Конспект урока "Атмосферное давление. Опыт Торричелли. Барометр

Государственное учреждение Луганской Народной Республики «Луганское общеобразовательное учреждение – средняя общеобразовательная школа №18»

КОНСПЕКТ УРОКА

ПО ТЕМЕ:

«АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ. ОПЫТ ТОРРИЧЕЛЛИ. БАРОМЕТР-АНЕРОИД»

(7 класс)

Подготовила:

учитель физики Карасёва Ирина Дмитриевна

2017

Тема. Атмосферное давление. Опыт Торричелли.

Барометр – анероид.

Цели:

Обучающие:

углубить знание учащимися понятий «атмосфера» и «атмосферное давление», полученных в курсе природоведения 6 класса;
выявить причины, которые обусловливают существование атмосферы;
экспериментально доказать наличие атмосферного давления;
познакомить учащихся с прибором для измерения атмосферного давления - барометром;
показать, что гипотеза и эксперимент являются методами научного познания

Развивающие:

рассмотреть историю открытия атмосферного давления;
выявить место явления в жизни людей, изучить его практическое значение;
развивать умение выделять главное, аргументировать свой ответ, приводить примеры, формулировать выводы, анализировать и систематизировать предлагаемую информацию, давать полный развёрнутый ответ;
способствовать овладению методами научного исследования;
формировать научное мировоззрение;
развивать интерес к изучению данной темы и предмета в целом

Воспитательные:

создать условия для положительной мотивации при изучении физики, используя

разнообразные приемы деятельности, сообщая интересные сведения;

показать взаимосвязь атмосферного давления со здоровьем и жизнедеятельностью

человека;

воспитывать трудолюбие, настойчивость в достижении цели, культуру труда.

Оборудование: 1) окрашенная вода в стакане, маленький мячик, лист бумаги;

2) спущенный и надутый воздушные шарики, весы рычажные;

3) стакан, заполненный на ¾ водой, носовой платок, аптечная резинка;

4) два стакана, огарок свечи, спички, газета, ножницы, стакан с водой;

5) тарелка, окрашенная вода, свеча, монета;

6) сосуд с узким горлом, слегка надутый шарик, газета, спички;

7) мультимедийный проектор, экран, ноутбук, презентация.

Тип урока: урок усвоения новых знаний

Структура урока

I. Организационный момент 1 мин

Повторение ранее изученного материала 5 мин
Мотивация учебной и познавательной деятельности 2 мин
Постановка темы урока 1 мин
Изложение нового материала 28 мин
Первичное закрепление изученного материала 5 мин
Подведение итогов урока 1 мин

VIII. Домашнее задание 2 мин

Ход урока

Организационный момент

Повторение ранее изученного материала

Интеллектуальная разминка

Почему давление в камере велосипедного колеса быстро падает, если камеру случайно проколоть гвоздём?
Число молекул газа, находящегося в закрытом сосуде, при нагревании не увеличивается. Почему же увеличивается давление этих молекул на стенки сосуда?
Почему мяч, вынесенный на улицу из комнаты зимой, становится слабо надутым?
Если из мелкокалиберной винтовки выстрелить в варёное яйцо, то в нём образуется отверстие. Если же выстрелить в сырое яйцо, оно разлетится. Как объяснить это явление?

Мотивация учебной и познавательной деятельности

(Слайд 1)

Он – прозрачный невидимка,

Лёгкий и бесцветный газ.

Невесомою косынкой

Он окутывает нас.

Он в лесу – густой, душистый,

Как целительный настой,

Пахнет свежестью смолистой,

Пахнет дубом и сосной.

Летом он бывает тёплым,

Веет холодом зимой,

Когда иней лёг на стёкла

Пышной белой бахромой.

Мы его не замечаем,

Мы о нём не говорим.

Просто мы его вдыхаем –

Он ведь нам необходим!

Кто является главным героем стихотворения? (Учащиеся отвечают)

Как рыбы, живущие в глубине океана, ничего не знают о давлении воды, так и большинство из нас не отдаёт себе отчёта о той роли, какую играет в нашей повседневной жизни давление воздуха и других газов. А между тем эта сила играет существенную роль во всём, что происходит на Земле. (Слайд 2)

Давление воздуха заставляет вращаться крылья ветряных мельниц, поддерживает летящие самолёты, давление газов гонит ракетные корабли, ветры надувают паруса, сносят дома, приносят дожди, которые необходимы людям и другим живым существам.

