Открытый урок, тема: "Влажность воздуха, приборы для измерения влажности воздуха"

Разделы: Физика

Цели:

1. Развивать аналитическое мышление учащихся.
2. Воспитывать коммуникабельность (умение слушать преподавателя,товарищей).
3. Внести экологический элемент, прививать любовь к природе, развивать интерес к физике, своей профессии.
4. Понять и усвоить на уроке причины изменения климата и погоды.
5. Роль влажности воздуха для человека, животного, растительного мира, для различных отраслей народного хозяйства (мастера путевых машин, помощников – машинистов тепловозов).
6. Показать учащимся, что методом научного познания является физический эксперемент.

Реализация содержания новой темы :

1. Естественные факторы, влияющие на климат (силы, управляющие климатом).
2. Антропогенные факторы, влияющие на климат (воздействие человеческой деятельности на климат).
3. Влажность воздуха. Способы измерения влажности. Роль и значение влажности.

Организационный момент :

Фронтальный опрос :

Мы изучаем раздел физики : “Молекулярная физика”. Вспомним определение основных процессов, состояний вещества, которыми будем пользоваться при объяснении нового материала :

1. Что такое молекулярная физика? Молекулярная физика, утверждает, что любое тело : твердое, жидкое, газообразное, состоит из громадного числа молекул, которые находятся в беспорядочном движении и интенсивность этого движения зависит от температуры.
2. Что характеризует температура? Температура – степень нагреваемости тела, состояние теплового равновесия.
3. Что называется тепловым равновесием? Тепловое равновесие – это такое равновесие, при котором все термодинамические параметры ( P, V, T) долгое время не изменяются.
4. Что называется теплообменом или теплопередачей? Теплообменом или теплопередачей называется процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы .
5. Что называется количеством теплоты? Количество теплоты – энергия, переданная телу в результате теплообмена.
6. Что называется тепловым балансом? Тепловой баланс – количество теплоты, отдаваемое более нагретыми телами, равное количеству теплоты, получаемое более холодными телами.
7. Какой процесс называется парообразованием? Парообразование – переход вещества из жидкого состояния в газообразное.
8. Какой процесс называется конденсацией? Конденсация – превращение пара в жидкость.
9. Какой пар называется насыщенным? Насыщенный пар – пар, находящийся в динамическом равновесии с жидкостью.
10. Что такое точка росы? Точка росы – это температура, при которой пар (газ), переходит в состояние насыщения, то есть, если ненасыщенный пар охлаждать, его давление будет уменьшаться, пар станет насыщенным и давление его охлаждения приведет к конденсации, появляется роса, запотевание, туман, иней (стелется).
11. Что такое закон Кеплера? (Кеплер – австрийский ученый. Н.Коперник – польский ученый).
Закон Кеплера гласит : “Каждая планета Солнечной системы движется по эллипсу, в одной из фокусов которого находится Солнце”.
12. Что такое энергия? Энергия – способность тела совершать работу.

Я думаю, что у вас есть запас внутренней энергии. Вы способны совершать работу : умственную, творческую. В этом, вам поможет мышление, воображение, активность, а значит мы сможем выполнить план нашего урока.

Вопрос : Если меняется температура, температурный режим, что изменяется?

Ответ : Погода!
Когда у вас спрашивают : “Какая, сегодня, погода?” Вы отвечаете : плохая, хорошая, солнечная, пасмурная, холодная, теплая. Хотя, как говорится в известной песне :

“У природы нет плохой погоды”.

Послушайте, как о погоде говорят синоптики : “Погода – является величественным спектаклем”. Слово синоптик произошло от греческого слова Cynoptipos – способность обозреть все крупномасштабные атмосферные процессы. Синоптики способны объяснить перемещение и возникновение циклонов, воздушных масс, атмосферных фронтов. Они предсказывают прогнозы погоды, проводят исследования с помощью синоптических карт.

Метеорология – наука о земной атмосфере. Она изучает тепловой режим на Земле, влагооборот, фазовые превращения, движение воздушных масс.

Гидрометеорология – наука о причинах возникновения, движения воздушных потоков.

Климатология – наука о причинах изменения климата.

Актуализация новых знаний:

Прежде, чем объявить тему урока, я прошу прочитать эпиграф:

“Погода – является величественным спектаклем на Земле, в котором участвуют только три актера : солнечная радиация, атмосферный воздух, влага (влажность воздуха)”.

Вопрос: Как вы это понимаете?

Ответ : Спектакль–это представление, где каждому актеру принадлежит своя роль, актеры у зрителя пробуждают чувство радости, переживания, огорчения.

