Открытый урок по физике в 7-м классе «Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли»
Агеева Саяна Олеговна ,учитель физики
Тема: Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли.
Цель урока:
Образовательная :
Раскрыть физическое содержание опыта Торричелли.
Изучить устройство прибора для измерения атмосферного давления- ртутного барометра .
Развивающая:
Продолжить формирование умений выделять физические явления, описывать их физическими величинами.
Воспитательная:
Воспитать необходимость заботиться о чистоте воздуха,
изучать и соблюдать правила охраны природы
Основные знания и умения:
Знать значение нормального атмосферного давления.
Уметь переводить давление из мм.рт.ст в систему СИ
Демонстрации: Опыт с магдебургскими полушариями, работа шприца и пипетки; удерживание тетрадным листом воды в перевернутом стакане;
Ход урока
I.Организационный момент
II. Актуализация знаний
– Что называется атмосферой? (Атмосфера – воздушная оболочка Земли)
– Что называется атмосферным давлением? (Атмосферное давление – давление атмосферы или воздушной оболочки Земли)
– Почему молекулы газов, входящих в состав атмосферы, двигаясь во все стороны ,не покидают Землю? (На молекулы воздуха действует сила тяжести. Чтобы выйти за пределы притяжения Земли, необходимо развить очень большую скорость – 11,2 км/с. Скорость большинства молекул значительно меньше)
-Как изменяется плотность атмосферы с увеличением высоты?
III. Изучение нового материала
По телевидению или радио мы часто слышим, что атмосферное давление равно, например, 760 мм рт.ст. (читается: семистам шестидесяти миллиметрам ртутного столба). Это число бывает и другим – больше или меньше. Что оно означает? И каким способом посчитано?
Может быть атмосферное давление можно рассчитать по формуле (p= ρgh)?
Но для этого мы должны знать плотность и высоту атмосферы. Плотность воздуха с высотой меняется, да и высота неизвестна: у атмосферы нет резкой границы.Значит воспользоваться формулой мы не можем…
Каким же образом расчитывают атмосферное давление?
Сегодня мы это узнаем.Изучим кто и как впервые измерил атмосферное давление;почему это давление измеряют в мм.рт.ст. и как называется прибор для измерения атмосферного давления (1 слайд)
Прежде чем начать наш сегодняшний разговор, проделаем небольшой эксперемент
(Демонстрация принципа действия шприца)
Если поднимать поршень шприца, за ним будет подниматься вода.Почему?Объясние явление(слайд 2)( т.к. между поршнем и водой образуется безвоздушное пространство, в которое под давлением наружного воздуха поднимается вода)
Первым измерил атмосферное давление ученик Г. Галилея Э. Торричелли(слайд3)
Историческая справка.
Эванджелиста Торричелли родился 15 октября 1608 г. в небольшом итальянском городе Фаэнца в небогатой семье. Воспитание получил у дяди, бенедиктинского монаха. Дальнейшая жизнь в Риме и общение с известным математиком (учеником Галилея) Кастелли способствовали развитию таланта Торричелли. Большинство трудов ученого по большей части оставались неопубликованными. Торричелли является одним из создателей жидкостного термометра.
Но наиболее известным экспериментальным исследованием Торричелли являются его опыты со ртутью, доказавшие существование атмосферного давления. Заслугой ученого является то, что он решил перейти к жидкости, обладающей большей плотностью, чем вода, – к ртути. Это позволило сделать опыты относительно легко воспроизводимыми. Однако не следует думать, что в середине XVII в. постановка и воспроизведение опытов Торричелли были простым делом. В те времена было довольно трудно изготовить необходимые стеклянные трубки, о чем свидетельствуют неудачи некоторых ученых в постановке аналогичных опытов независимо от Торричелли.
|
|
линейка
Опыт Торричелли состоит в следующем(слайд 5): стеклянную трубку длиной около 1 м, запаянную с одного конца, наполняют ртутью. Затем, плотно закрыв другой конец трубки, ее переворачивают, опускают в чашку с ртутью и под ртутью открывают конец трубки Ртуть из трубки начинает выливаться, но не вся! Высота столба ртути, оставшейся в трубке, равна примерно 760 мм. . Эта высота не зависит ни от длины трубки, ни от глубины ее погружения. Над ртутью в трубке воздуха нет, там безвоздушное пространство.
Торричелли, предложивший описанный выше опыт, дал и его объяснение(слайд 6)
Атмосфера давит на поверхность ртути в чашке.(слайд 7) Ртуть находится в равновесии. Значит, давление в трубке равно атмосферному давлению. Если бы оно было больше атмосферного, то ртуть выливалась бы из трубки в чашку, а если меньше, то поднималась бы в трубке вверх.
|
|
Как из трубки с ртутью получить прибор?(слайд7)
Прикрепим к трубке Торричелли вертикальную шкалу и получаем простейший прибор для измерения атмосферного давления - ртутный барометр(от греч. барос – тяжесть, метрео – измеряю)..
Этим прибором измеряют давление в мм рт.ст.(слайд 8)
Так появилась единица атмосферного давления — 1 мм рт.ст. Определим связь между единицами давления — паскалем и миллиметром ртутного столба:
р = gph р = 9,8 Н/кг • 13 600 кг/м3 • 0,001 м = 133,3 Па,
1 мм рт.ст. = 133,3 Па.
