Урок "Атмосферний тиск. Вимірювання атмосферного тиску. Барометри"

Урок 45 Атмосферний тиск. Вимірювання атмосферного тиску. Барометри

Мета: сформулювати поняття про атмосферний тиск і пояснити його існування на підставі молекулярно-кінетичних уявлень. Розвивати творчі здібності та логічне мислення учнів; показати учням практичну значущість набутих знань. Виховувати культуру оформлення задач.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Хід уроку

1. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

2. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

3. АКТУАЛІЗАЦІЯ ЗНАНЬ

Перш, ніж приступити до вивчення нової теми, згадаймо терміни, які вивчали на попередніх уроках. Вправа «Передай м'яч». Вчитель задає питання і передає м'яч першому учневі, який відповідає на питання і передає м'яч, за своїм бажанням, іншому.

- Тиск. Одиниці вимірювання.

- Способи зміни тиску твердих тел.

- Від чого залежить гідростатичний тиск?

- Формула для розрахунку тиску твердих тел.

- Закон Паскаля.

- Як розрахувати тиск рідини?

4. МОТИВАЦІЯ ЗНАНЬ ТА ВМІНЬ

Проблемне питання

Завдяки чому ми можемо зробити ковток чаю? Чому не можна випити всю пляшку води, не відриваючи губ від горлечка пляшки?

Сьогодні ми зможемо дати відповідь на це питання.

Епіграфом до нашого уроку можна взяти наступні слова:

"Щоб зрозуміти, чому явище, щодня і всіма, не звертало на себе увагу, треба згадати, що не всі люди обдаровані здатністю дивуватися". Академік Франсуа Араго. Сьогодні на уроці ми будемо дивуватися.

5. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Атмосфера

На уроках природознавства ви вивчали нашу Землю. І знайомі із поняттям «атмосфера».

Що 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.)

Чому існує повітряна оболонка Землі?

•                   Молекули й атоми атмосфери мають масу, тому вони притягуються до Землі завдяки гравітаційній взаємодії.
•                   Молекули газів, що складають атмосферу, перебувають у неперервному русі. Через це вони не падають на Землю, а «носяться» в просторі біля Землі.

??? Чи велика маса атмосфери?

Діти, витягніть руки вперед долонями вгору. Що ви відчуваєте? Вам важко? Ні, дивно, адже на ваші долоні тисне повітря, причому маса цього повітря дорівнює масі КАМАЗа, завантаженого цеглою. Тобто близько 15 тонн! А хто-небудь може відповісти, чому ми не відчуваємо цього? Пояснюючи це явище, ми відкриваємо таємницю дивовижного і важливого фізичного явища, яке є темою нашого уроку. У зошитах запишіть тему уроку «Атмосферний тиск».

Якщо ви попрацюєте на уроці плідно, то зможете відповісти на питання: Чому нас повітря не може розчавити своєю вагою? Чому люди не відчувають тиск атмосфери, але при цьому його різкі зміни несприятливо позначаються на їх самопочутті і здоров'ї?

За підрахунками, атмосфера Землі важить близько (пʼять квадріліонів тон 5000000000000000= 10¹⁵) 5·10¹⁸ кг.

Атмосферний тиск

Ще в давнину людина помічала, що повітря чинить тиск на наземні предмети, особливо під час бур і ураганів. Вона користувалася цим тиском, змушуючи вітер рухати вітрильні суда, крутити крила вітряків. Однак довго не вдавалося довести, що повітря має вагу. Тільки в XVII столітті був поставлений дослід, що довів вагомість повітря. Приводом до цього стала випадкова обставина.

В Італії (1638г.) герцог Тосканський вирішив побудувати фонтан на терасі палацу. Грошей не шкодував, йому хотілося бути володарем самого великого фонтану. Побудували насос, однак він піднімав воду з підземного джерела всього лише на висоту 10,3 м над рівнем водойми. Герцог рвав і метав, звинувачуючи вчених в невігластві, а місцевих служителів церкви в невмінні вигнати злого духа з насоса.

