Конспект уроку з фізики у 7 класі "Атмосферний тиск. Дослід Торрічеллі"

Тема уроку. Атмосферний тиск. Дослід Торрічеллі

Не всякий складний

 експеримент може давати правоту;

 неправоту може довести і простий.

А. Ейнштейн

Мета уроку: формувати уявлення про атмосферний тиск, про способи його  

вимірювання,  показати практичне значення знань про 

атмосферний тиск, засобами фізичного експерименту довести

існування атмосферного тиску; виховувати спостережливість

та вміння пояснювати явища, спричине­ні атмосферним

тиском; розвивати природне прагнення дітей до пізнання, їх

цікавість як стимул до навчання.

Обладнання: лінійка, зав­довжки 50-100 см; газета; трубка з поршнем; посудина з водою; металевий циліндр з поршнем; банка на 3 літри, кришка до неї з поліетилену; скляна трубка (діаметр 3-5 мм, довжина 10-15см), гумова кулька; нитки і шматок пластиліну; тарілка; копійка; сірники; шматок паперу; колба; варене яйце; портрети фізиків; опорний конспект.

Тип уроку. Урок засвоєння нових знань. 

Конструктор уроку

Хід уроку

І. Перевірка домашнього завдання

Діти, скажіть будь ласка, яку тему ви вивчали на попередньому уроці? Для перевірки основних понять даної теми давайте проведемо гру «Так – ні».

Я зачитую учням запитання, а вони дають відповідь «так» або «ні».

1. Тиск газу є наслідком руху молекул? (Так).

2. Тиск газу не залежить від його густини? (Ні).

3. Тиск газу залежить від температури? (Так).

4. Чим менша температура газу ти тиск більший? (Ні).

5. Тиск, який діє на рідину або газ, передається ним в усіх напрямках однаково? (Так).

6. Дія закону Паскаля залежить від роду рідини чи газу? (Ні).

ІI. Розминка

Діти вдумайтесь в слова даного епіграфу, а в кінці уроку ви дасте відповідь, як ви розумієте його суть.

ІІІ. Актуалізація опорних знань

Бесіда

Актуалізуємо знання, отримані учнями на уроках географії та природознавства. Ви вже знаєте, що всі ми живемо на дні вели­чезного повітряного океану. «Глибина» його становить приблизно 480 км. Тільки в цього океану немає чітких меж і берегів.

Яке ім'я цього океану?  (атмосфера).

Питання до класу

•  Що ж таке атмосфера? (Це повітряна оболонка Землі.)

•   Із чого складається атмосфера? (Це суміш газів: 78 % — азот, 21 % — кисень, а також присутні аргон, вуглекислий газ, ге­лій, неон, двоокис сірки, аміак, озон і водяна пара. До речі, саме слово «атмосфера» було придумане російським ученим М. Ломоносовим.)

•   Чим утримується атмосфера поблизу поверхні Землі? (Силами притягання до Землі.)

•   Які шари розрізняють в атмосфері? (Це: тропосфера — найнижчий шар атмосфери; стратосфера — саме тут пере­буває озоновий шар, що захищає Землю від ультрафіолетового випромінювання; верхні шари атмосфери (мезосфера — найхолодніший шар атмосфе­ри; термосфера -  розділяється на йоносферу та магнітосферу — саме тут відбуваються північні сяйва.

• Яке значення атмосфери для людей та живих організмів на землі?

(Вона захищає нас від шкідливого сонячного проміння, від бомбардування землі метеорами та метеоритами).

Діти, на сьогоднішньому уроці, ми з вами детальніше ознайомимося з поняттям «атмосферний тиск», засобами фізичного експерименту спробуємо довести його існування, та  показати практичне значення знань про  атмосферний тиск.

Діти, що дає  нам в перспективі  вивчення цієї теми? (1. Ці знання будуть потрібні в подальшому вивченні фізики. 2. Матеріал з даної теми відображений в тестах ЗНО. 3. Застосування знань в житті та практичній діяльності).

