Урок "Атмосферний тиск. Вимірювання атмосферного тиску. Залежність атмосферного тиску від висоти."

 

 

Фізика, 7 клас

Тема: Атмосферний тиск. Вимірювання атмосферного тиску. Залежність атмосферного тиску від висоти.

Мета: сформувати поняття про атмосферний тиск, причини виникнення атмосферного тиску, залежність атмосферного тиску від висоти;

розвивати дослідницькі навички, логіку, мислення, уміння працювати в групах, висловлювати та аргументувати свою думку;

виховувати інтерес до експериментування та дослідження.

 

Хід уроку

 

І. Організаційний етап (Психологічне налаштування учнів класу до вивчення і осмислення знань.)

Доброго дня! Сьогодні ми не будемо звичайними учнями. Я хочу, щоб на ці 45 хвилин ви стали дослідниками, експериментаторами й творцями нових фізичних ідей.

 

ІІ.Актуалізація опорних знань.

Інтерактивна вправа «Так чи ні»

Вага тіла 42 кг. (Ні)

Тиск рідин, зумовлений силою тяжіння, називається, гідростатичним тиском.(Так)

В Па вимірюється сила. (Ні)

У сполучених посудинах вільні поверхні однорідної рідини встановлюються на одному рівні.(Так)

Тіло вагою 60 Н має масу 6 кг.(Так)

Згідно з законом Паскаля тиск усередині рідини або газу на тому самому рівні різний в усіх напрямах. (Ні)

 

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності.

1. Еврестична бесіда.

З уроків природознавства та географії ви знаєте, що ми живемо на дні величезного повітряного океану.

• Як називають повітряну оболонку Землі? (Атмосфера)
• Із чого складається атмосфера? (Повітря – це суміш газів: кисню, водню, азоту, аргону, вуглекислого газу, водяної пари тощо)
• Чи у всіх планет Сонячної системи є атмосфера? (Ні, наприклад, атмосфера відсутня на Місяці  й практично її не має на Меркурії)
• Чи має атмосфера чітку межу? (Ні. З висотою густина повітря зменшується.)
• Поміркуйте, чому атмосфера утримується біля нашої планети? (Завдяки силі земного тяжіння атмосферні гази утримуються на поверхні землі і не відлітають в простір)
• Яке значення має атмосфера для нашої планети? (Атмосфера містить кисень, необхідний нам для дихання, підтримує тепловий баланс на нашій планеті, захищає нас від ультрафіолетового випромінювання тощо)

 

 

 

2. Прийом «Здивуй» (пропоную учням переглянути відеоролик «Скажена бляшанка»)

Проблемне питання:Що спричинило деформацію бляшанки?(Бляшанка деформувалась під дією тиску, створеного вагою повітря, на площу поверхні бляшанки.)

Висновок: тіла, що перебувають на земній поверхні, зазнають тиску всієї товщі повітря, або як зазвичай говорять, зазнають атмосферного тиску.

 

 

ІV. Повідомлення теми, мети, завдань уроку.

Сьогодні тема нашого уроку «Атмосферний тиск. Вимірювання атмосферного тиску. Залежність атмосферного тиску від висоти.»

Завдання уроку: набути навичок проведення наукового дослідження та вміння його пояснювати, спираючись на отримані знання. Дати відповідь на запитання: Чому ?  Як ?, які виникли у вас під час роботи в групах над проектом «Атмосферний тиск».

Дати відповідь на проблемне питання «Чому тіла, які знаходяться на поверхні Землі, не зазнають такої деформації, як бляшанка?»

 

V. Вивчення і осмислення нових знань.

 

1. Група «фізики-експериментатори». Демонстрація дослідів, що підтверджують існування атмосферного тиску.

Унаслідок притягання до Землі, атмосфера тисне на її поверхню та на всі тіла, у тому числі й на кожного з нас. Переконаємось в цьому на дослідах.

Дослід 1 «Перевернута склянка»

1. Склянку наповнимо по вінця водою та накриваємо її аркушем паперу.
2. Щільно прикривши її рукою, перевернемо папером униз. Обережно забираємо руку, тримаючи склянку за дно.

 

Вода не виливається. Чому?Воду втримує тиск повітря, який за законом Паскаля поширюється в усі сторони однаково. У нас виникло питання: Але ж без паперу вода все ж таки виливатиметься?  Дізналися, що папір служить тільки для того, щоб поверхня води залишалася зовсім рівною.

