Интегрированный с физикой урок географии "Атмосферные фронты. Циркуляция воздушных масс".

50

Физика в школе 2/2009

ИНТЕГРИРОВАННЫЙ С ФИЗИКОЙ

УРОК ГЕОГРАФИИ «АТМОСФЕРНЫЕ ФРОНТЫ. Л.Ф.Лукьянова, ЦИРКУЛЯЦИЯ ВОЗДУШНЫХ МАСС» (г. Москва, НОУ «Эрудит-2»)

_З

тот урок нами разработан для VIII класса.
Цели урока

• сформировать знания об атмосферных фронтах, циклонах и антициклонах, их воздействиях на погоду;

• повторить тему «Тепловые явления, давление, атмосферное давление».

Тйп урока: интегрированный урок-беседа изуче- ния нового материала.

Оборудование

по географии: климатическая карта России, синоптическая карта (карта, на которой цифрами и знаками нанесены результаты одновременных наблюдений за погодой), эпипроектор, иллюстрации для показа через проектор («Теплый фронт», «Холодный уфронт», «Азиатские центры высокого и низкого давлений», «Формирование воздушных вихрей»), таблица «Образование циклонов и антициклонов», карта «Постоянные и переменные центры атмосферного давления», тесты и задания для закрепления нового материала, раздаточный материал:

1) карточки, на которых записаны новые понятия : атмосферный фронт

а) ’теплый, б) холодный, в) окклюзии, г) циклон, д) антициклон;

2) схема «Факторы, влияющие на климат России»;

по физике: электрическая плитка, колба с водой, металлическая пластина, спиртовка, прибор для демонстрации конвекции жидкости, марганцовка, спички.

Особенность урока

По сути — это урок применения физических знаний, занятие по предмету «География», на котором рассматриваемые природные процессы объясняют физическими явлениями и закономерностями, изученными в VII классе.

Содержание урока

Циркуляции воздуха в умеренных широтах. Атмосферные фронты и их типы. Изменение погоды под воздействием воздушных фронтов. Фронтальная облачность, циклоны и антициклоны. Влияние циклонов и антициклонов на погоду и климат России. Физические причины рассмотренных природных явлений.

Ход урока

1. Организационный момент (1 мин)

2. Проверка домашнего задания (7 мин)

Фронтальный опрос (ведет учитель географии)

Вопросы

• В каких климатических поясах находится Россия? (Ответ. В арктическом, субарктическом, умеренном, субтропическом.) .

• Почему страна охватывает столько климатических поясов? (Ответ. Россия, расположенная на северо-востоке Евразии, имеет большую протяженность с севера на юг и с запада на восток.)

• Какой важный климатообразующий фактор зависит от географического положения? (Ответ. Количество попадающей на Землю солнечной радиации, а оно зависит от угла падения солнечных лучей на земную поверхность.)

Широта места —►-угол падения солнечных лучей ~ количество солнечной радиации

Циркуляция атмосферы: 1) планетарная: северо-восточные ветры

на побережье Северного Ледовитого океана 2) местная: муссоны на Дальнем Востоке

—►- Поверхность: 1) рельеф: формы рельефа (горы или равнины), их высота;

~1—г-1 особенности направления хребтов;

2) свойства поверхности: способность отражать

солнечные лучи или поглощать их, теплоемкость

►- Близость (удаленность) территории от океана

Размеры территории Рис. 1

Методика. Обмен опытом

51

Учитель географии (УГ). Посмотрите на схему (рис. I) и прокомментируйте ее.

Учитель физики (УФ). Выделите из этих факторов те, что связаны с физикой.

1. Изучение нового материала

УГ. Сегодняшний урок посвящен движению воздуха над территорией России, т.е. циркуляции атмосферы. Мы будем рассматривать материал и с Точки зрения географии, и с точки зрения физики.

План изучения материала представлен на карточках, лежащих на ваших партах, в виде названий новых понятий. По ходу объяснения вам необходимо записать определения этих понятий на карточках.

Понятия такие:

атмосферный фронт теплый фронт холодный фронт окклюзии циклон антициклон

Ученик делает сообщение и показывает на географической карте основные области средних положительных и отрицательных температур над территорией России. Он говорит, что средние отрицательные температуры относятся к побережью Северного Ледовитого океана. Юг Европейской части, Черноморское побережье имеют положительную среднюю температуру.

УГ. Над территорией России встречаются теплые, тропические и умеренные воздушные массы с холодными арктическими. Прошу дать определение, что такое воздушная масса. {Ответы учеников. Это большой объем воздуха, сформированный над определенной территорией, обладающий одинаковой температурой, влажностью и давлением.) Воздушные массы отличаются по температуре. Известно, что свойства теплого и холодного воздуха неодинаковы.

