Конспект урока по физике"Атмосферное давление", 7 класс

Открытый урок по физике в 7-м классе «Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли»

Агафонова Лилия Алексеевна, учитель физики

Тема: Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли.

Цель урока:

Образовательная :

Раскрыть физическое содержание опыта Торричелли.

 Изучить устройство прибора для измерения атмосферного давления- ртутного барометра . Познакомиться с барометром-анероидом.

 Развивающая:

Продолжить формирование изучения физических явлений, описание их физическими величинами.

Воспитательная:

Воспитать  необходимость заботиться о чистоте  воздуха,

изучать и  соблюдать  правила охраны природы

Основные знания и умения:

Знать значение нормального атмосферного давления.

Уметь переводить давление из мм.рт.ст в систему СИ

  Демонстрации: Опыт с магдебургскими полушариями, работа шприца и пипетки; удерживание тетрадным листом воды в перевернутом стакане; как мы пьём из бокала.                          

                                               Ход урока

I.Организационный момент

II. Актуализация   знаний

Фронтальный опрос: 

– 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)

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

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

– Почему молекулы газов, входящих  в состав атмосферы, двигаясь во все стороны ,не покидают Землю? (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)

-Как изменяется плотность атмосферы с увеличением высоты?

III. Изучение нового материала

 По телевидению или радио мы часто слышим, что атмосферное давление равно, например, 760 мм рт.ст. (читается: семистам шестидесяти миллиметрам ртутного столба). Это число бывает и другим – больше или меньше. Что оно означает? И каким способом посчитано?

 Может быть атмосферное давление можно  рассчитать по формуле (p= ρgh)?

Но для  этого мы должны знать плотность и высоту атмосферы.  Плотность воздуха с высотой меняется, да и высота неизвестна: у атмосферы нет резкой границы.Значит воспользоваться формулой мы не можем…

 Каким же образом расчитывают атмосферное давление?

 Сегодня  мы это узнаем.Изучим  кто и как впервые измерил атмосферное давление;почему это давление  измеряют в мм.рт.ст. и как называется прибор для измерения атмосферного давления (1 слайд)

Прежде чем начать наш сегодняшний  разговор,   проделаем небольшой эксперемент

(Демонстрация  принципа действия шприца)

Если поднимать поршень шприца, за ним будет подниматься вода.Почему?Объясние явление(слайд 2)( т.к. между поршнем и водой образуется безвоздушное пространство, в которое под давлением наружного воздуха поднимается вода)

Первым измерил атмосферное давление ученик Г. Галилея Э. Торричелли(слайд3)

Историческая справка.

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.

линейка

Опыт Торричелли состоит в следующем(слайд 4): 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  Ртуть из трубки начинает выливаться, но не вся! Высота столба ртути, оставшейся в трубке, равна примерно 760 мм. . Эта высота не зависит ни от длины трубки, ни от глубины ее погружения. Над ртутью в трубке воздуха нет, там безвоздушное пространство.

Торричелли, предложивший описанный выше опыт, дал и его объяснение. Попробуйте сами объяснить этот опыт(ответы детей). (слайд 5)

Атмосфера давит на поверхность ртути в чашке.(слайд 5) Ртуть находится в равновесии. Значит, давление в трубке  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.

 Ответьте на вопрос:

Как из трубки с ртутью получить прибор?(слайд6)

Прикрепим к трубке Торричелли вертикальную шкалу и получаем простейший прибор для измерения атмосферного давления - ртутный барометр(от греч. барос – тяжесть, метрео – измеряю)..

Этим прибором измеряют давление в мм рт.ст. (слайд 7 1 строчка)

Так появилась единица атмосферного давления — 1 мм рт.ст. Определим связь между единицами давления — паскалем и миллиметром ртутного столба:

р = gph            р = 9,8 Н/кг • 13 600 кг/м3 • 0,001 м = 133,3 Па,

1 мм рт.ст. = 133,3 Па.

Нормальным атмосферным давлением принято считать 760 мм рт. ст.:

(учащиеся записывают формулу и делают необходимые вычисления)

р = gph           р = 9,8 Н/кг • 13 600 кг/м3 • 0,76 м = 101 300 Па = 101,3 кПа.

760 мм рт. ст.= 101,3 кПа =100 кПа

(слайд 7 все остальное)

Ежедневно наблюдая за высотой ртутного столба в трубке(слайд8), Торричелли обнаружил, что его высота меняется, т. е. атмосферное давление непостоянно, оно может увеличиваться и уменьшаться. Торричелли заметил также, что изменения атмосферного давления связаны с изменением погоды. В народе говорят: «К плохой погоде давление падает, а к хорошей – поднимается» .

А у вас в семье есть метеозависимые родственники?

А также ,изменение высоты на каждые 12 метров ведет к изменению давления на 1 мм.рт.ст.

