Пресс-конференция "Вес воздуха. Атмосферное давление"

Урок – пресс-конференция в рамках предметной недели физики.

Цели урока:

1. Рассмотреть причины, создающие атмосферное давление, и выяснить влияние земной атмосферы на живые организмы.
2. Привлечь, заинтересовать учащихся физикой.
3. Формировать у учащихся умения работать с периодической печатью в поисках ярких примеров взаимодействия природы и человека.

Оборудование: рычажные весы, набор гирь, детские воздушные шарики, медицинский шприц, пипетка, таблицы.

1. Температура атмосферы на различной высоте над Землей.
2. “Трогая цветы, мы трогаем звезды. В конечном счете природу может спасти только любовь”. (Ж. Дорст)
3. “Все прекрасное на Земле – от Солнца. Все хорошее – от Человека” (М.Пришвин)

Время: 45 минут

Распределение ролей среди учащихся:

Врач-1.
Экологи – 3.
Космонавты – 3.
Ученые – 4.
Журналисты – 4.

Ход урока

1. Вступительное слово учителя.

Проблема экологии – одна из важнейших проблем современности. В последнее время в связи с быстрым изменением внешней среды на Земле под влиянием деятельности человека экология приобрела огромную популярность и стала объектом пристального внимания самых различных слоев населения.

Главные составляющие этой проблемы – загрязнение незаменимых природных ресурсов: воздуха, воды, почвы, отходами промышленности, транспорта, что привело к оскудению растительного мира.

2. Тема урока, цели и задачи.

Тема сегодняшнего урока: “Вес воздуха. Атмосферное давление. Почему существует воздушная оболочка Земли?” Мы рассмотрим причины, создающие атмосферное давление, и выясним влияние земной атмосферы на живые организмы.

Учитель:

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. Демонстрация опыта, подтверждающего, что воздух обладает массой. Два детских воздушных шарика. Один без воздуха. Второй с воздухом. На весах увидим разницу в массе. Разница и есть масса воздуха в шаре.

Можно легко вычислить вес этого воздуха.

P=gm; g=9,8Н/кг

Воздушная оболочка, окружающая Землю, называется атмосферой (от греческого “атмос” - пар, воздух и “сфера” – шар). Атмосфера, как показали наблюдения за полетом искусственных спутников Земли, простирается на 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 толщи воздуха, или, как обычно говорят, испытывают атмосферное давление.

Демонстрации.

На примере работы медицинских приборов можно увидеть действие

атмосферного давления. (Шприц, пипетка). Поднимая своей рукой поршень, мы заставляем за ним двигаться лекарство (жидкость). Та сила, которая толкает жидкость вверх, и есть сила атмосферного давления. Жидкость просто движется из зоны большего давления в зону меньшего.

Учитель:

Почему существует воздушная оболочка Земли? Как и все тела, молекулы газов, входящих в состав воздушной оболочки Земли, притягиваются к Земле. Но почему же тогда все они не упадут на поверхность Земли? Каким образом сохраняется воздушная оболочка Земли, ее атмосфера? Чтобы понять это, надо учесть, что молекулы газов, составляющих атмосферу, находятся в непрерывном и беспорядочном движении. Но тогда возникает другой вопрос. Почему эти молекулы не улетают в мировое пространство?

Для того, чтобы совсем покинуть Землю, молекула, как и космический корабль или ракета, должна иметь очень большую скорость (не меньше 11,2 км/с). Это вторая космическая скорость. Скорость большинства молекул воздушной оболочки Земли значительно меньше этой космической скорости. Поэтому большинство их и “привязано” к Земле силой тяжести, лишь ничтожно малое число молекул улетает в космическое пространство, покидает Землю.

Беспорядочное движение молекул и действие на них силы тяжести приводят в результате к тому, что молекулы газов “парят” в пространстве около Земли, образуя воздушную оболочку или атмосферу.

У нас в гостях ученые, экологи, космонавты, врач, которые ответят на интересующие нас вопросы.

Журналист 1:

Каков состав атмосферы?

Ученый 1:

В состав атмосферы входят различные газы, но в основном в ней находятся азот (78%) и кислород (21%), остальное аргон 0,93%, углекислый газ 0,03%, прочих газов в воздухе мало. Исследования показали, что до высоты около 100 км состав атмосферы существенно не меняется.

Ученый 2:

Добавлю. 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.

Ученый 3:

А я скажу, что плотность воздуха быстро уменьшается с высотой. Так, на высоте 5,5 км над Землей плотность воздуха в 2 раза меньше его плотности у поверхности Земли, на высоте 11 км – в 4 раза меньше и т. д. Чем выше, тем воздух разреженнее. В самых верхних слоях (сотни и тысячи километров над Землей) атмосфера постепенно переходит в безвоздушное пространство. Четкой границы воздушная оболочка, окружающая Землю, не имеет. А самая большая плотность воздуха у поверхности Земли. Опытным путем установлено, что при t=0°С на уровне моря плотность воздуха равна 1,29 кг/м³.