УФ. Выясним, чем именно они отличаются.

• Сравним плотности холодного и теплого воздуха и попробуем объяснить различие между ними на основе молекулярных представлений о строении вещества. Ваши мнения? {Ответ. р_хол р_теп; скорость движения молекул холодного воздуха меньше, чем скорость движения молекул теплого воздуха; молекулы холодного воздуха занимают меньший объем в пространстве, чем молекулы теплого воздуха той же массы: К F.)

• Как поведут себя объемы воздуха, имеющие разные плотности, и чем объяснить это поведе

ние? {Ответ. Теплый воздух будет всплывать в холодном воздухе; так как F V_r, а архимедова сила F = рgV, следовательно, на теплый воздух будет действовать большая выталкивающая сила, чем на такой же объем холодного воздуха.)

• Сравним теперь давление воздуха на поверхность Земли в тех местах, где температура высокая, и в тех местах, где температура воздуха низкая. Ваши соображения? {Ответ. Там, где на Земле температура высокая, теплый воздух будет подниматься вверх и, следовательно, в этом месте будет область низкого давления атмосферы (/Т - pi), а над местом, где температура на Земле низкая, расположится область высокого атмосферного давления {ti —зрТ).

УГ. Граница между теплой и холодной воздушными массами называется атмосферным фронтом. (Учащиеся записывают на своих карточках это определение.)

УФ. Обратимся к эксперименту и выясним, что произойдет, если встретятся холодная и теплая воздушные массы.

На столе — установка для опыта (рис. 2). Назовите ее основные части. Что будет имитировать теплые воздушные массы? {Ответ. Потоки восходящего воздуха над поверхностью воды, нагретой до 100°С.)

УФ (продолжает). Холодную воздушную массу в эксперименте заменяет холодная металлическая пластина над колбой. Следите за опытом, замечайте все, называйте происходящее и объясните на-

52

Физика в школе 2/2009

блюдаемое явление. (Ответ. Мы видим процесс конденсации теплого воздуха: на поверхности холодной металлической пластины образовались капельки воды — произошла конденсация водяного пара.)

Предлагаю сделать вывод из увиденного эксперимента. (Ответ. В месте, где встретились теплая и холодная массы, произошло образование влаги; в географии это называют «выпадение осадков».)

УГ. Рассмотрим прохождение теплого и холодного фронтов. Обратите внимание на рис. 3 и 4 (показываем их с помощью эпипроектора).

Рис. 3. Теплый фронт

Рис. 4. Холодный фронт

Расскажите, что происходит.

Ученик. На рис. 3 теплый воздух перемещается по гребню холодного воздуха, медленно вытесняя его, опускается вниз, образуя слоистые облака, сплошную облачность, вызывая моросящие осадки; после наступает потепление; так проходит теплый фронт. Иначе ведет себя холодный воздух (рис. 4): он клином внедряется в зону скопления

теплого воздуха, который от этого начинает быстро подниматься вверх, образуя кучевые облака, сильные ливневые осадки; при порывистом ветре наступает гроза; устанавливается холодная погода.

(Учащиеся кратко записывают сказанное.)

УГ (продолжает). В природе возможны встречи не только двух воздушных масс, но и четырех. И тогда бывает очень сложно определить, какая установится погода, потому что встречаются воздушные массы с разными свойствами. Погода меняется по минутам, солнце закрывают тучи, поднимается порывистый ветер, может выпадать то дождь, то снег. Чтобы немного разобраться в этом, необходимо обратиться за помощью к физике.

УФ. Проведем эксперимент-аналогию. Воспользуемся прибором для демонстрации конвекции в жидкости (рис. 5).

Рис. 5

| Четыре сообщающиеся между собой трубки за- 1 полнены водой. Одну из трубок нагреваем. Каждая изображает атмосферный фронт. Для того чтобы можно было наблюдать, что происходит при встрече этих фронтов, в левую и правую трубки j опустим кристаллики марганцовки. Окрашивая I воду, марганцовка поможет нам наблюдать пере- I мещение холодных и теплых масс воды. Предска- I зать перемещение окрашенных масс воды очень I сложно: трудно предположить, в какой момент и 1 где вода будет окрашена наиболее интенсивно.

Методика. Обмен опытом

53

Можно только сказать, что в конце концов вся вода | в сосуде будет окрашена одинаково. Но когда? }

Аналогичные, по сути, процессы происходят и | с воздушными массами при встрече нескольких j атмосферных фронтов.

УГ. Это называется фронтом окклюзии. На си- { ноптической карте, которая перед вами, показано : прохождение теплых и холодных атмосферных фронтов и фронта окклюзии над Москвой. Запишите условные знаки для изображения атмосферных фронтов (рис. 6) на карточку. ?

