Урок по теме "Атмосферное давление"

Борисенкова Марина Юрьевна, МКОУ Городокской СОШ №2 с.Городок Минусинского района, Красноярского края учитель физики

Тема урока: Атмосферное давление.

Цель урока: Рассмотреть строение атмосферы Земли, убедиться в существовании атмосферного давления и научится использовать полученные знания для решения физических задач.

Задачи:

Образовательные:

• Рассмотреть причины существования атмосферного давления;

• Рассмотреть использование атмосферного давления в ряде областей человеческой деятельности;

• Определить вес воздуха;

• Продолжить обучение учащихся решать теоретические и занимательные задачи;

• Вовлечение каждого ученика в активный познавательный процесс;

• Научить учащихся выделять главное, делать выводы.

Воспитательные:

• Продолжить формирование познавательного интереса учащихся;

• Продолжить формирование стремления к усвоения теоретических знаний через решение задач;

• Воспитание внимательного, доброжелательного отношения к ответам одноклассников;

Развивающие:

• Для развития мышления учащихся продолжить отработку умственных операций анализа, сравнения и синтеза;

• Научить применять полученные знания в нестандартных ситуациях для решения задач;

• Расширение кругозора, повышение эрудиции;

• Развитие интереса к экспериментальной физике.

Оборудование: стакан, лист бумаги, бутылка с водой, газета, линейка, блюдце, пустой стакан, монета, газета, огарок свечи, ножницы, спички, стеклянный шар с пробкой и резиновым отводом, насос, рычажные весы, разновесы, сосуд с водой, спиртовка.

Компьютер, видеопроектор, экран.

Место урока в разделе "Давление твердых тел, жидкостей и газов": урок проводился в 7 классе после изучения тем «Давление и сообщающиеся сосуды».

Демонстрации:

1. Определение массы воздуха (по рис. 115 учебника);

2. Доказательства существования атмосферного давления.

Ход урока

1. Орг. момент. ( В ходе всего урока показывается презентация).

2. Проверка домашнего задания. (фронтальный опрос)

Было задано повторить §33 – 39. (Повторение сопровождается демонстрацией слайдов).

1. Что называют давлением?

2. Как увеличить или уменьшить давление?

3. Как осуществляется давление в газах и жидкостях?

4. Сформулируйте закон Паскаля.

5. Гидростатическое давление. Формула.

6. Зависимость давления от высоты.

7. Сообщающиеся сосуды. Примеры.

8. Как располагаются поверхности однородной жидкости, разнородных жидкостей?

3. Объяснение нового материала. (лекция учителя).

В начале лекции предлагается рассмотреть вопрос о том, что такое атмосфера, из чего она состоит.

Атмосфера – газовая оболочка Земли

• Толщиной несколько тысяч километров.

• Верхние слои сжимают нижние.

• Нижний слой атмосферы испытывает самое сильное давление.

• Т.о. земная поверхность и все тела, находящиеся на ней испытывают давление всей толщи воздуха, т.е испытывают атмосферное давление.

Состав атмосферы

1. Азот – 78 %

2. Кислород – 21 %

3. Аргон – 0,93 %

4. Углекислый газ – 0,03 %

5. Прочие газы – 0,04 %

Почему существует воздушная атмосфера Земли?

• Молекулы не улетают, т.к. необходима большая скорость (вторая космическая), чтобы преодолеть земное притяжение.

• Беспорядочное движение молекул и действие на них силы тяжести приводит к тому, что они «парят» в пространстве около Земли, образуя воздушную оболочку – атмосферу.

• Плотность воздуха с высотой уменьшается. Чем выше, тем воздух разреженнее и в самых верхних слоях переходит в безвоздушное пространство. Четкой границы воздушная оболочка не имеет.

Таким образом, различие в плотности и давлении газа с высотой существенно для атмосферы.

Теперь, когда мы вспомнили, что такое атмосфера и из чего она состоит, давайте проведём опыт, позволяющий найти массу воздуха.

Определение удельного веса воздуха.

Воздух является веществом и поэтому имеет вес.

Взвесим 1 литр воздуха.

Демонстрация 1.

