Задачи урока.
- Выяснить возможные способы измерения атмосферного давления, добиться усвоения учащимися опыта Торричелли.
- Продолжить формирование умений применять формулу для расчета давления внутри жидкости, сравнивать давление жидкостей и газов.
- В целях развития научного мировоззрения учащихся показать роль физического эксперимента в физике.
- В воспитательных целях познакомить учащихся с практическим использованием атмосферного давления, осветить роль ученых из Италии: Г. Галилея и Э. Торричелли, из Германии – Отто Герике, из России – М.В. Ломоносова в изучении данного вопроса.
Данный урок-конференция был проведен при изучении нового материала. Ребята были разбиты на 5 групп:
1 группа – сотрудники лаборатории «История изучения физических явлений».
2 группа – сотрудники экспериментальной лаборатории (показывали опыты, подтверждающие существование атмосферного давления).
3 группа – сотрудники лаборатории по изучению практического применения данного физического явления.
4 группа – работники музея «Физика вокруг нас».
5 группа – корреспонденты, выпускающие газету «Атмосферное давление и жизнь на Земле».
6 участник - библиотекарь, выступающий с обзором книг, статей по данному вопросу.
В каждой группе был выбран руководитель, который отвечал за содержание материала, за подготовленность группы, распределял обязанности внутри группы и т.д.
Конференция проводится в виде деловой игры.
Оформление
1. Газета «Атмосферное давление и жизнь на Земле»
2. Слова – призывы:
а) «Молодой человек моей Родины! Первое – это настойчиво овладевай всей широтой имеющихся знаний… Учиться всегда, учиться упорно – вот второе, что я хочу тебе посоветовать. Умей работать в коллективе. Без умения работать в большом коллективе не может быть ученого. В учебе, в труде, в науке, в беззаветном служении своему народу, ты найдешь свое счастье». Академик Н.Д.Зелинский
б) «Тысячи неразгаданных тайн таят в себе науки, и без вас, без вашей молодости, смелости, энтузиазма, они не будут разгаданы. Наука ждет вас, друзья!» Академик А.Н. Несмеянов
в) «Нам необыкновенно повезло, что мы живем в век, когда еще можно делать открытия». Р.Фейман
3. Таблицы (самодельные):
а) Строение атмосферы Земли.
б) Действие присосок.
4. Диафильм «Атмосферное давление».
5. Выставка книг.
6. Диапозитивы «Выход в открытый космос», «Восход» и т.д.
Ход урока:
Вступительное слово директора института: Уважаемые участники конференции, ее организаторы рады приветствовать вас. Наш институт работает над проблемой «Атмосферное давление и жизнь на земле».
В природе все происходит сообразно ее законам; нет случайных событий, нет сверхестественных. Еще римский поэт Лукреций Кар, живший в 1 веке до н.э. в своей поэме «О природе вещей» писал:
«Из ничего не творится ничто по божественной воле
И от того только страх всех смертных объемлет,
Что много видят явлений они на земле и на небе нередко,
Коих причины никак усмотреть и понять не умеют,
И полагают, что все это божьим веленьем творится,
Если же будем мы знать, что ничто не способно возникнуть
Из ничего, то тогда мы гораздо яснее увидим
Наших заданий предмет: и откуда являются вещи
И каким образом все происходит без помощи свыше…»
Сегодня мы заслушаем отчеты лабораторий института о результатах их работы по данному вопросу и подведем итоги, наметим план на будущее.
Руководитель НИИ: В настоящее время всем известно, что воздух имеет вес, поэтому он оказывает давление на все окружающие нас предметы, но до 17 века даже ученые об этом не знали. Об этом сообщение из лаборатории «История изучения физических явлений».
Руководитель группы: Вообразите, что вы присутствуете на уроке в школе …1600 года:
Сценка (учитель, 3 ученика)
На столе: весы, два воздушных шара, трубка с поршнем, указка.
Учитель: Помолимся, отроки мои (становятся на колени). Начнем урок (садятся на стулья). Четыре стихии известны нам: Земля, Вода, Огонь, Воздух. Какими же свойствами обладает воздух? Имеет ли он вес?
1-й ученик: Великий греческий ученый Аристотель доказал, что воздух веса не имеет (показ кадра из диафильма, или демонстрация опыта).
Учитель: Теперь поговорим о воде. Все знают, что вода тяжелая. Почему же она поднимается за поршнем насоса, приводящим в действие наш городской фонтан? (Показ опыта: за поршнем поднимается вода).
2-й ученик: Вода поднимается потому, что природа не терпит пустоты, боится пустоты. Когда мы тянем вверх поршень, под ним образуется пустота и вода устремляется в эту пустоту.
Учитель: Достойный ответ. Хорошо, отроки мои. Урок окончен.
Руководитель группы: Вы заметили, что движение жидкости за поршнем объясняется тем, что «природа боится пустоты». Но истинная причина этого явления – давление атмосферы.
