Открытый урок физики в 7 классе «Атмосферное давление на различных высотах»

 

 

МБОУ «Н-Дженгутаевская СОШ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Урок физики в 7 «б» классе

 

«Атмосферное давление на различных высотах»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Провела: Шамилова А.П.

учитель физики

 

Тема урока: Атмосферное давление на различных высотах.

Цели урока:

·         расширить знания обучающихся об атмосферном давлении;

·         проводить пропедевтическую работу по предпрофильному обучению учащихся;

·         воспитывать уважительное отношение к людям разных профессий;

·         развивать стремление обучающихся к научному познанию; развивать логическое мышление и устную речь

Демонстрация:

1) несколько опытов из серии «проказы атмосферы»: (демонстрация; опыт «яйцо в графине»; опыт «рука прилипла»)

Оборудование: стеклянная трубочка, другие ёмкости из стекла, спички, бумага, яйцо, барометр-анероид, компьютер, экран

Организационный момент. Положительный настрой на урок.

Добрый день, ребята

В школе прозвенел звонок

Начинаем наш урок.

Сядьте вы за парты тихо,

На меня вы посмотрите,

И немного улыбнитесь!

Учитель. Я рада вас сегодня видеть вас в классе. Я рада видеть сегодня наших гостей. Ребята, сегодня на уроке вас ждет много интересного.

1.Сообщение цели урока.

Учитель

Я очень рада вас приветствовать, и верю, что урок у нас сегодня получится познавательным, интересным и пройдет с пользой для каждого из нас.

Однажды, гуляя в тенистой роще со своим учителем, греческим философом, юноша спросил: "Скажи мне, почему тебя часто одолевают сомнения? Ты прожил долгую жизнь, умудрен опытом и учился у великих эллинов. Как же так, что для тебя осталось столь много неясных вопросов?"

В раздумье философ очертил посохом перед собой два круга: маленький и большой.  "Твои знания - это маленький круг, а мои - большой. Но все, что осталось вне этих кругов, - неизвестность. Маленький круг мало соприкасается с неизвестностью. Чем шире круг твоих знаний, тем больше его граница с неизвестностью. И впредь, чем больше ты станешь узнавать нового, тем больше будет возникать у тебя неясных вопросов".

Создаёт проблемную ситуацию, демонстрируя опыт.

Объяснение опытов

Ребята, все мы не раз наблюдали выступления фокусников и восхищались ими.

Многие опыты по физике не менее занимательны, чем фокусы для незнающих людей. Но при их выполнении не нужна ловкость рук, нужно лишь знать и хорошо понимать физические законы. Сейчас я проведу несколько опытов, ваша задача внимательно наблюдать и попробовать объяснить наблюдаемые явления.

опыт 1: "Яйцо в графине". Варёное яйцо проходит в горлышко графина, в котором предварительно сожгли газету.

Вареное яйцо влетает в бутылку. Почему?

Сегодня на уроке мы попытаемся увеличить круг наших знаний

Удивительное дело – жить в воздушном океане,

Голубом,  огромном, чистом, «пить» его и не тонуть.

Без него, без океана, жизнь была бы очень странной,

Впрочем, даже и не странной: просто не было б её.

Вовлекает учащихся в процесс повторения материала

Что такое атмосфера:

Может это литосфера? – Нет.

Может это гидросфера? – Нет.

Может, это просто точка? – Нет

Значит, это оболочка? – Да

Из чего она? из камня? – Нет.

Состоит из смеси газов? – Да!

То, что воздухом зовут,

Они жизнь для нас дают

опыт 2: «Сухим из воды». Можно ли вынуть монету из воды не замочив пальцы?

Какая сила вогнала воду в стакан и поддерживает ее на определенной высоте?

опыт 3: 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?

Воду удерживает давление воздуха. Давление воздуха распространяется во все стороны одинаково, значит, и вверх тоже. Бумага служит только для того, чтобы поверхность воды оставалась совершенно ровной

Учитель: - Итак, кто из вас догадался, о чем мы сегодня будем говорить на уроке?

