Конспект уроку по темі "Атмосферний тиск. Розвязання розрахункових і якісних задач"

Використання фактів із живої природи, з метою глибшого розуміння учнями явищ які вивчаються на уроці. На прикладі вивчення теми:

“Атмосферний тиск” в 7 класі.

Тема: Атмосферний тиск.

Мета: З'ясувати причини, що зумовлюють існування повітряної оболонки Землі, ознайомити учнів із тиском атмосфери, розглянути ряд явищ, що пояснюються існуванням атмосферного тиску.

Обладнання: посудина з водою, трубки, таблиця: "Будова атмосфери", циліндр із поршнем.

Активізація класу. Після відмічання присутніх і перевірки домашнього завдання вчитель оголошує тему і мету уроку.

З географії відомо, що Земля оточена повітряною оболонкою - атмосферою. (Від грецьких слів атмос - пара, повітря і сфера - куля). Атмосфера - це сукупність газів, які в свою чергу складаються з безлічі молекул. Атмосфера сягає на висоту кількох тисяч кілометрів. Ми живемо на дні повітряного океану. Про повітря стародавній вчений Платон говорив: повітря, як і океан належить всім і нікому. Його не можна поділити між людьми. Ним користується кожен. Без повітря немає життя. Без води можна прожити кілька днів, без їжі - кілька тижнів. А без повітря - лише деяку мить. Що ж таке повітря? Через нього видно будинки, Місяць, Сонце, зорі. А самого повітря при цьому не видно. Повітря всюди і там в небі і біля нас. Тільки якесь божество може бути таким. Йому поклонялися, приносили жертви. Божественне ніщо? Всюдисуще і невагоме! - так визначав повітря Платон.

Але чи таке вже воно й невагоме? Повітря, як і всі тіла, складається з молекул розділених проміжками. В газах молекули майже не взаємодіють одна з одною. Всі тіла, внаслідок притягання до Землі, падають на її поверхню. Чому ж молекули повітря не попадають на поверхню Землі? (Подібно тому як сніжинки, що падають на поверхню Землі вкривають її сніговим шаром). Це можливо тому, що молекули рухаються. Але яким є цей рух? При грі в більярд кулі рухаються по поверхні стола. Але якщо збільшити силу удару кия, тобто надати молекулам більшої швидкості, то вони вилетять за борт, а якщо вдарити з ще більшою силою? То відлетять ще вище. Отже молекули рухаються з такою великою швидкістю, що відриваються на тисячі кілометрів від Землі. Найбільше молекул біля поверхні Землі, а чим вище тим молекул менше, а отже і менша густина повітря. Однак, внаслідок притягання молекули не можуть зовсім покинути Землю. Встановлюється динамічна рівновага. Внаслідок притягання молекул до Землі вони будуть створювати тиск на її поверхню (подібно тому як підручник, що лежить на столі, чинить тиск на поверхню стола). Було встановлено, що 1 м³ повітря має масу 1,3 кг, тобто важить 13Н. (Густина повітря 1,29 кг/м³). Вся земна атмосфера має масу 5∙10¹⁵ т. Якби вагони, що потрібні для перевезення такої маси, зчепили б один з одним то вийшов би ешелон який би оперезав нашу Землю 1 мільйон раз. Отже на 1 м² поверхні діє повітря масою 10 т (з силою 100000 Н). На людину діє повітря масою 15 т (з силою 150000 Н, площа поверхні тіла людини 1,5 м² ). На 1 см² діє сила 10Н.

Щоб впевнитись що повітря чинить тиск, проведемо такий дослід. В посудину з водою опустимо трубку з поршнем. Будемо переміщати поршень вверх. Вода буде підніматись за поршнем вверх по трубці за рахунок атмосферного тиску, який діє на рідину в посудині зверху.

(Рідина передає тиск в усі сторони (знизу на поршень) - закон Паскаля).

Якщо трубку вставити в посудину з водою і закрити верхній кінець пальцем, а потім її вийняти з води, то в трубці залишиться певна кількість води, яка не буде виливатись. Вона буде утримуватись в трубці за рахунок атмосферного тиску. Якщо палець відпустити то рідина виллється.

Стакан з водою, накрити листом паперу. При перевертанні стакана догори дном рідина не буде виливатися.

Явище піднімання рідини в трубках, під дією атмосферного тиску, використовується при набиранні чорнила в авторучку, піпетку, шприц. Ставимо учням такі запитання.

Завдання 1. Якщо листок прикласти до губ і втягнути повітря, то листок розірветься? Чому?

Завдання 2. Якщо втягувати повітря - щоки западають? Чому? Завдання 3. Чому ми можемо пити воду через соломинку?

Завдання 4. Під час глибокого вдиху в легені дорослої людини входить близько 4 дм³ повітря. Визначте масу цього повітря. V_{повітря} = 4 дм³ m = ρV;

ρ_{повітря} = 1,29 кг/м³;    m - ?                        V = 4 дм³ = 0,004 м³; m = 1,29·0,004 = 0,005 (кг) = 5 г.

Завдання 5. Учень підрахував, що маса повітря, яке пройшло через його легені, протягом минулої доби становить 15 кг. Який об'єм займає повітря, яке пройшло через легені учня?

m_{повітря}= 15 кг           V = m/ρ;                                   ρ_{повітря}= 1,29 кг/м³;  V - ?                         V = 15/1,29 = 11,6 (м³).

Завдання 6. Яка сила діє на титульну сторінку підручника з фізики з боку атмосфери.

Вимірюємо ширину і довжину обкладинки підручника.  а = 22 см     Знайдемо площу титульної сторінки підручника. b = 14 см |   S= аb = 22·14 = 208 (см²).

F - ?             Відомо, що на 1см² поверхні, атмосфера діє з силою 10 Н.