Сообщение сотрудников лаборатории «История открытия атмосферного давления»: «Опыт Торричелли» (сообщения демонстрируются кадрами из диафильма).
Руководитель группы: Итак, нормальное атмосферное давление 760 мм рт. ст. Это значит, что оно может удержать ртутный столб высотой 0,76 м. Плотность воды в 13,6 раза меньше плотности ртути, следовательно, атмосферное давление может поднять водяной столб в 13,6 раза больше, чем ртутный, т.е. на высоту 10,3 м.
Сообщение сотрудника: 8 мая 1654 года со всех немецких городов собиралась знать, чтобы посмотреть, как в торжественной обстановке бургомистр г. Магденбурга Отто фон Герике продемонстрирует опыт. С пышной свитой прибыл даже император Фердинанд III. Когда выкачали воздух из пространства между сложенными вместе медными полушариями, то оторвать их друг от друга смогли только две упряжки лошадей по четыре в каждой.
Демонстрируется опыт с полушариями.
Руководитель группы: Итак, об атмосферном давлении и его особенностях люди узнали благодаря работам физиков из Италии – Г.Галилея и Э.Торричелли, Германии – Отто Герике, России – М.В.Ломоносова.
Руководитель НИИ: Слово представляется группе экспериментаторов.
Руководитель группы: В нашей лаборатории было поставлено много экспериментов, подтверждающих существование атмосферного давления.
Опыт №1. Стакан, лист, вода.
Опыт №2. Я могу вынуть монету из воды, не замочив руки. Для этого я кладу монету и наливаю воду. Вырезаю из картофеля призму, со вставленными в нее спичками. Ставлю ее на тарелку, зажигаю спички и накрываю призму стаканом. Вся вода собирается под стаканом. Почему? (вопрос к учащимся)
Опыт №3. Фонтан. Откачивают воздух из колбы, опускают конец резиновой трубки, соединенный с колбой, в сосуд с подкрашенной водой. Наблюдается фонтан. Почему? (вопрос к учащимся)
Опыт №4. Яйцо в кефирной бутылке. Лист бумаги сворачивают в гармошку, поджигают и опускают в бутылку. На горлышко кладут сваренное вкрутую и очищенное яйцо. Горение прекращается, и яйцо втягивается в бутылку. Почему? (вопрос к учащимся)
Опыт №5. Подносим воронку к листу бумаги. Втягиваем воздух из воронки в себя, лист бумаги удерживается воронкой и поднимается вместе с ней. Почему? (вопрос к учащимся)
Опыт №6. В банке из-под пасты отверстия в дне, а на крышке -всего одно. Откроем отверстие – вода льется, закроем –нет. Почему? (вопрос к учащимся)
Руководитель НИИ: А как живые организмы приспосабливаются к атмосферному давлению? Об этом отчет сотрудников лаборатории по изучению влияния атмосферного давления на жизнь на земле.
1-ый сотрудник: Как мы дышим? Механизм дыхания заключается в следующем: мышечным усилием мы увеличиваем объем грудной клетки, при этом давление воздуха внутри легких уменьшается, и атмосферное давление вталкивает туда порцию воздуха. При выдыхании происходит обратное явление.
Как мы пьем? Приставив стакан к губам, начинаем тянуть жидкость в себя. Втягивание жидкости вызывает расширение грудной клетки, воздух в легких и полости рта разрежается, и атмосферное давление «загоняет» туда очередную порцию жидкости. Так организм человека приспосабливается к атмосферному давлению и использует его.
2-ой сотрудник: Атмосферное давление сказывается на передвижении по болотистой местности. Под ногой, когда мы ее поднимаем, образуется разреженное пространство и атмосферное давление препятствует вытаскиванию ноги (но это только одна из причин). Если по трясине передвигается лошадь, то твердые копыта ее действуют как поршни. Сложные же копыта свиней и жвачных животных, состоящие из нескольких частей, при вытаскивании ноги сжимаются (вследствие неравенства давлений снизу и сверху) и пропускают воздух в образовавшееся углубление. В этом случае ноги животных свободно вытягиваются из почвы.
Многие живые организмы, например, глисты, спруты, черви-сосальщики, пиявки и т.д. имеют присоски, при помощи которых они могут прилипнуть к любому предмету. Пиявки пользуются присосками для передвижения по дну водоема, осьминоги для схватывания добычи (демонстрируется самодельная таблица).
Происходит это так. Присоски увеличиваются в объеме, внутри них образуется разреженное пространство, и наружное давление воздуха прижимает их к какому-либо предмету.
3-ий сотрудник: Тело человека приспособлено к атмосферному давлению и плохо переносит его понижение. При подъеме на высокие горы (? с 4000 м) многие люди чувствуют себя плохо, появляются приступы «горной болезни», становится трудно дышать, как бы не хватает воздуха, из ушей и носа нередко идет кровь, можно даже потерять сознание.