Игра актера на сцене сравнивается с игрой актера в природе, где природный спектакль происходит на огромной территории. Погоду сравнивают со спектаклем.

Сегодня мы будем говорить о главном природном актере – влажности воздуха, т.к. именно от этой физической величины зависит погода, зависят многие физические явления и процессы:

– процесс испарения;
– конденсации;
– теплообмена;
– количество осадков.
– появление узоров на окнах, запотевание окон, появление тумана, росы, инея, количество разнообразных осадков ( снега, града, дождя).

Вопрос : Что характерно для погоды?

Ответ:

1. Многообразие (ветер, снегопад, ливни, смерчи, ураганы)
2. Изменчивость–погода может изменяться в течение дня, суток.

Это применимо для нашего города, нашей республики.

Для нашего климата характерны следующие природные явления :

В сентябре – теплая погода. В октябре – снегопады, ветер. В ноябре – морозы.

Однажды, мы стали свидетелями настоящего природного спектакля :

“ Белый снег, пушистый, в воздухе кружился, и на землю тихо, падая ложился.”

Погода всегда радует человека, животный и растительный мир. Хотя у природы нет плохой погоды, но погода хорошая, плохая, погода солнечная, пасмурная, ветряная, дождливая, погода–спектакль, может нас (её актеры) огорчать, радовать, баловать. Погода– это спектакль.

Сегодня мы будем говорить о влажности воздуха. Этот актер нам более понятен, очень важен, наглядно виден, легко объясним. Эту физическую величину человек научился предсказывать, определять. Этот актер очень нужен человеку во всех отраслях хозяйства, железнодорожном транспорте, авиации, для здоровья человека, для развития фауны – богини лесов и полей, для развития флоры – богини цветов. (Показать учащимся ж/д платформу).

Поэтому учреждения–метеостанции круглосуточно проводят наблюдения за состоянием атмосферы, процессами, происходящими в ней, следят за изменением температуры, давления, влажности воздуха и направлением ветра, облачности, составляют синоптические карты.

(п. Чульман)

По радио, телевидению несколько раз в день передают сводку погоды.

Чтобы дать полную характеристику главному актеру – влажности воздухаю. Ответим на вопрос, от каких факторов изменяется климат и погода на Земле (устанавливается динамическое равновесие, тепловой баланс, энергетический баланс).

Основное содержание темы:

1. Естественные факторы, влияющие на климат (силы, управляющие климатом).

Вопрос : Почему меняется климат?

Ответ : Сегодня мы говорим о глобальном потеплении на планете Земля. Мы являемся свидетелями изменения климата в Якутии, г. Нерюнгри. Раньше были сильные морозы, а сейчас тепло, чаще дуют ветра, чаще выпадают осадки, идут дожди. Погода может изменяться несколько раз в течение дня, суток.

Физика–наука о природе.

Лауреат Нобелевской премии 2003 г. Гинзбург сказал:

“ Физика – красивая наука,
Физика –сложная наука,
Физика –интересная наука.”

Физика отвечает на любые вопросы, которые интересуют человека. Она является базовой наукой для астрономии, метеорологии, гидрометеорологии.

Плакаты:

Солнечная система
Солнце
Глобус
Модель Солнечной системы

Известно, что жизнь на Земле зависит от гигантской ядерной печи (природного термоядерного реактора). От Солнца, которое находится на расстоянии 150 млн. км, наша планета получает миллиардную долю солнечной энергии и этого достаточно для климата, который подходит для жизни на Земле.

Термин “Климат” ввел греческий астроном Гиппарх (II век до н.э.)

Климат–“наклонение солнечных лучей”.

Господствовало мнение, что “наклонение определяет климат”.

Вопрос: О каком наклонении рассуждали астрономы?

Ответ: По закону Кеплера известно, что все планеты Солнечной системы движутся по эллиптической орбите, в одном из фокусов которого находится Солнце, а это значит, каждая из планет получает разное количество тепловой энергии.

Средняя скорость движения Земли вокруг Солнца 30 км/с.

Наука гидрометеорология изучает причины неравномерного вращения Земли. Доказано, что скорость вращения Земли бывает наименьшей (апрель–ноябрь), наибольшей (январьиюль).