 

Дослід 2 «Суха монета»

1. Покладемо на плоску тарілку монету й наливаємо трохи води, поки монета не опиниться під водою.
2. Товстостінну склянку промиваємо окропом і перекидаємо на тарілку поруч з монетою.
3. Спостерігаю, що коли повітря в склянці почне охолоджуватися, склянка починає всмоктувати воду і незабаром вся вода збереться під нею.

 

Монету вийняли «сухою із води». Цей дослід зайняв у нас певний час, тому що для того, щоб вода повністю всмокталась в склянку під дією тиску атмосфери, потрібен час на те, щоб повітря в склянці охолонуло. Ми дізналися, що холодне повітря займає менше місця ніж гаряче.

 

 

 

 

 

2. Лабораторний практикум - наукове дослідження: Дослідження дії атмосферного тиску

Прилади і матеріали: медичний шприц без голки, склянка з водою, на дні якої є гумова прокладка, учнівська гумка, паперова салфетка.

Правила дотримання безпеки життєдіяльності під час виконання дослідів: виконуй досліди згідно інструкції; прилади розмісти на столі таким чином, щоб було зручно працювати в парі; не штовхай стіл; не допускай падіння приладів; проливши воду промокни її паперовою салфеткою; будь уважні, обережні, дисципліновані; точно виконуйте вказівки вчителя; після закінчення дослідів прилади поверни на попереднє місце на парті.

Хід виконання:

Дослід 1

1. Опустіть шприц, витиснувши з нього повітря, у посудину з водою.
2. Підіймайте поршень і спостерігайте, як за ним піднімається вода.

• Чи немає якоїсь взаємодії між водою і поршнем за їхнього безпосереднього контакту, внаслідок чого піднімається вода? (Ні)
• Чи не «тягне» поршень зверху воду? (Ні)

Дослід 2

1. Витисніть зі шприца воду і підійміть поршень на невелику висоту частково заповнивши шприц повітрям.
2. Занурьте його кінець у склянку з водою і знову піднімайте поршень. Спостерігайте, що вода піднімається за поршнем, хоча безпосереднього контакту між ними немає (вода відділена від поршня шаром повітря)

• Чи існує якась сила, що «заштовхує» воду знизу у шприц? (Так. Сила тиску атмосфери)

3. Продовжуючи підіймати поршень, усуваємо контакт поршня з водою, притиснувши нижній отвір шприца до гумової прокладки на дні склянки.

Спостерігайте, що піднімання води припиняється, хоч поршень рухається вгору.

Висновок: сила, яка «заштовхує» воду знизу у шприц, таки існує.

Дослід 3

1. Витисніть зі шприца воду й повітря.
2. Занурьте шприц в посудину з водою і притисніть отвір до гумової прокладки.
3. Починайте підіймати поршень вгору. (При цьому ви помітите, що для піднімання поршня потрібно прикласти значну силу)

• Що протидіє підніманню поршня? (Атмосферний тиск)

4. Звільніть отвір шприца. Спостерігайте, як вода швидко заповнить шприц.

• Що змушує воду заповнити шприц? (Атмосферний тиск)

Дослід 4

1. Покладіть на стіл учнівську гумку.
2. Витисніть зі шприца повітря і щільно притисніть його отвір до гумки.
3. Підніміть поршень на найбільшу висоту. Якщо після цього відпустити поршень, то він рухаючись униз, гучно вдарить об дно шприца.

• Що змушує поршень рухатися вниз? (Атмосферний тиск)

Висновок: Виконуючи досліди експериментально встановили, що атмосфера чинить тиск на тіла, що знаходяться на її поверхні. Згідно з законом Паскаля тиск повітря поширюється в усіх напрямах однаково. Тиск, який створює атмосфера на всі тіла, що на ній перебувають, а також на земну поверхню, називається атмосферним тиском.

Увага! Якщо ви спробуєте повторити ці досліди вдома, обов’язково використай для проведення дослідів тільки поршень від нового шприца (і тільки з дозволу дорослих), щоб запобігти інфікування.

 

3. Хвилинка релаксації. Перегляд відеоролика «Робота лівера» (зняття втоми після виконання лабораторного практикуму)

1. Трубку, відкриту з обох кінців, опускаємо в посудину з водою. Вода заповнює трубку до рівня води у посудині, згідно з законом сполучених посудин.
2. Закриваю пальцем верхній отвір трубки і виймаю його з води. Що спостерігаю? (Атмосферний тиск утримує воду в трубці)
3. Відкриваю верхній отвір трубки, тримаючи її над посудиною з водою. Що спостерігаю? (Вода виливається з трубки)

Так працює лівер, прилад що використовується для взяття проб різних рідин, причому з різних глибин.