Возьмём круглую колбу и установим её на штативе горлышком вниз. Сверху к ней подведём стеклянную трубку с присоединённым шлангом. Через этот шланг начнём наполнять колбу паром, который будет получаться в колбе с водой, установленной над спиртовкой.

Через короткое время весь воздух будет вытеснен из колбы водяным паром. Теперь быстро вынем стеклянную трубку и плотно заткнём колбу пробкой. Кран на стеклянной трубке, продетой через пробку, должен быть закрыт. После того как колба остынет, взвесим её.

После того как мы записали вес колбы, откроем кран. Воздух моментально заполнит колбу. Взвесим её ещё раз. Записав результат, вынем пробку и нальём в колбу воды столько, чтобы её поверхность дошла точно до того места, где находился нижний край пробки. Измерим объём использованной нами воды. Для этого достаточно перелить её в мензурку или взвесить.

Объяснение демонстрации.

После того как колба была закрыта, в ней оставался только водяной пар - воздуха там больше не было. Когда колба остыла, большая часть пара сконденсировалась в воду, так что в колбе возник сильный вакуум. Разница в весе при двух первых измерениях и показывает нам вес того количества воздуха, который заполнил колбу после того, как мы открыли кран.

• при температуре 0 ⁰С и нормальном атмосферном давлении масса воздуха объемом 1 м³ равна 1,29 кг.

• Вес: Р = m × g = 1,29 кг × 9,8 Н/кг » 13 Н

Демонстрация 2.

Докажем существование атмосферы и атмосферного давления на опытах.

Опыт 1. Перевёрнутый стакан.

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

Объяснение.

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

Опыт 2. Тяжёлая газета.

Положим небольшую деревянную линейку на край стола так, чтобы одна её половинка свешивалась над полом. Стоит нам слегка прикоснуться к её висящему концу рукой, как линейка тут же упадёт на пол.

Положим линейку опять на прежнее место и закроем газетой её конец, лежащий на столе. Тщательно разгладим газету таким образом, чтобы она плотно прилегала к столу и нашей дощечке, а также аккуратно примнём газету по краю дощечки.

Опыт 3. Сухая монетка. (Учитель показывает опыт, а ребята с его помощью объясняют).

Положим на плоскую тарелку монету и нальем немного воды. Монета очутится под водой. Теперь предлагаю вам взять монету голой рукой, не замочив пальцев и не выливая воду из тарелки.

Объяснение.

А фокус в том, что воду надо отсосать. Но не ртом, конечно. Ведь неизвестно, где эта монета валялась, в каких руках она побывала.

Возьмем тонкий стакан, ополоснем его кипятком и опрокинем на тарелку рядом с  монетой. Воздух в стакане начнет остывать. А вы, знаете, что холодный воздух занимает меньше места, чем горячий. Стакан начнет всасывать воду, и вскоре вся на соберется под ним. Теперь подождем, пока монета высохнет, и возьмем ее, не боясь замочить пальцы!

Опыт 4. Магдебургские тарелки. (Учитель показывает опыт, а ребята с его помощью объясняют).

В 1654 году магдебургский бургомистр и физик Отто фон Герике показал на рейхстаге в Регенсбурге один опыт, который теперь во всём мире называют опытом с магдебургскими полушариями.

С помощью изобретённого им воздушного насоса Герике выкачал почти весь воздух, содержавшийся в плотно сложённых медных полушариях, имевших диаметр около метра. Для того чтобы оторвать полушария одно от другого, в каждое из них пришлось запрячь по восьми сильных лошадей. Шестнадцать лошадей должны были напрячь все свои силы для того, чтобы преодолеть давление воздуха на внешние стороны полушария. Это давление составляло примерно 7 тысяч килограммов. Этим наглядным опытом Отто Герике убедительно показал, что воздух также представляет собой вещество, которое способно оказывать мощное давление.

Магдебургские полушария.

Проделаем похожий опыт со стаканами.

Возьмём два стакана, огарок свечи, немного газетной бумаги, ножницы. Поставим зажженный огарок свечи в один из стаканов. Вырежем из нескольких слоёв газетной бумаги, положенных один на другой, круг диаметром немного больше, чем внешний край стакана. Затем вырежем середину круга таким образом, чтобы большая часть отверстия стакана осталась открытой. Смочив бумагу водой, мы получим эластичную прокладку, которую и положим на верхний край первого стакана.