Главной причиной сезонной неравномерности вращения Земли является атмосферная циркуляция воздушных масс. (Объяснение с помощью глобуса)

Причины:

1. Земля вращается вокруг Солнца.
2. Земля вращается вокруг оси, которая наклонена к плоскости орбиты под углом 66°34'.
3. Наклон плоскости экватора к плоскости орбиты–23°26'.
4. В низких широтах атмосфера движется с востока на запад–дуют восточные ветры. В умеренных широтах и высоких дуют западные ветры, атмосфера движется с запада на восток. Сила восточных ветров меньше силы западных ветров. Атмосфера вращается быстрее, чем Земля. Плотность атмосферы больше плотности Земли. Источником, который поддерживает ветры в атмосфере является Солнце т.е. атмосфера превращает тепловую энергию Солнца в кинетическую энергию ветра.

Вопрос : Какие силы управляют климатом ? (Записи в тетрадях)

Ответ : Климат зависит от механического вращения Земли, на которое влияет атмосферная циркуляция, зависящая от Солнца, т.е. естественными факторами, влияющие на климат Земли, являются механические силы природы.

Энергия Солнца расходуется на нагревание атмосферного воздуха, возникают ветра, которые движут облака, состоящие из капелек воды и льда.

2. Антропогенные факторы, влияющие на климат (воздействие человеческой деятельности на климат).

Вопрос: Чем окружена наша планета Земля?

Ответ: Атмосферой. Атмосфера (греч. слово), состоящее из двух частей атмос – пар и сфера–шар.

Атмосферу называют воздушным океаном, на дне которого мы живем.

Роль атмосферы в жизни Земли огромна.

Средняя температура Земли +15°С

Средняя температура Луны –15°С

Причина такой разницы температур – на Луне нет атмосферы.

Демонстрация : (Глобус Луны, Глобус Земли)

Плакат Солнечной системы, где указаны температуры на других планетах.

Послушайте, как поэтично писал об атмосфере французский астроном Камилл Фламмарион:

“Атмосфера оживляет Землю, океаны, моря, реки, ручьи, леса, растения, животные, человека–все живет в атмосфере, и благодаря – ей земля плавает в воздушном океане, а мы живем на дне этого океана, со всех сторон им охваченные, насквозь им проникнутые…”

Давайте вспомним, что представляет собой этот воздушный океан?

Выступление учащихся по плакату: “Атмосфера Земли”

Атмосфера –газообразная оболочка Земли, в состав которой входят:

Азот–78%
Кислород–21%
Водяной пар–
Углекислый газ–0,03%
Толщина атмосферы–3000 км.

По своему строению воздушный океан напоминает дом, у него тоже есть свои “этажи”.

Атмосферные слои называют:

  1. Тропосфера– от 7 до18 км.

    2. (греч. слова. тропи – поворот, оборот)

    В тропосфере образуются облака, дождь, снег, град, втер, поэтому тропосферу называют фабрикой погоды. Процессы, происходящие в ней, часто становятся причиной стихийных бедствий, в результате которых гибнут животные, растения, люди.

  2. Стратосфера (лат. стратумнастия, слой)–до 55 км. Здесь царство стужи(–40?С)
  3. Мезосфера (греч. “мезэос” средний, промежуточный) до 85 км. В этом слое находится газ озон, который защищает все живое на земле от губительного действия ультрафиолетовых лучей Солнца.
  4. Термосфера (греч. “термос” теплый), жара до 2000?С.
  5. Экзосфера–до 1000 км. Ее называют слоем
  6. Озоносфера – 50 км. –расположен озоновый слой

Затем Космическое пространство (плакат).

Роль газов, находящихся в атмосфере.

  1. Толща газов не пропускает к поверхности Земли метеориты, они сгорают в плотных слоях атмосферы (плакат).
  2. Озоновый слой защищает землю от ультрафиолетовых лучей.
  3. Кислород нужен для дыхания и горения.
  4. Азот обеспечивает минеральное питание для растений.
  5. Углекислый газ – выполняет роль теплового экрана, “одеяло теплое” задерживает тепло, излучаемое землей.
  6. Водяные пары обеспечивают осадки. Мельчайшие частички пыли служат ядрами конденсации водяных паров. При остывании и конденсации водяных паров в облаке высвобождается тепло, что вызывает мощную конвенцию (перенос тепла).

Вывод: Динамическое движение водяного пара в атмосфере играет важную роль в регуляции погоды и климата на Земле.

Вопрос: Почему сегодня меняется состав атмосферного воздуха?

Ответ: Строятся электростанции–опасные, тепловые Нерюнгринская ГРЭС–ядовитая–СО2, ГЭС, транспорт–СО2. Сегодня загрязняются реки, озера, увеличиваются тепловые выбросы в атмосферу, особенно углекислого газа влечет повышению tє на Земле, уменьшается количество озона, растет количество парниковых газов.

