Методическая разработка урока «Опыт Торричелли. Измерение атмосферного давления и его применение» (7 класс)

Урок - деловая игра на тему:

«Опыт Торричелли. Измерение атмосферного давления и его

применение».

Ожидаемые результаты: на данном уроке - учащиеся познакомятся с историей изучения

атмосферного давления, приборами для его измерения;

научатся измерять атмосферное давление с помощью барометра-анероида, узнают о применении знаний о давлении в быту, технике, живой природе, медицине;

получат навыки работы в группах, работы с научной литературой, умение отбирать наиболее важный материал, оформлять и представлять результаты своей работы.

Тип урока: урок усвоения новых знаний, умений и навыков. Вид урока: урок - деловая игра, интерактивный.

Оборудование: проектор, портреты Торричелли, Паскаля, Ломоносова, таблицы «Ртутный барометр», «Барометр-анероид», модели шкалы барометра-анероида, опыта Торричелли, водяного всасывающего насоса, шар Паскаля, стакан с водой, шар для взвешивания воздуха, весы, барометр-анероид, малый и большой стаканы (для каждой группы), для «Весёлых задач»: трубкаЗО-40 см, суженная с одного конца, стакан с горячей водой, блюдце с холодной водой, 2 пробирки разных размеров, бутылка, яйцо, лист бумаги, спички, пластиковая бутылка и трубка.

Подготовка к уроку.

За неделю до проведения урока учащиеся делятся на 6 групп по 4-5 человек, каждая

группа получает задание:

1) Физики-теоретики.

Задание: «Выяснить, можно ли применить формулу p=ρgh для вычисления атмосферного давления».

2) Физики - экспериментаторы.

Задание: «Предложить экспериментальный способ определения атмосферного давления».

3) Физики - историки.

Задание: «Исследовать, какие события обратили внимание учёных на необходимость измерения атмосферного давления и кто из учёных занялся решением этой проблемы».

4) Лаборатория прикладной физики.

Задание: «Предложить приборы, с помощью которых можно измерить атмосферное давление».

5) Медики и биологи.

Задание: «Выяснить, как в организме животного, человека, применяется атмосферное давление, какого его влияние на живые организмы, есть ли медицинские приборы, в которых используется атмосферное давление».

6) Представители музея «Физика в быту»

Задание: «Найти и представить на выставку приборы, инструменты, предметы, в действии которых применяется атмосферное давление».

Группы получают инструкцию « Как организовать работу в группе» (см. приложение №1)

В результате проведенной работы каждая группа должна представить на урок следующие материалы:

таблицы, приборы, модели, презентации, опыты, иллюстрирующие представляемые на уроке материалы;

сообщение на уроке о результатах работы (не более 4 мин.); вывод по изложенному материалу;

фрагмент опорного конспекта;

литературу для выставки.

План проведения урока.

 

1. Представление темы и ожидаемых результатов (4 мин.). 

2. Актуализация опорных знаний (3 мин.

3. Изучение нового материала (25 мин.)

4. Закрепление изученного (10 мин.)

5. Рефлексия. Подведение итогов и сообщение домашнего задания (3 мин.).

Проведение урока.

I. Представление темы урока и ожидаемых результатов.
Эпиграф: «Какая ранняя и звонкая зима!

Ещё вчера был день прозрачно-синий,

Но за ночь ветер вдруг сошёл с ума,

И выпал снег, и лёг на листья иней.»(текст на кодограмме) (Н. Заболоцкий)

Почему ветер «сошёл с ума». Можно ли о таком явлении природы узнать заранее? Погода преподносит нам разные сюрпризы и далеко не всегда безопасные. Посмотрите видеофрагмент (природные катаклизмы, приборы для предсказания погоды, последняя сводка погоды).

Представление темы урока.

Зачем в нашей повседневной жизни нам нужно знать атмосферное давление? Ожидаемые ответы учащихся:

для предсказания погоды, это нужно в сельском хозяйстве, морякам, лётчикам, шофёрам и т.д.

самочувствие человека зависит от погоды;

очень важно для космонавтов на космической станции или космическом корабле, лётчиков.