У XVII столітті французький вчений Блез Паскаль (1623— 1662 рр..) виконав наступний дослід. Довгу скляну трубку, запаяну з одного кінця, він заповнив водою, а потім опустив відкритим кінцем у бочку з водою. Вода почала виливатися з трубки, але не витекла до кінця, а зупинилася в 10,3 м над поверхнею води в бочці. Чому в першому і в другому прикладі вода зупинилася на висоті 10,3 м?

Доведемо існування атмосферного тиску.

Демонстрація. Учитель наповнює водою склянку, накриває зверху аркушем паперу, притискає його рукою і перевертає склянку. Руку прибирає — аркуш паперу тримається, вода не виливається.

Аркуш паперу втримується атмосферним тиском, що діє в усіх напрямках.

Атмосферний тиск – це тиск, який створює атмосфера на всі тіла, що в ній перебувають, а також на земну поверхню.

У 1654 році магдебурзький бургомістр і фізик Отто фон Геріке показав один дослід, який тепер у всьому світі називають дослідом з магдебурзькими півкулями. Коли півкулі склали разом, між ними помістили шкіряне кільце, не лишили між півкулями навіть найменшої щілини. Потім за допомогою насоса відкачали повітря з простору між півкулями. Яка ж сила стискала півкулі, протидіючи силі шістнадцяти коней?

Пропоную зробити аналогічний дослід за допомогою простих засобів. Візьмемо дві склянки, частину свічки, трохи газетного паперу, ножиці. Поставимо запалений недогарок свічки в одну із склянок. Виріжемо з декількох шарів газетного паперу, покладених один на інший, коло діаметром трохи більше, ніж зовнішній край склянки. Потім виріжемо середину кола таким чином, щоб більша частина отвору склянки залишилася відкритою. Змочивши папір водою, ми отримаємо еластичну прокладку, яку і покладемо на верхній край першої склянки.

Обережно поставимо на цю прокладку перевернутий другий стакан і його притиснемо до паперу так, щоб внутрішній простір обох склянок виявилося ізольованим від зовнішнього повітря. Свічка невдовзі згасне. Тепер, взявшись рукою за верхній склянку, піднімемо його. Ми побачимо, що нижня склянка ніби прилипла до верхньої склянки і піднімається разом з нею.

??? Чому це сталося?

Відповідь: Вогонь нагрів повітря, що міститься в нижньому склянці, а, як ми вже знаємо, нагріте повітря розширюється і стає легше, тому частина його вийшла зі склянки. Коли ми повільно наближали до першого склянці другої, частина містився в ньому повітря також встигла нагрітися і вийшла назовні. Значить, коли обидві склянки були щільно придавлені один до іншого, в них було менше повітря, ніж до початку досліду. Свічка погасла, як тільки був витрачений весь кисень. Після того, як всередині склянки гази охололи, там виник розряджений простір, а повітряний тиск зовні залишився незмінним, тому він щільно придавило стакани один до іншого, і коли ми підняли верхній з них, то і нижній піднявся разом з ним. Стакани були б ще набагато сильніше притиснуті один до одного, якщо б нам вдалося створити всередині них абсолютно порожній простір.

Чому люди не відчувають дії атмосферного тиску?

Наступний дослід допоможе нам зрозуміти це.

Дослід. Якщо розтягнути двома руками паперовий аркуш, і дехто з одного боку натисне на нього пальцем, то результат буде один — дірка в папері. Але якщо натиснути двома пальцями на одне і те ж місце, але з різних сторін, нічого не трапиться. Тиск з обох сторін буде однаковим. Те ж саме відбувається і з тиском повітряного стовпа і зустрічним тиском всередині нашого тіла: вони врівноважують один одного. Цікаво, що атмосфера тисне на нас не тільки зверху, як тягар, що лежить на плечах, але з усіх сторін. Адже ми знаходимося під атмосферою, а всередині неї. Молекули штовхають нас звідусіль: і зверху, і з боків, і навіть зсередини. Більше того, якби атмосфера не тиснула на нас зовні, то ті молекули, які знаходяться всередині нас, стали б тиснути зсередини так сильно, що ми б просто лопнули, як занадто надута повітряна куля. Кровоносні судини та інші порожнини організму, які заповнені рідинами чи газами, чинять на стінки судин і порожнин такий самий тиск. Тому тканини організму не деформуються, а атмосферний тиск не відчувається.

