Исследовательская работа "Атмосферное давление" (7 класс)

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №1

 

 

 

 

 

 

Исследовательская работа

 Атмосферное давление в жизни человека

 

 

 

 

Выполнили работу

учащиеся 7 класса А

Коптев Матвей

Макаров Владислав

Руководитель:

учитель физики

Рожнева Л.В.

 

 

 

 

 

 

г. Березники

2016 г.

 

Содержание

1.                 Введение

a.     Цели и задачи                                                                                       3

2.                 Основная часть

a.     История открытия атмосферного давления                                  4

b.     Строение атмосферы                                                                          4

c.       Атмосферное давление                                                                      5

d.     Опыты, доказывающие атмосферное давление                           6

e.       Выводы                                                                                                7

f.       Исследование зависимости атмосферного давления                   8

g.     Роль атмосферного давления в жизни живых организмов         9

h.     Атмосферное давление в живой природе                                        10

3.                 Заключение                                                                                           11

4.                 Список литературы                                                                             12

5.                  Приложение                                                                                         13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

«Сперва собирать факты, и только после этого их связывать с мыслью».

 Аристотель

Постановка проблемы:

неочевидность существования атмосферного давления.

Актуальность проблемы:

это тема важная и нужная, ведь ежедневно человек находится под действием атмосферного давления.

Цель: расширить представления об атмосферном давлении,  как уникальном явлении на Земле, показать проявление общих закономерностей природы с точки зрения физики на примере атмосферного  давления.

Задачи:

·         раскрыть причины атмосферного давления;

·         рассмотреть проявление атмосферного давления в природе;

·         изучить влияния атмосферного давления на процессы, протекающие в живой природе;

·         рассказать о законах физики связанных с атмосферным давлением;

·         провести опыты,  в основе которых лежит атмосферное давление;

·         подготовить викторину.  

Объект исследования – атмосферное давление.

Гипотеза исследования – зависимость атмосферного давления от площади тела.

Методы используемые в работе:

1.     изучение и анализ литературы;

2.     проведение эксперимента;

3.     обобщение собственных наблюдений.

Практическая значимость работы в том, что проведённые опыты и полученные результаты могут быть использованы как дополнительный материал на уроках физики, географии и биологии.

Новизна исследования заключается в том, что в одной работе соединены и проанализированы примеры проявления атмосферного давления, результаты экспериментов и исследования.

Содержание проекта

 

Основная часть

 

1.     История открытия атмосферного давления.

Торричелли занялся изучением явления поднятия воды за поршнем в трубе насоса. Вивиани проделывает этот опыт в 1643 году.

Паскаль с увлечением повторяет опыты с пустотой, экспериментируя не только с ртутью, но и с водой, маслом, красным вином.

В 1648 году по поручению Паскаля опыт Торричелли на разных высотах проделал Ф. Перье.

В 1654 году действие атмосферного давления было наглядно показано Отто фон Герике. (рис. 1)

Атмосфера – газовая оболочка, окружающая Землю, одна из геосфер. Атмосфера вращается вместе с нашей планетой. Мы живём на дне воздушного океана. Над нами – огромная толща воздуха. Воздушную оболочку, окружающую Землю, называют атмосферой. Вследствие действия силы тяжести верхние слои воздуха, подобно воде океана, сжимают нижние слои. Воздушный слой, прилегающий непосредственно к Земле, сжат больше всего и, согласно закону Паскаля, передает производимое на него давление по всем направлениям.

В результате этого земная поверхность и тела, находящиеся на ней, испытывают давление всей толщи воздуха, или, как обычно говорят, испытывают атмосферное давление.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.     Строение атмосферы.

Есть ли, люди, одеяло,

Чтоб всю Землю укрывало?

Чтоб его на всех хватило,

Да притом не видно было?

Ни сложить, ни развернуть,

Ни пощупать, ни взглянуть?