ІV. Мотивація навчальної діяльності

Демонстрація «Важка» газета

Завдання

Покладіть на стіл лінійку зав­довжки 50-100 см так, щоб її кінець виступав за край стола на 10 см. Вдарте по цьому кінцю молотком. Лінійка відскочить і залишиться ці­лою. (Будьте обережні! Не стійте навпроти лінійки!)

На лінійку покладіть повністю розгорнуту газету. Якщо різко вда­рити по кінцю лінійки молотком, лінійка зламається, а її протилеж­ний кінець із газетою майже не підніметься.

Запитання

1.                    Чому зламалася лінійка? Невже газета така важка?

Пояснити  суть даного експерименту ми зможемо під час вивчення даної теми. (Згори на газету діє сила атмосферного тиску. У випадку різкого удару повітря не встигає вна­слідок інерції потрапити під газету. Тиск на газету згори стає біль­шим, ніж знизу. Міцності лінійки не вистачає, і вона ламається від удару молотка).

V. Вивчення нового матеріалу

Молекули газів, які входять до складу ат­мосфери, перебувають у неперервному русі, але не розлітаються у космосі, хоч атмосфера і не має газонепроникних стінок. Біля поверх­ні Землі їх утримує сила тяжіння. Перебуваю­чи в складі атмосфери, молекули повітря не припиняють хаотичного руху, що й приводить до появи атмосферного тиску. Підтверджен­ням існування атмосферного тиску може служити простий дослід.

Візьмемо трубку з поршнем, опустимо її кінець у посудину з водою. Якщо потягнемо поршень  вгору,  то  вода  підійматиметься  за  поршнем. На вільну поверхню води в посудині діє тиск атмосферного повітря, який передається рідиною в усіх напрямах. Коли поршень піднімається, під ним створю­ється знижений тиск, внаслідок чого туди над­ходить вода.

Незважаючи на те, що людина не відчуває атмосферного тиску, він досить значний. Щоб переконатися в цьому, проведемо дослід з металевим циліндром і поршнем. Вони мають добре притерті поверхні. Циліндр має спеціальний штуцер, через який можна відкачувати повітря. Атмосферний тиск діятиме тільки ззовні. Значен­ня тиску всередині циліндра  дуже мале. Вна­слідок цього поршень буде міцно притиснутий до дна циліндра. Якщо відкрити кран і впустити повітря, то ми зможемо легко вийняти поршень із циліндра.

Схожий дослід, але з півкулями, уперше виконав у XVII ст. німецький фізик, бургомістр міста Магдебурга

Отто Геріке (1602—1686)— німець­кий фізик, який експериментально до­сліджував атмосферний тиск. За допо­могою «магдебурзьких півкуль» проде­монстрував дію атмосферного тиску. Вивчав також явища електрики, пояс­нив природу тертя. Сконструював пер­шу електростатичну машину.

Ця подія залишилася в історії завдяки дуже промовистій гравюрі тих часів, на якій зображено дослід з «маг­дебурзькими півкулями» (додаток 1).

Числове значення атмосферного тиску важ­ливо знати для багатьох наукових і технічних розрахунків. Проте обчислити цей тиск так, як це робиться для рідин, надзвичайно склад­но, оскільки густина повітря на різних висотах різна та й немає чіткої верхньої межі атмо­сфери. Тому атмосферний тиск, як правило, не розраховують, а вимірюють.

Уперше атмосферний тиск виміряв італій­ський фізик і математик Еванджеліста Торрічеллі. (1608—1647) — італійський учений. У дослідах з відкачувальними насосами, які розпочав ще Галілей, встановив, що висота во­дяного стовпа в трубах не перевищує 10 м. Перший виміряв атмосферний тиск за допомогою сконструйованого ним ртутного барометра. Довів, що ви­сота ртутного стовпа барометра стано­вить приблизно 1/14 висоти водяного стовпа.

Він продовжив дослідження Галілео Галілея, який вивчав причину незадовільної ро­боти водяних насосів. Інженери того часу не змогли досягти такої якості насосів, за якої можна було б підняти воду з глибини більш як 10 м. Лише дослідження Торрічеллі дали змогу пояснити це явище.

Дослід Торрічеллі можна провести в лабо­раторії, дотримуючись правил безпеки. Візь­мемо довгу скляну трубку, запаяну з одного кінця, і наповнимо її ртуттю. Ртуть наллємо також у широку посудину.