Осторожно поставим на эту прокладку перевёрнутый второй стакан и прижмём его к бумаге так, чтобы внутреннее пространство обоих стаканов оказалось изолированным от внешнего воздуха. Свеча вскоре потухнет. Теперь, взявшись рукой за верхний стакан, поднимем его. Мы увидим, что нижний стакан как бы прилип к верхнему и поднялся вместе с ним.

Объяснение.

Огонь нагрел воздух, содержащийся в нижнем стакане, а, как мы уже знаем, нагретый воздух расширяется и становится легче, поэтому часть его вышла из стакана. Когда мы медленно приближали к первому стакану второй, часть содержавшегося в нём воздуха также успела нагреться и вышла наружу. Значит, когда оба стакана были плотно придавлены один к другому, в них было меньше воздуха, чем до начала опыта. Свеча потухла, как только был израсходован весь содержащийся в стаканах кислород.

После того как оставшиеся внутри стакана газы остыли, там возникло разряжённое пространство, а воздушное давление снаружи осталось неизменным, поэтому оно плотно придавило стаканы один к другому, и когда мы подняли верхний из них, то и нижний поднялся вместе с ним. Стаканы были бы ещё гораздо сильнее прижаты друг к другу, если бы нам удалось создать внутри них совершенно пустое пространство.

Вопросы на закрепление.

Посмотрим, как научились люди использовать атмосферное давление в жизни

• В медицине

• В водяных насосах

• Для взятия пробы воды – ливер

• В хозяйстве - поилки

1. Как мы пьем? Почему жидкость устремляется к нам в рот?

Мы приставляем стакан или ложку с жидкостью ко рту и «втягиваем» в себя их содержимое. При питье мы расширяем грудную клетку и тем самым разряжаем воздух во рту; под давлением наружного воздуха жидкость устремляется туда, где давление меньше, и таким образом проникает к нам в рот. Т.о. мы пьем не только ртом, но и легкими; ведь расширение легких – причина того, что жидкость устремляется в наш рот.

1. Почему мухи и древесные лягушки могут держаться на оконном стекле?
   Как слон пьет?

• Мухи и древесные лягушки держаться на оконном стекле благодаря крошечным присоскам, в которых создается разряжение, и атмосферное давление удерживает присоску на стекле.

• Под действием атмосферного давления хобот слона наполняется водой, тогда слон загибает его и выливает воду в рот.

• По телевидению или радио мы часто слышим, что атмосферное давление равно, например, 760 мм рт.ст.

• Что оно означает?

Опыт итальянского ученого Э.Торричелли, проделанный им в XVII веке.

Стеклянную трубку длиной около метра, запаянную с одного конца, наполняют доверху ртутью. Затем, плотно закрыв отверстие пальцем, трубку переворачивают и опускают в чашу с ртутью. После этого палец убирают. Ртуть из трубки начинает выливаться, но не вся! Остается "столб" ртути примерно 76 см высотой, считая от ее уровня в чаше. Эта высота не зависит ни от длины трубки, ни от глубины ее погружения.

Объяснение.

Желтым цветом мы пометили небольшой слой ртути внутри трубки у ее отверстия. Вес вышележащих слоев действует вниз, толкая "желтый" слой в чашу. Причина этого - сила тяжести. А ртуть в чаше давит на "желтый" слой вверх, толкая его назад в трубку. Причина возникновения этой силы – атмосферное давление, действующее на поверхность ртути в чаше. Согласно закону Паскаля оно распространяется через ртуть даже внутрь трубки. Т.о. давление в трубке равно атмосферному давлению.

Если бы оно было больше, то ртуть вытекала бы из трубки в чашку, а если меньше, то поднималась бы в трубке вверх.

Чем больше атмосферное давление, тем выше столб ртути в опыте Торричелли.

Если к трубке прикрепить вертикальную шкалу, можно получить простейший прибор для измерения атмосферного давления – ртутный барометр.

Единицы измерения атмосферного давления.

