Урок «Атмосферное давление. Измерение атмосферного давления» (Физика, 7 класс)

Тема урока: Атмосферное давление. Измерение атмосферного давления.

Цели и задачи урока:

Общеобразовательные: убедиться в существовании атмосферного давления, научиться измерять атмосферное давление, уметь использовать полученные знания для решения физических задач.

Развивающие: формирование навыков исследовательской деятельности, формирование информационной компетентности учащихся, повышение коммуникативной культуры, расширение кругозора, повышение эрудиции, развитие интереса к экспериментальной физике.

Воспитательные: воспитание внимательного, доброжелательного отношения к ответам одноклассников, воспитание умения общаться друг с другом, умения излагать и отстаивать свою точку зрения, вовлечение каждого ученика в активный познавательный процесс.

Тип и структура урока: изучение и первичное закрепление новых знаний.

Этапы урока:

Организационный.

Постановка целей и задач урока.

Фронтальный опрос.

Получение новых знаний.

Физический эксперимент.

Обобщение и закрепление нового материала.

Решение задач.

Домашнее задание.

Заключительный этап.

Оборудование: компьютер, видеопроектор, экран.

Лабораторное оборудование: стакан, лист бумаги, шприц, сосуд с водой.

Демонстрации:

– принципа действия медицинского шприца;

– действия атмосферного давления в опытах: «перевернутый стакан», «сухая монетка»;

– виртуальные эксперименты: “Опыт Торричелли”, “Вес воздуха ”.

Ход урока:

1. Организационный момент. Актуализация знаний.

Слайд 1.

Ребята, вытяните руки вперед ладонями вверх. Что вы чувствуете? Вам тяжело? А ведь на ваши ладони давит воздух, причем масса этого воздуха равна массе КамАЗа, груженого кирпичом. То есть около 10 тонн! Почему же мы не ощущаем этого веса? Сегодня мы приоткроем тайну удивительного и важного физического явления.

Слайд 2.

Тема урока: Атмосферное давление. Измерение атмосферного давления.

 2. Проверка домашнего задания (фронтальный опрос).

Вспомним:

- Что называют весом тела? По какой формуле находится вес покоящегося тела?

- Что называют давлением? По какой формуле можно найти давление?

- Сформулируйте закон Паскаля.

- Причины возникновения гидростатического давления.

- От каких параметров зависит гидростатическое давление?

- По какой формуле рассчитывается гидростатическое давление?

- Справедлива ли формула гидростатического давления для газов?

На доске:

Вес

Давление

Гидростатическое давление

Ученики:

Вес – это сила, с которой тело давит на горизонтальную опору или растягивает вертикальный подвес: P = mg

Давление – это физическая величина, равная отношению силы давления, приложенной к данной поверхности, к площади этой поверхности: p = F/s

Закон Паскаля: жидкости и газы передают оказываемое на них давление по всем направлениям одинаково.

Причины возникновения гидростатического давления: каждый слой жидкости, находящийся выше своим весом оказывает давление на нижний слой.

Гидростатическое давление зависит от высоты столба и плотности жидкости.

Гидростатическое давление равно произведению плотности жидкости, ускорения свободного падения и глубины, на которой рассматривается давление: p = ρgh.

Формула гидростатического давления справедлива и для газов. Их слои также давят друг на друга, и поэтому в них тоже существует гидростатическое давление.

Вы знаете, что представляет собой атмосфера Земли?

Ученики:

Атмосфера – это газовая оболочка, которая окружает нашу Землю.

Из каких газов состоит атмосфера?

Ученики:

В состав атмосферы входят различные газы, но в основном в ней находятся азот (78%) и кислород (21%).

Теперь, когда мы вспомнили, что такое атмосфера и из чего она состоит, давайте проведём виртуальный опыт (ЦОР «Вес воздуха»), позволяющий найти массу воздуха.

3. Изучение нового материала.

 1)    Как доказать, что воздух имеет вес?

ЦОР «Вес воздуха», слайд 2.

Возьмем стеклянный шар и откачаем из него воздух, а затем взвесим на весах. Массу будем измерять в условных единицах массы. Чему равна масса шара?

Ученики: 3 условных единицы массы.

Учитель: А теперь откроем кран и запустим в шар воздух. Что произошло?

Ученики: Весы вышли из равновесия, потому что воздух имеет массу.

Учитель: Уравновесим весы, добавив гирьки. А теперь чему равна масса шара? А масса воздуха?

Ученики: Масса шара с воздухом 5 единиц, а масса воздуха – 2 единицы.

Слайд 3.

Учитель: Опыты показали, что при температуре 0 0 С и нормальном атмосферном давлении масса воздуха объемом 1 м 3 = 1,29 кг. Вычислим вес этого воздуха:

P = mg; P = 9,8 Н/кг · 1,29 кг ≈ 13 Н

То есть мы доказали, что воздух имеет вес. А так как воздух имеет вес, то он должен оказывать давление.

2) Каково строение атмосферы?

Слайд  4.