Журналист 2:

Мы живем на дне воздушного океана. А каково же строение атмосферы?

Ученый 1:

По своему строению атмосфера напоминает многоэтажный дом. Первый этаж – тропосфера, (тропос – поворот). Этот слой простирается в среднем до 11 км над уровнем моря. Температура в нем с высотой уменьшается. 4/5 всей массы атмосферы сосредоточено в ней, здесь находится весь водяной пар. Большинство наблюдаемых нами явлений погоды образуется в этом слое.

Ученый 2:

Второй этаж – стратосфера (стратум – настил, слой). Он расположен между 11 км – 55 км над уровнем моря. Стратосфера по массе составляет 1/5 часть атмосферы, здесь постоянная температура около 40 градусов ниже нуля.

Ученый 3:

Третий этаж – мезосфера (мезо – средний, промежуточный). Этот слой занимает пространство между 55 км - 80 км от Земли. Именно в этом слое находится газ озон, который защищает все живое на Земле от губительного действия ультрафиолетовых лучей Солнца. Иногда в мезосфере появляются серебристые облака, которые видны только в сумерках.

Ученый 1:

Четвертый этаж – термосфера (термо – температура). Воздух в термосфере сильно разрежен. Частицы движутся с такими большими скоростями, которые имеют молекулы при температурах 1000-2000° С.

Ученый 2:

Пятый этаж – экзосфера (экзо – снаружи, вне). Это внешняя оболочка атмосферы. Высота этого слоя 500-600 км. Молекулы, двигаясь с огромными скоростями, иногда улетают в космос. Да, атмосфера Земли постепенно улетучивается. Но опасаться нечего: воздуха хватит еще на миллиарды лет!

Космонавт 1:

Я дополню, что небесные тела, у которых сила тяжести значительно меньше, чем у Земли (Луна, Меркурий) уже распрощались со своей атмосферой.

Журналист 3:

На всех ли высотах в атмосфере температура воздуха одинакова?

Космонавт:

Я отвечу на это вопрос. Нет, температура воздуха меняется. Мы видим в таблице, что по мере подъема от поверхности Земли температура воздуха сначала убывает. Мы ведь знаем, что вершины высоких гор круглый год покрыты снегом и льдами. Тот, кто летал на авиалайнерах, неоднократно слышал сообщения бортпроводниц о том, что температура воздуха за бортом самолета 60-70 градусов мороза. А современные авиалайнеры летают на высотах 8-10 км.

Космонавт 3:

Температура воздуха уменьшается до 17 км над тропиками и 10 км над полярными областями. На границе тропосферы она составляет над тропиками – 75° С, а над полюсами -60° С.

Космонавт 1:

В стратосфере температура воздуха постоянна до высот 25-30 км, а затем до высоты 55 км достигает 0°С.

Таблица № 1. Температура атмосферы на различной высоте над землей

В зависимости от вертикального распределения температуры атмосферу делят на пять слоев: тропосферу (высота нижней и верхней границы тропосферы от 0 до 11-16 км), стратосферу (от 11-16 до 50-55 км), мезосферу (от 50-55 до 80 км), термосферу (от 80 до 600-800 км) и экзосферу (выше 600-800 км). Температура воздуха от поверхности земли, где она принимается равной 15 °С, до верхней границы тропосферы понижается в среднем на 6 °С на 1 км подъема. В нижней части стратосферы (до высоты 20 км) температура атмосферы остается приблизительно постоянной, а затем повышается в среднем на 1-2 °С на 1 км подъема и на верхней границе (~ 50 км) становится равной -2.5 °С. В мезосфере температура с высотой понижается, и у верхней границы мезосферы (~ 80 км) температура атмосферы достигает -75°С. По мере дальнейшего увеличения высоты вновь происходит повышение температуры. Это же характерно и для термосферы, где температура, возрастая с увеличением высоты, достигает очень больших значений (свыше 1000 °С). В малоизученной области атмосферы – зкзосфере – температура с увеличением высоты возрастает предположительно до 2000 °С.

Космонавт 2:

А в мезосфере температура снова начинает уменьшаться по мере подъема, она падает до – 100°С и даже 90-150°С на высоте около 80 км.

Космонавт 3:

А в термосфере температура по мере подъема возрастает.

Космонавт 1:

Атмосфера напоминает слоеный пирог: слои, где температура понижается, чередуются со слоями, где она повышается. Снизу атмосфера подогревается земной поверхностью, а сверху солнечным излучением.

Космонавт 2:

На высоте 200 км температура воздуха становится равной 400°С, а на высоте 400 км уже 1000°С.

Журналист 1:

У меня вопрос. На таких высотах летают космические корабли, космонавты выходят в открытый космос. Как они в такой ужасной “жаре”?

Космонавт 2:

Дело в том, что на больших высотах атмосфера становится крайне разреженной.
Так, на высоте 400 км давление воздуха соответствует глубочайшему вакууму. При таком огромном разрежении самих-то молекул крайне мало, поэтому столь высокая температура не может причинить вреда космонавтам.

Журналист 2:

И у меня вопрос к космонавтам. Видна ли атмосфера Земли из космоса?