• 1 мм рт. ст. – это давление столба ртути высотой 1 мм.

1 мм рт.ст = 133,3 Па

• Значение атмосферного давления, равного давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 °С называется нормальным атмосферным давлением.

Выразим в единицах давления – в паскалях:

• p = ρ · g · h = 13600 кг/м3 · 10 Н/кг · 0,76 м = = 101300 Па » 100 кПа.

• 760 мм рт.ст = 100 кПа = 10⁵ Па.

Прибор для измерения атмосферного давления

• Барометр – анероид (безжидкостный)

1 – металлическая коробочка с гофрированной поверхностью из которой выкачан воздух;

2 – пружина оттягивающая крышку коробочки;

3 – передающий механизм;

4 – стрелка – указатель;

1. Итог урока и домашнее задание.

Учитель подводит итог урока.

Дом. задание: § 40 – 44 , вопросы к параграфу,

подготовить доклад по одной из предложенных тем:

- Атмосфера нашей планеты.

- Роль атмосферного давления в жизни человека и животных.

Найти и проделать самостоятельно интересные опыты, доказывающие наличие атмосферного давления.

Литература:

1. Библиотека электронных наглядных пособий “Физика 7-11” Министерство образования РФ “Кирилл и Мефодий” 2003.

2. Волков В.А., Полянский С.Е. Поурочные планы по физике. 7 класс. – 2-е изд. – М.: ВАКО, 2007. – 304 с.

3. Гальперштейн Л. Забавная физика: Научно-популярная книга/Оформл. Серии О.Кондаковой; М.: Дет.лит., 1993. – 255 с.

4. Л.А. Горев “Занимательные опыты по физике” Москва “Просвещение” 1977

5. Перышкин А.В. Физика. 7 класс.: учеб.для общеобразовательных учреждений / А.В. Перышкин. – 8-е изд., доп. М.: Дрофа, 2006. – 191 с.

6. Учебное электронное издание “Физика 7-11” практикум “Физикон” 2004.

Вес воздуха. Атмосферное давление.

• Рассмотреть строение атмосферы Земли, убедиться в существовании атмосферного давления и научится использовать полученные знания для решения физических задач.

Образовательные:

• Рассмотреть причины существования атмосферного давления;
• Рассмотреть использование атмосферного давления в ряде областей человеческой деятельности;
• Определить вес воздуха;
• Продолжить обучение учащихся решать теоретические и занимательные задачи;
• Вовлечение каждого ученика в активный познавательный процесс;
• Научить учащихся выделять главное, делать выводы

Воспитательные:

• Продолжить формирование познавательного интереса учащихся;
• Продолжить формирование стремления к усвоения теоретических знаний через решение задач;
• воспитание внимательного, доброжелательного отношения к ответам одноклассников;

Развивающие:

• Для развития мышления учащихся продолжить отработку умственных операций анализа, сравнения и синтеза.
• Научить применять полученные знания в нестандартных ситуациях для решения задач;
• Расширение кругозора, повышение эрудиции;
• Развитие интереса к экспериментальной физике.

Оборудование.

• Что называют давлением ?
• Как увеличить или уменьшить давление?
• Как осуществляется давление в газах и жидкостях?
• Закон Паскаля ?
• Гидростатическое давление. Формула .
• Зависимость давления от высоты.
• Сообщающиеся сосуды. Примеры.
• Как располагаются поверхности однородной жидкости, разнородных жидкостей?

p = ρ · g · h

P – давление, Па

ρ – плотность жидкости, кг/м 3

g – ускорение свободного падения, Н/кг

h – высота, м

p – давление, Па

F – приложенная сила, Н

S – площадь поверхности, м 2

Атмосфера – газовая оболочка Земли

• земная поверхность и все тела, находящиеся на ней испытывают давление всей толщи воздуха, т.е испытывают атмосферное давление.

Состав атмосферы

Азот – 78 %

Кислород – 21 %

Аргон – 0,93 %

Углекислый газ – 0,03 %

Прочие газы – 0,04 %

Почему существует воздушная атмосфера Земли?