Я надеюсь, что на этом уроке вы научитесь измерять атмосферное давление, урок будет полезным для вас.

Задача урока: научиться измерять атмосферное давление и применять эта знания в повседневной жизни.

II. Актуализация опорных знаний.

Опыт: поднятие воды за поршнем в приборе шар Паскаля. Объяснить явление.

Чему равно давление, создаваемое столбом ртути 760 мм? 1 мм? Какой должна быть высота водяного столба, чтобы создать такое же давление, как 760 мм ртути?

Во время презентации результатов работы одной из групп остальные работают над составлением опорного конспекта (дополняют материалы, представленные на доске), отвечают на вопросы, задаваемые группой в процессе презентации. На уроке оцениваются:

представленные на презентацию материалы;

составленный в ходе урока опорный конспект;

активность на уроке в ходе изложения и закрепления нового материала.

Физики-теоретики.

Задание: «Выяснить, можно ли применить формулу p=pgh для вычисления атмосферного давления».

Мы обратились к литературе, вспомнили то, что учили по географии и хотим рассказать о своей работе. Атмосфера Земли состоит из таких газов: азот - 78%, кислород - 21%, углекислый газ - 0,03% и остальное приходится на другие газы. Каждая молекула газа имеет массу, поэтому атмосфера должна иметь массу. Доказать это можно с помощью такого опыта. Опыт по взвешиванию воздуха

Общая масса атмосферы - примерно 5 трл. Т, на одного жителя земли приходится около 2,5 млн. т воздуха. Верхние слои давят на нижние и сжимают их. В атмосфере можно выделить такие слои: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера. Плотность воздуха в этих слоях не одинакова. Если на поверхности Земли плотность равна, то на высоте 5,5 км она в два раза меньше, на высоте 11 км она в 4 раза меньше. Изменение плотности объясняется не только действием верхних слоев на нижние, но и тем, что они имеют разную температуру. Тёплый воздух имеет меньшую плотность, холодный - большую. Таким образом, плотность воздуха не является постоянной, даже в тропосфере она изменяется.

Мы живём на дне воздушного океана, а где его верхняя граница? Атмосфера тянется на 1000 км, постепенно уменьшая свою плотность, но чёткой границы у неё нет, поэтому неоткуда отсчитывать высоту.

Вывод: так как нет строго определенных значений и воспользоваться формулой нельзя.

Дополнение (после графика наблюдения за атмосферным давлением): мы хотим объяснить, почему изменяется давление перед изменением погоды. Холодный воздух имеет большую плотность, поэтому он тяжёлый, давление его большое, из-за низкой температуры он содержит мало влаги. Тёплый воздух имеет меньшую плотность и содержит больше влаги, он легче и оказывает меньшее давление. Когда давление падает, это означает, что на место тяжёлого холодного воздуха приходит более лёгкий и влажный тёплый воздух, поэтому падение давления сопровождается повышением температуры и осадками.

Физики - экспериментаторы.

Задание: «Предложить экспериментальный способ определения атмосферного давления».

Мы предлагаем провести простой эксперимент. На столах стоят стаканы с водой. Поднимите малый стакан так, чтобы его края остались под водой. Вода не выливается. Почему? (ответы учащихся). Объяснить (атмосферное давление действует на поверхность воды в большом стакане и удерживает воду в малом стакане).

А если стакан будет выше, сможет ли атмосферное давление удержать воду? Мы экспериментировали с разными сосудами, вода не выливалась. Очень высокого стакана у нас не нашлось и мы подумали: «А каким будет результат эксперимента, если взять жидкость более плотную, чем вода?» Какая жидкость имеет самую большую плотность? (ответы учащихся). Ртуть это ядовитая жидкость и эксперимент с ней мы провести не могли. Мы обратились к литературе и обнаружили, что опыты со ртутью проводил в XVII веке Торричелли. Мы представим модель этого опыта: нужно взять чашку со ртутью, стеклянную трубку длиной 1 м, запаянную с одного конца, наполнить ртутью и перевернуть трубку так, чтобы её конец был опущен в чашку. Часть ртути выльется и в верхней части трубки образуется пустота. В трубке останется столб ртути высотой 760 мм. Что удерживает ртуть в трубке и не даёт ей полностью вылиться? (ответы учащихся). Действительно на ртуть в чашке действует атмосферное давление, а на ртуть внутри трубки на том же уровне действует давление столба ртути высотой 760 мм. Так как ртуть перестала выливаться, мы можем сделать вывод, что давления сравнялись Ретмосферы^ртуш- (рисунок на доске, показать на модели и на рисунке)

