Конспект урока "Опыт Торричелли"

Открытый урок по физике в 7-м классе "Измерение атмосферного давления.

Опыт Торричелли. Барометр анероид"

                                     Учитель: Ашурбеков Фейтулах Ашурбекович

Цели урока: Образовательная: 1) раскрыть явления, подтверждающие существование атмосферного давления; 2) объяснить, что причиной увеличения атмосферного давления с уменьшением высоты является сила притяжения к Земле; 3) познакомить учащихся с примером определения атмосферного давления, раскрыть физическое  содержание опыта Торричелли; 4) изучить работу и устройство барометра-анероида; 5) научить определять атмосферное давление с помощью барометра-анероида. Развивающая: развивать у учащихся логическое мышление, наблюдательность, познавательный интерес  к физике и технике. Воспитательная: воспитать у учащихся необходимость заботиться о чистоте атмосферного воздуха и соблюдать правила охраны природы. В связи с тем, что жизнь человека протекает на поверхности Земли  в нижних слоях атмосферы, то каждый человек должен уметь определять значение атмосферного давления,  так как у многих от его изменения зависит изменение кровяного давления.

Основные знания и умения:

1. Знать значение нормального атмосферного давления.
2. Уметь определять атмосферное давление с помощью барометра-анероида

Оборудование: стакан, вода, листы бумаги, спички, колба с подкрашенной жидкостью, бутылка стеклянная, куриное яйцо (сваренное вкрутую), блюдце, монета, пипетка, шприц, таблица “опыт Э.Торричелли”, барометр-анероид.

Демонстрации: работа шприца и пипетки; удерживание тетрадным листом воды в перевернутом стакане; вдавливание вареного яйца внутрь бутылки; как можно достать моменту из воды, не замочив рук; работа барометра

Межпредметные связи:

• с математикой (работа со степенями, задача на математические действия);
• с историей (история открытия атмосферного давления, факты из жизни Торричелли);
• с биологией (атмосферное давление и жизнедеятельность организмов);
• с географией (давление на различных высотах на Земле).

Ход урока

1. Оргмомент: (2 мин.)

Мы живем на дне сказочно красивого океана. Он велик и безбрежен. Как вы считаете, о чем идет разговор? (Учитель: Правильно, молодцы, ребята! Речь идёт о об атмосфере - воздушной оболочке Земли).Древние греки думали, что окружающий нас воздух – это спарившаяся вода, и назвали оболочку, окружающую планету – АТМОСФЕРОЙ (от греческих слов  (атмос – пар) и  (сфера – шар)

2. Проверка знаний, умений и навыков учащихся по предыдущим темам (13 мин.)

Фронтальный опрос: (5 мин.)

– Что такое давление? (Давление – это физическая величина, равная отношению силы, действующей на тело к площади этой поверхности
p = F/S)

– В каких единицах выражается давление в СИ? (1 Па = 1Н/1 м²)

– От чего зависит давление, оказываемое жидкостями и газами? (От рода вещества и высоты столба; формула p = ρgh)

– Что называется атмосферой? (Атмосфера – воздушная оболочка Земли)

– Что называется атмосферным давлением? (Атмосферное давление – давление атмосферы или воздушной оболочки Земли)

– Почему существует воздушная оболочка Земли? (На молекулы воздуха действует сила тяжести. Чтобы выйти за пределы притяжения Земли, необходимо развить очень большую скорость – 11,2 км/с. Скорость большинства молекул значительно меньше)

Демонстрация и объяснение принципа действия пипетки и шприца. (Если поднимать поршень шприца, за ним будет подниматься вода, т.к. между ним и водой образуется безвоздушное пространство, в которое под давлением наружного воздуха поднимается вода) (2 мин.)

Решить задачу: (5 мин.)

Л.№ 530 “Определите  давление на  манометре ,если  высота уровня воды в водонапорной башне   равна 22м .

Дано: ρ = 1000 κг/м3 g ≈ 10 Н/кг   p – ?

Анализ p = ρgh

Решение h = 22 *(1000*10) = 220000Па  Ответ:   22 0000Па

 Мотивация познавательной деятельности учащихся.

Атмосферное давление является одним из основных факторов, определяющих состояние погоды и климата, поэтому знания об атмосферном давлении необходимы в прогнозировании погоды. Большое практическое значение имеет умение измерить атмосферное давление. Эти знания необходимы в медицине, в технологических процессах и жизнедеятельности живых организмов.Чему  мы  должны   научиться?

СООБЩЕНИЕ  ТЕМЫ  И ЦЕЛИ  (слайд   1,2)  (второй  слайд  распечатать)

слайд

3. Объяснение нового материала. (15 мин.)