Так как благодаря атмосферному давлению суставные поверхности плотно прилегают друг к другу, то высоко в горах, где атмосферное давление резко падает, действие суставов расстраивается, руки и ноги плохо «слушаются», легко получаются вывихи.
Для защиты космонавта от влияния пониженного давления, которое существует на тех высотах, где летают современные космические корабли, и недостатка кислорода кабины кораблей делаются герметическими, и в них создаются и поддерживаются нормальное барометрическое давление и влажность, а также обеспечиваются приток свежего воздуха и необходимые температурные условия. Например, в кабине корабля «Восход-2» во время полета давление равнялось 1 атм, а температура была 180С. Прежде, чем выйти в открытый космос, космонавт должен облачиться в специальный скафандр, который полностью должен обезопасить космонавта от воздействия низкого давления, кислородного голодания, смягчить влияние резких температурных колебаний. (Демонстрируются диапозитивы «Корабль «Восход», «Первый выход человека в космос» и т.д.)
4-ый сотрудник: Организм людей, живущих на больших высотах, приспосабливается к пониженному давлению. Например, в Андах Южной Америки, в Тибете и в некоторых других местах встречаются постоянные людские поселения на высотах около 5000 м. Экспедиция англичан на Эверест в 1924 году обнаружила на высоте 5200 м жилье тибетского отшельника. В Тибете на высоте 5000 м существовали копи, где люди добывали золото. Однако человек и большинство животных не живут на больших высотах, т.к. все-таки они плохо переносят низкое давление. Только некоторые птицы могут залетать туда. Так птица кондор водится в Андах на высотах до 7000м, а может подниматься на высоту до 9000м. Во время экспедиции на Эверест в 1924 г за людьми следовали горные галки до высшего пункта подъема 8200м. Гриф и ястреб свободно поднимаются до высоты 6000-7000м. Орел поднимается до высоты 5000м, остальные птицы держатся на высоте не более 4000м.
На магнитной доске: Картина «Горы» с отметкой высот и птиц, вырезанных из бумаги. 8200м – горные галки, 5000м – орел, 5200м – отшельник, 7000-9000м – кондор, 6000-7000м – гриф, ястреб, 4000 – остальные птицы.
Руководитель НИИ: По инициативе сотрудников нашего института был создан музей «Физика вокруг нас». Мы приглашаем посетить этот музей. Слово – директору музея.
Директор музея: На каждом шагу нас окружают множество вещей и приспособлений, которыми мы пользуемся, но очень редко задумываемся о том, какие физические явления положены в основу их действия. Наш музей помогает осознать это. Он состоит из двух разделов: «Физика в медицине», «Физика в быту». Слово предоставляется экскурсоводам раздела
«Атмосферное давление в медицине». (Экспонаты выставлены заранее, с описанием устройства и принципа действия)
- Как действует медицинский шприц?
- Как действуют медицинские банки?
- Как действует пипетка, клизма?
- Как действует ливер?
(по демонстрации принципа действия пипетки, шприца и ливера – фронтальный эксперимент, действие медицинской банки демонстрирует экскурсовод)
Директор музея: Слово предоставляется экскурсоводам раздела «Физика в быту»
(Выставлены экспонаты).
- Как действует мыльница на присосках?
- Принцип действия вантуза.
- Почему с помощью пластмассовых крышек можно закрыть герметично банку?
- Автопоилка (самодельный прибор демонстрируется учащимся).
- Пылесос.
Руководитель НИИ: Для чего же нужно наблюдать за изменением атмосферного давления? Об этом следующее сообщение.
Сотрудник 3 группы: Атмосферное давление о многом может поведать. Прежде всего, оно помогает предсказывать погоду. А ее знание необходимо людям разных профессий - летчикам, агрономам, радистам, полярникам, медикам, ученым. Если атмосферное давление повышается, то погода будет хорошей: холодной – зимой, жаркой – летом; если резко падает, то можно ожидать появления облачности, насыщения воздуха влагой. Понижение давления летом предвещает похолодание, зимой – потепление. Объяснить это можно примерно так.
Атмосферное давление увеличивается, если будут происходить перемещения масс воздуха вниз (нисходящие потоки). Опускается с больших высот сухой воздух, поэтому погода будет хорошей, без осадков. Понижается же атмосферное давление при восходящих потоках воздуха. Вверх поднимается воздух, обильно насыщенный водяными парами. Вверху он охлаждается, что приводит к появлению облачности, выпадению осадков – погода при этом ухудшается. Резкие изменения атмосферного давления могут привести в медленное и плавное колебательное движение поверхность воды в бухте или в большом заливе и даже целого района моря; иногда они способны вызвать шторм и в океане.
Библиотекарь делает обзор книг и статей по данному вопросу.
Руководитель НИИ: Итак, можно подвести итог нашей конференции. Из сообщений следует, что достигнуты определенные успехи в изучении данного вопроса. Теперь мы переходим к следующему этапу наших исследований: «Способы определения атмосферного давления».