А как вы считаете, что будет, если давление атмосферы увеличится или уменьшится? (ответы учащихся)

Вспомним эксперимент, с которого мы начали. Если вместо ртути использовать воду, какой высоты нужно взять трубку, чтобы часть воды могла вылиться и давление водяного столба уравновесилось атмосферным давлением? (ответы учащихся)

Вывод: прибор, модель которого мы предложили, можно использовать для измерения атмосферного давления и лучше всего заполнить трубку ртутью, так как при заполнении водой или другой жидкостью трубка должна быть очень высокой..

Физики - историки.

Задание: «Исследовать, какие события обратили внимание учёных на

необходимость измерения атмосферного давления и кто из учёных занялся решением этой проблемы».

В конце первой половины XVII века во Флоренции - богатом торговом городе Италии - строили всасывающие насосы, (показать модель) Устройство такого насоса несложно. Он состоит из вертикальной трубы с поршнем. При подъёме поршня вверх за ним поднимается вода. Такие насосы были известны ещё в древней Греции. Древнегреческий учёный Аристотель объяснял движение воды за поршнем насоса тем, что «природа боится пустоты». При помощи таких насосов поднимали воду на большую высоту. Однако при сооружении фонтанов во Флоренции обнаружилось, что вода не поднимается выше 10,33 метра. Недоумевающие строители обратились к Галилео Галилею. Он пошутил, что вода перестаёт бояться пустоты на большой высоте, однако решил разобраться в этом явлении, но решить эту задачу до конца не успел. После смерти Галилея эти научные исследования продолжил его ученик -Торричелли. Он предложил использовать для опытов не воду, а ртуть, как более плотную жидкость. Опыт, о котором вы уже слышали, был проделан Торричелли вместе с его учеником Вивиани в 1643 году. Торричелли пришёл к выводу, что причиной поднятия в трубке ртути или воды является не «боязнь пустоты», а давление, которое производит воздух своим весом. В конце 1646 года весть об удивительных «итальянских опытах» докатилась до французского города Руана, где жил Блез Паскаль. Он с увлечением повторяет эти опыты с водой, растительным маслом, вином. К радости горожан на улице города был сооружен водяной барометр, и каждый желающий мог узнать атмосферное давление. Паскаль считал, что давление должно уменьшатся при поднятии в гору и доказал это экспериментально. Эти опыты окончательно опровергли теорию Аристотеля о боязни пустоты и подтвердили существование атмосферного давления.

Мы хотим рассказать и о биографии Эванджелисто Торричелли.

Эванджелисто Торричелли.

Торричелли родился в 1608 году. В 20 летнем возрасте начал обучение в Риме. Эванджелисто обратил на себя внимание Галилея своей работой о движении тела, брошенного под углом к горизонту. Галилей пригласил талантливого юношу к себе и сделал своим учеником и приемником. Имя Торричелли навсегда вошло в историю физики, как имя человека, впервые измерившего атмосферное давление и получившего «торричеллеву пустоту». Из опыта Торричелли родилась научная метеорология. Дальнейшее развитие открытия Торричелли привело к изобретению воздушных насосов, открытию закона упругости газа и изобретению паровых машин.

Торричелли опубликовал свою работу по гидродинамике, которую можно считать началом этой отрасли физики. Учёный занимался также оптикой и усовершенствовал телескоп. Умел выдувать стеклянные шарики, которые использовались как увеличительное стекло для научных наблюдений до изобретения микроскопа. Умер Торричелли в 1647 году.