Пропускало б дождь и свет,

Есть, а вроде бы и нет?

1.     Тропосфера – нижний, наиболее изученный слой атмосферы, высотой от 8 до 18 км.

2.     Стратосфера – слой атмосферы, в котором располагается озоновый слой, простирающийся на высоту от 11 до50 км.

3.     Мезосфера – слой атмосферы на высотах от 40 до 90 км.

4.     Термосфера – слой атмосферы, в котором под воздействием солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха и простирается на высоту до 800 км. (рис. 2)

 

 

 

 

3.     Атмосферное давление.

Атмосферное давление – давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и земную поверхность.

Атмосферный воздух находится в постоянном движении.

А. Опыты, доказывающие атмосферное давление

Чтобы доказать наличие атмосферного давления проведём опыты.

1.     Оборудование: бутылка, варёное яйцо, полоска бумаги, спички.

Эксперимент

В бутылку бросить зажженную полоску бумаги и быстро закрыть горлышко бутылки яйцом. Через некоторое время яйцо удлинилось, сузилось и втянулось вовнутрь.

Объяснение

При горении бумаги в бутылке воздух нагрелся, расширился и давление сильно уменьшилось, а снаружи атмосферное давление стало на много больше. Оно и вдавило яйцо в бутылку.( Рис. 3)

2.      Оборудование: лист картона, стакан с водой.

Эксперимент

Накрыть листом картона стакан с водой и перевернуть. Вода не выливается, удерживается внутри стакана.

Объяснение

Внутри стакана давление, создаваемое жидкостью, меньше наружного атмосферного давления. Именно оно удерживает воду в стакане. (рис. 4)

3.     Оборудование: жестяная банка, таз с холодной водой, спиртовая горелка.

Эксперимент

Нагреть банку на спиртовке, быстро перевернуть и опустить в холодную воду. Банка начинает сжиматься.

Объяснение

При нагревании воздух в банке расширяется и давление внутри сильно уменьшилось, а снаружи атмосферное давление стало больше и оно сминает банку. (рис. 5)

4.     Оборудование: бутылка, заполненная водой, таз для воды.

Эксперимент

Резко ударяем по горлышку бутылки,  при этом около дна образуется много мелких пузырьков, а дно вылетает.

Объяснение

При резком ударе в жидкости сильно понижается давление и около дна образуется много мелких пузырьков. Когда давление восстанавливается, то пузырьки схлопываются быстрее, чем зарождаются. Это приводит к трещинам вокруг  дна и оно вылетает. (рис. 6)

 

Б. В результате проведённых экспериментов можно сделать следующие выводы:

1.      Атмосферное давление лежит в основе очень многих природных явлений;

2.      Атмосферное давление создаётся гравитационным притяжением воздуха к Земле;

3.      Наша жизнь без атмосферного давления невозможна.

 

 

 

 

 

В. Для того, чтобы объяснить зависимость атмосферного давления от физических величин провели исследование.

С помощью барометра-анероида измерили  атмосферное давление. Затем измерили необходимые размеры тел - крышки стола и тела человека (при росте человека 165 см и массе тела 50 кг),  вычислили площадь их  поверхностей. Пользуясь формулой: F = р ∙ S рассчитали силу атмосферного давления на поверхность стола и человеческого тела, затем,  сравнили с атмосферным давлением.

 

№ опыта	Атмосферное давление мм. рт. ст.	Атмосферное давление,  Па	Площадь поверхности, кв. м.	Сила атмосферного давления, Н	Объект для исследования
1	745	99300	0,72	71496	Поверхность стола
2	745	99300	1,6	160000	Поверхность тела человека

 

Из этих данных можно сделать вывод, что  сила атмосферного давления при одном и том же атмосферном давлении различна и зависит от площади поверхности тела. Чем больше поверхность тела, тем большее воздействие на него оказывает атмосфера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.     Роль атмосферного давления в жизни живых организмов.