Ученик:

Атмосфера Земли простирается на тысячу и более километров в высоту. Резкой границы она не имеет. Атмосфера имеет слоистое строение. Нижний слой атмосферы называется тропосферой. Тропосфера простирается до высоты около 10 км в полярных широтах и 16-18 км у экватора. За тропосферой до высоты около 50 км располагается стратосфера. Далее идут мезосфера, ионосфера, термосфера и экзосфера. С увеличением высоты плотность воздуха уменьшается. Уже на высоте 5,5 км плотность воздуха в 2 раза меньше, чем у поверхности Земли. Верхние слои атмосферы очень разрежены и постепенно переходят в пустое межпланетное пространство.

 Учитель: Вследствие действия силы тяжести, верхние слои атмосферы давят на нижние точно так же, как это происходит в жидкости, что приводит к возникновению давления, которое называют атмосферным.

3) Докажем существование атмосферного давления опытным путем.

Опыт 1.

«Перевёрнутый стакан».

Наполним обыкновенный стакан до краёв водой. Накроем его листком бумаги. Плотно прикрыв его рукой, перевернём бумагой вниз. Осторожно уберём руку, держа стакан за дно. Вода не выливается. Почему это происходит?

Ученики:

Воду удерживает давление воздуха. Давление воздуха распространяется во все стороны одинаково (по закону Паскаля), значит, и вверх тоже.

Опыт 2.

Принцип действия шприца.

В сосуд с водой опустим медицинский шприц. Если поднимать поршень, то за ним будет подниматься и вода. Почему это происходит?

Ученики:

По закону Паскаля атмосферное давление действует на воду в сосуде одинаково по всем направлениям, в том числе и вверх. При подъеме поршня между ним и водой образуется безвоздушное пространство. И вода просто движется из зоны большего давления в зону меньшего, т.е. движется вслед за поршнем.

4) Итак, Мы доказали, что атмосферное давление существует, но почему мы его не ощущаем?

Проведем виртуальный опыт. (ЦОР «Вес воздуха», слайд 8).

На тонкую резиновую пленку, затягивающую горлышко стеклянной банки, снаружи оказывает давление атмосферный воздух, но пленка совершенно не прогибается, т.к. давление внутри банки равно атмосферному. Если откачать часть воздуха из банки, уменьшив этим его давление, то пленка прогибается внутрь банки. Если наоборот, накачать в банку воздух, то пленка выгибается наружу. Таким образом, пленка остается плоской только тогда, когда воздух с разных сторон имеет одинаковое давление.

ЦОР «Вес воздуха», слайд 9

Точно также большинство тканей в нашем организме испытывают одинаковое давление как изнутри, так и снаружи. В начале урока мы сказали, что на наши вытянутые  руки давит воздух с силой, равной весу груженого КамАЗа. Почему мы выдерживаем такое давление? Ткани, кровеносные сосуды и стенки других полостей тела подвергаются наружному давлению атмосферы, но кровь и другие жидкости и газы, заполняющие эти полости, сжаты до такого же давления. Поэтому атмосферное давление не ощущается человеком и животными.

 4) Как измерить атмосферное давление?

ЦОР Опыт Торричелли «Атмосферное давление», слайд 2

Так же как давление в жидкости и газе атмосферное давление можно определить по формуле p = ρgh. Для расчета по этой формуле необходимо знать высоту воздушного столба над поверхностью Земли. Но атмосфера не имеет четкой верхней границы, а плотность воздуха существенно меняется с высотой. Опыт, помогающий измерить атмосферное давление, был предложен в 1643 году итальянским ученым Эванджелиста Торричелли.

Предыстория этого опыта такова. Ещё древней цивилизации были известны всасывающие насосы. С их помощью можно было поднять воду на значительную высоту, т.к. вода следовала за поршнем насоса. Древние философы, задумываясь о причинах такого «послушания» воды, пришли к заключению: вода следует за поршнем потому, что природа боится пустоты, поэтому-то между поршнем и водой не остается свободного пространства. Однажды один мастер построил для садов герцога Тосканского во Флоренции насос, поршень которого должен был затягивать воду на высоту более 10 м. Но как ни старались поднять этим насосом воду, ничего не получалось. На 10 м вода поднималась, а дальше поршень отходил от воды, и образовывалась та самая пустота, которой боится природа.

С просьбой объяснить причину неудачи обратились к престарелому Галилею, он пошутил, что, вероятно, природа перестает бояться пустоты на высоте более 10 м, и предложил своим ученикам – Торричелли и Вивиани разобраться с этим странным явлением.

ЦОР «Атмосферное давление», слайд 3.

В своем опыте Торричелли использовал стеклянную трубку длиной около 1 м, запаянную с одного конца. Трубка наполнялась ртутью. После этого открытый конец трубки закрывался, трубка переворачивалась и опускалась в чашку, также наполненную ртутью. После того, как конец трубки открывался, часть ртути выливалась в чашку, а часть ее оставалась в трубке. Высота столба ртути, оставшейся в трубке, оказывалась равной приблизительно 760 мм.

 Почему ртуть вылилась?

Ученики: На ртуть действует сила тяжести.

 Учитель: Почему не вылилась вся ртуть из трубки?