Вимірювання атмосферного тиску

??? Як можна визначити атмосферний тиск? Чи можна застосувати формулу для розрахунку p=ρgh? (Ні, оскільки щільність атмосфери змінюється з висотою і чітких кордонів атмосфера не має). Як бути? Як дізнатися тиск? (Його можна виміряти). Як виміряти атмосферний тиск? Дослід Паскаля повторити не так-то легко. Уявляєте собі, як працювати зі скляною трубкою довжиною понад 10 м? Адже вона підніметься вище третього поверху!

Тому італієць Эванджелиста Торрічеллі (1608— 1674 рр.) вирішив працювати з більш важкою рідиною — ртуттю. Ртуть в 13,6 разів важче (щільніше води. Тому для того, щоб отримати ту ж вагу, потрібно стовп ртуті в 13,6 разів меншої висоти, ніж стовп води. Правда, ртуті дуже отруйна. Але в ті часи про це не надто замислювалися.

Дослід Торрічеллі

Скляну трубку завдовжки близько 1 м, запаяну з одного кінця, наповнюють ртуттю. Потім, щільно закривши другий кінець трубки, її перевертають, опускають у чашку із ртуттю і під ртуттю відкривають кінець трубки. Частина ртуті при цьому виливається в чашку, а частина залишається в трубці. Висота стовпа ртуті, яка залишалась у трубці, дорівнює приблизно 760 мм. У трубці над ртуттю повітря немає, там безповітряний простір.

Згідно закону Паскаля:

Атмосферний тиск дорівнює тиску стовпа ртуті в трубці.

Тобто тиск стовпчика ртуті висотою 760 мм дорівнює атмосферному.

Тиск, який створюється стовпчиком ртуті висотою 760 мм, називають нормальним атмосферним тиском: р_{атм н} = 760 мм рт. ст.

За одиницю атмосферного тиску прийнято один міліметр ртутного стовпа (1 мм рт. ст.).

Визначимо тиск ртутного стовпа висотою 1 мм:

1 мм рт. ст. = 133,3 Па

760 мм рт. ст. =101 325 Па

Таким чином, Торрічеллі винайшов ртутний барометр — прилад для вимірювання атмосферного тиску. Встановивши в лабораторії чашу з ртуттю і закріпивши над нею скляну трубку, він міг спостерігати, як ртуть у трубці в різні дні піднімалася вище або опускалася нижче середнього рівня. У перекладі з грецької це слово означає "Вимірювач важкості".

Зміна висоти на кожні 11 метрів призводить до зміни тиску 1 мм рт. ст. (або на 133,3 Па).

Прилади для вимірювання атмосферного тиску

Барометр — прилад для вимірювання атмосферного тиску.

Для вимірювання атмосферного тиску використовують ртутний барометр, барометр-анероїд і барограф.

Ртутний барометр

При зміні атмосферного тиску ртуть у чашечці піднімається або опускається. Величина атмосферного тиску визначається за висотою ртутного стовпчика в трубці.

Барометр-анероїд

"Анероїд" в перекладі з грецького означає "безрідинний": у ньому немає ртуті. Головною його частиною є пружна металева коробочка, з якої викачане повітря. Це робить її дуже чутливою до змін тиску ззовні. При підвищенні тиску вона стискається, а при зменшенні - розширюється. Ці коливання через особливий механізм передаються стрілці, яка показує на шкалі величину атмосферного тиску в міліметрах ртутного стовпа.

Якщо атмосферний тиск підвищується, це означає, що погода буде гарною: холодною – взимку та спекотною влітку; якщо різко падає, то можна очікувати появи хмарності, насичення повітря вологою; пониження тиску влітку віщує похолодання, взимку – потепління.

Барограф

Прилад для безперервного запису зміни атмосферного тиску. Складається з приймальної частини, передавального механізму, з'єднаного з пером, та барабана з стрічкою, який обертається за допомогою годинникового механізму.

