Интегрированный урок (физика+география) по теме "Влажность воздуха"

Цели:

• познавательная: сформировать представление о влажности воздуха и ее разновидностях; научить вычислять коэффициент увлажнения для разных областей; систематизировать и углубить знания о закономерностях распределения влаги на территории России; показать роль увлажнения в размещении природных зон; расширить представление учащихся о влиянии климата на жизнь, здоровье, хозяйственную деятельность человека; продолжить формирование знаний об агроклиматических ресурсах и неблагоприятных климатических явлениях;
• развивающая: продолжить работу над формированием навыков работы с учебником, энциклопедиями, справочниками и другой дополнительной литературой; поддерживать интерес к учебной и исследовательской деятельности; развивать речь, мышление, смекалку, умение добывать, систематизировать и обобщать полученную информацию, определять причинно-следственные связи, работать с приборами; учить устанавливать связи между элементами климата по карте; использовать полученные знания в реальной жизни;
• воспитательная: развивать умение слушать товарищей, уважительно относиться к их труду, выполнять совместную работу; прививать интерес к природе Земли в целом и родного края в частности; воспитывать бережное отношение к ней.

Оборудование и оформление:

• географические карты мира и России (физические, климатические, природных зон); географические атласы, учебник физики, картины с видами природных зон, стихийных бедствий; оборудование для просмотра кинофильмов и прослушивания фонограмм,
• серия ВВС “Живая природа”, к/ф “Белое солнце пустыни”, фонограмма колокольного звона, звуков природы, психрометр и волосной гигрометр, рисунок конденсационного гигрометра,
• рисунки-диаграммы “Вода в природе”, фотографии и слайды оптических атмосферных явлений, таблицы: “Зависимость массы пара от температуры воздуха”, “Коэффициент увлажнения”, “Характеристика увлажнения при разных значениях коэффициента увлажнения”,
• наборы для получения воды (см. по ходу урока), конверты с карточками символов (см. по ходу урока), картонные “капельки” Зх3см с креплениями, разноцветные фломастеры, лист железа 25х25см, банка с серной кислотой.

Подготовка к уроку:

За две недели до проводимого занятия практически все учащиеся получили предварительное задание: одна группа учащихся подбирала интересную дополнительную информацию по теме урока, готовила небольшие сообщения, другая подбирала аудио - и видеоматериалы, третья — занималась подготовкой оформления класса к уроку.

На проведение урока мы отвели 2 часа учебного времени.

Ход урока

Учитель географии: Сегодня мы проводим интегрированный урок физики и географии. На первый взгляд, науки далеки друг от друга. Но давайте вспомним, что география, как наука, подразделяется на две отрасли: физическую географию и экономическую. Как переводится “физис” на русский язык? Правильно, “природа”. То есть предмет изучения и физики, и физической географии природа.

Физическая география не может быть менее точной наукой, чем физика, на законах которой она покоится. И, возможно, наступит время, когда в учебнике географии будет не меньше формул, чем в учебнике физики. Итак, тема нашего урока “Влажность воздуха” (написана на доске). Звучит фонограмма: плеск волн, капли дождя, шум водопада. Влажность, влага, вода...

Вода играет исключительную роль в нашей жизни. Что бы делало человечество без воды даже трудно себе представить! По-видимому, оно просто бы не существовало.

С водой на нашей планете связаны не только жизнь и климат, но и работа большинства отраслей экономики. Чистой воды на планете остается все меньше. Воду необходимо беречь!

Вода — не только благо. Половина мировых стихийных бедствий связана с катастрофическим избытком или недостатком воды: 40% всех стихийных бедствий приходится на наводнения, 15% - на засухи.

Демонстрируются кинофрагменты.

Воде принадлежит огромная роль в природе. Можно смело сказать, что все живое состоит из воды и органических веществ. Учитель физики: В среднем в организме растений и животных содержится более 50% воды, в теле медузы ее до 96%, в водорослях 95-99, в спорах и семенах от 7 до 15%. В почве находится не менее 20% воды, в организме же человека ее около 65% (стекловидное тело глаза — 99%, кровь -- 83, жировая ткань — 29, костная — 22, зубная эмаль — 0,2%). Демонстрируются рисунки-диаграммы.

В атмосферу вода поступает в основном за счет испарения с поверхности океанов — 86%, 14% дает испарение с поверхности суши. Количество водяного пара в составе приземного воздуха изменчиво. При особо благоприятных условиях испарения с подстилающей поверхности оно может достигать 2%. Учитель физики: проводит беседу по вопросам:

1. Содержит ли окружающий нас воздух водяные пары? Как это доказать?