Закриє­мо відкритий кінець трубки, перевернемо її цим кінцем вниз і опустимо в широку посу­дину з ртуттю. Коли відкриємо трубку, то частина ртуті виллється з неї, а частина — за­лишиться. Створений стовпом ртуті тиск зрів­новажується атмосферним тиском, який не дає ртуті виливатися. Тому говорячи про атмо­сферний тиск, називають висоту стовпа ртуті, тиск якого зрівноважує атмосферний тиск. Тиск такого стовпа дорівнює атмосферному тиску. Наприклад, в одному з дослідів висота ртутного стовпа становила 760 мм. Про ат­мосферний тиск, який підтримував такий стовп ртуті у трубці, сказали, що він дорівнює 760 мм ртутного стовпа (760 мм рт. ст.). Ця оди­ниця — міліметр ртутного стовпа (мм рт. ст.) — не є системною. Нею можна користуватися ли­ше для найпростіших розрахунків.

Виразимо тиск, виміряний у міліметрах ртутного стовпа, у системних одиницях че­рез значення нормального тиску, який стано­вить 760 мм рт. ст. Тиск такого стовпа рту­ті, зумовлений дією сили тяжіння, дорівнює

р = ρ_р gh   

 Враховуючи,   що   густина   ртуті   становить

13,6 • 10³ кг/м³, одержуємо

р= 13,6 • 10 ³ кг/м³ • 9,8  Н/кг • 0,76 м =  101 292,8 Па =  101,3 кПа.

VI. Закріплення вивченого матеріалу

1. Розв’язування задач

Якої довжини  має  бути трубка для проведення досліду Торрічеллі з використанням води.

р = ρ_р gh

h = р/ ρ_р g  

Враховуючи,   що   густина   води   становить

1000  кг/м³, одержуємо

h = 101300Па /1000 кг/м³• 9,8  Н/кг = 10,3 м.

2. Демонстрації

Ділю клас на три групи, кожна з яких отримує експериментальне завдання.

Перша група «Чарівна кулька»

Завдання

Для проведення досліду необхідно мати скляну банку на 3 літри, кришку до неї з поліетилену, скляну трубку (діаметр 3-5 мм, довжина 10-15см), гумову кульку, нитки і шматок пластиліну.

Нагрійте кінець скляної трубки над полумям спиртівки і зробіть у кришці два отвори: один — у центрі, а другий — скраю. Прив'яжіть гумову кульку до одного кінця трубки, а інший вставте у кришку. Шматочком пластиліну закрийте всі щілини між трубкою і кришкою. Закрийте банку кришкою. Надуйте кульку через трубку і пальцем закрийте другий отвір. Кулька не буде роздуватися! Як тільки ви відкриєте отвір, кулька роздується.

Запитання

1.               Чому не роздувається кулька? (Тому, що сила різниці тисків (атмосферного в кульці і повітря в банці) стає рівною силі пружності гумової кульки).

Друга група «Склянка, тарілка і монета»

Завдання

Дістати монету, що лежить на дні тарілки з водою, не замочивши пальців рук, за допомогою склян­ки, сірників і аркуша паперу. (Води в тарілці повинно бути менше, ніж півсклянки).

Умова

Воду з тарілки виливати не можна.

Щоби виконати завдання, треба зім'яти аркуш паперу, підпалити його і покласти у склянку. Дати час паперу розгорітися. Швидко пере­вернути склянку і поставити її в та­рілку з водою поряд із монетою. Вода потрапить до склянки. Із по­смішкою переможця на обличчі взяти монету.

Запитання

1. Чому вода потрапляє до склянки? (Тиск газу під час його охолодження зменшується, а зовні залишається атмосферним. Вода під дією сили різниці тисків потра­пить до склянки).

Третя група «Яйце і посудина з вузьким отвором»

Завдання

Відварене очищене куряче яйце не­обхідно розмістити всередині посуди­ни з вузьким отвором. Яйце повинно залишитись цілим.

                                Примітка

Діаметр отвору посудини повинен бути трохи меншим за розміри яйця.