Сегодня на уроке мы не один раз применили слова "барометр", "атмосфера". А кто ввёл их в русский язык? В книге Перельмана "Занимательная физика" мы нашли, что эти слова были введены в русский язык Михаилом Васильевичем Ломоносовым. Он писал: "Принуждён я был искать слов для наименования некоторых физических инструментов, действий и натуральних вещей..."

Вывод: изучением атмосферного давления занимались ученые разных

национальностей: итальянцы Галилей, Торричелли; немец - Герике; француз - Паскаль; русский - Ломоносов и только объединение усилий позволило решить проблему.

Прикладная физика.

Задание: «Предложить приборы, с помощью которых можно измерить атмосферное давление».

Прибор для измерения атмосферного давления называется «барометр» («барос» - тяжесть, «метрео» - измерять).

Прибор, созданный Торричелли, называется ртутный барометр. Его немного видоизменили. Сделали чашку со ртутью меньше, но она сообщается с атмосферой (показать на таблице). Как вы считаете, удобен ли ртутный барометр для постоянного применения? (ответы учащихся, дополнить, если что-то не сказано).

Был создан более удобный прибор - барометр-анероид («анероид» -безжидкостный). Рассмотрим его устройство с помощью таблицы. Рассказ об устройстве смотреть в учебнике стр. 114-115.

В каких единицах измеряется атмосферное давление. После опытов Торричелли его стали измерять в мм рт. ст. Например, нормальное атмосферное давление 760 мм рт.ст. В Системе Интернациональной давление измеряется в Па. Единицы измерения стоят на шкале прибора (показать на каждом барометре).

Как перевести (рассказывает учитель).

Мы изготовили увеличенный макет шкалы барометра. Какова цена деления барометра? Какое давление он показывает? (ответы учащихся)

Мы провели наблюдения за атмосферным давлением, температурой и погодой в течение 3-х недель и построили график (показать график). Как видите, давление всё время изменялось. Мы выявили такую закономерность: когда давление понижалось, температура увеличивалась, в эти дни было пасмурно и выпадали осадки (снег, дождь). В ясные дни давление было высоким. По показаниям барометра можно предсказывать погоду.

Вывод: атмосферное давление можно измерить барометром ртутным или анероидом.

Медики и биологи.

Задание: «Выяснить, как в организме животного, человека, применяется

атмосферное давление, какого его влияние на живые организмы, есть ли медицинские приборы, в которых используется атмосферное давление».

Атмосферное давление играет важную роль в процессе дыхания. Посмотрите, как дышит Егор. Обратите внимание на движение грудной клетки. Рассмотрим этот процесс с помощью д/п (показать на диапозитивах). Это грудная клетка в нормальном состоянии. При вдохе с помощью мышц рёбра поднимаются, диафрагма опускается, объём грудной полости увеличивается и давление в ней падает и становится меньше атмосферного и воздух поступает в лёгкие, а из лёгких в кровь. При выдохе рёбра опускаются, диафрагма поднимается, объём полости уменьшается, давление в ней увеличивается и становится больше атмосферного и воздух, обогащенный углекислым газом, выходит из лёгких.

Есть люди, чувствующие изменение погоды - это метеочувствительные люди. Чем старше человек, тем выше его метеочувствительность. Это объясняется тем, что при понижении давления плотность воздуха уменьшается и меньшая его масса попадает в лёгкие, значит, человек получает меньше кислорода, происходит кислородное голодание. Это приводит к головокружению, учащённой работе сердца, тошноте. Зная о понижении давления, человек должен позаботится о своём здоровье: снизить физические нагрузки, принять необходимые лекарства, не нервничать. А лучше всего тренировать свой организм, заниматься спортом. При регулярных занятиях лучше работает дыхательная, кровеносная системы человека и он лучше переносит изменения погоды.

Жизненный объём легких - это очень важный показатель. Его можно измерить с помощью спирометра (показать на диапозитиве). Такой прибор можно изготовить самим. Желающие могут это сделать. На нашей выставке вы видите другой, сухой спирометр (показать).