• Молекулы не улетают, т.к. необходима большая скорость (вторая космическая), чтобы преодолеть земное притяжение.
• Беспорядочное движение молекул и действие на них силы тяжести приводит к тому, что они «парят» в пространстве около Земли, образуя воздушную оболочку – атмосферу .
• Плотность воздуха с высотой уменьшается. Чем выше, тем воздух разреженнее и в самых верхних слоях переходит в безвоздушное пространство. Четкой границы воздушная оболочка не имеет.

Таким образом, различие в плотности и давлении газа с высотой существенно для атмосферы.

• Чему равен вес воздуха?

• Опытами установлено, что при температуре 0 0 С и нормальном атмосферном давлении масса воздуха объемом 1 м 3 равна 1,29 кг.

• Вес: Р = m  g = 1,29 кг  9,8 Н/кг  13 Н

Докажем существование атмосферы и атмосферного давления на опытах

• Опыт 1. Перевёрнутый стакан

Опыт 2. Тяжёлая газета.

• Положим небольшую тонкую дощечку на край стола так, чтобы одна её половинка свешивалась над полом. Стоит нам слегка прикоснуться к висящему краю рукой, как дощечка тут же упадёт на пол.
• Положим дощечку опять на прежнее место и закроем газетой край, лежащий на столе. Почему прикасаясь к висящему краю рукой, дощечка не падает на пол?

Опыт 3. Сухая монетка.

Положи на плоскую тарелку монету и налей немного воды. Монета очутится под водой. Теперь необходимо взять монету голой рукой, не замочив пальцев и не выливая воду из тарелки.

• А фокус в том, что воду надо отсосать. Но не ртом, конечно. Ведь неизвестно, где эта монета валялась, в каких руках она побывала.
• Возьми тонкий стакан, ополосни его кипятком и опрокинь на тарелку рядом с  монетой. Теперь смотри, что будет.
•   Воздух в стакане начнет остывать. Вы, наверное, уже слышали, что холодный воздух занимает меньше места, чем горячий. Стакан начнет всасывать воду, и вскоре вся на соберется под ним. Теперь подожди, пока монета высохнет, и бери ее, не боясь замочить пальцы!

Опыт 4. Магдебургские тарелки .

• В 1654 году магдебургский бургомистр и физик Отто фон Герике показал на рейхстаге в Регенсбурге один опыт, который теперь во всём мире называют опытом с магдебургскими полушариями.

• С помощью изобретённого им воздушного насоса Герике выкачал почти весь воздух, содержавшийся в плотно сложённых медных полушариях, имевших диаметр около метра. Для того чтобы оторвать полушария одно от другого, в каждое из них пришлось запрячь по восьми сильных лошадей. Шестнадцать лошадей должны были напрячь все свои силы для того, чтобы преодолеть давление воздуха на внешние стороны полушария. Это давление составляло примерно 7 тысяч килограммов. Этим наглядным опытом Отто Герике убедительно показал, что воздух также представляет собой вещество, которое способно оказывать мощное давление. Стр.103

• Возьмём два стакана, огарок свечи, немного газетной бумаги, ножницы. Поставим зажженный огарок свечи в один из стаканов. Вырежем из нескольких слоёв газетной бумаги, положенных один на другой, круг диаметром немного больше, чем внешний край стакана. Затем вырежем середину круга таким образом, чтобы большая часть отверстия стакана осталась открытой. Смочив бумагу водой, мы получим эластичную прокладку, которую и положим на верхний край первого стакана.

• Осторожно поставим на эту прокладку перевёрнутый второй стакан и прижмём его к бумаге так, чтобы внутреннее пространство обоих стаканов оказалось изолированным от внешнего воздуха. Свеча вскоре потухнет. Теперь, взявшись рукой за верхний стакан, поднимем его. Мы увидим, что нижний стакан как бы прилип к верхнему и поднялся вместе с ним.

