Урок физики в 7-м классе на тему: "Измерение атмосферного давления"

Разделы: Физика

Цели урока: расширить представления о значении атмосферного давления, показать важность его измерения, изучить устройство и принцип действия первого барометра; Воспитать положительное отношение к физике как к области человеческой деятельности, склонности спрашивать: “почему?”, веры в себя “я могу”.

Демонстрации:

– принципа действия приборов: пипетки, медицинского шприца, вешалки-присоски, медицинской банки, ливера, автопоилки.

– действия атмосферного давления в занимательных опытах: яйцо в бутылке, “пепси-кола”.

– видеосюжетов: “Опыт Торричелли”, “Животный мир и атмосферное давление”.

Приборы:

  • пипетка – 1,
  • медицинский шприц – 1,
  • вешалка-присоска – 1,
  • медицинская банка – 1,
  • ливер – 1,
  • автопоилка – 1,
  • молочная бутылка с широким горлом – 1,
  • яйцо, сваренное вкрутую – 1,
  • спички – 2 кор.,
  • бутылка пластмассовая с пробкой и с проколотыми отверстиями у дна – 1,
  • большой кристаллизатор (для бутылки пластмассовой) – 1,
  • спирт – 1,
  • вата – 2,
  • стакан с водой – 3.

Наглядность:

– видеофильмы “Атмосферное давление”, “Измерение атмосферного давления”.

– плакат “Опыт Торричелли”.

ТСО: видеомагнитофон, телевизор.

Ход урока.

Проверка знаний.

Учитель: На предыдущем уроке мы вели разговор об атмосферном давлении. Вспомним, что газовая оболочка Земли (атмосфера) существует по следующим причинам:

Ученики:

  1. Молекулы газов, входящих в состав воздушной оболочки Земли, притягиваются к Земле.
  2. Молекулы газов удерживаются у поверхности Земли потому, что движутся непрерывно и беспорядочно.
  3. чтобы покинуть Землю, преодолев ее притяжение, молекулы должны иметь скорость не меньше 11 км/с. Скорость молекул газов атмосферы значительно меньше. Поэтому большинство их и “привязано” к Земле силой тяжести и лишь ничтожно малое число молекул улетает в космическое пространство.

Учитель: Мы убедились, что существует атмосферное давление, то есть…

Ученик: …давление всей толщи воздуха, которое оказывает атмосфера на земную поверхность и тела, находящиеся на ней.

Самостоятельная работа учеников.

Задание I.

Учитель: Работа многих приборов основана на атмосферном давлении. Объясните назначение и принцип действия предложенных вам приборов. Продемонстрируйте приборы в действии.

Приборы:

– пипетка, вешалка-присоска;

– ливер, автоматическая поилка;

– медицинский шприц, медицинская банка.

Образцы ответов учеников.