1. Историческая справка. (2 мин. )

Эванджелиста Торричелли родился 15 октября 1608 г. в небольшом итальянском городе Фаэнца в небогатой семье. Воспитание получил у дяди, бенедиктинского монаха. Дальнейшая жизнь в Риме и общение с известным математиком (учеником Галилея) Кастелли способствовали развитию таланта Торричелли. Большинство трудов ученого по большей части оставались неопубликованными. Торричелли является одним из создателей жидкостного термометра.Но наиболее известным экспериментальным исследованием Торричелли являются его опыты со ртутью, доказавшие существование атмосферного давления. Заслугой ученого является то, что он решил перейти к жидкости, обладающей большей плотностью, чем вода, – к ртути. Это позволило сделать опыты относительно легко воспроизводимыми. Однако не следует думать, что в середине XVII в. постановка и воспроизведение опытов Торричелли были простым делом. В те времена было довольно трудно изготовить необходимые стеклянные трубки, о чем свидетельствуют неудачи некоторых ученых в постановке аналогичных опытов независимо от Торричелли.

2. Основной материал. (5 мин.)

Рассчитать атмосферное давление по формуле для вычисления давления столба жидкости (§ 38) нельзя. Для такого расчета надо знать высоту атмосферы и плотность воздуха. Но определенной границы у атмосферы нет, а плотность воздуха на разной высоте различна. Однако измерить атмосферное давление можно с помощью опыта, предложенного в XVII в. итальянским ученым Эванджелиста Торричелли, учеником Галилея. СЛАЙД  3

СЛАЙД4

Опыт Торричелли состоит в следующем: стеклянную трубку длиной около 1 м, запаянную с одного конца, наполняют ртутью. Затем, плотно закрыв другой конец трубки, ее переворачивают, опускают в чашку с ртутью и под ртутью открывают конец трубки (рис. 1). Часть ртути при этом выливается в чашку, а часть ее остается в трубке. Высота столба ртути, оставшейся в трубке, равна примерно 760 мм. Над ртутью в трубке воздуха нет, там безвоздушное пространство. Торричелли, предложивший описанный выше опыт, дал и его объяснение. Атмосфера давит на поверхность ртути в чашке. Ртуть находится в равновесии. Значит, давление в трубке на уровне аа1 (рис.1) равно атмосферному давлению. Если бы оно было больше атмосферного, то ртуть выливалась бы из трубки в чашку, а если меньше, то поднималась бы в трубке вверх. Торричелли Эванджелиста  (1608–1647}. Измерил атмосферное давление, разработал ряд вопросов в физике и математике

Давление в трубке на уровне аа₁ создается весом столба ртути в трубке, так как в верхней части трубки над ртутью воздуха нет. Отсюда следует, что атмосферное давление равно рис.1 давлению столба ртути в трубке, т. е.:
Р_атм ⁼ Р_ртути

Измерив высоту столба ртути, можно рассчитать давление, которое производит ртуть. Оно и будет равно атмосферному давлению. Если атмосферное давление уменьшится, то столб ртути в трубке Торричелли понизится.

Чем больше атмосферное давление, тем выше столб ртути в опыте Торричелли.

СЛАЙД 5

Если к трубке с ртутью, использовавшейся в опыте Торричелли, прикрепить вертикальную шкалу, то получится простейший прибор —ртутный барометр (от греч. барос – тяжесть, метрео – измеряю). Он служит для измерения атмосферного давления. 

 Поэтому на практике атмосферное давление можно измерять высотой ртутного столба (в миллиметрах или сантиметрах). Если, например, атмосферное давление равно 780 мм рт. ст., то это значит, что воздух производит такое же давление, какое производит вертикальный столб ртути высотой 780 мм.

Следовательно, в этом случае за единицу атмосферного давления принимают 1 миллиметр ртутного столба (1 мм рт. ст.). Найдем соотношение между этой единицей и известной нам единицей давления – Паскалем (Па). СЛАЙД 6

Давление столба ртути ρ_ртути высотой 1 мм равно:

p = gph, p = 9,8  * 13 600  * 0,001 м ≈ 133,3 Па.

Итак, 1 мм рт. ст. = 133,3 Па.

В настоящее время атмосферное давление принято измерять и в гектопаскалях. Например, в сводках погоды может быть объявлено, что давление равно 1013 гПа, это то же самое, что 760 мм рт. ст.

Наблюдая ежедневно за высотой ртутного столба в трубке, Торричелли обнаружил, что эта высота меняется, т. е. атмосферное давление непостоянно, оно может увеличиваться и уменьшаться. Торричелли заметил также, что изменения атмосферного давления связаны с изменением погоды

3. Магдебургские полушария  (СЛАЙД 7,8)

4. Фронтальный опыт : предложить учащимся взять чистый лист бумаги, приложить ко рту и сделать глубокий вздох. Что происходит? Объяснить. (2 мин.)

