Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли
план-конспект занятия по физике (7 класс)

Этап урока

Время, мин

Цель

Деятельность учителя

Содержание урока

Деятельность учащихся

ФОУД

Организационный момент

1

Проверка готовности учащихся, их настроя на работу

Создать благоприятный психологический настрой на работу

Здравствуйте ребята! Садитесь.

Актуализация опорных знаний

10

Проверить уровень подготовки к уроку

Актуализация опорных знаний

Подводит учеников к постановке темы и целей урока.

Озвучивает тему и организует обсуждение целей урока

– 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 существует воздушная оболочка Земли?

Воздух состоит из отдельных атомов и молекул, и каждая частица обладает массой, следовательно, атмосфера всей своей массой оказывает давление на поверхность Земли. А почему атмосфера “не оседает” на поверхность Земли?

А теперь проверим ваши знания литературы. Все Вы наверно знаете стихотворение великого русского писателя К. И. Чуковского «Айболит». Сейчас я Вам зачитаю отрывок из этого стихотворения, и хочу чтобы Вы объяснили этот отрывок с точки зрения физики:
…И горы встают перед ним на пути,
И он по горам начинает ползти,
А горы все выше, а горы все круче,
А горы уходят под самые тучи.
“О, если я не дойду,
Если в пути пропаду,
Что станется с ними, с больными
С моими зверями лесными”.

Как вы считаете, почему Айболит боится не дойти?

Демонстрация и объяснение принципа действия пипетки и шприца. (2 мин.)

Задача: 

“Определите высоту уровня воды в водонапорной башне, если манометр, установленный у ее основания, показывает давление
220000 Па”

Тема урока: Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли.

Сформулируйте цели нашего урока 

 -Давление – это физическая величина, равная отношению силы, действующей на тело к площади этой поверхности
p = F/S

-1 Па = 1Н/1 м2

-От рода вещества и высоты столба; формула p = ρgh

-Атмосфера – воздушная оболочка Земли

-Атмосферное давление – давление атмосферы или воздушной оболочки Земли

-На молекулы воздуха действует сила тяжести. Чтобы выйти за пределы притяжения Земли, необходимо развить очень большую скорость – 11,2 км/с. Скорость большинства молекул значительно меньше

-Потому что, молекулы газов, составляющих атмосферу, движутся непрерывно и беспорядочно

-Человек, как и любой другой организм, не чувствует атмосферного давления, так как оно уравновешивается его внутренним давлением. Однако при резком уменьшении атмосферного давления, например при подъеме в горы, человек начинает чувствовать себя плохо. Это происходит ещё и потому, что атмосфера снабжает нас кислородом.

Колебания атмосферного давления действуют на человека двумя путями: изменяют насыщение крови кислородом и механически раздражают нервные окончания.
При повышении атмосферного давления уменьшается число лейкоцитов в крови, а при понижение увеличивается.
В таких случаях у здоровых людей падает работоспособность, появляется головная боль.

-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)

И

Ф

Изучение нового материала

15

Анализ учебной ситуации, выдвижение гипотез, опытная проверка гипотез

Организует обсуждение новой темы

1. 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 со 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.

2. Основной материал. 

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. Однако измерить атмосферное давление можно с помощью опыта, предложенного в XVII в. итальянским ученым Эванджелиста Торричелли, учеником Галилея.

Давление в трубке на уровне аа1 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.

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.

4. Барометр-анероид.

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

Внешний вид анероида изображен на рисунке. Главная часть его — металлическая коробочка 1 с волнистой (гофрированной) поверхностью. Из этой коробочки выкачан воздух, а чтобы атмосферное давление не раздавило коробочку, ее крышку пружиной 2 оттягивают вверх. При увеличении атмосферного давления крышка прогибается вниз и натягивает пружину. При уменьшении давления пружина выпрямляет крышку. К пружине с помощью передаточного механизма 3 прикреплена стрелка-указатель 4, 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.

Следовательно, атмосферное давление равно 750 мм рт. ст., или ≈ 1000 гПа.

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.

Ф

Закрепление.

15

Организовать усвоение и закрепление изученного материала

Решение задач.

В. И. Лукашик, Е. В. Иванова.

Мини тест

1. Воздушная оболочка Земли

2. Прибор для измерения атмосферного давления

3. Фамилия известного учёного, который был учителем Е. Торричелли.

4. Безжидкостный барометр

5. Единица измерения давления

6. Учёный, который создал первый прибор для измерения атмосферного давления        

7. Отношение силы давления к площади;
8. Как можно определить массу воздуха?
9. Чему равен вес воздуха при температуре 0 градусов и объёмом 1м3?
10.  Почему молекулы газов, входящие в состав атмосферы, не падают на Землю под действием силы тяжести?
11. Какая скорость потребовалась бы для молекул входящих в состав атмосферы чтобы  покинуть Землю?
12. На какие слои делится атмосфера?
13. Газовая оболочка, окружающая Землю.

1. Атмосфера
2. Барометр
3. Галилей
4. Анероид
5. Паскаль
6. Торричелли
7. Давление
8.  
9.  
10.  
11.  
12.  
13. атмосфера

Ф

Рефлексия

2

Наш урок подошёл к концу. Давайте ответим на вопрос: «Что тебе понравилось на уроке?». Предлагаются варианты ответов:

Сегодня  я узнал…      Было интересно…          Было трудно…    Я понял, что…

Я научился…  Меня удивило…          Мне захотелось…

И

Постановка домашнего задания Подведение итогов.

2

Дать качественную оценку работы класса и отдельных учащихся

Объясняет домашнее задание

§ 42,43,

 задание 11, упражнение 20 (письменно)

И