Постановка темы урока

Но как же воздух и другие газы могут оказывать давление? Что такое воздух? Есть ли у него вес? Занимает ли он объём? Если воздух производит давление, то как его измерить? Вот некоторые из вопросов, на которые нам предстоит ответить. (Слайд 3)

Тема сегодняшнего урока: «Атмосферное давление. Опыт Торричелли. Методы измерения давления. Барометр – анероид. Изменение атмосферного давления с высотой».

Изложение нового материала

(Слайд 4) Эпиграфом к уроку служат слова «Вселенная скорее распалась бы на куски, чем позволила, чтобы отвратительное Ничто заняло её место». И это неслучайно.

Постановка проблемной ситуации

Каждому приходилось слышать, как говорят о «пустом» стакане, кувшине, бутылке, как бы полагая, что воздух не занимает пространства и, следовательно, не является веществом.

Все тела, находящиеся вблизи Земли, притягиваются к ней: вода из опрокинутого графина, камень, выпущенный из рук.

Как вы считаете, можно ли сделать так, чтобы при переворачивании стакана вверх дном вода из него не выливалась?

Демонстрация 1.

Оборудование: окрашенная вода в стакане, маленький мячик, лист бумаги

Налить в стакан воды, положить туда маленький мячик, закрыть листом бумаги и, поддерживая лист, перевернуть стакан вверх дном. Если теперь отнять руку от бумаги, то вода из стакана не выльется. Бумага остаётся как бы приклеенной к краю стакана.

Почему вода не выливается из стакана??

Наводящие вопросы:

Притягиваются ли к Земле вода, мячик и воздух, находящиеся в стакане?
Как направлена сила, действующая на лист?
А на лист действует сила тяжести?
Что же удерживает воду и лист в перевёрнутом стакане?

Объяснение: В воздухе, как и в других газах, по закону Паскаля давление передаётся во все стороны одинаково на все окружающие тела, в том числе и на лист бумаги снизу вверх. (Слайд 5) Это давление называется атмосферным давлением. Атмосферное давление действовало на лист бумаги, который удерживал воду в перевёрнутом стакане.

Что бы вы подумали о человеке, который попросил взвесить ему, скажем... килограмм воздуха? Чудак, наверное, этот человек или шутник. Разве можно взвешивать воздух, если он ничего не весит?

А вот знаменитый итальянский учёный Галилео Галилей около 400 лет назад, к всеобщему изумлению, взял... да и взвесил воздух. Конечно, положить воздух на чашечку весов учёный не мог, но он придумал одну хитрость. Взял Галилей медный шар с отверстием и поставил на весы. А затем откачал из шара весь воздух, заткнул отверстие и снова положил на весы. Теперь чаша весов с медным шаром сразу же поднялась, а чаша с гирьками опустилась. Это значило, что воздух - «невесомый» воздух! - что-то весил.

Демонстрация 2.

Оборудование: спущенный и надутый воздушные шарики, весы рычажные

Возьмём два резиновых шарика: один надутый, другой нет. Что в надутом шарике? Положим на чаши весов оба шарика Что мы видим?

Вывод: надутый шарик тяжелее, значит, воздух имеет массу.

Можем ли мы узнать, какую массу имеет 1 м³ воздуха? (А если заглянуть в таблицу плотностей газов?) (Коршак, стр. 53)

V = 1 м³

ρ = 1,293 m = 1, 293 кг

А как рассчитать, с какой силой каждый кубический метр воздуха давит на поверхность Земли? (Учащиеся отвечают)

Давайте посмотрим. (Слайд 6)

P = mg P = 1,293 кг ∙ 10 = 12,93 Н ≈ 13 Н

Такое же значение для веса воздуха было получено и опытным путём.

Как оказалось, даже такие на первый взгляд невесомые вещества, как воздух, имеют вес.

Что же представляет собой воздушная оболочка Земли?

Сообщение учащегося: Как известно, воздух окружает Землю шаровым слоем, поэтому воздушную оболочку Земли называют атмосферой. Она представляет собой огромный воздушный океан, на дне которого мы живём. Атмосфера вращается вокруг земной оси вместе с Землёй. Если бы атмосфера была неподвижна, то на Земле постоянно царил бы ураган со скоростью ветра свыше 1500 км/ч.

Масса атмосферы огромна: более миллиарда тонн. В результате атмосфера своим весом давит на все тела, находящиеся на Земле. В соответствии с законом Паскаля это давление проникает в дома, в пещеры, шахты и т.д. Каждое тело, любая песчинка, любой предмет, находящийся на Земле, подвержен давлению воздуха, которое называется атмосферным давлением.

Мы тоже находимся на Земле, значит, атмосфера давит на нас, причём давит со всех сторон.

