Интегрированный урок (физика + география + математика) по теме "Атмосферное давление"

Цели урока:

• сформировать у учащихся понятие атмосферы, атмосферного давления, расширить их представление об области применения этого явления; показать зависимость атмосферного давления и высоты;
• развивать познавательную активность школьников с помощью проблемных вопросов исторического материала;
• воспитывать бережное отношение к своему здоровью.

План урока

1. Введение.

Эпиграфом к нашему уроку можно взять следующие слова:

“Чтобы понять, почему явление, ежедневно и всеми видимо не обращало на себя внимание, надобно вспомнить, что немногие одарены способностью удивляться кстати”. Академик Франсуа Араго

Сегодня на уроке мы будем удивляться.

Опыт № 1. “Вода в перевернутом стакане”.

Наливаем в стакан воду до самого края. Прикрываем стакан листком плотной бумаги и, придерживая бумагу ладонью, быстро перевернем стакан кверху дном. Теперь уберем ладонь. Вода из стакана не выливается.

Опыт № 2. “Яйцо в бутылке”.

Это очень известный опыт, который и до сих пор производит сильное впечатление.

Сварим яйцо вкрутую. Возьмем пустую бутылку из-под кефира. Очистим яйцо от скорлупы. Возьмем лист бумаги, скрутим его трубкой, подожжем и горящую бумагу быстро опустим в бутылку. Подождем, пока бумага прогорит, а затем положим очищенное яйцо на горлышко бутылки. Пройдет немного времени, и - о, чудо! - яйцо протиснется через горлышко внутрь бутылки.

Опыт № 3. “Наказанное любопытство”.

Возьмите жестяную банку, лучше из-под концентрированного сгущенного молока, которое можно вылить, пробив в одном из донышек два отверстия гвоздиком. В том же донышке нужно сделать еще несколько таких же отверстий. А вот с противоположной стороны пробейте гвоздем едва заметное, маленькое отверстие.

Теперь надо опустить банку в сосуд с водой, причем той стороной, в которой несколько отверстий. Выждав некоторое время, прикройте пальцем верхнее отверстие и вытащите банку из воды так, чтобы “сито” было снизу.

Пусть теперь кто-то из ребят подставит руку под банку снизу, под дно. (Крепко держите пальцем верхнюю дырочку…) Загляните под дно и сами. Ничего особенного, банка как банка, только с дырками. Ну а теперь попросите чтобы под дно банки кто-то из ребят протянул руку и, скорее отпускайте палец, закрывающий верхнее отверстие. [7]

Как вы думаете, что за сила удерживает бумагу, проталкивает яйцо в бутылку, удерживает воду в банке?

Сила атмосферного давления.

2. Изучение нового материала.

Учитель географии: “Атмосфере” от греческого слова atmos - пар – внешняя воздушная оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов: азота – 78,08 %, кислорода - 20,95 %, аргона - 0,93 % и углекислого газа 0,03 %. В состав воздуха также входят в небольшом количестве : неон, гелий, криптон, водород, озон и другие, кроме того в воздухе содержатся водяные пары и некоторое количество пыли.

Учитель математики: Строим столбчатую диаграмму “Состав воздуха” в тетради.

Учитель географии: Слово атмосфера впервые ввел в русскую науку наш соотечественник, великий русский ученый М. В. Ломоносов.

Учитель физики: Мы знаем, что молекулы газа движутся беспорядочно с большими скоростями. Но при этом основная масса земной атмосферы находится на высоте не более 10 км от Земли, т.к. за счет земного притяжения молекулы воздуха не могут улететь далеко от поверхности Земли.

Очевидно, что концентрация молекул, а следовательно и плотность воздуха уменьшается с увеличением высоты. Самая большая плотность воздуха у поверхности Земли.

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.

На опыте покажем, как определить массу воздуха. Для этого 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. Опытным путем установлено, что при t=0 C на уровне моря плотность воздуха равна p =1,29 . Вес этого воздуха легко вычислить: Р= mg, Р= pVg.