 

4. Група «Фізики-теоретики».

Ми з’ясували, довели експериментально, що атмосфера чинить тиск. Тож настав час визначити величину цього тиску .

 

Я з’ясував чи можна застосовувати формулу для обчислення гідростатичного тиску    p= ρgh для обчислення атмосферного тиску. Прийшов висновку, що неможна так як повітря – це суміш газів. З висотою густина повітря зменшується. Так біля  поверхні Землі густина повітря становить     ρ=1, 29 кг/м³. На висоті 5,4 км густина повітря зменшується вдвічі, а на висоті 11 км – зменшується в 4 рази.

Отже, знаячи, що  V=1м³   має масу m=1,29кг, можна обчислити вагу 1 м³ повітря

P=mg=1,29кг 10 Н/кг =12,9 Н

Унаслідок своєї ваги, верхні шари повітря, як і вода тиснуть на нижні шари й стискають їх. Прийшли до висновку, що атмосферний тиск, як правило не розраховують, а вимірюють. Першість у вимірюванні атмосферного тиску належить італійському вченому Еванджеліста Торрічілллі.

 

5. Група «Фізики-історики» досліджувала питання: Які події в історії спонукали дослідників до вимірювання атмосферного тиску?

 

До кінця XVІІ ст. Про те, що повітря має вагу не знали. У 1936 році герцог Тосканський задумав прикрасити сади у Флоренції (Італія) фонтанами. Вода для фонтану мала накачуватися насосом з озера. Але оскільки озеро лежало нижче від тераси, вода піднімалась лише на 10,5 м над рівнем озера і фонтан не працював. Це завдання розв’язав учень Галілео Галілея – Еванджеліста Торрічеллі,  який народився 15 жовтня 1608 року в Італії. Отримав освіту в Римі. Із 1642 року після смерті Галілея, придворний математик великого герцога Тосканського й одночасно професор математики Флорентійського університету. Прожив всього 39 років. Він припустив, що вода в насосі зазнає дії ваги повітря, що врівноважується на висоті 10, 5 м. І лише через 7 років в 1643 році йому вдалося провести ряд дослідів і зробити перший ртутний барометр.

 

6. Група «Фізики-практики» досліджували питання «Як обчислити атмосферний тиск та якими одиницями вимірювання атмосферного тиску користуються в світі»             

 

Дослід Торрічеллі провів у 1643р із більш важкою рідиною-ртуттю. Взяв скляну трубку завдовжки 1м, запаяну з одного кінця, та заповнив її ртуттю. Потім щільно закрив та перевернув запаяним кінцем угору, опустив до лабораторної   чашки й відкрив другий кінець трубки. При цьому частина ртуті вилилася в чашку, а частина залишилась у трубці на висоті 760 мм. У трубці над ртуттю повітря не має – утворився вакуум (ми дізнались, що його ще називають Торрічеллева пустота). Мене зацікавило питання: Чому ж не вся ртуть виливається в чашку? Прийшла до висновку, що тиск стовпа ртуті в трубці й тиск повітря на ртуть у чашці однакові. Дослідами також встановлено, що рівень ртуті в трубці не залежить ні від форми трубки, ні від кута нахилу. Отже, вимірявши висоту стовпа ртуті, можна обчислити тиск який чинить ртуть – він дорівнюватиме атмосферному тиску. Визначемо тиск, що створює стовп ртуті висотою 760 мм та 1 мм.

 

760 мм.рт.ст. = 101325 Па = 1013 гПа

1 мм.рт.ст. = 133, 3 Па = 1,33 гПа

 

 

Атмосферний тиск тривалий час вимірювали в міліметрах ртутного стовпчика, але це ускладнювало розв’зання багатьох задач. Тому в 1930 році було встановлену іншу міжнародну одиницю – бар (від давньогрецького барос –тяжкість). В практиці використовували мбар. З 1980 року за міжнародну одиницю тиску повітря прийнято паскаль (Па).

760 мм.рт.ст. = 101325 Па = 1013 гПа

1 мм.рт.ст. = 133, 3 Па = 1,33 гПа = 1,33 мбар

1 гПа = 1 мбар = 0,75 мм рт.ст.

1 гПа = 100 Па

1 мбар = 0,001 бара

 

7.               З приладами, які застосовуються для вимірювання атмосферного тиску нас ознайомить група «Фізики-техніки».