Тоді на 208 см² діє сила 2080 Н.

Ставимо учням питання. Чому ж ми можемо легко підняти підручник з поверхні стола? Чому не провалюється стіл під дією атмосфери, не видавлюються шибки в будинках?

Підводимо учнів до висновку що цього не відбувається тому що атмосфера створює тиск не лише зверху на предмети а й знизу і з сторін,

Якщо предмет на поверхні лежить дуже щільно, то він ніби "прилипає" до цієї поверхні, і "відірвати" його буває досить важко. Досить невеликої щілини між поверхнею і предметом, і його тоді легко підняти (повітря потрапляє між поверхні і тиск зверху і знизу предмета вирівнюється).

До життя під дією атмосферного тиску пристосувались і живі організми.

Механізм всмоктування. М'язовим зусиллям (скороченням м'язів язика, піднебіння і ін.) створюється від'ємний тиск (розрідження) в ротовій порожнині, і атмосферний тиск заштовхує туди порцію рідини.

Механізм дії різних присосок. Присоски мають форму або половини кулі з липкими краями і сильно розвинутою мускулатурою (краї притискаються до здобичі, потім об'єм присоски збільшується; прикладом можуть бути присоски п'явок і головоногих), або складаються із ряду складок шкіри в вигляді вузьких кишень. Краї прикладаються до поверхні на якій потрібно втриматися; при спробі відтягнути присоску, глибина кишень збільшується, тиск в них зменшується, і атмосферний тиск сильніше притискає присоску до поверхні.

Наприклад риба-прилипалка, або ремора, має присоску, яка займає майже всю довжину голови. Ця риба присмоктується до інших риб, каменів, а також до човнів і кораблів. Вона присмоктується так сильно, що її легше розірвати, ніж відчепити. Завдяки цьому вона служить своєрідним рибальським гачком.

Щупальця кальмара, густо всіяні різнокаліберними присосками. Аналогічно побудовані присоски свинячого кліща, при допомозі яких цей черв'як причіплюється до стінок кишечника людини.

Ходіння по болоті. Вплив атмосферного тиску проявляється досить помітно при ходьбі по в'язкому грунті (засмоктуюча дія болота). При підніманні ноги, під нею утворюється розріджений простір; надлишок зовнішнього тиску протидіє підняттю ноги. Сила тиску на ногу дорослої людини може досягати 1000 Н. Особливо це видно при ходьбі коня, тверде копито якого діє подібно поршню.

Цікаве "застосування" газових законів в житті своєрідної риби голкобрюха. Вона живе в Індійському океані і Середземному морі. Тіло її густо всіяне багаточисельними шипами. В спокійному стані вони більш-менш щільно прилягають до тіла. При виникненні небезпеки голкобрюх зразу ж рухається до поверхні води і, поглинаючи повітря в шлунок, перетворюється в надуту кулю; шипи при цьому піднімаються і стирчать в усі сторони. Риба тримається біля самої поверхні, відкинувшись вверх животом, при цьому частина тіла виступає над водою. В такому положенні голкобрюх захищений від хижаків як знизу, так і зверху. Коли небезпека минає, голкобрюх випускає повітря і тіло його приймає звичайну форму.

Деякі суглоби нашого скелета не розпадаються внаслідок дії атмосферного тиску. Наше тазобедренне з'єднання являє собою саме таке з'єднання. Можна відділити це з'єднання від мускульних і хрящових зв'язків, і все таки стегно не випадає: його стискає атмосферний тиск, так як в міжсуставному просторі повітря немає.

Закріплення вивченого матеріалу проводиться за запитаннями.

1. Якщо лійку щільно притулити до пляшки і наливати рідину, то остання не литиметься в пляшку. Що потрібно зробити, щоб рідина лилась в пляшку? Пояснити явище. //Між лійкою і пляшкою вставити соломинку для доступу повітря в пляшку//.

2. Поясніть дію медичних банок. //Нагріте повітря в банці, після охолодження створює менший тиск ніж атмосфера і банка притискається до тіла//.

3. Чому щільно притиснуту газету важко відірвати від стола?

4. Чому біля поверхні Землі атмосферний тиск найбільший?

5. Як змінюється густина повітряної оболонки Землі з висотою?

6. При запуску зондів на велику висоту куля заповнюється газом частково. Чому на великій висоті вона округлюється і навіть може лопнути?

7. Що робиться з легенями пілота, коли він піднімається на літаку вгору над Землею без спеціального костюма? //Легені можуть розірватися//.

8. У слона коротка шия, що заважає йому нагинатись до водойми, щоб напитися. Як же йому вдається напитись? //Слон підсвідомо використовує атмосферний тиск: він опускає хобот у воду і втягує в себе повітря. Під дією атмосферного тиску хобот наповнюється водою, потім слон згинає його і виливає воду в рот//.

9. Як утримується равлик на поверхні інших тіл? //Під присоскою утворюється розрідження//.

10.                    На столі стоїть посудина з водою. Як за допомогою гумової трубки перелити воду з цієї посудини в іншу? //Трубку повністю опустити в воду. Закрити один кінець трубки пальцем і опустити його в другу посудину. Відпустити палець//.

11.                    Чи однаковий буде об'єм гумової кулі, наповненої газом, якщо змінюватиметься погода? //Неоднаковий, оскільки при зміні погоди змінюється атмосферний тиск//.

12.                    Чому під час відкривання пляшки з газованою водою спостерігається великий потік піни і навіть рідини? //Оскільки в пляшці тиск газу був більший від атмосферного, а при витягуванні  корку відбувається вирівнювання тиску. При цьому інтенсивний потік газу захоплює частину рідини//.

Завдання додому. Відповідний параграф підручника, запитання після параграфа.