5. Барометр-анероид. (3 мин.)  СЛАЙД 9

В практике для измерения атмосферного давления используют металлический барометр, называемый анероидом (в переводе с греческого – безжидкостный. Так барометр называют потому, что он не содержит ртути)

СЛАЙД10

Внешний вид анероида изображен на рисунке 2. Главная часть его — металлическая коробочка 1 с волнистой (гофрированной) поверхностью (рис. 3). Из этой коробочки выкачан воздух, а чтобы атмосферное давление не раздавило коробочку, ее крышку пружиной 2 оттягивают вверх. При увеличении атмосферного давления крышка прогибается вниз и натягивает пружину. При уменьшении давления пружина выпрямляет крышку. К пружине с помощью передаточного механизма 3 прикреплена стрелка-указатель 4, которая передвигается вправо или влево при изменении давления. Под стрелкой укреплена шкала, деления которой нанесены по показаниям ртутного барометра. Так, число 750, против которого стоит стрелка анероида (см. рис. 2), показывает, что в данный момент в ртутном барометре высота ртутного столба 750 мм.

Следовательно, атмосферное давление равно 750 мм рт. ст., или ≈ 1000 гПа.

Знание атмосферного давления весьма важно для предсказывания погоды на ближайшие дни, так как изменение атмосферного давления связано с изменением погоды. Барометр — необходимый прибор при метеорологических наблюдениях.

Измерение высоты  на  каждые  12  метров  ведёт   к  изменению  давления  на 1мм.рт.столба=133.3 Па(слайд 11) 

4. Закрепление. (15 мин.)

Атмосферное  давление  в  живой  природе.

Отправляемся  в  живую  лабораторию. Возьмите  карточки, которые  наиболее  привлекут  ваше  внимание .Это  карточки  для  любителей  географии,биологии

1. Для любителей географии. (2 мин.)

Граница обитания человека на высоте

В мире несколько стран (Боливия, Мексика, Перу, Эфиопия, Афганистан), в которых большинство населения проживает на высоте свыше 1 000 м над уровнем моря. В Боливии, Перу и Китае (Тибет) граница обитания человека превышает 5 000 м над уровнем моря. Ла-Пас – столица Боливии – находится на высоте 4 500 м. Это самая высокая столица государства на земном шаре. Нормальное атмосферное давление на этой высоте равно 430 мм рт. ст.

2. Для любителей биологии. (3 мин.)

Природный барометр

Налейте в пол-литровую банку полстакана воды, поместите туда пиявку и завяжите банку сверху марлей. Воду летом меняйте раз в неделю, а зимой — в две недели раз. В хорошую погоду пиявка лежит на дне, свернувшись в клубок. Перед дождем она всплывает к краю сосуда и лежит, пока погода не улучшится. Если будет ветер, то пиявка быстро плавает и успокаивается вместе с ветром. Перед бурей она конвульсивно подергивается. В морозную, ясную погоду она лежит на дне, а в снегопад – поднимается к поверхности. Все это связано с изменением атмосферного давления. При пониженном давлении (перед дождем или снегом) содержание воздуха и кислорода в воде уменьшается. В хорошую погоду давление высокое, кислорода в воде достаточно, и пиявка хорошо себя чувствует на дне. То же самое наблюдается и в природе – в водоеме.

Атмосферное давление в живой природе

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

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

3. Для любителей литературы. (3 мин.)

а) Загадка:

На стене висит тарелка,
По тарелке ходит стрелка.
Эта стрелка наперед
Нам погоду узнает.

№ 161. Допустим, вы в научных целях сосали колпачок от авторучки и он крепко присосался к языку. Как, не действуя руками и не пользуясь услугами лошадей, избавиться от слишком уж сильно присосавшегося к языку колпачка авторучки?

Ответ: Подняться вместе с барометром на самую высокую вершину горы. Когда стрелка барометра приблизится к нулю, колпачок сам отпадет.

4. Занимательные опыты.   Предложить учащимся достать монету из блюдца с водой, не замочив рук.
 

(Напомнить учащимся, как ставятся медицинские банки).

5. Сделать выводы о пройденном материале. (2 мин.)

6.Рефлексия  (1 мин.)

Итак, сегодня мы познакомились с понятием атмосферного давления, с прибором для его измерения.

Ребята, подведём итоги урока. Оцените собственные знания и умения следующим образом:  

— Я всё понял(а), смогу объяснить этот материал другому.

—  Я понял(а), материал, могу объяснить другому при некоторой помощи учителя.

—  Я понял(а) материал частично.

—  Я ничего не понял(а).

Учитель: Ребята, спасибо за урок, до свидания

7. Домашнее задание : § 42, 43; упр.19(1) .Как атмосферное  давление  влияет на   организм человека.

Решить кроссворд:

1. Единица измерения давления. 2. Ученый, впервые измеривший атмосферное давление. 3. Прибор для измерения давления. 4. Величина, характеризующая скорость движения молекул или степень нагретости тела. 5. Это слово означает “безжидкостный”. 6. Воздушная оболочка Земли. 7. Механизм, использующий два сообщающихся сосуда.

Сверхзвуковой лайнер ТУ-244 может подниматься на высоту 20 км. Определите давление за бортом лайнера.