2. Когда водяной пар ближе к состоянию насыщения?

3. Как зависит насыщенность воздуха водяными парами от температуры воздуха при постоянной массе водяных паров в единице объема?

Далее следует объяснение нового материала с привлечением учащихся к работе с учебником физики: определение понятия “влажности”, “плотность водяного пара”, “абсолютная влажность”, “относительная влажность”. Учащиеся записывают в тетрадь формулу значение ее величин с доски.

Работают с рисунком, показывающим зависимость степени влажности от массы пара в единице объема.

Ученик: Дождик, дождик, пуще…

Если кому-либо из жителей, обитающих на северо-западе китайской провинции Юньнань, нужен дождь, то они просто выходят из дома на улицу и начинают кричать: “Дождик!.. Дождик!.. Пуще!..”. И дождь на самом деле не заставляет себя ждать. Причем чем сильнее кричит человек, тем сильнее сыплет дождь, чем дольше кричит, тем дольше идет.

Такой феномен наблюдается высоко в горах Гаолигуншань, где расположена группа с под названием “Заколдованные”. Если на берегу любого из этих озер кто-нибудь громко заговорит или закричит, тут же с неба проливается вода.

Ученые полагают, что воздух в этой местности настолько насыщен влагой, что малейшее сотрясение его вызывает образование из паров воды дождевых капель. Учитель физики: IIредставляет вниманию учащихся ряд заданий на определение абсолютной относительной влажности воздуха, используя рисунок зависимости степени влажности от массы пара в единице объема. Определяем с помощью гигрометра относительную влажность воздуха в классе, находим способы ее повышения.

Учитель географии: Влажность воздуха зависит от температурных условий и величины осадков. Абсолютная влажность воздуха достигает максимума летом, минимума — зимой. Наоборот, относительная влажность воздуха на большей части России достигает максимума зимой, а минимума летом. В условиях муссонного климата Дальнего Востока высокая относительная влажность характерна не только для зимы при низких температурах воздуха, но и для лета, когда дуют влажные ветры с океана.

Распределение величины относительной влажности находится в тесной связи с природными зонами. Так, в мае в 13 часов, когда на значительной части страны относительная влажность падает до минимума или близка к нему, в тундре и на побережье Дальнего Востока она достигает 70% и выше, в лесной зоне — от 50 до 70%, в лесостепи и степи — от 40 до 50%, в полупустынях и пустынях она опускается до 30-40%

Демонстрируются картины с видами называемых природных зон. Учитель физики: Для определения влажности воздуха используют такие приборы, как психрометр и гигрометр (конденсационный и волосной). Демонстрируется психрометр и принцип его действия.

Работа над рисунком конденсационного гигрометра

Учитель физики: Человеческий волос имеет на своей поверхности многочисленные микроскопические поры. Если волос обезжирить, в порах может конденсироваться водяной пар с образованием вогнутых менисков. При увеличении влажности воздуха поры все больше заполняются влагой, кривизна менисков при этом уменьшается, свободная поверхность жидкости приближается к плоской поверхности. Это приводит к расширению объема пор, и волос растягивается. Когда влажность воздуха уменьшается, происходит испарение влаги с поверхности менисков, кривизна их увеличивается, и волос сжимается. На этом свойстве волоса основано устройство волосного гигрометра.

Демонстрируется волосной гигрометр.

Учитель географии: (Ставит проблемный вопрос). На побережье Восточно-Сибирского моря и на юго-востоке Русской равнины выпадает примерно одинаковое количество осадков (около 200 мм.). Однако на Колыме - болота, а в Поволжье — сухие степи и полупустыни. Почему? Учащиеся должны сделать вывод, что отдельные показатели температуры, количества осадков не могут целостно характеризовать климатические условия территории. Важно знать не только количество выпадающих осад ков, но и количество испаряющейся влаги.

Увлажнение территории характеризуется коэффициентом увлажнения (К), который представляет собой соотношение между годовой суммой осадков (О) и испаряемостью (И) данной территории: К=О:И .