Все увиденное мы можем объяснить наличием атмосферного давления. А везде ли оно одинаково? (Нет. С высотой оно уменьшается).

- А как именно оно уменьшается мы сегодня с вами должны выяснить.

Воздух имеет  массу и вес

Значит, давит он на земную поверхность

В нашем теле тоже давление есть,

Поэтому мы не ощущаем эту поверхность.

Установлено, что у поверхности Земли 1куб м воздуха весит 1кг 300г. А если воздух имеет вес, то он давит на всё, что находится на Земле.

Силу, с которой воздух давит

На земную поверхность и на предметы

Очень просто в науке называют –

Атмосферное давление это!

(Рассказ-вставка)

Это случилось более 20 лет назад. В Ереване средь бела дня на глазах у множества людей троллейбус с пассажирами рухнул с высокой дамбы Ереванского водохранилища и затонул. Для того чтобы вызвать спасателей и технику, организовать работы, необходимо время, а его не было. Для спасения людей оставались считанные минуты. Настоящим чудом было то, что в этот момент на дамбе появилась группа спортсменов, возвращавшихся после ежедневной многокилометровой пробежки, среди них оказался водолаз-подводник Шаварш Карапетян. Мгновенно оценив обстановку, Шаварш с товарищами оказался в воде. Нырнув, на глубине 8-9 метров он нашёл троллейбус, выбил заднее стекло и таким образом попал в салон. Так, ныряя раз за разом, Шаварш сумел спасти 20 человек! Он и его товарищи показали, на что способен человек, если знает, что от него зависит многое…

Учитель: Ребята как вы думаете: «Почему водолазам запрещается резко всплывать?» (спас 20 человек, значит 20 раз испытывал давление воды почти 200 кПа! Это подвиг «Как бы вы охарактеризовали профессию водолаза?» (опасная, мужественная, ответственная, нужная, романтическая…)

Поднимаемся мы в гору,

Стало трудно нам дышать.

А какие есть приборы(слайд…)

Подводит к связи «теория-эксперимент-практика»

Еще в 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.

Давление атмосферного столба может быть уравновешено давлением столба жидкости определенной высоты. Трубка с ртутью длиной примерно 1 метр, запаянная с одного конца ,переворачивается, после чего часть ртути вытекает, но ее уровень останавливается на определенной высоте. Поскольку давление над ртутью в трубке равно нулю, то давление столба ртути равно атмосферному давлению. На уровне моря эта высота составляет 760 мм ртутного столба и называется нормальным атмосферным давлением.

 Эванджелиста Торричелли проделал данный опыт и дал ему объяснение. Если проделать данный опыт с водой, то высота водяного столба будет примерно 10 метров. Вот почему вода поднималась за поршнем не более 10 метров.

А может ли меняться атмосферное давление над различными участками земной поверхности? Отчего оно зависит?

Но мы на себе давление воздуха не ощущаем.

Анализирует деятельность учащихся, подводит к практическим расчётам веса воздуха.

Давайте докажем это:

Определим, какой вес имеет воздух, находящийся в кабинете «Точка роста», если длина комнаты – 8м, ширина – 6м, высота – 4м. Если в среднем поверхность человеческого тела составляет около 1,5 м2, то оказывается, что на каждого из нас воздух давит с силой около 15 т (Слайд …). 

Воздух имеет массу и вес

Значит, давит он на земную поверхность

В нашем теле тоже давление есть,

Поэтому мы не ощущаем эту поверхность.

Действительно, мы не смогли бы выдерживать такую тяжесть, если бы ей не противостояло такое же давление внутри нашего тела.

Физкультминутка. Устали ребята?! Давайте немного отдохнем!!! Представьте себя столбиком ртути (Руки по швам) Столбик ртути опускается – атмосферное давление понижается – вероятность дождя увеличивается (приседаем)!!! Не забудьте взять зонтик!! (руки над головой) Исходное положение. Столбик ртути поднимается – атмосферное давление увеличивается – будет ясная солнечная погода!!!(поднимается на цыпочки) Не забудьте надеть панаму!!! (воображаемый жест одевания панамы)

3. Мотивация и целеполагание

Учитель: Мы живем на планете Земля. Вам известно, что жизнь на нашей планете существует благодаря Солнцу и атмосфере. Ребята, скажите, а что такое атмосфера?