Нормальным атмосферным давлением принято считать 760 мм рт. ст.:
р = gph р = 9,8 Н/кг • 13 600 кг/м3 • 0,76 м = 101 300 Па = 101,3 кПа.
760 мм рт. ст.= 101,3 кПа =100 кПа
Ежедневно наблюдая за высотой ртутного столба в трубке(слайд9), Торричелли обнаружил, что его высота меняется, т. е. атмосферное давление непостоянно, оно может увеличиваться и уменьшаться. Торричелли заметил также, что изменения атмосферного давления связаны с изменением погоды. В народе говорят: «К плохой погоде давление падает, а к хорошей – поднимается»
А также ,изменение высоты на каждые 12 метров ведет к изменению давления на 1 мм.рт.ст.
Измерения показывают, что атмосферное давление в местностях, лежащих на уровне мирового океана, в среднем около 760 мм рт.ст.
В 1654 году(слайд 10), спустя 11 лет после открытия Торричелли, действие атмосферного давления было наглядно показано магдебургским бургомистром Отто фон Герике. Известность принесла автору не столько физическая сущность опыта, сколько театральность его постановки.
( Опыт с магдебургскими полушариями. )
(слайд11)
Два медных полушария были соединены кольцевой прокладкой. Через кран, приделанный к одному из полушарий, из составленного шара был выкачан воздух, после чего полушария невозможно было разнять. Сохранилось подробное описание опыта Герике. Чтобы разъединить полушария, Герике приказал запрячь две восьмерки лошадей. К упряжи шли канаты, продетые через кольца, прикрепленные к полушариям. Лошади оказались не в силах разъединить полушария.
Силы восьми лошадей (именно восьми, а не шестнадцати, так как вторая восьмерка, запряженная для пущего эффекта, могла быть заменена крюком, вбитым в стену, с сохранением той же силы, действующей на полушария) было недостаточно для разрыва магдебургских полушарий.
Атмосферное давление в живой природе (слайд 12)
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.
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.
Засасывающее действие болота объясняется тем, что при поднятии ноги под ней образуется разреженное пространство. Перевес атмосферного давления в этом случае может достигать 1000Я 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.
Еще 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 1 Ом. Но как ни старались засосать этим насосом воду, ничего не получалось. На Юм (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.
Атмосферное давление вместе с другими параметрами ( температура, относительная влажность воздуха ) в совокупности не только определяют комфортное состояние человека, но и природы в целом. Перепады атмосферного давления весьма важны для предсказывания погоды на ближайшие дни, так как изменение атмосферного давления связано с изменением погоды. Барометр — необходимый прибор при метеорологических наблюдениях.В настоящее время для измерения атмосферного давления используют не ртутные барометры(пары ртути ядовиты),а барометры –анероиды с которыми мы познакомимся на следующем уроке
|
|
-Почему нельзя рассчитать давление воздуха так же, как рассчитывают давление жидкости на дно или стенки сосуда?
(Плотность воздуха уменьшается с высотой, различие в плотности атмосферного не даёт возможность определять давление в газе как в жидкости)
-Как устроен ртутный барометр?
(Нужно к трубке со ртутью прикрепить вертикальную шкалу.)
-Что измеряет ртутный барометр?
(Он служит для измерения атмосферного давления.)
-Что означает запись: «Атмосферное давление равно 775 мм рт.ст.»?
(Это означает что воздух производит такое же давление, какое производит вертикальный столб ртути высотой 775 мм.)
-Скольким гПа равно давление ртутного столба высотой 1мм?
(1 мм.рт.ст =133,3 гПа.)
-Скольким гПа равно давление ртутного столба высотой 760 мм?
(760 мм.рт.ст =1013 гПа)
-Объясните почему вода не выливается?
(демонстрация : удерживание тетрадным листом воды в перевернутом стакане)
V. Итог урока
VI.Домашнее задание §42,упр19(1,2), зад11
VII. Литература:
1. Учебник "Физика 7 класс", А.В. Перышкин, "Дрофа", М.2009г.
2. "Тематическое и поурочное планирование к учебнику А.В. Перышкина "Физика 7кл", Е.М.Гутник и др. "Дрофа" М.2009г.
3. "Сборник задач по физике 7-9кл", В.И.Лукашик, М. Просв.2009г.
4. “Занимательная физика”, Я.И.Перельман. изд. “Наука”,1986
Дополнительный материал к уроку
Как мы пьем?
Неужели и над этим можно задуматься? Конечно. Мы приставляем стакан или ложку с жидкостью ко рту и «втягиваем» в себя их содержимое. Вот это-то простое «втягивание» жидкости, к которому мы так привыкли, и надо объяснить. Почему, в самом деле, жидкость устремляется к нам в рот? Что ее увлекает? Причина такова: при питье мы расширяем грудную клетку и тем разрежаем воздух во рту; под давлением наружного воздуха жидкость устремляется в то пространство, где давление меньше, и таким образом проникает в наш рот.
Наоборот, захватив губами горлышко бутылки, вы никакими усилиями не «втянете» из нее воду в рот, так как давление воздуха во рту и над водой одинаково.
Итак, строго говоря, мы пьем не только ртом, но и легкими; ведь расширение легких - причина того, что жидкость устремляется в наш рот.