Демонстрируется таблица “Характеристика увлажнения при разных значениях коэффициента увлажнения” (по К. С. Лазаревичу):

Учитель географии:

Чем меньше коэффициент увлажнения, тем суше климат. Если коэффициент увлажнения равен единице, то увлажнение считается достаточным. Достаточное увлажнение характерно для южной границы лесной и северной границы лесостепной зоны. В зоне степей, где коэффициент увлажнения меньше единицы (0.6 — 0.7), увлажнение считается недостаточным. В Прикаспии, в зоне пустынь и полупустынь, где коэффициент равен 0,3, увлажнение скудное. Для тундры, лесотундры, тайги типично избыточное увлажнение, здесь количество выпавших осадков превышает испаряемость и коэффициент увлажнения больше единицы. Демонстрируются картины с видами называемых природных зон.

Учитель физики: Большинство физических факторов имеют электромагнитную природу.

Хорошо известно, что возле быстро текущей воды воздух освежает и бодрит. В нем много отрицательных ионов. По этой же причине нам представляется чистым и освежающим воздух после грозы.

Перед грозой влажность воздуха увеличивается, что в сочетании с высокой температурой воздуха приводит к увеличению испарения с кожного покрова человека. Перед сильной грозой человека клонит ко сну, он утомлен, ему не хватает кислорода, душно.

Ученик: Высокая влажность в предгрозовой период оказывает влияние на животных и насекомых. Животные перед грозой испытывают беспокойство. Перед дождем или грозой стрижи, ласточки и некоторые другие птицы низко проносятся на землей на “бреющем полете”, у самой поверхности вылавливая насекомых. Влага отлагается на волосках, покрывающих тело насекомых, что утяжеляет их, мешая двигаться. По поведению пчел тоже можно предсказать непогоду. Когда приближается гроза, пчелы, стягиваясь отовсюду, несутся к одному из просветов между деревьями, окружающими пасеку, и быстро исчезают в ульях.

Многих животных природа наградила “метеорологическим чутьем”: они реагируют на изменение давления, температуры и влажности воздуха. Ученые считают, что синоптическими способностями обладают более 600 представителей животного мира.

Например, у лягушки органы дыхания очень чувствительны даже к незначительному увеличению влажности. Это является причиной того, что перед дождем у “квакушек” рот не закрывается. Или пауки: даже в ясный солнечный день они чувствуют собирающуюся в воздухе влагу — предвестницу изменения погоды.

А на Кубе широкую известность имел попугай, безошибочно предсказывающий погоду. Перед ураганом он насвистывал похоронный марш, перед грозой — самбу, перед дождем - вальсы Штрауса.

Учитель географии: Коэффициент увлажнения— важный показатель при оценке агроклиматических ресурсов территории (вспоминаем определение данного вида природных ресурсов). Давайте попытаемся составить схему, связывающую воедино характер увлажнения и виды мелиоративных работ. На каждую парту раскладываем карточки с символами, из которых учащиеся должны выбрать нужные и сложить следующие схемы:

В заключение необходимо подвести учащихся к выводу о том, что коэффициент увлажнения -- важнейший интегрированный показатель, который дает четкое представление о климатических условиях территории.

Учитель физики: Повышенная влажность воздуха может создавать проблемы в быту, как например, отложение рыхлого льда на охлажденную поверхность оконного стекла. В зимний период в наших домах темнеет из-за мощного слоя льда на стеклах. Как не допустить обмерзания окон? Заслушиваем предложения учащихся.

Известно, что крепкая серная кислота хорошо поглощает воду. Демонстрация.

Если между рамами окна поставить стакан с концентрированной серной кислотой, основное количество водяного пара из разъема между стеклами поглотится ею, и отложения льда на окне при не очень сильных морозах не будет. Тщательная теплоизоляция внешнего оконного стекла не допускает сильного охлаждения межрамного воздуха, что также благоприятствует осаждению льда на внутренней стороне стекла. С помощью этих мер можно обеспечить прозрачность оконных стекол в зимнее время.

Как видите, знания основных физических явлений можно использовать и в повседневной жизни. Учитель географии: А сейчас мы проведем с вами практическую работу по картам атласа. Ваша задача вычислить коэффициент увлажнения для отдельных городов России и определить характер увлажнения, пользуясь климатическими картами.

Мы брали города, расположенные в различных природных зонах: Анадырь, Архангельск, Астрахань, Владивосток, Волгоград, Москва, Олекминск, Самара, Хабаровск, Якутск. Города в первой колонке таблицы для большей наглядности желательно разместить в порядке смены природных зон. На своих, “родных”, городах останавливаемся особо. Перечисленные города отмечены на настенной карте природных зон России белыми капельками. В целях экономии учебного времени работу можно проводить в парах: по 1-2 города на пару. Полученные величины ребята заносят в таблицу, начерченную на доске.