Как показали полёты самолётов, воздушных шаров и космических кораблей, атмосфера простирается ввысь на несколько сотен километров, становясь всё более и более разряжённой, и постепенно переходит в безвоздушное пространство.

Давайте попробуем дать определение атмосферному давлению (ученики высказывают свои мнения).

Итак, (слайд 7)

Атмосферным называют давление, оказываемое атмосферой Земли на земную поверхность и на все тела, находящиеся на ней.

Существование атмосферного давления доказывает и такой опыт.

Демонстрация 3.

Оборудование: стакан, заполненный на ¾ водой, носовой платок, аптечная резинка

Стакан, заполненный на ¾ водой, накрывают платочком. Концы платочка прижимают резинкой так, чтобы он плотно прилегал к стакану. Центр платочка должен касаться воды. Быстро перевернуть стакан вверх дном. Вода не выливается и сберегается вогнутая форма платочка. (Слайд 8)

Почему вода не выливается через платочек?

Много и плодотворно изучением атмосферного давления занимался Отто фон Герике (1602-1686).

Сообщение учащегося: Отто Герике родился 20 ноября 1602 года в Магдебурге в обеспеченной семье. Он получил хорошее образование в университетах Лейпцига, Гельмштедта и Йены. Он изучал физику, математику, юридические науки. Много сил отдавал строительству, укреплению, возрождению Магдебурга, за что был избран его бургомистром и занимал этот пост 30 лет.

В мае 1654 года Отто фон Герике поставил опыт, который явился важным этапом в деле изучения атмосферы. (Слайд 9)

Для опыта подготовили два металлических полушария, одно из которых с трубкой для откачивания воздуха. Полушария сложили вместе. Между ними поместили кожаное кольцо, пропитанное расплавленным воском. С помощью насоса откачали воздух из полости, образовавшейся между полушариями. На каждом из полушарий имелось прочное железное кольцо. Две восьмёрки лошадей, впряженных в эти кольца, потянули в разные стороны, пытаясь разъединить полушария, но это им не удалось. Когда же в полость между полушариями впустили воздух, полушария распались безо всякого внешнего усилия.

Какая же сила сжимала полушария? Какие «обручи» сдавливали шар, противодействуя силе коней?

Объяснение: Этой силой было давление атмосферного воздуха. Чем больше воздуха выкачивали из полого шара, тем сильнее сжимались снаружи полушария атмосферным давлением, которое, оставаясь постоянным, тем больше превышало давление внутри шара, чем меньше там оставалось воздуха.

Отто фон Герике воочию показал всем, что воздух - вовсе не Ничто, что он имеет вес и давит со значительной силой на все земные предметы.

Давайте попробуем повторить опыт Герике, но только со стаканами.

Демонстрация 4.

Оборудование: два стакана, огарок свечи, спички, газета, ножницы, стакан с водой

В один из стаканов ставим зажженный огарок свечи. Из газеты вырезаем в несколько слоёв круг диаметром немного больше, чем внешний край стакана. Затем вырезаем середину круга таким образом, чтобы большая часть отверстия стакана оставалась открытой. Смачиваем круг водой и делаем прокладку на верхний край первого стакана. Осторожно ставим на эту прокладку перевернутый второй стакан и прижимаем его к бумаге так, чтобы внутреннее пространство обоих стаканов оказалось изолированным от внешнего воздуха. Свеча вскоре потухнет. Теперь, взявшись рукой за верхний стакан, попробуем поднять его. Нижний стакан как бы прилип к верхнему и поднялся вместе с ним.

Почему это произошло?

Объяснение: Огонь нагрел воздух, содержавшийся в нижнем стакане, воздух расширился, и часть его вышла из стакана. Когда вы медленно приближали к первому второй стакан, содержащийся в нем воздух тоже нагрелся и часть его 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 обоих стаканах кислород. Атмосферное давление сдавило стаканы.

Задание классу: 1. Достать монету, которая лежит на дне тарелки с водой, не намочив пальцев рук, с помощью стакана и свечи.

Демонстрация 5.

Оборудование: тарелка, окрашенная вода, свеча, монета

2. Надутый воздушный шарик заставить пройти в узкое горло сосуда. Шарик должен остаться целым

Демонстрация 6.

Оборудование: сосуд с узким горлом, воздушный шарик, газета, спички

(Учащиеся высказывают свои предложения, а затем выполняют опыты под руководством учителя)

(Слайд 10)

Аристотелю принадлежат слова «Природа не терпит пустоты». (Слайд 11)

Ученик Галилея – Эванджелиста Торричелли был первым, кто бросил вызов древнему учению о боязни пустоты в природе.