Космонавт 3:

Да, видна. У Юрия Гагарина в бортовом журнале было записано: “Лучи просвечивали сквозь земную атмосферу, горизонт стал ярко-оранжевым, постепенно переходя во все цвета радуги: К голубому, синему, фиолетовому, черному. Неописуемая цветовая гамма, как на полотнах Рериха”. “Земля с высоты 175-327 километров просматривается очень хорошо. Земля имеет очень характерный, очень красивый голубой ореол. Этот ореол очень хорошо просматривается, когда наблюдаешь горизонт, плавный переход от нежно-голубого цвета через голубой, синий, фиолетовый и совершенно черный цвет неба. Очень красивый переход”.

Журналист 4:

Меня интересует, на какую высоту поднимался олимпийский аэростат "Мишка"?

Ученый 4:

Олимпийский аэростат "Мишка", наполненный гелием, имел вместимость500м? (масса оболочки аэростата 380кг.) Чтобы не мешать движению самолётов, он должен был подняться над Лужниками в Москве не выше 1500 метров, где плотность воздуха при нормальных условиях на 20% меньше, чем у поверхности Земли.

Журналист 4:

Ещё вопрос. Почему пассажирам самолёта не рекомендуют иметь заряженные чернилами авторучки?

Ученый 4:

Отвечу. По мере подъёма самолёта над поверхностью Земли атмосферное давление уменьшается, и чернила в баллончике авторучки оказываются под давлением, большим окружающего воздуха. Поэтому чернила из ручки вытекают и могут испортить в костюм.

Журналист 1:

У меня вопрос к экологам. Какую роль играет атмосферное давление в живой природе?

Эколог 1:

Мухи и древесные лягушки могут держаться на оконном стекле, благодаря крошечным присоскам, в которых создаётся разрежение, и атмосферное давление удерживает присоску на стекле.

Эколог 2:

А рыбы – прилипалы имеют присасывающую поверхность, состоящую из ряда складок, образующих глубокие "карманы". При попытке оторвать присоску от поверхности, к которой одна прилипла, глубина карманов увеличивается, давление в них уменьшается и тогда внешнее давление ещё сильнее прижимает присоску.

Эколог 3:

А слон использует атмосферное давление всякий раз, когда хочет пить. Шея у него короткая, и он не может нагнуть голову в воду, а опускают только хобот и втягивает воздух. Под действием атмосферного давления хобот наполняется водой, тогда слон изгибает его и выливает воду в рот.

Эколог 1:

Засасывающее действие болота объясняется тем, что при поднятии ноги под ней образуется разряженное пространства. Перевес атмосферного давления в этом случае может достигать 1000Н на площадь ноги взрослого человека. Однако копыта парнокопытных животных при вытаскивании из трясины пропускают воздух через свой разрез в образовавшееся разряженное пространство. Давление сверху и снизу копыта выравнивается, и нога вынимается без особого труда.

Журналист 2:

Как объяснить "втягивание жидкости в рот, когда мы пьём?

Врач 1:

Почему, в самом деле, жидкость устремляется к нам в рот? Что её увлекает? Причина такова: при питье мы расширяем грудную клетку и тем разряжаем воздух во рту: под давлением наружного воздуха жидкость устремляется в то пространство, где давление меньше, и таким образом проникает в наш рот. Наоборот, захватив губами горлышко бутылки, вы никакими усилиями "не втянете" из неё воду в рот, так как давление воздуха во рту и над водой одинаково. Итак, строго говоря, мы пьём не только ртом, но и лёгкими; ведь расширение лёгких -причина того, что жидкость устремляется в наш рот.

Журналист 3:

У меня вопрос к экологу. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб. км пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется такое в ходе производственной деятельности людей. Воздействие на окружающую среду приняло угрожающие масштабы. Как изменить такое положение?

Эколог 2:

Чтобы в корне улучшить положение, понадобятся целенаправленные и продуманные действия. Мы должны накопить надежные данные о современном состоянии среды, обоснованные знания о взаимодействии важных экологических факторов, разработать новые методы уменьшения и предотвращения вреда, наносимого Природе человеком.

Учитель:

Подведем итог обсуждения темы:

Любовь к природе, как и всякая человеческая любовь, несомненно закладывается у нас с детства. А наше отношение к окружающей среде – отражение нашего отношения друг к другу. Позвольте завершить урок собственным стихотворением:

Воздух нам необходим.
И вода, и много света.
Мы живем и жить хотим.
Будем же беречь планету!
В небо мчатся корабли,
Птицы ввысь летят стрелою.
Нам нельзя быть на мели,
По Земле идем тропою.
Тропки разные у нас,
Цель одна: достичь успеха.
Вы старайтесь, как сейчас,
И успехов, как орехов!
Пусть глаза всегда горят!
Физику любите, дети!
Звезды пусть на вас глядят,
Солнце пусть поярче светит!
Будет счастье, будет мир,
И здоровье, и успехи!
Вам спасибо от души!
Я люблю вас, мои дети!