Один з можливих розв'язків завдан­ня показано на малюнку. Зім’ятий ар­куш паперу необхідно підпалити і проштовхнути через отвір в посудину. Як тільки аркуш згасне, закрити отвір яйцем вузьким кінцем донизу. Яйце буде втягнуто всередину посудини!

Запитання

Чому яйце втягується всередину посудини? (Гази всередині посудини будуть охолоджуватись, тиск - зменшу­ватиметься. Завдяки різниці тисків яйце буде втягнуте всередину посудини).

3.  Якісні задачі

• Хлопчик приклав до рота зірваний з дерева листок. Коли він різко втягнув у легені повітря, то листок з тріском розірвався. Чому? (В ротовій порожнині створюється менший тиск, ніж атмосферний, таму атмосферний тиск розриває листок).
• Чому витягувати ноги з болотистого ґрунту тяжко? (При зануренні ноги в болотистий ґрунт з-під ноги видавлюється повітря, а тому при витягуванні ноги потрібно перемагати не тільки опір в’язкого ґрунту, але й силу атмосферного тиску).
• Чому парнокопитні тварини легше пересуваються по болотистій місцевості ніж однокопитні? (При витягуванні з ґрунту парнокопитної ноги повітря просочується між роздвоєнням копита).
• Чому шланг насоса, що відкачує повітря, роблять товстостінним? (Щоб шланг не сплющувався  під дією атмосферного тиску).

  VII. Підсумок уроку

Бесіда за запитаннями

1. В чому, на вашу думку, полягає зміст даного епіграфу?

(Суть епіграфу полягає в тому, що для розуміння фізичних явищ, не обов’язково проводити складні експерименти, а можна їх пояснити або спростувати за допомогою простих демонстрацій, що ми й робили на сьогоднішньому уроці)

2. Самооцінювання рівня навчальних досягнень учнів, за результатами  набраних на уроці балів, занесених в опорний конспект.

VIII. Домашнє завдання

Опрацювати § 24, впр. 19(1)

Домашній експеримент.

 Наповнити склянку водою до половини, на дно покласти невеликий тягарець (наприклад, маленьку гайку, шайбу, дрібну монету). Закрити склянку аркушем паперу і, притримуючи рукою, перевернути. Не зважаючи на те, що зсередини на аркуш паперу тисне повітря, вода і тягарець, він не відкривається. Поясніть це явище.

(Під дією ваги води і тягарця аркуш паперу прогина­ється, об'єм повітря у склянці збільшується і його тиск

стає меншим від атмосферного. Тому зовнішній атмосферний тиск може зрівноважити тиск вмісту склянки.)

_____________________________________________________

Опорний конспект уроку фізики

Тема уроку. Атмосферний тиск. Дослід Торрічеллі

І. Перевірка домашнього завдання

1. Повідомлення  домашнього завдання.

2.        Гра  «Так – ні».

( Запиши   «так» або «ні» у таблиці на кожне твердження. )

Після перевірки поставити у таблицю знак «+», якщо відповідь правильна і знак «-«, якщо не правильна. Кожен плюс оцінюється в 2 бали. Порахуйте кількість плюсів і результат занесіть до таблиці:

V. Вивчення нового матеріалу

Чому поршень так важко витягнути з циліндра?

Пояснення:___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Якщо ваше пояснення повністю співпадає з правильним, поставте в таблиці 12 балів; якщо майже співпадає – 8 балів; якщо відрізняється – 2 бали.

VI. Закріплення вивченого матеріалу

І ряд

Чому не роздувається кулька?

Пояснення:_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ІІ ряд

Як дістати монету, що лежить на дні тарілки з водою, не замочивши пальців рук, за допомогою склян­ки, сірників і аркуша паперу?

Пояснення:_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ІІІ ряд

Як відварене очищене куряче яйце розмістити всередині посуди­ни з вузьким отвором? Яйце повинно залишитись цілим.

 Пояснення:_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Якщо ваше пояснення повністю співпадає з правильним, поставте в таблиці 12 балів; якщо майже співпадає – 8 балів; якщо відрізняється – 2  бали.

  VII. Підсумок уроку

Порахуйте кількість балів, які ви отримали за урок, і підкресліть в таблиці свою оцінку.