5)

Теплый фронт 1

I

Холодный фронт I

Фронт окклюзии

(Учащиеся записывают.)

УГ (продолжает). Я с помощью эпипроектора демонстрирую вам теперь карту-схему, отображающую расположение постоянных центров действия атмосферного давления. Эти центры обведены сплошными линиями. {

Какие центры, с вашей точки зрения, являются областями высокого давления? (Ответ. Арктический, Азорский. Гавайский.) А какие — центры низкого давления? (Ответ. Исландский, Алеутский.)

УФ. Попробуйте объяснить, почему в Арктическом центре высокое давление. (Ответ. Он находится вблизи Северного полюса, где скопление холодного воздуха. Плотность этого воздуха большая и он весь располагается близко к поверхности Земли, оказывая на нее высокое давление.)

Попытаемся теперь объяснить, почему Исландский и Алеутский центры — области низкого давления. (Ответ. Эти центры расположены в океанах — Атлантическом и Тихом. Океаны дольше сохраняют тепло, чем материки, так как удельная теплоемкость воды больше удельной теплоемкости твердых тел (камней, почвы, образующих земную поверхность). Поэтому твердые тела быстро нагреваются и быстро отдают тепло; жидкости медленно нагреваются и медленно охлаждаются. Вследствие этого над поверхностью воды больше тепло- I го воздуха малой плотности, а над твердой поверх- 1 ностью суши будет больше холодного воздуха боль- I шой плотности. Следовательно, атмосферное дав- I

ление над поверхностью воды будет пониженным по сравнению с давлением над сушей.)

УГ. Хочу обратить ваше внимание на любопытный факт: на одной из карт показаны центры «переменного давления». Есть они и на материке. Это — азиатские центры высокого и низкого давлений. Их свойства в июле и январе противоположны.

Используйте свои знания по физике и попробуйте объяснить: почему они являются областями переменного давления и к каким последствиям это приводит. Подумайте.

УФ (задает наводящие вопросы). Почему в центре материка в июле низкое давление? (Ответ. Материк как твердое тело быстро и сильно прогревается. Поэтому над ним — теплый воздух небольшой плотности, поднимающийся вверх, что обеспечивает низкое давление.)

Почему в этом же месте — в центре материка — в январе давление высокое? (Ответ. Зимой материк быстро охлаждается. Воздух над ним холодный и плотный, поэтому атмосферное давление на поверхность большое.)

Выясним следствия существования таких областей переменных давлений.

Если давление в центре области низкое, то на периферии оно выше. Будет ли это изменять положение воздушных масс? (Ответ. Да.)

Что произойдет? (Ответ. Воздух из области высокого давления будет перемещаться в область низкого давления, находящуюся в центре (рис. 7). Образуется мощный атмосферный вихрь.

УГ. Этот вихрь огромный (диаметром до 3000 км), он вращается против часовой стрелки. В его центре — восходящие потоки воздуха. Это циклон. Циклоны формируются над Атлантикой и, вращаясь, перемещаются по Европе со скоростью до

Ответ (приводим его как образец, суммированный из отдельных частных выводов).

Узнали

• новые понятия: атмосферный фронт, фронт теплый, фронт холодный, фронт окклюзия, атмосферный вихрь, циклон, антициклон,

• с чем они связаны.

УФ. А теперь — итоги физические.

Что дало нам обращение к знаниям по физике? Ваши соображения? Записываем их в ту же таблицу, но в правую колонку.

Ответ — (для образца).

Объяснили

• как формируются области высокого и низкого давлений,

• почему образуются осадки,

• как и почему возникают атмосферные течения и вихри,

• что эти вихри вызывают в природе.

Какие физические знания мы использовали для того, чтобы объяснить природные («географические») процессы? Ответы ваши заносим тоже в правую колонку таблицы.

Ответ — (для образца).

Использовали понятия

• о движении молекул газа,

• о зависимости этого движения от температуры,

• об атмосферном давлении,

• об удельной теплоемкости веществ,

• о конвекции.

Использова/iu факты

• о движении вещества (газа, воздуха) из обла

сти высокого давления в область низкого давления, ,

• о конденсации паров при столкновении теплого воздуха с холодным предметом.

УФ. Я думаю, что после этого урока вы, ребята, поняли, как важно владеть физическими знаниями (иначе ни одного природного географического факта не объяснишь), как необходимо объединение (интеграция) наук.

УГ. Присоединяюсь к этим словам.

КОМЕНТАРИЙ МЕТОДИСТА. Идея провести такой интегрированный урок заслуживает внимания. Она позволяет не только показать связь наук, но и убеждает в возможности объяснения природных явлений, продемонстрировать реальную пользу знаний. Большое образовательное и развивающее значение имеет итоговая часть урока: она помогает осознать процесс учения.

♦