  1. Пипетка – это прибор для получения капель жидкости. Принцип действия основан на действии атмосферного давления (соотношении давлений внутри пипетки и атмосферного). Опускаем пипетку в жидкость. Надавливаем на мягкую ее часть. При этом внутри пипетки давление становится меньшим атмосферного. Под действием избыточного атмосферного давления жидкость заполняет пипетку, если не сдавливать ее мягкую часть. Жидкость из пипетки не вытекает, так как давление столба жидкости в пипетке меньше, чем атмосферное. Необходимо надавить на мягкую часть пипетки, давление внутри ее увеличится, и жидкость станет вытекать из пипетки.
  2. Вешалка-присоска. Принцип действия основан на действии атмосферного давления. Прикладываем вешалку к гладкой поверхности, слегка надавливаем на вешалку, этим самым уменьшаем количество воздуха между присоской и поверхностью. Давление под присоской станет меньшим, чем атмосферное. Под действием избыточного атмосферного давления вешалка удерживается на поверхности.
  3. Медицинский шприц – это прибор для ввода жидких лекарственных средств внутрь человека или животного. Принцип действия основан на действии атмосферного давления. Поршень шприца располагаем у его основания. Опускаем шприц в жидкое лекарственное средство. При перемещении поршня от основания шприца вверх жидкость поднимается за поршнем под действием избыточного атмосферного давления. При перемещении поршня к основанию шприца давление внутри шприца становится большим, чем вне его, и жидкость вытекает.
  4. Медицинская банка предназначена для улучшения кровообращения, что необходимо при заболеваниях. Принцип действия основан на действии атмосферного давления. При внесении внутрь банки зажженной ваты воздух расширяется, и давление будет меньшим, чем атмосферное. Поэтому банка “прилипает” к телу, вызывая его легкое вздутие. Так как давление в кровеносных сосудах становится меньшим, чем атмосферное, кровь начинает поступать к этим участкам тела. Кровообращение улучшается.
  5. Ливер – предназначен для взятия проб различных жидкостей. Принцип действия основан на действии атмосферного давления. Ливер опускают в жидкость, закрывают верхнее отверстие и вынимают из жидкости. Жидкость при этом не выливается потому, что давление внутри ливера меньше, чем атмосферное. Открываем верхнее отверстие ливера и жидкость выливается, потому что атмосферное давление сверху на жидкость и давление жидкости вместе взятые больше атмосферного давления снизу на жидкость.
  6. Автопоилка для птиц. Принцип действия основан на действии атмосферного давления. Состоит из бутылки, наполненной водой и опрокинутой в корытце так, что горлышко находится немного ниже уровня воды в корытце. Вода при этом не выливается из бутылки потому, что давление внутри бутылки меньше атмосферного, которое действует снизу на воду в бутылке. Если уровень воды в корытце понизится и горлышко выйдет из воды, часть воды выльется, потому что давление внутри бутылки станет больше атмосферного.

Примечание: для более четкого и логичного построения ответов при описании работы приборов можно раздать карточки-ответы. <Приложение 1>

Задание II (для сильных учеников)

Учитель: Используя предложенные приборы, продемонстрируйте действие атмосферного давления.

Опыты.

  1. “Пепси-Кола”: В “пепсикольной” бутылке с закрытой пробкой находится подкрашенная вода. Если пробку открыть, из отверстий, проделанных внизу бутылки, начнёт вытекать вода. Объяснение: если пробка закрывает бутылку, давление в бутылке меньше атмосферного – вода не выливается. Бутылка открыта, сумма давления атмосферы и жидкости больше атмосферного – вода выливается.
  2. “Яйцо в бутылке”: В молочную бутылку опускают горящую ватку, предварительно смоченную в спирте. Сверху кладут очищенное, сваренное вкрутую яйцо. Яйцо проваливается в бутылку. Объяснение: при нагревании воздух в бутылке расширяется. Когда мы закрываем горлышко бутылки яйцом и горение прекращается, воздух начинает остывать. Его давление становится меньше атмосферного, и яйцо втягивается внутрь.

Изучение нового материала.

Учитель: Атмосферное давление проявляет себя и в шутку и всерьёз. Необходимо научиться определять величину атмосферного давления. Как? Можно ли вычислить атмосферное давление по формуле p=?gh?

Ученики:

Вычислить атмосферное давление точно невозможно, так как плотность атмосферы (?) убывает с высотой (неодинакова) и неизвестна высота атмосферы (нет конкретных границ протяженности атмосферы).

Учитель: Атмосферное давление можно измерить. Но как? Сегодня на уроке вы узнаете, как научились измерять атмосферное давление. Запишите тему урока: “Измерение атмосферного давления”.

Учитель: В конце 16 века некий богатый итальянец построил в горах замок. Воду решено было поднять вверх насосами. Но вода поднялась только на высоту около 10 метров и дальше не пошла.

Рассказ продолжает ученик.