Суть парникового эффекта : Днем поверхность Земли поглощает энергию падающего солнечного излучения в ультрафиолетовой, видимой, инфракрасной области спектра.

Ночью Земля переизлучает энергию в инфракрасной области, которая поглощается атмосферой Земли, то есть облаками, которые содержат углекислый газ и пары воды. Именно, эти, две атмосферные составляющие, обеспечивают задержку инфракрасных лучей.

Сейчас, количество СО2 увеличивается, и температура на Земле повышается.

Фотография Нерюнгринская ГРЭС г. Нерюнгри, добыча угля в Разрезе.

Пыль месяцами находится во взвешенном состоянии. В тропосфере накапливается сернистый газ (SО2) в результате окисления образуется сернистый ангидрид (SО3) при этом изменяется облачность, выпадают осадки (кислые дожди) (г. Нерюнгри октябрь –обильное выпадение снега, дождь).

Человек –объект природы, он должен беречь и охранять природу.

"Нам природа подарила разум, силу и уменье
Воздадим же ей сполна, чтоб она жива была".

Вывод: Человек непреднамерено стал воздействовать на климат.

"Ты, человек, любя природу,
Хоть иногда её жалей,
В увеселительных походах
Не расточи её полей.

Не жги её напропалую
И не исчерпывай до дна
И помни истину простую:
Нас много, а она одна".

В. Шефнер.

Фото 1

Фото 3

Фото 5

Фото 6

Фото 7

Фото 8

Воздействие человеческой деятельности : В настоящее время ежегодно в результате сжигания топлива в атмосферу поступает около 200 млн. т оксида углерода (I I ) , 150 млн. т оксида серы (I V), около 50 млн. т оксида азота (I I ), 250 млн. т пыли, 70 млн. м3 соединений свинца и других металлов.

Выброшенные в атмосферу продукты неполного сгорания вступают в химические реакции с водяными порами, содержащимися в воздухе. Так, например, некоторые соединения (СО2, SO2, H2S и др.) вступают в реакцию с водой и в виде мельчайших капелек растворов кислот переносятся на сотни и тысячи километров. На поверхность Земли выпадают так называемые кислотные дожди, которые оказывают пагубное влияние на здоровье людей, растительный и животный мир, ускоряют коррозию металлов, разрушают сооружения из мрамора и известняка, закисляют почвы и водоемы. Столь же вредное влияние на нас окружающую среду оказывают выбрасываемые тепловыми двигателями в атмосферу оксиды азота и углерода.

Защита окружающей среды – дело каждого, и каждый может и должен принять в нем посильное участие. Например, если каждый ученик средней школы не даст бесполезно светить электрической лампочке мощностью 100 Вт в течение только 1 часа ежесуточно, то при 44 млн. учащихся в стране это позволит сэкономить в течении года энергию, равную

0,1 кВт * 1 ч * 365 • 44000000 » 1,6 Ч 109 кВт * ч

На выработку 1 кВт * ч электроэнергии на лучших электростанциях страны расходуется 650 г бурого угля (Канско – Ачинского месторождения). Следовательно, на 1,6 * 109 кВт ? ч электроэнергии надо сжечь угля

М = 0,65 * 1,6 • 109 кг » 109 кг = 106 т

Миллион тон угля !

При сжигании этого угля образовалось бы 600000 т золы, а в атмосферу было бы выброшено около 1 млн.т углекислого газа, около 10000 т оксидов азота и столько же, примерно тонн пыли. Кроме того, при добыче и сжигании угля выделяются радиоактивные элементы, содержащиеся в угольных пластах и добытом угле.

3. Влажность воздуха

Атмосфера – газообразная оболочка Земли, в состав которой входят:

Кислород–21%
Азот–78%
Углекислый газ–0.03%
Водяной пар – наш главный актер

Процентное содержание этих компонентов меняется, т.к. меняется количество водяных паров в атмосфере воздуха, это зависит от t° воздуха, Р атм., процесса испарения и конденсации.

Чем объясняется влажность воздуха?

Непрекращающимся процессом испарения воды с поверхностей океанов, рек, озер, морей.

Для Якутии:

р. Вилюй
р. Лена
р. Олонгро
водохранилище
озера, водоемы

В течение года на Земле испаряется около 4,3•10 т. воды и около ? части этой воды выпадает в виде осадков.

Количество осадков зависит от влажности воздуха, т.е. содержания в нем водяного пара.

Р атм.= Рсух.возд.+Рвод.пара

Тучи небесные, вечные странники, они движутся и уносят с собой количество водяного пара, из которого состоят облака.