Я хочу задать вопрос: «Что произойдет, если в грудной клетке человека образуется отверстие в результате ранения или хирургического вмешательства?» (ответы учащихся). Человек не сможет дышать, так как воздух через это отверстие будет заходить в грудную клетку и давить на лёгкие снаружи, не возникает разности давлений при вдохе и воздух не будет заходить в лёгкие. Такие случаи были во время войны: если у человека прострелена грудная клетка, даже если лёгкие не задеты, он погибал от удушья. Как можно спасти? (ответы)

Мы подготовили выставку медицинских приборов (показать и рассказать):

пипетка - мы сжимаем резиновый баллончик и воздух выходит, опускаем пипетки в воду и отпускаем баллон, объём увеличился, давление уменьшилось и под действием атмосферного давления вода поднимается в пипетку.

Тот же принцип действия шприца, только мы поднимаем поршень.

Клизма работает также.

Это ливер, с помощью которого берут пробы жидкости, как он действует, вы знаете.

Медицинские банки: нужно прогреть банку, воздух расширяется и выходит из неё, нужно плотно прижить банку к телу и атмосферное давление будет удерживать её также, как полушария в опыте Герике.

На нашей выставке есть приборы для измерения объёма воздуха в лёгких - спирометр; давления крови человека - тонометр.

Кроме того, мы подготовили газету об использовании давления у животных. Познакомьтесь с ней на перерыве.

Вывод: атмосферное давление - жизненно-важный фактор, нужно уметь его измерять и следить за изменением.

Дополнение (после рассказа о присосках): присоски есть у животных (перечислить). Например, рыбу-прилипалу легче разорвать, чем оторвать.

«Физика в быту»

Задание: «Найти и представить на выставку приборы, инструменты,

предметы, в действии которых применяется атмосферное давление».

На нашей выставке мы представили предметы, в действии которых применяется атмосферное давление.

Присоски - это полусфера из упругого материала (резины), мы прижимаем её к поверхности и выдавливаем из-под неё воздух, края полусферы должны плотно прилегать к поверхности, когда мы её отпускаем, она распрямляется и образуется безвоздушное пространство и присоска прочно прижимается к поверхности.

Также работает вантуз, предназначенный для прочистки раковин.

Атмосферное давление заставляет подниматься чернила в наливную авторучку.

В пульверизаторе мы с помощью груши или поршня прокачиваем воздух и из-за разницы давлений жидкость по трубке поднимается из пузырька.

Из-за разности давлений воздух попадает во внутрь насоса, когда мы перемешаем поршень, а потом в камеру.

Хозяйки знают, чтобы сохранить консервы, нужно чтобы в банку не попадал воздух, для этого крышка должна быть плотно прижата. В этом также помогает атмосферное давление (рассказать)

Можно применить в поилке для птиц или для полива цветов во время долгого отсутствия. Берём бутылку с водой, переворачиваем в блюдце, так, чтобы горлышко бутылки оставалось под водой, Атмосферное давление не даёт воде выливаться, она выливается только тогда, когда блюдце становится пустым, постепенно.

У нас есть банка сгущённого молока, чтобы выпить молоко, мы сделали отверстие, приглашаем одного желающего попробовать выпить молоко (пробует) Легко ли это делать? Что нужно сделать, чтобы пить было легче? Атмосферное давление помогает нам пить жидкости.

Кто хочет напиться из бутылочки? Почему вода не выливалась, когда бутылочка была закрыта?

Вы знаете, как трудно ходить по грязи, болоту и легко можно в нём увязнуть. А почему это происходит? Когда мы пытаемся оторвать ногу от липкой грязи, под подошвой, также как под присоской создаётся разрежение и атмосферное давление прижимает ногу и не даёт её нам поднять.

Вывод: атмосферное давление может стать нашим помощником, а может и врагом, поэтому о нём нужно знать и правильно применять.

Учитель объясняет перевод давления из одних единиц в другие и поясняет домашнее задание во время выступления 4-ой группы, оказывает помощь в демонстрациях, опросе учащихся.

IV. Закрепление изученного.

1. Фронтальный опрос:

а) протяженность атмосферы тысячи км, почему для уравновешивания её
давления достаточно столба ртути высотой 760 мм?

б) из трубки длиной 1 м, запаянной с одного конца и с краном на другом,
выкачали воздух, кран погрузили в воду (ртуть) и открыли. Заполнит ли вода
(ртуть) трубку полностью?

