.   Ртуть из трубки начинает выливаться, но не вся! Высота столба ртути, оставшейся в трубке, равна примерно 760 мм. Эта высота не зависит ни от длины трубки, ни от глубины ее погружения. Над ртутью в трубке воздуха нет, там безвоздушное пространство.

Торричелли, предложивший описанный выше опыт, дал и его объяснение.

Атмосфера давит на поверхность ртути в чашке. Ртуть находится в равновесии. Значит, давление в трубке  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.

В течение дня атмосферное давление меняется. Давайте посмотрим как это происходит.

ЭОР

Как из трубки с ртутью получить прибор?

Прикрепим к трубке Торричелли вертикальную шкалу и получаем простейший прибор для измерения атмосферного давления - ртутный барометр(от греч. барос – тяжесть, метрео – измеряю).

Этим прибором измеряют давление в мм рт.ст.  

Так появилась единица атмосферного давления — 1 мм рт.ст. Определим связь между единицами давления — паскалем и миллиметром ртутного столба:

р = ρgh            р = 9,8 Н/кг • 13 600 кг/м3 • 0,001 м ≈133,3 Па,

1 мм рт.ст. = 133,3 Па.

Нормальным атмосферным давлением принято считать 760 мм рт. ст.:

р = gph           р = 9,8 Н/кг • 13 600 кг/м3 • 0,76 м = 101 300 Па = 101,3 кПа.

760 мм рт. ст.= 101,3 кПа =100 кПа

Ежедневно наблюдая за высотой ртутного столба в трубке, Торричелли обнаружил, что его высота меняется, т. е. атмосферное давление непостоянно, оно может увеличиваться и уменьшаться. Торричелли заметил также, что изменения атмосферного давления связаны с изменением погоды. В народе говорят: «К плохой погоде давление падает, а к хорошей – поднимается»

Изменение  высоты на каждые 12 метров ведет к изменению давления на 1 мм.рт.ст.

 Измерения показывают, что атмосферное давление в местностях, лежащих на уровне мирового океана, в среднем около 760 мм рт.ст. Прибор для измерения атмосферного давления называется  барометр. В настоящее время для измерения атмосферного давления используют не ртутные барометры (пары ртути ядовиты), а барометры – анероиды с  которыми мы познакомимся на следующем уроке.  

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.
(Видеофрагмент. Опыт с магдебургскими полушариями)

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 на стекле.

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.

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.

Засасывающее действие болота объясняется тем, что при поднятии ноги под ней образуется разреженное пространство. Перевес атмосферного давления в этом случае может достигать 1000 Па на площадь ноги взрослого человека. 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.

IV.Физкультминутка

Мини-проект «Атмосферное давление в природе»

V.Закрепление  материала: 

Решение задач

VI. Итог урока

Видеоролик (Отрывок из программы «О самом главном» о влиянии перемены атмосферного давления на организм человека)

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.

Изменение атмосферного давления также влияет на самочувствие человека. Наиболее неблагоприятные явления отмечаются в период изменения атмосферного давления: повышения (компрессии) и особенно при снижении (декомпрессии) атмосферного давления. Чем медленнее происходит изменение атмосферного давления, тем легче эти изменения переносит человек.

При пониженном атмосферном давлении отмечается учащение и углубление дыхания, учащение сердечных сокращений, повышение, а затем понижение кровяного давления. В основе неблагоприятного влияния атмосферного давления на организм человека лежит кислородное голодание. Оно обусловлено тем, что с понижением атмосферного давления понижается и парциальное давление кислорода (число молекул кислорода в единице объема воздуха уменьшается) и при нормальном функционировании легких и органов человека в организм поступает меньшее количество кислорода.

Повлиять на погоду мы не в состоянии, но помочь своему организму пережить такие тяжелые периоды совсем не сложно. При прогнозе значительного ухудшения погодных условий и, следовательно, резких перепадов атмосферного давления, прежде всего следует максимально снизить физическую нагрузку. А для тех, у кого адаптация протекает довольно сложно необходимо посоветоваться с врачом о назначении соответствующих лекарственных средств.

VII.Домашнее  задание  §42,упр19 (1,2), зад11

VIII.Рефлексия

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, что жидкость устремляется в наш рот.