(ответ: атмосфера – это воздушная оболочка, окутывающая Землю)

Учитель: Верно, причем воздух состоит смеси различных газов, таких как, азот (78%), кислород (21%) углекислый газ, водород, водяной пар и другие. Имеет ли воздух вес?

(ответ: Да)

Учитель: Значит воздух производит давление на поверхность Земли и на все тела, которые находятся на её поверхности.

Сформулируем цель урока: изучить понятие «атмосферное давление», раскрыть его природу, показать на опытах и объяснить на примерах существование атмосферного давления его значение и применение.

4. Изучение нового материала

Итак, давление толщи воздуха на все тела и поверхность Земли называют атмосферным давлением. Мы испытываем атмосферное давление, находясь на дне воздушного океана.

Благодаря большой силе тяжести Земля удерживает атмосферу. Скажите, а почему же атмосфера “не оседает” на поверхность Земли?

(ответ: молекулы газов, составляющих атмосферу, движутся непрерывно и беспорядочно)

Впервые атмосферное давление определил итальянский ученый Эванджелиста Торричелли. Он использовал стеклянную трубку длиной 1 метр, запаянную с одного конца и заполненную ртутью. Закрыв открытый конец трубки, Торричелли перевернул ее в чашку с ртутью. После того, как он открыл конец трубки, часть ртути вылилась. Над ртутью образовалось безвоздушное пространство - пустота. Почему не вылилась вся ртуть?

( ответ: на поверхность ртути в чаше действует атмосферное давление)

Объяснение факту дал сам Торричелли. Поскольку в замкнутой сверху стеклянной трубке воздуха над ртутью не было, то он объяснил, что высота ртутного столба определяется буквально давлением воздуха на ртуть в чашке. Атмосферное давление соответствует высоте ртутного столба: P атм = P ртуть=760 мм. рт. ст. (значение нормального атмосферного давления).

Атмосферное давление выражают в мм. рт. ст. а также в Паскалях.

Атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты над поверхностью Земли. Чем выше мы поднимаемся в гору, тем меньше давление.

Сейчас я вам расскажу какую роль оказывает атмосферное давление когда мы дышим, как оно помогает пить слону и существовать многим водным животным нам расскажут наши эксперты.

Как мы дышим? Механизм дыхания заключается в следующем: мышечным усилием мы увеличиваем объем грудной клетки, при этом давление воздуха внутри легких уменьшается, и атмосферное давление вталкивает туда порцию воздуха. При выдыхании происходит обратное явление.

 

Как пьет слон? Шея у слона короткая, он опускает хобот в воду и втягивает в себя воздух. Под действием атмосферного давления хобот набирается водой, тогда слон сгибает хобот и выталкивает воду в рот.

Многие живые организмы, например, спруты, пиявки имеют присоски, при помощи которых они могут прилипнуть к любому предмету. Присоски увеличиваются в объеме, внутри них образуется разреженное пространство, и наружное давление воздуха прижимает их к поверхности какого-либо предмета. Так осьминоги хватают добычу, а пиявки передвигаются. Конец одного из самых длинных ловчих щупалец кальмара густо усыпан разнокалиберными присосками. Рыба-прилипала, или ремора, обладает присоской, которая занимает половину головы. Эта рыба присасывается к другим рыбам, камням, к лодкам и кораблям так прочно, что ее легче разорвать, чем оторвать.

Тело человека приспособлено к атмосферному давлению и плохо переносит его понижение. При подъеме на высокие горы, (примерно с 4000 м, а иногда и ниже) многие люди чувствуют себя плохо, появляются приступы «горной болезни»: становится трудно дышать, как-бы не хватает воздуха, из ушей и носа нередко идет кровь, можно даже потерять сознание.