Для вимірювання атмосферного тиску користуються приладами: ртутний барометр, барометр-анероїд, барограф, альтиметр (висотомір).

Ртутні барометри – найбільш точні прилади, ними обладнані метеорологічні станції, за їх допомогою перевіряють роботу інших видів барометрів.

Барометр-анероїд (той, що працює без допомоги рідини)внаслідок своєї портативності широко використовується в експедиціях та в побуті.

Для автоматичного і безперервного записування зміни атмосферного тиску використовують барографи (від грецьких слів баро, графо - пишу).

Альтиметри, прилади для вимірювання висоти підйому літальних апаратів.

 

8. Група «Фізики-географи»

 

В 1648 році Блез Паскаль вирішив перевірити правильність гіпотези Е.Торрічеллі, що рівень ртуті в трубці змінюється зі зміною атмосферного тиску. Група учнів вченого проводили досліди на горі Пюї-де-Дон. Вимірявши тиск біля підніжжя та на вершині гори, було встановлено, що на вершині стовп ртуті на 7,5 см коротший ніж біля підніжжя. Так було встановлено, що атмосферний тиск не сталий, а може збільшуватися і зменшуватися. Експериментально встановлено, що атмосферний тиск зменшується на 1 мм.р.ст. з підняттям вгору кожні 12 м.

Мене зацікавило, а як буде змінюватися тиск на поверхах у школі. Для проведення досліду використали барометр з ціною поділки 0,2 см.рт.ст.. Суттєвих змін він не показав. Прийшла до висновку, що для виконання цього дослідження необхідно мати барометр з меншою ціною поділки. Я вирішила змінити дослідження. Так як в моїх мріях влітку піднятися на гору Говерла з населеного пункту Рахів, я вирішила дізнатися: Чи на однаковій висоті над рівнем моря знаходяться міста Синельникове і Рахів? На Синоптику знімала покази атмосферного тиску  в цих містах. Отримала такі результати:

 

	Покази атмосферного тиску 09.03.	Різниця тисків на рівні моря (760 мм.рт.ст.)	Висота над рівнем моря
м.Синельникове	748 мм.рт.ст.	12 мм.рт.ст.	144 м
м.Рахів	700 мм.рт.ст.	60 мм.рт.ст.	720 м

 

Отже, атмосферний тиск зменшується з підняттям вгору і збільшується при спуску вниз.

 

 

 

 

 

 

 

VІ. Підсумковий етап.

 

1. Інтерактивна вправа «Продовж речення»

 

Тиск, який створює атмосфера на всі тіла, що на ній перебувають, а також на земну поверхню, називається атмосферним тиском. Вперше атмосферний тиск виміряв Еванджеліста Торрічеллі. В 1643 році. Тиск, що дорівнює 760 мм.рт.ст., називають, нормальним атмосферним тиском, в паскалях він рівний 100 000 Па. Атмосферний тиск вимірюють такими приладами: ртутний барометр, барометр-анероїд, барограф, висотомір (альтиметр). Альпініст, що піднімається на вершину гори помітив, що барометр показує менший тиск. Спелеолог (дослідник печер), який спустився в глибоку  печеру помітив, що барометр показує більший тиск.

 

 

Тож ми готові з вами відповісти на проблемне питання «Чому тіла, які знаходяться на поверхні Землі, не зазнають такої деформації, як бляшанка?»

 

 

 

 

2. Задача за малюнком «В якому випадку художник правий?»

 

3. Прийом «Запитання-відповідь» (розв’язування якісних задач)

• Чому склянка, вимита теплою водою і перекинута на покритий поліетиленовою скатертиною стіл, щільно прилягає до неї і трохи втягує її всередину?
• Поясніть роботу піпетки?
• Яким чином муха утримується на стелі і навіть ходить по ній?

 

 

 

VІІ. Рефлексія. Ігровий прийом «Я – дослідник!»

Пропоную учням завершити речення: «Я – дослідник! Я сьогодні дослідив …, відкрив…, з’ясував…, переконався….

 

 

 

VІІІ. Домашнє завдання. Прочитати п.27, с.105 №209, 210.

Експериментальне завдання. Натягніть на трилітрову скляну банку гумову рукавичку. Щільно загерметизуйте місце з’єднання рукавички і банки та всуньте руку в рукавичку. Тепер спробуйте витягти руку. Що заважає це зробити? Чи стане легше витягти руку, якщо рукавичку проколоти? Чому?