Динамическое движение водяного пара в атмосфере играет важную роль в регуляции погоды и климата. Главным показателем влажности воздуха является абсолютная влажность воздуха– это масса водяных паров, содержащихся в 1 м воздуха при данной t°, т.к. Р~UKT

Абсолютная влажность воздуха характеризуется плотностью водяного пара, находящегося в воздухе при данной t°, выраженное

р=m/v=кг/м > в г/м кг/м

Давление, которое производит только водяной пар называется парциальным давлением.

Воздух, находящийся в атмосфере, является ненасыщенным, т.к. в него входят другие компоненты. Если воздух будет насыщенным водяными парами, то Рвод. пара будет max!

Чтобы более точно определить на сколько водяной пар при данной tє близок к насыщению, вводят понятие относительной влажности воздуха – это отношение парциального давления ненасыщенных паров к давлению насыщенного пара при той же tє, выраженное в процентах (физическое определение, философское определение).

j=Р ненас./Р насыщ.*100%

j= r ненас./r насыщ.*100%

j= Р/Р0*100%

при j=100% устанавливается динамическое равновесие между процессом испарения и конденсации воды, количество воды при этом же изменяется.

Давление зависит от температуры. Если температура понижается, бывший ненасыщенный пар становится насыщенным, т.е. происходит процесс конденсации.

Температура, при которой, находящийся водяной пар становится насыщенным, называется точкой росы, t° росы.

В этом случае в атмосфере образуется туман или выпадает роса.

Зная tє росы, можно определить парциальное давление или абсолютную влажность воздуха.

Зная tє воздуха, можно определить Р насыщенного пара в воздухе.

Относительная влажность–это важный показатель для жизнедеятельности человека, животного и растительного мира.

Влажность влияет на самочувствие человека, его здоровье, т.к. от влажности зависит интенсивность испарения.

Пример:

1. При высокой tє воздуха и низкой влажности, человек сильно потеет и может простудиться. Высокую температуру легче переносить при сухом воздухе.
2. Если низкая температура и высокая влажность, повышается теплопередача? и человек подвергается переохлаждению.

При высоких температурах и высокой влажности теплопередача уменьшается, это ведет к перенагреванию организма. Поэтому комфортная влажность для человека до 65%

Относительная влажность имеет значение в метеорологии.

Метеостанции–учреждения, в которых круглосуточно проводятся наблюдения состоянием атмосферы, процессами в ней, за изменением tє, р, ? и направлением ветра, облачностью (в Чульмане), составляются синоптические карты, что очень важно для всех отраслей народного хозяйства.

"Предсказание погоды златых гор достойно"

М.В. Ломоносов.

“ Золото – это наше здоровье ! ”

“ Солнце, воздух и вода, наши лучшие друзья ! ”

Контрольные вопросы:

  1. Почему погоду сравнивают со спектаклем? Отчего он зависит? (Роли)
  2. Что влияет на климат и погоду на Земле?
  3. Что должен делать человек, как он должен беречь Землю?
  4. Что характеризует влажность воздуха? Какую роль она играет?
  5. Как определяют влажность воздуха?
  6. Что такое tє росы, точка росы?
  7. Чем отличается климат от погоды?
  8. Причины возникновения тумана, росы, осадков, узоров на окне.
  9. Практическая задача (с приборами)
  10. В основе работы прибора психрометр ( греч. слово – “холод” ) лежит явление “аспирации” назовите однокоренное слово ( Ответ : аспирин. Его назначает врач, чтобы снять жар. Если у человека высокая температура тела, приняв аспирин, он сначала потеет ( снижается температура ), а затем ему становится легче. Когда человеку делают инъекцию, место для инъекции протирают спиртом, при этом человек чувствует холод, так как при испарении спирт отнимает тепло.)

Итоги урока :

  1. Выставление оценок учащимся, за участие на уроке, за подготовку сообщений, за работу с приборами.
  2. Творческая работа учащихся : изготовление железнодорожного полотна и психрометра.
  3. Домашнее задание : § 25 учебника, конспект, формулы, решаем задачи, лаб. работа. Рисунки сюжетов “Приметы погоды”.

Список используемой литературы

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. – Физика : Учеб. Для 10 кл. сред. шк – 3–е изд. – М. : Просвещение, 1994. – 222 с.
2. Атмосферный озон – сенсации и реальность. Данилов А.Д., Кароль И.Л. – Ленинград :   Гидрометеоиздат, 1991 г.
3. Газета. Физика “ Приложение. Первое сентября ”
4. Местный материал.