 Измерения показывают, что атмосферное давление в местностях, лежащих на уровне мирового океана, в среднем около 760 мм рт.ст.

     Барометр-анероид. 

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).

Главная часть его — металлическая коробочка  с волнистой (гофрированной) поверхностью. Из этой коробочки выкачан воздух, а чтобы атмосферное давление не раздавило коробочку, ее крышку пружиной  оттягивают вверх. При увеличении атмосферного давления крышка прогибается вниз и натягивает пружину. При уменьшении давления пружина выпрямляет крышку. К пружине с помощью передаточного механизма  прикреплена стрелка-указатель , 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 показывает, что в данный момент в ртутном барометре высота ртутного столба 750 мм.

Следовательно, атмосферное давление равно 750 мм рт. ст.

Переведите в гПк( ≈ 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.

У нас в классе есть такой прибор.(демонстрирую)

В 1654 году(слайд 9), спустя 11 лет после открытия Торричелли, действие атмосферного давления было наглядно показано магдебургским бургомистром Отто фон Герике. Известность принесла автору не столько физическая сущность опыта, сколько театральность его постановки.

( Опыт с магдебургскими полушариями.  )

(слайд10)

Два медных полушария были соединены кольцевой прокладкой. Через кран, приделанный к одному из полушарий, из составленного шара был выкачан воздух, после чего полушария невозможно было разнять. Сохранилось подробное описание опыта Герике. Чтобы разъединить полушария, Герике приказал запрячь две восьмерки лошадей. К упряжи шли канаты, продетые через кольца, прикрепленные к полушариям. Лошади оказались не в силах разъединить полушария.

Силы восьми лошадей (именно восьми, а не шестнадцати, так как вторая восьмерка, запряженная для пущего эффекта, могла быть заменена крюком, вбитым в стену, с сохранением той же силы, действующей на полушария) было недостаточно для разрыва магдебургских полушарий.

Посмотрите рисунок в учебнике.

Атмосферное давление в живой природе (слайд 11)

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

Рыбы-прилипалы имеют присасывающую поверхность, состоящую из ряда складок, образующих глубокие «карманы». При попытке оторвать присоску от поверхности, к которой она прилипла, глубина карманов увеличивается, давление в них уменьшается и тогда внешнее давление еще сильнее прижимает присоску.

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.

IV.Закрепление  материала: (слайд 12-15)

-Почему нельзя рассчитать давление воздуха так же, как рассчитывают давление жидкости на дно или стенки сосуда?

(Плотность воздуха уменьшается с высотой, различие в плотности атмосферного не даёт возможность определять давление в газе как в жидкости)

-Как устроен ртутный барометр?

(Нужно к трубке со ртутью прикрепить вертикальную шкалу.)

-Что измеряет  ртутный барометр?

(Он служит для измерения атмосферного давления.)

-Что означает запись: «Атмосферное давление равно 775 мм рт.ст.»?

(Это означает что воздух производит такое же давление, какое производит вертикальный столб ртути высотой 775 мм.)

-Скольким гПа равно давление ртутного столба высотой 1мм?

(1 мм.рт.ст =133,3 гПа.)

-Скольким гПа равно давление ртутного столба высотой 760 мм?

(760 мм.рт.ст =1013 гПа)

-Объясните почему вода не выливается?

(демонстрация : удерживание тетрадным листом воды в перевернутом стакане)

V. Итог урока (слайд 16)

VI.Домашнее  задание  §42, §43, упр. 19№1, упр20

VII. Литература:

1. Учебник "Физика 7 класс", А.В. Перышкин, "Дрофа", М.2013г.                  

2. "Тематическое и поурочное планирование к учебнику А.В. Перышкина "Физика 7кл", Е.М.Гутник и др. "Дрофа" М.2013г.

3. "Сборник задач по физике 7-9кл", В.И.Лукашик, М. Просв.2012г.

4. “Занимательная физика”, Я.И.Перельман.  изд. “Наука”,1986

Дополнительный материал к уроку

Как мы пьем?

(2 бокала с водой. Демонстрация)

Неужели и над этим можно задуматься? Конечно. Мы приставляем стакан или ложку с жидкостью ко рту и «втягиваем» в себя их содержимое. Вот это-то простое «втягивание» жидкости, к которому мы так привыкли, и надо объяснить. Почему, в самом деле, жидкость устремляется к нам в рот? Что ее увлекает? Причина такова: при питье мы расширяем грудную клетку и тем разрежаем воздух во рту; под давлением наружного воздуха жидкость устремляется в то пространство, где давление меньше, и таким образом проникает в наш рот.

Наоборот, захватив губами горлышко бутылки, вы никакими усилиями не «втянете» из нее воду в рот, т,ак как давление воздуха во рту и над водой одинаково.

Итак, строго говоря, мы пьем не только ртом, но и легкими; ведь расширение легких - причина того, что жидкость устремляется в наш рот.