И все же люди приспосабливаются и к таким непростым условиям, например, в мире несколько стран (Боливия, Мексика, Перу, Эфиопия, Афганистан), в которых большинство населения проживают на высоте свыше 1000 м над уровнем моря. В Тибете граница обитания человека превышает 5000 м над уровнем моря. Потоси, город, который ещё во времена Инков являлся крупнейшим месторождением серебра в Южной Америке, построен он на высоте 4090 метров и имеет население около 160 тысяч человек. Это самый высокий город на земном шаре.

Учитель: Теперь я предлагаю разделиться вам на 3 группы . Каждая группа получит задание, которое должна выполнить в течение 5 мин. (записи делаются на листах)

1 группа

Прибор для измерения атмосферного давления. Прочитав текст в учебнике, ответить на вопросы:

1. Как называется прибор для измерения атмосферного давления?

2. Как он устроен?

3. Описать принцип работы барометра.

2 группа

Экспериментальное задание.

Объяснить, как работает пипетка? Почему вода набирается в пипетку и как это связано с атмосферным давлением. Группа получает необходимое оборудование.

3 группа

Экспериментальное задание.

Объяснить принцип действия шприца. Группа получает необходимое оборудование.

От каждой группы выступает один представитель по своему вопросу. Идет обсуждение и дополнение ответов.

Учитель: А закончить урок хотелось бы словами ученого и писателя Блеза Паскаля: “Я не становлюсь богаче, сколько бы не приобретал земель… ­ а вот с помощью мысли я охватываю Вселенную”

5. Итог урока.

Учитель: Наш урок подошел к концу. Ребята, что нового вы узнали на уроке сегодня?

- Отметьте своё настроение в конце урока. У вас на столе есть смайлики. Я вам задаю вопросы, а вы мне поднимаете смайлик.

Учитель: Ребята я благодарю вас за интересный урок. За вашу работу на уроке. Давайте поблагодарим наших гостей за то, что они присутствовали сегодня.

3. Атмосферное давление на различных высотах.

Торричелли обнаружил, что высота столба ртути в его опыте не зависит ни от формы трубки, ни от ее наклона. На уровне моря высота ртутного столба всегда была около 760мм.

Давление жидкости зависит от её плотности и глубины слоя (высоты столба). Установлено одинаковое значение плотности жидкости на различных глубинах, из-за малой сжимаемости жидкости. Чего не скажешь о газах. Ранее мы определили, что большая плотность газов, составляющих атмосферу, у поверхности Земли и меньшая плотность атмосферы на больших высотах, а давление зависит от плотности и высоты. Как вы думаете, существует ли какая-либо закономерность изменения давления в атмосфере с высотой?

Да, действительно, такая зависимость существует. Наблюдения показывают, что при небольших подъёмах в среднем на каждые 12 м, давление уменьшается на 1 мм рт.ст. (или на 1,33 гПа). На подобной зависимости строится работа приборов, которые измеряют высоту подъема тела – высотометров (см. слайд).

Т.о., атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 градусов Цельсия, называется нормальным атмосферным давлением.

Нормальное атмосферное давление равно 101 300 Па = 1013 гПа

При подъеме на каждые 12 метров столбик ртути опускается на 1 мм.

(Демонстрация модели работы высотометра)

4. Влияние атмосферного давления на живые организмы

В результате атмосферного давления на каждый квадратный сантиметр нашего тела и любого предмета действует сила равная 10Н, но тело не разрушается под действием такого давления. Вопрос: Почему люди выдерживают такое давление?

Мы справляемся с такой нагрузкой, т.к. внешнее атмосферное давление уравновешивается давлением внутри нашего организма.

А о том какую роль оказывает атмосферное давление когда мы дышим, как оно помогает пить слону и существовать многим водным животным нам расскажут наши эксперты.

Как мы дышим? Механизм дыхания заключается в следующем: мышечным усилием мы увеличиваем объем грудной клетки, при этом давление воздуха внутри легких уменьшается, и атмосферное давление вталкивает туда порцию воздуха. При выдыхании происходит обратное явление.

Как пьет слон? Шея у слона короткая, он опускает хобот в воду и втягивает в себя воздух. Под действием атмосферного давления хобот набирается водой, тогда слон сгибает хобот и выталкивает воду в рот.