 Роль атмосферного давления в жизни живых организмов очень велика. Многие органы действуют за счёт атмосферного давления.

Мы, наверное, никогда не задумывались над тем, как мы пьём. А стоит задуматься! При питье мы «втягиваем» жидкость в себя. Почему же жидкость устремляется к нам в рот? При питье мы расширяем грудную клетку и тем разряжаем воздух во рту; под давлением наружного воздуха жидкость устремляется в то пространство, где давление меньше, и таким образом проникает к нам в рот (рис. 7).

На существовании атмосферного давления основан механизм вдоха и выдоха. Легкие расположены в грудной клетке и отделены от нее и от диафрагмы герметичной полостью, называемой плевральной. С увеличением объема грудной клетки объем плевральной полости увеличивается, а давление воздуха в ней уменьшается, и наоборот. Так как легкие эластичны, то давление в них регулируется только давлением в плевральной полости. При вдохе объем грудной клетки увеличивается, за счет чего давление в плевральной полости уменьшается; это вызывает увеличение объема легких почти на 1000 мл. При этом давление в них становится меньше атмосферного, и воздух через воздухоносные пути устремляется в легкие. При выдохе объем грудной клетки уменьшается, за счет чего давление в плевральной полости увеличивается, что вызывает уменьшение объема легких. Давление воздуха в них становится выше атмосферного, и воздух из лёгких устремляется в окружающую среду (рис. 8).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.     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 (рис. 9).

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. (рис. 10)

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

Но перенесение организма на другой высотный уровень вызывает расстройство его функций. Это объясняется, с одной стороны, деформацией стенок сосудов, рассчитанных на определенное давление изнутри и снаружи. Человек, попадая в пространство, где давление значительно ниже атмосферного, например, на высокие горы или при взлёте или посадки самолёта, нередко испытывает боль в ушах и даже во всём теле. Наружное давление быстро уменьшается, воздух находящийся внутри нас, начинает расширяться, производит давление на различные органы и вызывает боль.

Кроме того, меняется при изменении давления и скорость многих химических реакций, вследствие чего меняется и химическое равновесие организма. При увеличении давления происходит усиленное поглощение газов жидкостями тела, а при его уменьшении — выделение растворенных газов. При быстром уменьшении давления вследствие интенсивного выделения газов кровь как бы закипает, что приводит к закупорке сосудов, нередко со смертельным исходом. Этим определяется максимальная глубина, на которой могут производиться водолазные работы (как правило, не ниже 50 м). Опускание и поднятие водолазов должно происходить очень медленно, чтобы выделение газов происходило только в легких, а не сразу во всей кровеносной системе.

 

 

6.     Заключение

А. Сведения, полученные в ходе проекта, позволят следить за своим самочувствием в зависимости от изменения атмосферного давления. На организм человека влияет как пониженное, так и повышенное атмосферное давление. При пониженном атмосферном давлении отмечается учащение и углубление дыхания, учащение сердечных сокращений (сила их более слабая), некоторое падение кровяного давления, наблюдаются также изменения в крови в виде увеличения количества красных кровяных телец.

С понижением атмосферного давления понижается и парциальное давление кислорода, поэтому при нормальном функционировании органов дыхания и кровообращения в организм поступает меньшее количество кислорода. В результате этого кровь недостаточно насыщается кислородом и не обеспечивает в полном объеме доставку его органам и тканям, что приводит к кислородному голоданию.

Б. Особенно это надо учитывать людям, которым иногда приходится работать при повышенном или пониженном атмосферном давлении (водолазы, альпинисты, при работе на скоростных подъемных механизмах), причем эти отклонения от нормы иногда бывают в значительных пределах.

В. Атмосферное давление оказывает влияние на природные явления и погоду. Мы собрали народные приметы о погоде (приложение), которые будут очень интересны многим (Приложение 4).