в) можно ли для опыта Торричелли использовать трубку длиной 50 см? 1,5 м?

2. Объяснить опыты. «Весёлые задачи» представляют учащиеся, заранее подбирают
костюмы, для остальных эта часть урока является сюрпризом.

а) «Плюющаяся трубка». Трубку длиной 30-40 см погружают заострённым
концом в стакан с горячей водой, дают прогреться, закрывают верхний край
пальцем и быстро переворачивают. Из трубки бьет струя воды высотой до 50
см. (секрет опыта - горячая вода - классу не раскрывается).

б) «Волшебная вода». Показывающий объявляет, что вода сама соберётся в
перевёрнутый стакан, выливает горячую воду из стакана предыдущего опыта,
переворачивает и ставит в блюдце с холодной водой, «колдует» над ней и
оставляет на некоторое время, вернуться после последнего опыта, вода
собирается в стакан

Учащимся предоставляется возможность на уроке или дома разгадать секрет этих опытов.

в) «Умное яйцо», втягивание яйца в бутылку с достаточно узким горлышком.

г) «Неправильная пробирка», две пробирки разного объёма вставляются одна
в другую, между ними слой воды, и переворачиваются. Меньшая пробирка не
падает, а втягивается вовнутрь.

Объяснить последние два опыта на уроке.

Экспериментальные задачи: 1) достать монету из блюдца, не замочив рук.

2) набрать воды в бутылочку из мелкого водоёма, используя трубку для питья воды, (решить дома)

V. Рефлексия. Подведение итогов урока и сообщение домашнего задания.

Рефлексия. Понравился ли урок? Работа какой группы понравилась больше всего? Кто был самым активным на уроке? Полезен ли представленный материал? Можете ли использовать в жизни то, что узнали на уроке? Предложить продолжить наблюдения за атмосферным давлением. 

Отметить работу лучших групп и наиболее активных учащихся. 

Домашнее задание: § учебника, соответствующий изученному материалу

Творческое задание (текст на стенде):

сконструировать прибор для измерения объёма лёгких и провести измерения;

сделать барометр-анероид собственной конструкции;

решить экспериментальные задачи и объяснить фокусы;

решить кроссворд.

Собрать тетради для проверки опорных конспектов, раздать кроссворды.

Приложения.

Приложение № 1.

Как организовать работу в группе.

Для выполнения заданий класс делится на группы по 3 - 4 человека. Все участники группы на равных участвуют в выполнении задания (поиск литературы, отбор необходимых материалов, наглядности, оформление результатов и другой работе). Кроме того, участники группы распределяют между собой роли:

1) Спикер - руководитель группы: - зачитывает задание группы;

организует выполнение работы;

- вовлекает всех участников группы в работу;

подводит итоги работы;

- определяет докладчика (можно и самого себя).

2) Секретарь: - ведёт записи результатов работы в группе;

оформляет отчёт о работе;

делает записи на доске.

3) Хранитель времени: - проверяет, укладывается ли доклад о проделанной работе

группы на уроке в отведенные рамки времени;

следит за временем во время доклада.

4) Специалист по наглядному представлению результатов работы:

- готовит рисунки, графики, таблицы, схемы, диапозитивы, кинофильмы, приборы и другие иллюстрации к ответу;

- проверяет их готовность к демонстрации перед уроком.

Работу начните с мозгового штурма.

Как провести мозговой штурм.

(Цель « мозгового штурма» - собрать как можно больше информации).

Чётко сформулируйте проблему.

Выдвигайте любые идеи, которые придут к вам в голову, все записывайте, ничего не критикуйте - составьте банк идей.

Когда все идеи собраны, проанализируйте, какие могут быть полезны в решении данной проблемы, критически оцените каждую и выберите те, которые кажутся вам наиболее полезными.

При проведении мозгового штурма придерживайтесь таких правил:

- говорите всё, что придет в голову;

- не обсуждайте и не критикуйте высказывания других;

- можете расширить идею, предложенную другим.

Приложение №2

Опорный конспект (возможный вариант).