Многие живые организмы, например, спруты, пиявки имеют присоски, при помощи которых они могут прилипнуть к любому предмету. Присоски увеличиваются в объеме, внутри них образуется разреженное пространство, и наружное давление воздуха прижимает их к поверхности какого-либо предмета. Так осьминоги хватают добычу, а пиявки передвигаются. Конец одного из самых длинных ловчих щупалец кальмара густо усыпан разнокалиберными присосками. Рыба-прилипала, или ремора, обладает присоской, которая занимает половину головы. Эта рыба присасывается к другим рыбам, камням, к лодкам и кораблям так прочно, что ее легче разорвать, чем оторвать.

Тело человека приспособлено к атмосферному давлению и плохо переносит его понижение. При подъеме на высокие горы, (примерно с 4000 м, а иногда и ниже) многие люди чувствуют себя плохо, появляются приступы «горной болезни»: становится трудно дышать, как-бы не хватает воздуха, из ушей и носа нередко идет кровь, можно даже потерять сознание.

И все же люди приспосабливаются и к таким непростым условиям, например, в мире несколько стран (Боливия, Мексика, Перу, Эфиопия, Афганистан), в которых большинство населения проживают на высоте свыше 1000 м над уровнем моря. В Тибете граница обитания человека превышает 5000 м над уровнем моря. Потоси, город, который ещё во времена Инков являлся крупнейшим месторождением серебра в Южной Америке, построен он на высоте 4090 метров и имеет население около 160 тысяч человек. Это самый высокий город  на земном шаре.

Таблица переносимости атмосферного давления человеком.

Высота (км)	Зона и ее характеристики
Более 8 км (Джомолунгма)	Смертельная зона: человек может находиться на этой высоте без дыхательного аппарата лишь короткое время – 3 мин.,  на высоте 16 км – 9 сек, после чего наступает смерть
6 – 8 км	Критическая зона: серьезные функциональные расстройства жизнедеятельности организма.
4 -5 км  (Эльбрус, Ключевская сопка )	Зона неполной компенсации: ухудшение общего самочувствия
2 -4 км	Зона полной компенсации: некоторые нарушения в деятельности сердечно – сосудистой системы, органов чувств и др., которые благодаря мобилизации резервных сил организма быстро исчезают.
1,5 – 2 км (Ай – Петри)	Безопасная, или индеферентная зона, в которой не наблюдается каких – либо существенных изменений физиологических сил организма.

Р>8*10⁵Па-дыхание становится учащённым.

Р<8,4*10^-4 Па -газовое вздутие обуславливает возможное образование газовых пузырьков в крови.    

5. Задача Шерлока Холмса. Перед Ш.Холмсом стояла обыкновенная банка, в ней плавала пиявка. Доктор Ватсон спросил: «О, мистер Холмс, вы занялись изучением пиявок?» «Нет, я наблюдаю за погодой и думаю, что сегодня будет дождь, надо взять зонтик». Почему Ш.Холмс так решил? («Природный барометр». Пиявка является природным барометром. В хорошую погоду давление высокое, в воде достаточно кислорода и пиявка хорошо себя чувствует в воде, она лежит на дне. При пониженном давлении (перед дождем и снегом) содержание воздуха и кислорода в воде уменьшается и пиявка поднимается к поверхности воды.)

6. Хитрые вопросы от Вовочки.

Почему человек и лошадь вязнут в болоте, а корова или овца нет?

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

V. Домашнее задание

п. 43 - 44, упр. 21 (1; 3)

Творческое задание: Придумайте свой природный барометр.

Нам потребуется банка с водой, лягушка и маленькая деревянная лесенка.  Если лягушка поднимается по лесенке – ждите плохой погоды, спускается вниз – к переменной погоде, барахтается на поверхности воды – ждите солнечной сухой погоды. Связано это с лягушачьей кожей и испарением воды с нее: к сухой погоде сиди в воде, дождик – можно выбираться наверх.

VI. Итог урока

Оценивание