Закрашивают белые капельки городов на карте нужным цветом (см.таблицу “Характеристика увлажнения при разных значениях коэффициента увлажнения”). Анализируя сформированную таблицу, делаем вывод: характер увлажнения зависит от физико-географического положения территории. Учитель физики: С изменением влажности воздуха связаны акустические и световые явления.

Ученик: Звучит фонограмма колокольного звона.

В конце 19 века в Англии производились длительные наблюдения слышимости Вестминстерского часового колокола. Было установлено, что колокол вечером слышен лучше и дальше, чем днем. Уже тогда это объясняли высокой влажностью и стабильностью приземного слоя воздуха в вечернее время.

В США также было отмечено значительное влияние влажности на распространение звуков разной тональности. В Англии специальные наблюдения над слышимостью сирен плавучих маяков показали, что изменения слышимости сигналов почти в точности следовали за изменениями относительной влажности воздуха. Таким образом, существует явная связь между влажностью и поглощением звука.

Ученик: Рассказ сопровождается показом фотографий, слайдов.

Такие оптические явления, возникающие в атмосфере, как радуга, венцы, гало также вызваны наличием в ней влаги.

Иногда можно одновременно наблюдать несколько радуг главную, побочную, вторичные. Радуга появляется в тех случаях, когда солнечные лучи освещают завесу дождя, расположенную на противоположной солнцу стороне неба. Ночью при лунном освещении и туманной погоде в горах и на берегах морей можно увидеть белую радугу. Такой тип радуга может возникать и при воздействии солнечного света на туман.

Венцы - еще одна разновидность оптических явлений - цветные кольца, непосредственно примыкающие к небесным светилам. В туманную погоду венцы наблюдаются и на искусственных источниках света у земной поверхности.

Ученик: Существует группа явлений, которые наблюдаются благодаря преломлению и отражению света ледяными кристаллами перистых облаков. Это гало (от греческого “галос” круг), горизонтальный круг, касательные дуги и ложные солнца и луны. Как правило, гало появляется перед приходом циклона или при его близком прохождении от места наблюдения.

Учитель физики: Как ненасыщенный пар сделать насыщенным? Пример с очками, запотевающими при входе с мороза в теплое помещение или с топором, вносимым в дом. Заносим с улицы заранее приготовленный железный лист.

Если влажный воздух охладить, то при некоторой температуре находящийся в нем пар можно довести до состояния насыщения. При дальнейшем охлаждении водяной пар начнет конденсироваться в виде росы. Появляется туман, выпадает роса.

Ученики находят в тексте учебника и читают определение понятия “точка росы”. Учитель физики: Известно, что упругость пара над вогнутой поверхностью жидкости меньше упругости его над плоской или выпуклой поверхностью той же жидкости. Поэтому когда ветер приносит водяной пар с плоской поверхности морей и рек к кучам камней в пустыне, в капиллярах которых свободная поверхность воды является вогнутой, принесенный водяной пар из насыщенного становится перенасыщенным, и над вогнутым мениском в капилляре начинается конденсация. Это происходит не только в капиллярах, пронизывающих камни, но и в капиллярах растений. Так образуется роса.

Ученик: В Швейцарии за счет росы почва получает в среднем на 10% больше влаги, чем счет дождя, поскольку роса выпадает здесь чаще и на более значительной территории, чем дождь. В Калифорнии с июня по сентябрь, когда нет дождей, почва получает влагу только счет росы. В районе Гибралтара конденсационная влага собирается и стекает в особые резервуары — “пруды росы”. Подобного типа пруды существуют и в некоторых районах Англии.

Ученик: В Крыму вблизи Феодосии до 1912 года действовала несложная установка для получения влаги из воздуха. Она состояла из нескольких куч камней, расположенных на водоупорном скальном основании. Вода, возникавшая в каменных кучах за счет капиллярной конденсации, по гончарным трубам отводилась в Феодосию, где питала небольшие фонтаны. Установка давала до 350 литров питьевой воды в сутки. Остатки устройств и приспособлений для получения влаги из воздуха найдены также в Сахаре, в горных районах Италии, в Туве, в Каракумах.

Учитель географии: Влагу можно получать не только из воздуха, но и из почвы. Представьте себя на восточном побережье Каспийского моря.

Демонстрируются кадры из к/ф “Белое солнце пустыни”.

Перед вами раскаленная солнцем пустыня и необозримая масса воды … соленой. Страшно хочется пить - вопрос жизни и смерти. У вас есть с собой лопата, котелок под воду, в кармане случайно обнаружился полиэтиленовый мешочек, на берегу лежат камни - этого достаточно для создания простейшей установки для получения питьевой воды.