Учитель географии: Атмосфера включает 5 основных оболочек. Нижний слой атмосферы - тропосфера имеет толщину над полюсами 8-10 км, в умеренных широтах – 10-12 , а над экватором – 16-18 км. В тропосфере сосредоточено около 80 % массы атмосферы. Здесь находится почти весь водяной пар атмосферы, формируются осадки и происходит горизонтальное и вертикальное перемещение воздуха.

Стратосфера распространяется от 8-16 до 45-55 км. Она включает около 20 % массы атмосферы, а водяной пар здесь почти отсутствует. В стратосфере имеется слой озона, который поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца, защищая живые организмы на Земле.

Мезосфера – средний слой атмосферы, простирающейся на высоте 80 км. Плотность воздуха в этом слое в 200 раз меньше , чем у земной поверхности.

Ионосфера - верхний слой атмосферы, расположенный на высоте от 80 до 800-1000 км. Здесь возникают полярные сияния, наблюдаются резкие колебания магнитного поля.

Внешний слой атмосферы - экзосфера - начинается с высоты 800-1000 км от поверхности Земли.

Демонстрация слайда “Строение атмосферы”

Первый летчик – космонавт Ю.А. Гагарин, облетевший Землю на космическом корабле “Восток”, рассказывал, что с высоты полета корабля атмосфера нашей планеты окутывает поверхность Земли бледно-голубым ореолом, который постепенно темнеет, становясь бирюзовым, синим, фиолетовым и затем и затем переходит в черный цвет. Это различие в цвете в цвете обусловлено тем, что воздушная оболочка в слоях различается по плотности, составу и температуре.

Учитель физики: присутствие атмосферного давления можно продемонстрировать на примере трубки с поршнем (опыт по рис.116 учебника). Создавая между поршнем и поверхностью воды безвоздушное пространство, мы, поднимая поршень, заставляем двигаться за ним воду из сосуда.

По закону Паскаля атмосферное давление действует на воду в сосуде одинаково по всем направлениям, в том числе и вверх. И вода просто движется из зоны большего давления в зону меньшего.

Тот же эффект можно наблюдать при работе обычного медицинского шприца. На подобном принципе работает и пипетка. Это же явление используется в водяных насосах и других устройствах.

3. Закрепление нового материала

Мы с вами наблюдали интересные явления, которые вызваны действием атмосферного давления. Живые организмы приспосабливаются к атмосферному давлению. Спруты, комнатные мухи, пиявки, гекконы, рыбы – прилипалы имеют присоски, при помощи которых они могут прилипнуть, присосаться к другому предмету.

Присоски увеличиваются в объеме, поэтому внутри них образуется разреженное пространство, и наружное давление прижимает их к какому-либо предмету. [3]

Это свойство мы широко используем в повседневной жизни.

Организм человека приспособился к атмосферному давлению и не только приспособился, но и использует его. Механизм дыхания человека 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 обратный процесс. Наш дыхательный аппарат действует то как разрежающий насос, то как нагнетательный. Чем больше жизненная ёмкость лёгких, тем дышаться свободнее, улучшается самочувствие, болезни нас покидают, так как клетки повышают свой потенциал и куда успешнее противостоят недугу. А для этого мы сейчас разучим комплекс дыхательной гимнастики:

1. Глубоко вдохнуть, задержать дыхание на 8 секунд и медленно выдохнуть. Это упражнение повторить 4 раза.
2. Воздух вдыхать небольшими отрывками. Задержать воздух на 8 секунд и медленно выдохнуть. Это упражнение повторить 4 раза.
3. Воздух вдыхать небольшими отрывками. Задержать воздух на 8 секунд и выдохнуть воздух небольшими выдохами. Это упражнение повторить 3 раза.
4. Зажать левую ноздрю. Вдыхать медленно воздух правой ноздрёй. Вдыхать воздух через рот. Повторить 2 раза.
5. Зажать правую ноздрю. Вдыхать воздух через левую ноздрю. Выдыхать воздух через рот. Повторить 2 раза.
6. Вдохнуть воздух через нос, а выдохнуть через рот. Повторить 3 раза.
7. Зажать правую ноздрю, вдохнуть воздух. Затем левую ноздрю выдохнуть. Повторить 3 раза.
8. Подышать медленно 1 минуту.