Сообщение учащегося: Эванджелиста Торричелли родился 15 октября 1608 года в небольшом итальянском городе Фаэнца в небогатой семье. Во время учёбы в иезуитском колледже Торричелли проявил большие математические способности и был направлен в Рим к известному математику Кастелли. Торричелли потрясла смерть Галилея, и он принимает предложение занять пост «философа и первого математика Его Величества» во Флоренции. Торричелли продолжает дело Галилея, занимаясь исследованием вопроса о пустоте. 1634 год – успешный год для Торричелли, когда стало известно о результатах его опытов. (Слайд 12)

Опыт Торричелли состоял в следующем: стеклянную трубку около 1 м, запаянную с одного конца, наполняют ртутью. Затем, плотно закрыв другой конец трубки, её перевёртывают, опускают в чашку с ртутью и под ртутью открывают конец трубки (рисунок). Часть ртути при этом выливается в чашку, а часть её остаётся в трубке. Высота столба ртути, оставшейся в трубке, равна примерно 760 мм. Над ртутью в трубке воздуха нет, там безвоздушное пространство.

Торричелли, предложивший описанный выше опыт, дал его объяснение.

Атмосфера давит на поверхность ртути в чашке. Ртуть находится в равновесии. Значит, давление в трубке на уровне аа 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.

Давление в трубке на уровне аа создаётся весом столба ртути в трубке, так как в верхней части трубки над ртутью воздуха нет. Отсюда следует, что атмосферное давление равно давлению столба ртути в трубке.

p_атм = p_ртути

Поэтому давление атмосферы можно измерять высотой соответствующего ртутного столба (выраженной обычно в миллиметрах). Если, например, говорят, что атмосферное давление равно 760 мм рт. ст., то это означает, что воздух в данном месте производит такое же давление, какое производит вертикальный столб ртути высотой 760 мм.

В настоящее время давление атмосферы, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0°С, принято называть нормальным атмосферным давлением.

(Слайд 13)

Рассчитаем это давление в Паскалях.

_рт = 13546 p = ρgh

g = 9,8 р = 13546 ∙ 9,8 ∙ 0,76 м = 100890,608 Па ≈ 101000 Па

h = 760 мм = 0,76 м

р - ?

Итак, за единицу атмосферного давления принимают 1 мм рт. ст. Найдём соотношение между этой единицей и известной нам единицей давления – Паскалем. Давление столба ртути высотой 1 мм равно:

1 мм рт. ст. ≈ 133 Па

Как вы думаете, можно было бы в опыте Торричелли взять воду или другую какую-то жидкость?

Дано: Решение

p = 101000 Па

ρ = 1000 p = ρgh

g = 9, 8 h =

h - ? h = = 10,3 = 10,3 м

Ответ: 10,3 м.

Как видите, плотность ртути очень высокая и размеры трубки относительно небольшие, а для воды трубку пришлось бы делать около 10 м длиной.

Если прикрепить к трубке с ртутью, вертикальную шкалу, то получится простейший прибор для измерения атмосферного давления — ртутный барометр (от греческого слова «барос» — тяжесть). (Слайд 14)

Ртутный барометр - достаточно чувствительный и точный прибор. Однако использование его сопровождается большими трудностями. Его неудобно перевозить из-за большой массы. Кроме того, ртуть экологически опасна. Поэтому в практике для измерения атмосферного давления используют металлические барометры - анероиды (в переводе с греческого - безжидкостные).

Главная часть барометра - анероида - легкая, упругая, полая внутри, металлическая коробочка с гофрированной (волнистой) поверхностью 1. Воздух из коробочки откачан. Ее стенки растягивает упругая металлическая пластина 2. К ней с помощью специального механизма прикреплена стрелка 3, насаженная на ось. Конец стрелки передвигается по шкале 4, размеченной в мм рт. ст. Все детали барометра помещены внутрь корпуса, закрытого спереди стеклом.

Согласно формуле F = pS, изменение атмосферного давления приведет к изменению силы, вдавливающей стенки внутрь коробочки. Движение стенок коробочки с помощью механизма передаётся стрелке и обуславливает ее сдвиг к другому делению шкалы.

Наблюдая за барометром, несложно обнаружить, что его показания меняются при изменении погоды. Перед ненастьем атмосферное давление падает, а перед ясной погодой - растет. Кроме того, показания барометра зависят от высоты места наблюдения над уровнем моря. Чем выше мы будем подниматься, тем меньше становиться атмосферное давление.