На каждую парту кладется набор: детская лопатка, лоток с песком, полиэтиленовый мешок, камушки, стаканчик для сбора воды.

Используя весь набор, соорудите установку для получения воды из почвы, дайте подробно: объяснение принципа работы вашей установки. Не теряем времени, спасаем свою жизнь!

Учитель физики: Если не все учащиеся справятся с поставленной задачей, даем пояснения.

На восточном побережье Каспия пресную воду прежде нередко получали из вырытых в почве или песке небольших ямок, в которых происходила капиллярная конденсация. Мы этот способ усовершенствуем.

Демонстрируем.

Для получения влаги на дно вырытой в земле конусообразной ямы глубиной 50 -70 см и диаметром около метра устанавливаем котелок для сбора воды, после чего яму прикрываем прозрачной синтетической пленкой. По краям ямы пленку закрепляем подсыпкой песка, а сверху на нее кладем камень с расчетом, чтобы после прогиба пленка не достигала дна. Поскольку пленка прозрачна, она почти не поглощает солнечного тепла и должна нагреваться на солнце значительно меньше, чем почва. Насыщенный водяной пар из почвы при соприкосновении с относительно холодной пленкой будет на ней конденсироваться, и капли воды потекут по пленке в котелок. Опыт показывает, что влага начинает конденсироваться примерно через час после запуска установки. За сутки таким способом можно получить более 0,5 литра воды.

Учитель географии: Говоря о влажности воздуха, нельзя не вспомнить о ее влиянии на организм живых существ. Как одно из погодных условий она оказывает серьезное влияние на самочувствие человека.

До сих пор еще не удалось до конца установить механизмы реакций организма человека на изменение погодных условий.

А погода часто дает о себе знать нарушением сердечной деятельности, нервными расстройствами. При резкой смене погоды снижается физическая и умственная работоспособность, обостряются болезни, увеличивается число ошибок, несчастных и даже смертельных случаев.

Ученик: Наши предки еще в давние времена обратили внимание на взаимосвязь состояния неба и погоды. В 60-е годы 19 века политссыльный И.А.Худяков собрал наиболее интересные приметы народной метеорологии якутов. Вот некоторые из них, имеющие отношение к теме нашего урока:

• Северное сияние при пасмурной погоде – к ясным дням, а если северное сияние будет при ясной погоде, то через два дня будет пасмурно;
• Если солнце и месяц окружены кругом преломленных лучей (по-якутски “домом”) – к ненастью;
• Если через облака, застящие солнце, от последнего будут падать заметные пряди лучей, значит, будет ненастье;
• Если облаков много, а явления этого нет, то будет вёдро: “солнце и месяц – да не сыреют”;
• У больного человека заболит больная часть тела к ненастью;
• Если грудная кость весенней птицы (гуся или утки) будет на свет казаться прозрачною, то лето будет сухое и ясное; если же будет прозрачною только верхняя часть, а нижняя темновата, то осень будет сухая, а весна дождливая и наоборот. Если вся грудная кость будет кровянистою, то лето наступит дождливое;
• Спать хочется – к ненастью; на сыром молоке не настаиваются сливки – к большому ненастью.

Учитель физики: Завершая наш урок, давайте подведем итоги. Краткий опрос по пройденному материалу.

1. Что такое влажность воздуха?
2. Какие виды влажности вы знаете?
3. Чем абсолютная влажность отличается от относительной?
4. Как вычислить абсолютную и относительную влажность воздуха?
5. Что такое “точка росы”?
6. Как связаны между собой влажность воздуха и его температура?

Учитель географии:

1. Что такое “коэффициент увлажнения”?
2. Какие виды увлажнения вам известны?
3. Как доказать, что увлажнение в большей степени зависит от температуры воздуха, а не от среднегодового количества осадков?
4. Объясните закономерности распределения испаряемости по территории России.
5. Почему Екатеринбург и Петропавловск-Камчатский, расположенные примерно в одних широтах, имеют различное увлажнение и находятся в разных растительных зонах?
6. Покажите на карте место, где относительная влажность воздуха равна нулю. Вопрос провокационный: ответ на него подразумевает знание учащимися того факта, что на Земле не существует абсолютно сухих мест.

Подведение итогов урока: выставление оценок учащимся, хорошо подготовившимся к уроку и наиболее активно в нем участвовавшим.