 Ученики: Ртуть удерживает давление атмосферы.

Давление столба ртути в трубке равно атмосферному давлению.

Именно к такому выводу пришел Торричелли. Его имя навсегда вошло в историю физики как имя человека, впервые доказавшего существование атмосферного давления.

Измерив высоту столба ртути, можно рассчитать атмосферное давление.

ЦОР «Атмосферное давление», слайд 7

Если к трубке с ртутью прикрепить вертикальную шкалу, получится простейший прибор для измерения атмосферного давления – ртутный барометр

ЦОР «Атмосферное давление», слайд 5

С течением времени атмосферное давление изменяется. Если атмосферное давление уменьшается, то столбик ртути понизится. Чем выше атмосферное давление, тем выше столбик ртути.

ЦОР «Атмосферное давление», слайд 6

Значение атмосферного давления, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 0 С, называют нормальным атмосферным давлением.

В системе СИ атмосферное давление измеряется, как и любое другое, в Паскалях.

Найдем соотношение между мм рт. ст. и Паскалем. Для этого рассчитаем давление столбика ртути высотой 1 мм:

р = ρgh, p = 13600 кг/м3 · 9,8 Н/кг · 0,001 м ≈ 133,3 Па

Итак, 1 мм рт.ст. = 133,3 Па

Ученики записывают информацию в тетрадь.

Презентация слайд 5.

Учитель:

Зависит ли величина давления атмосферы от высоты над уровнем моря? Объясните эту зависимость.

Ученики:

Давление убывает с увеличением высоты над уровнем моря, т.к., во-первых, уменьшается высота вышележащего столба воздуха, а во-вторых, уменьшается его плотность. И наоборот, если высота над уровнем моря уменьшается (шахты, впадины), то давление растет.

Презентация слайд 6.

Зависимость величины давления от высоты над уровнем моря такова: изменение высоты на каждые 12 м ведет к изменению давления на 1 мм рт. ст., т.е. на 133.3 Па. (это утверждение справедливо при небольших изменениях высоты).

Тест (презентация слайды 7-13 ).

Задумывались ли вы над тем, как мы дышим и пьем? Объясните, как это происходит, используя карточки-ответы. (Приложение 1.)

Карточки-ответы

1. При вдохе диафрагма ______________________ объем легких. Давление воздуха в легких становится ___________________ атмосферного. Атмосферный воздух проникает в легкие. При выдохе диафрагма ____________________ легкие, объем легких ____________________. Поэтому давление воздуха в легких становится ______________________,  чем атмосферное. Воздух выходит наружу.

Благодаря атмосферному давлению мы можем пить.

2. При питье мы ________________________ грудную клетку и тем разрежаем воздух во рту. Под действием атмосферного воздуха жидкость устремляется в то пространство, где давление ______________________, и таким образом проникает в наш рот.

(При вдохе диафрагма увеличивает объем легких. Давление воздуха в легких становится меньше атмосферного. Атмосферный воздух проникает в легкие. При выдохе диафрагма сжимает легкие, объем легких уменьшается. Поэтому давление воздуха в легких становится  больше,  чем атмосферное. Воздух выходит наружу.

Благодаря атмосферному давлению мы можем пить. При питье мы расширяем грудную клетку и тем разрежаем воздух во рту. Под действием наружного воздуха жидкость устремляется в то пространство, где давление меньше, и таким образом проникает в наш рот.)

Решение задач: № 93, 97.

Слайд 14.

Д/з:

§ 40, 41; № 94, 98, подготовить объяснение эксперимента.

Демонстрация опыта:

Сухая монетка.

Положить на плоскую тарелку монету и налить немного воды. Монета окажется под водой. Как взять монету, не замочив пальцев и не выливая воду из тарелки? Для этого взять тонкий стакан, ополоснуть его горячим кипятком и опрокинуть на тарелку рядом с  монетой. Что будет происходить? Стакан всасывает воду и вскоре она вся собирается под ним. Почему?

рис. 7

(Воздух в стакане начнет остывать. А холодный воздух имеет большую плотность и занимает меньший объем. Давление внутри стакана уменьшается. Вода движется из зоны большего давления в зону меньшего, т.е. собирается под стаканом.)

4. Рефлексия.

 

Наш урок заканчивается. Давайте ответим на вопросы и построим диаграмму настроения.

–      понравилось слушать;

–      понравились виртуальные опыты;

–      понравились «живые» опыты;

–      все понравилось;

–      ничего не понравилось.

Что бы произошло на Земле, если атмосфера вдруг исчезла?

- на Земле установилась бы температура приблизительно -170 °С, замерзли бы все водные пространства, а суша покрылась бы ледяной корой;
- наступила бы полная тишина, так как звук в пустоте не распространяется; небо стало бы черным, поскольку окраска небесного свода зависит от воздуха; не стало бы сумерек, зорь, белых ночей;
- прекратилось бы мерцание звезд, а сами звезды были бы видны не только ночью, но и днем (днем мы их не видим из-за рассеивания частичками воздуха солнечного света);
- погибли бы животные и растения.