Г. Изучая историю изучения атмосферного давления составили викторину (приложение), её можно проводить на уроках ( Приложение 5).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Литература:

1.Зорин Н.И., элективный курс «»Элементы биофизики» - М., «Вако», 2007г.

2.Сёмке А.И., Занимательные материалы к урокам – М., «Издательство НЦ ЭНАС», 2006г.

3.Волков В.А, С.В. Громова, Поурочные разработки по физике,7кл. – М. «Вако», 2005г.

4.Сергеев И.С., Как организовать проектную деятельность учащихся, М., «Аркти», 2006г.

5.Материал из Интернета , CRC Handbook of Chemistry and Physics by David R. Lide, Editor-in-Chief 1997 Edition

5.                 Пёрышкин А.В. Измерение атмосферного давления. М. Дрофа, 2013

6.                 Тихонова Е.Н. Опыты по физике Просвещение, 1999

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1

Рис. 1 Строение атмосферы.

 

 

Рис. 2 Опыт Отто Герике

 

 

 

 

 

Приложение 2

 

Рис. 3 Опыт №1

 

 

  

Рис. 4  Опыт №2

Рис. 5  Опыт №3

Рис. 6  Опыт №4

 

Рис. 7  Опыт №5

 

 

 

Приложение 3

Рис. 8 Дыхание человека

Рис. 9 Как мы пьём

     

Рис. 10 Атмосферное давление помогает предсказать погоду

Приложение 4

Викторина

 

1. В свойство "легкость тел" не веря,

Кто вес воздуха измерил?

(Г. Галилей)

2. "Природа пустоты боится," -

Какой ученый некогда сказал?

А кто решил в этом усомниться

И пустоту на опыте создал?

(Аристотель, Торричелли)

3. Кто современникам на удивленье

Измерил атмосферное давление?

(Торричелли)

4. Сумел, кто вскоре догадаться,

Что, если на гору подняться,

Давление будет уменьшаться?

(Паскаль)

5. Кто первый сделал, в самом деле,

Известный опыт Торричелли?

(Вивиани, ученик Торричелли)

6. Чей опыт удивил людей

Потребовав 16 лошадей.

Когда и где он сделан был

И в чем людей он убедил?

(Герике, Магдебург, 1 мая)

7. Поднимаемся мы в гору,

Стало трудно нам дышать,

А какие есть приборы,

Чтоб давленье измерять?

(Барометр)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 5

 

Народные приметы, позволяющие предсказывать погоду

1. Дым стелется к земле - к пасмурной погоде.

2. Утром ясно, днем кучевые облака, к вечеру исчезают -  к хорошей, ясной погоде.

3. Вечером обильная роса, значит, будет тепло.  

4. К ночи теплеет, жди похолодание.

5. Ветер к вечеру стихает, скоро потеплеет.    

6. Куры и воробьи купаются в пыли – к ненастью.                                  

7. Облака идут против ветра – холод несут.                  

8. Раньше обычного, закрывают свои цветки одуванчики и ноготки к дождю.                    

9. Звезды слабо мерцают, имеют зеленоватый оттенок – жди тепло.               

10. Давление падает – будет холодно.       

11. Облака идут по ветру, тепло несут.     

12. Белые кувшинки не раскрывают своих цветков и не всплывают над водой к холоду.   

13. Слоистые облака приближаются с запада, опускаются, уплотняются на холодный день.               

14. Солнце садится в тучу, закат имеет красноватый оттенок к ненастью.    

15. Ласточки и стрижи летают низко над землей к дождю.     

16. В радуге резко выделяется полоса красного цвета, жди нового дождя.    

17. После дождя тепло, значит, скоро похолодает.    

18. Ветер усиливается к вечеру и к ночи – будет зябко.    

19. Стрекозы собираются в стаи, их полет становится нервным, путаным, они гудят звонче обычного к холоду.   

20. Давление повышается к тёплой погоде.