Сообщение учеников: В 1595 году к Г.Галилею обратились с просьбой объяснить, почему насосы не поднимают воду с глубины, превышающей 10 метров. Галилей привлёк к объяснению гипотезу, которая утвердилась со времён Аристотеля: “Природа боится пустоты”. Боязнью пустоты объясняли множество физических явлений. Прежде всего – сам факт механического движения. Согласно Аристотелю, Вселенная заполнена материей и, если какое-либо тело перемещается, то в то место, где оно только что было, устремится материя. Стрела, выпущенная из лука, летит потому, что её толкает воздух, устремляющийся в образующуюся пустоту. Боязнью пустоты объясняли всасывание, прилипание двух гладко отшлифованных пластинок, явление сцепления, поднятие воды в насосах. Галилей не нашел ответа на вопрос и отделался шуткой: “Очевидно, природа боится пустоты до высоты в 10 метров”. Этим фактом была поставлена проблема. Галилей искал решение и привлёк к поискам своих учеников Эванджелиста Торричелли (Torricelli) и Винченцо Вивиани (Viviani).

Опыт Торричелли – видеосюжет.

Учитель (вопросы после просмотра видеосюжета):

  1. Почему ртуть выливалась из трубки?
  2. Почему ртуть прекратила выливаться из трубки?
  3. Как вычислить давление ртути в трубке, а, следовательно,и давление атмосферное?

Ученики (ответы):

  1. Давление ртути в трубке высотой 1 метр было больше атмосферного давления.
  2. Ртуть перестанет выливаться из трубки, если давление столба ртути в трубке сравняется с атмосферным давлением на поверхности ртути в чашке.
  3. Чтобы вычислить давление столба ртути, надо воспользоваться формулой: p=?gh

Учитель: Какой вывод можно сделать из опытов Торричелли-Вивиани?

Ученики: Высота столба ртути в трубке может быть “мерилом” величины атмосферного давления.

Учитель: Это значит, если к трубке прикрепить измерительную шкалу, то мы получим прибор для измерения атмосферного давления – барометр жидкостный.

Записать: Барометр = барос– (тяжесть) + метрео– (измеряю)

Измеренное этим прибором давление выражают в миллиметрах ртутного столба. [p]=мм.рт.ст. или см.рт.ст.

P0= 760 мм.рт.ст. – нормальное атмосферное давление на уровне моря.

P>P0 – высокое атмосферное давление (холодно или жарко, без осадков)

P<P0 – низкое атмосферное давление (облачно, осадки)

Учитель (вопрос): Чему равно атмосферное давление (нормальное) в паскалях?

Ответ: P0x105 Па

1 мм.рт.ст. = 101,3 Па – связь единиц измерения атмосферного давления.

Велико ли это давление?

101396Па = 101396 Н/м2, следовательно если S=1см2 то давление на эту площадь будет составлять 1 кг, а на площадь S=1м2 – 10 тонн.

Вопрос: Почему мы не ощущаем такого большого давления?

Внутри нашего тела действует такое же давление в жидкости, которая заполняет все его клетки.

Учитель: Но не так всё просто и легко принималось.

Послушаем продолжение истории разрушения теории “боязни пустоты” и утверждения понятия “атмосферное давление”.

Сообщение учащегося:

Опыты Торричелли и Вивиани оказались недостаточными для разрушения догмы о “боязни пустоты”. Укоренившиеся представления, поддерживаемые большим авторитетом, не сразу сдают позиции. Решающими были опыты гениального французского ученого Блеза Паскаля. Когда известие об опытах итальянских физиков достигло Франции, Паскаль занялся их повторением.

Для опытов с водой он брал трубки длиной более 10 метров. В процессе исследований ему пришла мысль поставить решающий эксперимент. Если действительно атмосферное давление уравновешивается весом столба жидкости в трубке, то высота этого столба должна быть различной на различных расстояниях от земли. Паскаль попросил свого шурина Флорена Перье произвести опыты на вершине горы Пюи-де Дом. Опыт сразу же подтвердил предсказанное Паскалем. “Это доставило нам удовольствие, так как мы видели, что высота водяного столба уменьшилась с увеличением высоты места”.

Итак, давление можно измерить высотой водяного столба.

Объяснение домашнего задания.

  1. Описание опыта Торричелли.
  2. § 42, упр. 27 (1,2)(3,5 устно).

В оставшееся время – видеосюжет “Атмосферное давление и животный мир”, описание барометра Отто фон Герике.