Тема урока: Вес воздуха. Атмосферное давление.
Цели урока:
- Образовательные:
- рассмотреть причины, создающие атмосферное давление, экспериментально доказать его наличие;
- систематизировать знания по теме “Давление. Давление в жидкости и газе”:
- повторить основные формулы тем;
- формировать у ребят умение осуществлять самоконтроль с помощью конкретных вопросов.
- Развивающие:
- совершенствовать навыки индивидуальной и групповой работы;
- активизировать мышление школьников, умение самостоятельно формулировать выводы, развивать речь;
- развить творческие способности с помощью экспериментальных заданий.
- Воспитательные:
- развить чувства взаимопонимания и взаимопомощи в процессе изучения предмета;
- развивать мотивацию изучения физики, используя разнообразные приёмы деятельности, сообщая интересные сведения.
Оборудование: ПК, мультимедийный проектор, презентация (Приложение 1)
ХОД УРОКА
1. Организационная часть
– Здравствуйте, ребята!
2. Опрос ранее изученного материала(фронтально) по вопросам:
- Что называют давлением?
- Как определить давление?
- В каких единицах рассчитывают давление?
- Как можно увеличить давление?
- Как можно уменьшить давление?
- Как объяснить давление газа?
- Как передают давление жидкости и газы?
- Как читается закон Паскаля?
- От каких величин зависит давление жидкости на дно сосуда?
- Запишите формулу расчета давления жидкости на дно сосуда.
3. Проверка домашнего задания. (Приложение 2)
4. Объяснение нового материала
Атмосфе'ра (от. др.-греч. 
— пар и 
— шар) — газовая оболочка
(геосфера), окружающая планету Земля. Внутренняя
её поверхность покрывает гидросферу и частично
кору, внешняя граничит с околоземной частью
космического пространства.
Совокупность разделов физики и химии,
изучающих атмосферу, принято называть физикой
атмосферы. Атмосфера определяет погоду на
поверхности Земли, изучением погоды занимается
метеорология, а длительными вариациями
климата — климатология.
Тропосфера
Её верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы. Содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м. За «нормальные условия» у поверхности Земли приняты: плотность 1,2 кг/м3, барометрическое давление 101,34 кПа, температура плюс 20 °C и относительная влажность 50 %. Эти условные показатели имеют чисто инженерное значение.
Стратосфера
Верхняя граница — на высоте 50—55 км. Температура с ростом высоты увеличивается до уровня около 0 °C. Малая турбулентность, ничтожное содержание водяного пара, повышенное по сравнению с ниже — и вышележащими слоями содержание озона (максимальная концентрация озона на высотах 20-25 км).
Мезосфера
Верхняя граница — на высоте 80—85 км Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом (0,25—0,3)°/100 м. Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов, колебательно возбуждённых молекул и т. д. обусловливают свечение атмосферы.
Термосфера
Верхний предел — около 800 км. Температура растёт до высот 200—300 км, где достигает значений порядка 150 К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния») — основные области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород.
Экзосфера
Внешний слой атмосферы, из которого быстро
движущиеся лёгкие атомы водорода могут вылетать
(ускользать) в космическое пространство.
Температура достигает уровня более 3000 К. На
больших расстояниях от Земли (2—3 тыс. км и более)
нейтральную экзосферу образуют почти
исключительно атомы водорода, на более низких
высотах заметную долю составляют атомы гелия, а
ещё ниже — также и атомы кислорода.
На воздух, как и на всякое тело, находящееся на
Земле, действует сила тяжести, и, следовательно,
воздух обладает весом. Вес воздуха легко
вычислить, зная его массу. Для определения массы
воздуха можно взять прочный стеклянный шар с
пробкой и резиновой трубкой с зажимом. Выкачаем
насосом из него воздух, зажмем трубку зажимом и
уравновесим на весах. Затем, открыв зажим на
резиновой трубке, впустим в шар воздух.
Равновесие весов при этом нарушится. Для его
восстановления придется положить на другую
чашку весов гири, масса которых и будет равна
массе воздуха в объеме шара. Опытами установлено,
что при температуре 0 °С при нормальном
атмосферном давлении масса воздуха 1,29 кг.
Вес этого воздуха легко вычислить: P = gm, Р = 13Н.
Воздушную оболочку, окружающую Землю, называют
атмосферой.