Мне хотелось бы напомнить вам основные правила гигиены дыхания:

1. Дышать надо глубоко и размеренно.
2. Рабочие движения, связанные с большими усилиями, должны совпадать с вдохом.
3. Полезно заниматься физическими упражнениями: греблей, ходьбой на лыжах, игрой в волейбол и т.д.
4. Полезно бывать на свежем воздухе.
5. Дышать надо всегда через нос.
6. При кашле и чихании следует закрывать нос и рот платком.
7. Необходимо бороться с пылью на улице и в помещении.
8. Для правильного дыхания важна хорошая осанка.
9. При общении с людьми, заболевшими инфекционной болезнью, следует соблюдать осторожность: носить марлевые повязки, не пользоваться вещами больного.
10. Курение вредно для органов дыхания и всего организма.

(Правила и дыхательная гимнастика заранее распечатываются и раздаются учащимся на уроке).

Еще в древней цивилизации были известны всасывающие насосы. С их помощью можно было поднять воду на значительную высоту, т.к. вода послушно следовала за поршнем такого насоса.

Древние философы задумывались о причинах этого и пришли к следующему заключению: вода следует за поршнем потому, что природа боится пустоты, поэтому-то между поршнем и водой не остается свободного пространства.

Рассказывают, что один мастер построил для садов герцога Тосканского во Флоренции всасывающий насос, поршень которого должен был затягивать воду на высоту более 10 м. Но как ни старались засосать этим насосом воду, ничего не получалось. На 10 м (34 фута) вода поднималась за поршнем, а дальше поршень отходил от воды, и образовывалась та самая пустота, которой природа боится.

Когда с просьбой объяснить причину неудачи обратились к престарелому Галилею, он пошутил, что, вероятно, природа перестает бояться пустоты на высоте более 34 футов, и предложил своим ученикам - Торричелли и Вивиани разобраться в этом странном явлении. [2]

Давление атмосферного столба может быть уравновешено давлением столба жидкости определенной высоты. Трубка с ртутью длиной примерно 1 метр, запаянная с одного конца ,переворачивается, после чего часть ртути вытекает, но ее уровень останавливается на определенной высоте. Поскольку давление над ртутью в трубке равно нулю, то давление столба ртути равно атмосферному давлению. На уровне моря эта высота составляет 760 мм ртутного столба. Эванджелиста Торричелли проделал данный опыт и дал ему объяснение. Если проделать данный опыт с водой, то высота водяного столба будет примерно 10 метров. Вот почему вода поднималась за поршнем не более 10 метров.

Микротест

4. Домашнее задание

Прочитать §40, 41.

Cоставить задачу на изменение давления с высотой. Разучить комплекс дыхательной гимнастики.

5. Итог урока

Сегодня на уроке мы познакомились с очень интересным и важным явлением - атмосферным давлением, изучили состав атмосферы. Атмосфера защищает все живое на Земле от разрушительного действия ультрафиолетового излучения, оказывает большое влияние на жизнь и хозяйственную деятельность человека. Благодаря атмосферному давлению мы дышим. Но мы должны заботиться о своем здоровье сами и не от случая к случаю, а ежедневно. А закончить урок хотелось бы словами ученого и писателя Блез Паскаля: “Я не становлюсь богаче, сколько бы не приобретал земель… - а вот с помощью мысли я охватываю Вселенную”.

Литература

1. Перышкин А.В.Физика: учебник для 7 класса общеобразовательных учебных заведений. - М.: “Дрофа”, 2002.

2. Полянский С.Е.Поурочные разработки по физике для 7 класса. - М.: “Вако”, 2004.

3. Рик Моррис. Тайны живой природы. – М.: “Росмэн”, 2002.

4. Колтун М.Мир физики. – М.: Детская литература, 1987.

5. Ахмерова С.Г. Учебно-методическое пособие. - Уфа: БашГПУ, 2001.

7. Рабиза Ф.В.Опыты без приборов. - М.: Детская литература, 1988.