На практиці користуються барометрами-анероїдами завдяки їхній зручності, невеликим розмірам і безпечності.

За допомогою барометрів можна прогнозувати зміну погоди та визначати висоту: атмосферний тиск зменшується перед негодою, а також із висотою.

Атмосферний тиск в житті тварин і людини

Багато живих організмів, наприклад, спрути, п'явки мають присоски, за допомогою яких вони можуть прилипнути до будь-якого предмету. Присоски збільшуються в обсязі, всередині них утворюється розріджений простір, і зовнішній тиск повітря притискає їх до поверхні якого-небудь предмета. Так восьминоги хапають здобич, а п'явки пересуваються. Кінець одного з найдовших ловчих щупалець кальмара густо посипаний різнокаліберними присосками. Риба-прилипала, або ремора, відрізняється присоскою, яка займає половину голови. Ця риба присмоктується до інших риб, каміння, до човнів і кораблів так міцно, що її легше розірвати, ніж відірвати.

Чи замислювалися ви над тим, як ми дихаємо? Механізм дихання полягає в наступному: м'язовим зусиллям ми збільшуємо обсяг грудної клітини, при цьому тиск повітря всередині легень зменшується і атмосферний тиск заштовхує туди порцію повітря. При видиханні відбувається зворотній процес. Чим більше життєва ємність легень, тим дихається вільніше, поліпшується самопочуття, хвороби нас покидають, так як клітини підвищують свій потенціал і куди успішніше протистоять недузі. А для цього ми зараз розучимо комплекс дихальної гімнастики:

Глибоко вдихнути, затримати дихання на 8 секунд і повільно видихнути. Цю вправу повторити 4 рази.

Повітря вдихати невеликими уривками. Затримати повітря на 8 секунд і повільно видихнути. Цю вправу повторити 4 рази.

Повітря вдихати невеликими уривками. Затримати повітря на 8 секунд і видихнути повітря невеликими видихами. Цю вправу повторити 3 рази.

Затиснути ліву ніздрю. Вдихати повітря повільно правою ніздрею. Видихати повітря через рот. Повторити 2 рази.

Натиснути праву ніздрю. Вдихати повітря повільно через ліву ніздрю. Видихати повітря через рот. Повторити 2 рази.

Вдихнути повітря через ніс, а видихнути через рот. Повторити 3 рази.

Затиснути праву ніздрю, вдихнути повітря. Потім через ліву ніздрю видихнути. Повторити 3 рази.

Подихати повільно 1 хвилину.

Хто зараз може дати відповідь на проблемне питання нашого уроку?

Завдяки чому ми можемо зробити ковток чаю? Чому не можна випити всю пляшку води, не відриваючи губ від горлечка пляшки?

Приставивши склянку до губ, починаємо тягнути рідину в себе. Втягування рідини викликає розширення грудної клітини, повітря в легенях і порожнини рота розряджається і атмосферний тиск «заганяє» туди чергову порцію рідини. Так організм пристосовується до атмосферного тиску і використовує його.

6. ЗАКРІПЛЕННЯ НОВИХ ЗНАНЬ ТА ВМІНЬ

Розв’язування задач

1. Виразіть у кілопаскалях тиск 600 мм рт. ст..

2. Виразіть у міліметрах ртутного стовпчика тиск 45 кПа.

3. Біля підніжжя гори барометр показує нормальний атмосферний тиск, а на вершині — 721 мм рт. ст. Яка приблизно висота гори?

4. При вході в метро барометр показує 101,3 кПа. Якими будуть показання барометра на платформі, що перебуває на глибині 33 м?

7. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

Сьогодні на уроці ми познайомилися з дуже цікавим і важливим явищем - атмосферним тиском.

Інтерактивна гра «Незакінчене речення».

На уроці я зрозумів …

Сьогодні я навчився …

На уроці найцікавішим було …

На уроці мені було найважче …

Мене вразило …

А закінчити урок хотілося б словами вченого і письменника Блеза Паскаля:

"Я не стаю багатішим, скільки б не набував земель... - а ось за допомогою думки я охоплюю Всесвіт".

8. Домашнє завдання

Вивчити § 25, Вправа № 25 (5, 7)