• Огонь нагрел воздух, содержащийся в нижнем стакане, а, как мы уже знаем, нагретый воздух расширяется и становится легче, поэтому часть его вышла из стакана. Когда мы медленно приближали к первому стакану второй, часть содержавшегося в нём воздуха также успела нагреться и вышла наружу. Значит, когда оба стакана были плотно придавлены один к другому, в них было меньше воздуха, чем до начала опыта. Свеча потухла, как только был израсходован весь содержащийся в стаканах кислород.
• После того как оставшиеся внутри стакана газы остыли, там возникло разряжённое пространство, а воздушное давление снаружи осталось неизменным, поэтому оно плотно придавило стаканы один к другому, и когда мы подняли верхний из них, то и нижний поднялся вместе с ним. Стаканы были бы ещё гораздо сильнее прижаты друг к другу, если бы нам удалось создать внутри них совершенно пустое пространство. рис. 9

Как мы пьем? Почему жидкость устремляется к нам в рот?

• Мы приставляем стакан или ложку с жидкостью ко рту и «втягиваем» в себя их содержимое. При питье мы расширяем грудную клетку и тем самым разряжаем воздух во рту; под давлением наружного воздуха жидкость устремляется туда, где давление меньше, и таким образом проникает к нам в рот. Т.о. мы пьем не только ртом, но и легкими ; ведь расширение легких – причина того, что жидкость устремляется в наш рот.

Почему мухи и древесные лягушки могут держаться на оконном стекле? Как слон пьет?

• Мухи и древесные лягушки держаться на оконном стекле благодаря крошечным присоскам, в которых создается разряжение, и атмосферное давление удерживает присоску на стекле.
• Под действием атмосферного давления хобот слона наполняется водой, тогда слон загибает его и выливает воду в рот.

Использование атмосферного давление в жизни

• По телевидению или радио мы часто слышим, что атмосферное давление равно, например, 760 мм рт.ст.
• Что оно означает?

Опыт итальянского ученого Э.Торричелли, проделанный им в XVII веке.

Стеклянную трубку длиной около метра, запаянную с одного конца, наполняют доверху ртутью. Затем, плотно закрыв отверстие пальцем, трубку переворачивают и опускают в чашу с ртутью. После этого палец убирают. Ртуть из трубки начинает выливаться, но не вся! Остается "столб" ртути примерно 76 см высотой, считая от ее уровня в чаше. Эта высота не зависит ни от длины трубки, ни от глубины ее погружения.

Желтым цветом мы пометили небольшой слой ртути внутри трубки у ее отверстия. Вес вышележащих слоев действует вниз, толкая "желтый" слой в чашу. Причина этого - сила тяжести. А ртуть в чаше давит на "желтый" слой вверх, толкая его назад в трубку. Причина возникновения этой силы – атмосферное давление, действующее на поверхность ртути в чаше. Согласно закону Паскаля оно распространяется через ртуть даже внутрь трубки. Т.о. давление в трубке равно атмосферному давлению.

Если бы оно было больше, то ртуть вытекала бы из трубки в чашку, а если меньше, то поднималась бы в трубке вверх.

Чем больше атмосферное давление, тем выше столб ртути в опыте Торричелли.

Если к трубке прикрепить вертикальную шкалу, можно получить простейший прибор для измерения атмосферного давления – ртутный барометр.

Единицы измерения атмосферного давления.

• 1 мм рт. ст. – это давление столба ртути высотой 1 мм.

1 мм рт.ст = 133,3 Па

• Значение атмосферного давления, равного давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 °С называется нормальным атмосферным давлением .

Выразим в единицах давления – в паскалях:

• p = ρ · g · h = 13600 кг/м3 · 10 Н/кг · 0,76 м = = 101300 Па  100 кПа.
• 760 мм рт.ст = 100 кПа = 10 5 Па.

Прибор для измерения атмосферного давления

• Барометр – анероид (безжидкостный)

1 – металлическая коробочка с гофрированной поверхностью из которой выкачан воздух;

2 – пружина оттягивающая крышку коробочки;

3 – передающий механизм;

4 – стрелка – указатель;

• § 40 – 44 , вопросы к параграфу

Подготовить доклад по одной из предложенных тем:

• - Атмосфера нашей планеты.
• - Роль атмосферного давления в жизни человека и животных.
• Найти и проделать самостоятельно интересные опыты, доказывающие наличие атмосферного давления.

Урок составлен учителем физики

МОУ Городокской СОШ №2

Борисенковой М.Ю.