Атмосфера простирается им высоту нескольких
тысяч километров. Вследствие действия силы
тяжести верхние слои воздуха, подобно воде
океана, сжимают нижние слои. Воздушный слой,
прилегающий непосредственно к Земле, сжат больше
всего и, согласно закону Паскаля, передает
производимое на него давление по всем
направлениям. В результате этого земная
поверхность и тела, находящиеся на ней,
испытывают давление всей массы воздуха, или, как
обычно говорят, испытывают атмосферное
давление. Существованием атмосферного
давления могут быть объяснены многие явления.
В глубокой древности ученые легко рассуждали о том, что атомы движутся в пустоте. Однако в средние века религиозные соображения привели к утверждению, что пустоты в природе не существует, хотя она доступна Богу. Движение воды за поршнем в сосуде, погруженном в жидкость, объясняли тем, что природа не терпит пустоты, вода «боится» пустоты и поэтому устремляется за поршнем. Это свойство воды использовали для конструирования водяных насосов. Одно только было удивительным: вода боялась пустоты только до тех пор, пока высота столба воды, поднимающейся за поршнем, не достигала 10 м
 |
 |
Согласно рассмотренным представлениям об атмосфере, давление в шахте должно быть больше, чем на поверхности Земли, а давление в горах должно быть меньше. Однако при рассмотрении конкретных явлений следует учитывать, что с удалением от поверхности Земли меняется не только давление, но и температура, причем изменение это происходит по сложным законам. Из-за перепадов давления в атмосфере возникают ветры – перемещения воздушных масс, однако предсказание этих процессов, зависящих от многих параметров – весьма сложная задача.
Докажем существование атмосферы и атмосферного давления на опытах.
Опыт 1. Наполним обыкновенный стакан до краёв водой. Накроем его листком бумаги так, как это показано на рисунке. Плотно прикрыв его рукой, перевернём бумагой вниз. Осторожно уберём руку, держа стакан за дно. Вода не выливается. Почему это происходит?
Опыт 2. Положим на плоскую тарелку монету и нальем немного воды. Монета очутится под водой. Возьмем тонкий стакан, ополоснем его кипятком и перевернем на тарелку рядом с монетой. Воздух в стакане начнет остывать. Стакан начнет всасывать воду, и вскоре вся на соберется под ним.
Опыт 3. В 1654 году магдебургский бургомистр и физик Отто фон Герике показал на рейхстаге в Регенсбурге один опыт, который теперь во всём мире называют опытом с магдебургскими полушариями. С помощью изобретённого им воздушного насоса Герике выкачал почти весь воздух, содержавшийся в плотно сложённых медных полушариях, имевших диаметр около метра. Для того чтобы оторвать полушария одно от другого, в каждое из них пришлось запрячь по восьми сильных лошадей. Шестнадцать лошадей должны были напрячь все свои силы для того, чтобы преодолеть давление воздуха на внешние стороны полушария. Это давление составляло примерно 7 тысяч килограммов. Этим наглядным опытом Отто Герике убедительно показал, что воздух также представляет собой вещество, которое способно оказывать мощное давление. Проделаем похожий опыт со стаканами.
Возьмём два стакана, свечу, бумагу, ножницы. Поставим зажженный огарок свечи в один из стаканов. Вырежем из нескольких слоёв бумаги круг диаметром немного больше, чем внешний край стакана. Затем вырежем середину круга таким образом, чтобы большая часть отверстия стакана осталась открытой. Смочив бумагу водой, мы получим эластичную прокладку, которую и положим на верхний край первого стакана. Поставим на эту прокладку перевёрнутый второй стакан и прижмём его к бумаге так, чтобы внутреннее пространство обоих стаканов оказалось изолированным от внешнего воздуха. Свеча вскоре потухнет. Теперь, взявшись рукой за верхний стакан, поднимем его. Мы увидим, что нижний стакан как бы прилип к верхнему и поднялся вместе с ним.
5. Закрепление новой темы
Ответьте на вопросы:
- Как можно определить массу воздуха?
- Чему равен вес воздуха объемом 1 м3.
- Вследствие чего создается атмосферное давление?
6. Проверка понимания новой темы
1)
1)
2)
7. Домашнее задание: § 40, задачи №№ 547-549 (сборник задач В.И.Лукашик)