Почему с высотой атмосферное давление понижается? (С высотой уменьшается высота столба воздуха, давящая на тело)

На небольших высотах каждые 12 м подъёма уменьшают атмосферное
давление на 1 мм рт.ст. (Слайд 15)

Первичное закрепление изученного материала

Проверь себя (Слайд 16)

1. Какой прибор применяют для измерения атмосферного давления?

А. манометр Б. барометр В. термометр

2. Торричелли создал ртутный барометр. Какой высоты был столб ртути в

этом барометре?

А. 76 см Б. 1 м В. 10 м

3. Выразите давление 760 мм рт. ст. в паскалях.

А. 104000 Па Б. 118000 Па В. 101000 Па

4. На какую высоту надо подняться, чтобы давление воздуха уменьшилось

на 1 мм рт. ст.

А. 10 м Б. 12 м В. 76 м

Ааааа

Какой из приведенных примеров свидетельствуют о существовании

атмосферного давления?

А. Движение воздушных потоков.

Б. Движение воды по трубам водопровода.

В. Увеличение объема воздушного шарика при подъеме вверх.

(Слайд 17)

Ааааа

. Работа какого механизма основана на действии атмосферного давления?

А. Секундомер.

Б. Медицинский шприц.

В. Спидометр.

7. Атмосферное давление равно 780 мм рт.ст. Это означает, что ...

А. воздух производит такое же давление, какое производит

вертикальный столб воды высотой 780 мм.

Б. воздух производит такое же давление, какое производит

вертикальный столб ртути высотой 780 мм.

В. Давление является нормальным.

8. Атмосферное давление уменьшается с подъёмом в гору. Какой из приведённых ниже фактов является причиной этого?

А. Уменьшается высота воздушного столба.

Б. Уменьшается плотность воздуха.

В. Уменьшается сила притяжения Земли.

9. Каким будет атмосферное давление на вершине холма высотой 48 м, если на поверхности Земли атмосферное давление нормальное.

А. 768 мм рт. ст.

Б. 764 мм рт. ст.

В. 756 мм рт. ст.

Г. 752 мм рт. ст.

Подведение итогов урока

Итак, атмосфера – это слой воздуха, окружающий нашу планету. Атмосфера оказывает давление на все тела и предметы на Земле. Но никто этого не замечает. Воздушный столб, вертикально поднимающийся над Землей, тянется на несколько сотен километров. Значит, на стоящего прямо человека, на его голову и плечи, площадь которых составляет примерно 250 см², давит столб воздуха весом около 250 кг. Но ведь над нами, над горами, над лесами, над широкими морями, - над всей Землёй лежит огромный воздушный океан - невидимая многокилометровая толща. Так как воздух имеет массу, значит, эта толща должна давить на Землю. Она и давит, да ещё как! Воздух давит на каждого человека с силой больше чем 15 тонн. Это вес трех грузовиков! Почему же мы тогда не чувствуем тяжести? Да потому, что в организме человека тоже есть воздух, который давит с такой же точно силой изнутри. Давление воздуха снаружи и изнутри одинаково. Поэтому мы ничего не ощущаем. (Слайд 18)

Если растянуть двумя руками бумажный лист и кто — то с одной стороны надавит на него пальцем, то результат будет один — дырка в бумаге. Но если надавить двумя указательными пальцами на одно и то же место, но с разных сторон, ничего не случится. Давление с обеих сторон будет одинаковым. То же самое происходит и с давлением воздушного столба и встречным давлением внутри нашего тела: они равны.

Но стоит подняться на высоту, наружное давление уменьшится, а внутреннее поднимется, отчего человек начинает испытывать головокружение и другие неприятные ощущения, хорошо знакомые альпинистам. Поэтому в самолётах, летящих на большой высоте, кабины герметичны, и в них искусственно поддерживается такое же давление, что на поверхности Земли.

Давление жидкостей, заполняющих сосуды тела, уравновешивают внешнее давление. Благодаря этому мы и не замечаем воздействия атмосферного давления на нас.

При изменении же давления на стенки сосудов происходит расстройство функций организма. (Слайд 19)

Домашнее задание: §§ 34, 35 (читать); конспект выучить

Домашний эксперимент: Великий Аристотель говорил – сначала собирать факты, и только после этого связывать их мыслью. Давайте прислушаемся к его совету. Подумайте и проделайте дома возможные эксперименты с предметами, которые внесены в таблицу. То, что вы пронаблюдаете – запишите в таблицу:

№ опыта

Тела

Наблюдаемые явления

Объяснение

наблюдаемого явления

Пипетка

Шприц

Тем, кто хочет получить дополнительную оценку, предлагаю темы проектов: