Урок физики по теме "физика и метеорология"

МОУ СОШ № 21 г. Твери

Соловьёва Марина Олеговна, учитель физики МОУ СОШ № 21 г. Твери

Экологический    урок  «ФИЗИКА И ПОГОДА».

Предварительная подготовка. «Метеорологи» - группа учащихся 9в класса, готовит задания по темам. Проектор, ноутбук, экран (для проектирования рис. и плаката).

Опрос-соревнование

Учитель проводит опрос учащихся по следую­щим вопросам:

1. Что такое атмосфера Земли и каков ее хими­ческий состав?

2. Что такое атмосферное давление, и в каких еди­ницах в системе СИ оно измеряется?

3. Кто, когда и как впервые измерил атмосферное давление?

4. Пользуясь формулой Паскаля Р =ρgh, переве­дите 760 мм рт. ст. в паскали.

5. Как называются приборы, измеряющие атмо­сферное давление?

6. С помощью барометра-анероида измерьте атмо­сферное давление в классе.

7. Температура по шкале Цельсия.

8. Принцип действия жидкостного термометра.

9. Абсолютная температура и ее физический смысл.

10. Определите абсолютную температуру воздуха в классе.

11. Как влияет изменение температуры воздуха на его давление?

12. Какие еще параметры влияют на изменение атмосферного давления?

13. Что такое влажность воздуха?

14. Какими приборами измеряется влажность воз­духа?

15. С помощью психрометра определите относитель­ную влажность воздуха в классе.

Учитель: Ребята, вы хорошо подготовились, а значит, вам будет легче понять доклады на­ших уважаемых «метеорологов». Кое-что из этих докладов вам надо будет законспектировать. А чем внимательнее вы будете слушать докладчиков, тем легче вам будет отвечать на последующие вопросы. Итак, давайте послушаем доклад о погоде.

Погода

Метеоролог № 1: Погода — это состояние атмосфе­ры в данный момент времени. Главными на «кух­не» погоды являются Солнце, воздух и вода.

^ (На экран проецируется рис.)

Солнце + воздух +   вода = погода

Солнце дает нам свет и тепло. Воздух окутыва­ет нашу планету, как одеяло. А вода, занимающая 2/3 поверхности земного шара и содержащаяся в виде пара в воздухе, играет большую роль в тепло­вом балансе планеты.

Метеорология — это наука о погоде.

Погода характеризуется совокупностью метео­рологических величин и явлений.

Метеорологические величины — это темпера­тура и влажность воздуха, атмосферное давление, скорость и направление ветра, дальность видимос­ти, количество и высота облаков и другие количе­ственные характеристики состояния атмосферы, которые могут быть выражены в тех или иных еди­ницах измерения.

Метеорологические явления — это туман, го­лолед, метель, пыльные и песчаные бури, гроза, шквал, смерч и другие качественные характерис­тики процессов, происходящих в атмосфере. Они не имеют точного количественного выражения и оцениваются с помощью терминов «слабый», «уме­ренный» и «сильный».

Главной задачей метеорологии является отыс­кание законов и закономерностей, управляющих погодой, для разработки методов точного прогнози­рования погоды, а в идеале и для нахождения спо­собов управления погодой в интересах человека.

Это имеет огромное практическое значение для многих отраслей народного хозяйства, особенно за­висимых от погоды, таких, как сельское хозяйство, морской и воздушный транспорт, рыболовство, стро­ительство и т. д.

Погода также сказывается на состоянии здоро­вья людей. И сегодня в прогнозе погоды мы слы­шим предупреждение о неблагоприятных днях те­кущего месяца.

А предупреждение о приближении таких сти­хийных бедствий, как сильные снегопады, смерчи, наводнения, цунами и т. д., может значительно ос­лабить их разрушительные последствия и спасти жизни сотен и тысяч людей.

—-Учитель: Как видите, очень важно знать и уметь предсказывать погоду, то есть состояние атмосфе­ры в данный момент времени. Для этого метеороло­ги измеряют количественные характеристики со­стояния атмосферы — метеорологические величи­ны. Мы с вами знаем, как измеряются атмосферное давление, температура и влажность воздуха. А сей­час послушаем доклад о ветре.

Ветер

Метеоропог-№-2 Ветер — это движение воздуха. Как и вода, всегда текущая с более высокого места в низкое, воздух тоже движется из места с более высоким атмосферным давлением в место, где дав­ление меньше. Чем больше различие в давлении, тем быстрее движется воздух.

Характеристиками ветра являются его направ­ление и скорость, или сила ветра. Для определения направления ветра можно использовать флюгер. А для определения скорости ветра используют анемо­метр.

На экран проецируются изображения флюгера (рис. а) и анемометра (рис.б). Анемометр состоит из легко вращающейся крыльчатки, ось которой при вращении приводит в действие зубчатый механизм, подсчитывающий число оборотов крыльчатки за определенное время. Зная число оборотов крыльчатки, можно рассчи­тать скорость ветра в м/сек.

Рис.а.        Рис.  б

Сила ветра измеряется в баллах от 0 до 12. Ив соответствия со значениями скорости и силы ветра вводится общая характеристика ветра. На плакате представлены общая характеристика ветра, скорость ветра в м/с и сила ветра в баллах.

Докладчик представляет плакат и комментирует его:

Характеристики ветра
Общая характеристика ветра	Средняя скорость ветра в м/с	Сила ветра в баллах
штиль	0	0
слабый	4	3
свежий	9	5
очень крепкий	17	8
сильный	23	10
ураган	свыше 29	12

Как видите, полное отсутствие ветра — это   'штиль. Слабый ветер — приятно освежит во время   'летней жары. Свежий ветер вызовет колебания вет­вей дерева.

Очень крепкий и сильный ветер способен сбить с ног человека. А ураган уже в силах разрушить небольшие постройки.

Учитель: Итак, причина возникновения ветра — неравномерность распределение давления воздуха, а это в свою очередь может быть вызвано неравно­мерностью прогрева атмосферы над сушей и над морем в различное время суток. В курсе природо­ведения и географии вы изучали морской и берего­вой бриз, муссоны и пассаты. И эти вопросы были вам предложены для подготовки к семинару. Так послушаем ответ на вопрос: «Что такое морской и береговой бриз?»

Учащиеся отвечают на поставленный вопрос.

Прекрасно. А теперь послушаем ответ на вопрос: «Что такое муссоны?»

Учащиеся отвечают на поставленный вопрос.

Верно. Итак, ветер — это движение воздуха. Но если учесть при этом движение самой атмосфе­ры, происходящее вместе с вращением Земли во­круг своей оси, то на поступательное движение воз­душных масс накладывается вращательное движе­ние. В результате этого в атмосфере образуются вихри, называемые циклонами и антициклонами. Давайте послушаем доклад об этих интересных вих­рях и узнаем, какой бывает погода в циклоне и  в антициклоне.

Циклоны и антициклоны

Метеоролог № 3: Слово «циклон» в переводе с гре­ческого означает «кольцо змеи», этим как бы под­черкивается круговое движение воздуха в циклоне.

Циклон — это вихрь, образующийся в атмос­фере вокруг области пониженного давления.

Если небо заволокло свинцовыми тучами и по­шел дождь, если упало давление и подул ветер — знайте, что пришел циклон. Если после сильных холодов заметно потеплело, валит снег и кружит метелица — это тоже циклон.

В области циклона в северном полушарии воз­дух движется против часовой стрелки по спирале­видным траекториям, направленным к центру цик­лона — к области пониженного давления. Размеры такого вихря имеют диаметр от нескольких кило­метров до сотен километров. А в высоту эти вихри простираются от 3 до 16 км. Зарождаются цикло­ны обычно на границе соприкосновения теплых и холодных воздушных масс, а затем перемещаются в различных направлениях. Продолжительность жизни циклона, как правило, не превышает одной недели.

Антициклон — понятие противоположное цик­лону. Это вихрь, возникающий вокруг центра вы­сокого давления, и движение воздуха в антицикло­не в северном полушарии происходит по часовой стрелке. Если циклон обычно вызывает пасмурную, дождливую и ветреную погоду, то антициклон не­сет сухую, солнечную и тихую. Антициклоны дви­жутся обычно вслед за циклонами.

На фотографиях, сделанных искусственным спутником Земли из Космоса, хорошо видны ко­лоссальные вихри: циклоны и антициклоны.

(На экран проецируется снимок облачности над северной частью Евразии — рис..)

Изучение движения этих атмосферных вихрей помогает предсказывать погоду.

Учитель: Прекрасно. Оказывается, и спутники мо­гут дать информацию о погоде. А что же сегодня представляет собой служба погоды? Как она орга­низована? Что, как и чем она измеряет? Давайте послушаем доклад на эту тему.

Служба погоды

Метеоролог № 4: Атмосферные процессы над повер­хностью Земли развиваются, вне какой бы то ни было связи с государственными границами, и поэтому служба погоды может функционировать и быть эф­фективной только как служба международная, еди­ная служба погоды в масштабах земного шара. В конце 60-х гг. XX в. была создана Всемирная служба погоды, включающая в себя глобальную систему наблюдений.

В эту глобальную систему наблюдений входят:

• более 10 000 наземных метеорологических стан­ций;

• 800 пунктов радиозондирования атмосферы;

• более 2000 судов, на борту которых ведутся | метеонаблюдения;

• более 1500 самолетов, ведущих метеонаблюде­ния;

• более 300 буёв "океанических метеостан­ций";

• искусственные спутники Земли и

• метеорологические спутники.

По данным системы наблюдения компьютер составляет карту погоды (рис. 41)  на которой ука­зываются температуры в различных городах, вы­черчиваются изобары, указываются зоны повышен­ного и пониженного давления, направление и ско­рость ветра и т. д.

После того как все это сделано, к работе при­ступают синоптики.

Как предсказывают погоду

Синоптик № 1: В переводе с греческого языка слово «синоптикос» означает «обозревает все вместе». Синоптик — это метеоролог, прогнозирующий по­году. Карты погоды обновляются каждые три часа, и, сопоставляя одну карту с другой, синоптик оп­ределяет, куда и с какой скоростью перемещаются циклоны и антициклоны, облачные фронты, зоны осадков, как меняются направление и сила ветров, температура воздуха и т. д.

Современные синоптики для расчета прогноза погоды используют сложные физико-математичес­кие модели атмосферы, учитывающие влияние раз­личных атмосферных параметров. Рассчитывать погоду синоптикам помогают быстродействующие компьютеры. За основу расчета берется известное начальное состояние атмосферы, и далее рассчиты­ваются те изменения, которые произойдут через не­кий достаточно короткий промежуток времени. Это дает новый набор данных, который в свою очередь используется для расчета условий через следующий промежуток времени. И так далее. Такие методы расчетов в математике называются численными методами. Процедура расчетов повторяется столько раз, сколько нужно для прогноза погоды на опреде­ленный срок.

Синоптик № 2: Ребята, давайте попробуем решить небольшую синоптическую задачку.

Над Атлантическим океаном образовался циклон и движется на восток. Сегодня утром его центр был над Ригой, а в полдень над Великими Луками.

Синоптик № 2 показывает перемещение цикло­на на карте Евразии

В Москве сейчас ясно и сухо. Температура воз­духа —10°С. В зоне циклона температура +10°С, влажность воздуха 90%. Какую погоду следует ожидать в Москве завтра?

Учащиеся пробуют ответить на вопрос задачи.

Синоптик № 2: Видимо, завтра погода в Москве бу­дет пасмурная с дождем и мокрым снегом, так как, вторгаясь в холодную зону, влажный воздух будет перенасыщен паром. Произойдет также потепле­ние вследствие смешения холодного воздуха с теп­лым воздухом.

Народные приметы

Учитель: Постоянный интерес человека к погоде нашел отражение в пословицах, поговорках и на­родных приметах. Давайте подробнее рассмотрим некоторые из этих примет. Можно ли судить о по­годе по дыму из печной трубы?

Разбираемые здесь вопросы входили в список вопросов для подготовки к семинару.

Ответ: Известны два признака погоды по дыму из печных труб: признак хорошей погоды — дым «столбом» и признак ненастной погоды — «стелющийся» дым.

Дым «столбом» бывает при безветрии, которое типично для центральной части антициклона, в которой стоит хорошая устойчивая погода. «Стелю­щийся» дым наблюдается при сильном ветре в ус­ловиях циклонической погоды с облаками и осад­ками. Получается, что приметы эти верны, но они не предсказывают погоду, а лишь отражают уже существующую погоду.

Учитель: А сейчас ответьте, верна ли примета: если ласточки летают низко — жди дождя.

Ответ: При приближении циклона снижается атмосферное давление, поэтому летающие на­секомые, стремясь оставаться на уровне неиз­менного давления, опускаются ниже к земле. Ласточки, питающиеся этими насекомыми, тоже снижают высоту своих полетов. Примету можно считать верной, так как падение атмос­ферного давления часто влечет за собой ухуд­шение погоды и выпадение дождя.

Учитель: А правда ли, что дождь, при котором на поверхности луж образуются крупные пузыри, скоро закончится?

Ответ: Пузыри на воде во время дождя образу­ются при ударе капель о воду, когда под плен­ку воды, выплескиваемой наверх, попадает воз­дух. Крупные пузыри образуются при падении крупных дождевых капель, которые бывают при ливнях. А ливневый дождь обычно бывает очень сильным, но коротким. Так что примета верна.

Синоптик № 2 оценивает ответы учащихся и раздает им соответствующие карточки.

Учитель: Ребята, мы с вами узнали, как предсказы­вают погоду, и вспомнили некоторые народные при­меты погоды. А теперь давайте послушаем доклад синоптика .№ 3.

Можно ли управлять погодой?

Синоптик № 3: Можно ли управлять погодой? Этот вопрос давно уже волновал ученых всего мира. Но оказалось, что энергетические затраты природы на образование любого атмосферного явления несоиз­меримо велики по сравнению с энергетическими ресурсами человечества. Тогда ученые направили свои усилия по другому пути — по пути стимули­рования атмосферных процессов в нужном направ­лении с малыми затратами энергии.

Опыты показали, что если в определенный мо­мент воздействовать на облака и туманы особыми веществами — химическими реагентами, стимули­рующими процесс роста ледяных кристалликов в облаке и превращение их в снежинки, то облака охотно отдают свои запасы влаги: зимой — в виде снега, а летом — в виде дождя. При этом облака заметно «худеют» и, в конце концов, совсем исчеза­ют, оставляя после себя чистое небо. Аналогичным образом можно предотвратить выпадение града из ливневого облака, если до полного развития облака «засеять» его реагентом.

В качестве реагентов обычно используются силь­но измельченная твердая углекислота (сухой лед) или мельчайшие частицы йодистого серебра. «За­сев» реагента в облака производится с помощью самолетов или специальных ракет.

Эти достижения ученых нашли широкое прак­тическое применение. Благодаря искусственно вызываемым дождям удается тушить лесные пожары и увлажнять почву. Способ рассеивания туманов успешно используется для открытия аэродромов. А способ очистки неба от облаков уже в 1980 г. во время проведения Олимпиады в Москве обеспечил хорошую погоду на все время проведения спортив­ного праздника.

Успехи, достигнутые в этой исключительно сложной области, свидетельствуют, что со време­нем человечество научится предотвращать или ос­лаблять такие стихийные атмосферные явления, как шквалы, смерчи, ураганы, тайфуны и т. п.

Капризы погоды

Ответы: Слово «ураган», как и слово «тайфун», оз­начает «сильный ветер». Возникают ураганы над поверхностью океана в зоне затишья, где солнеч­ная радиация вызывает сильное испарение воды. Пары воды по мере подъема охлаждаются и кон­денсируются, образуя в облаках большой запас воды. Выделяемая при этом теплота усиливает движение следующей порции паров воды и т. д. Движение паров, вследствие вращения Земли, будут, завихрятся, создавая разность давлений между периферией и центром урагана. Начинают дуть сильные ветры, резко падает давление, и начинаются сильные лив­ни. Ветры, связанные с ураганом, захватывают по­лосу от 50 до 150 км, начинается шторм с волнами высотой более 10 м.

Движется ураган со скоростью около 15 км в час, а, переходя на сушу, начинает ослабевать.

Смерч — это вертикальный вихрь воронкооб­разной формы. (В Америке смерч называют тор­надо). Рождаются смерчи и над водой и над су­шей, когда верхний слой воздуха оказывается гораздо холоднее нижнего. Тогда, при прорыве нижнего теплого воздуха сквозь вышележащие слои холодного, скорость вертикального подъема воздуха может стать колоссальной и воздух нач­нет вращаться.

Внешне смерч выглядит как опускающийся вершиной к земле конусообразный облачный столб. Скорость кругового движения воздуха и вовлекаемых в смерч предметов достигает 100 км в час. Двигаясь со скоростью нескольких десят­ков километров в час, смерч может произвести колоссальные разрушения. Дома с запертыми две­рями и окнами буквально «взрываются» вслед­ствие мгновенного скачка давления. Энергия смер­ча колоссальна, он способен сорвать и опрокинуть железнодорожный мост, поднять в воздух, а за­тем бросить на землю самолет массой 10 тонн. Но хотя смерч очень разрушителен, продолжитель­ность его очень коротка, а захватываемая площадь обычно мала.

Цунами — это гигантская океаническая вол­на, возникающая в результате подводного земле­

трясения, извержения вулкана или подвижек зем­ной коры. Высота волны цунами может быть очень значительной. Например, после извержения вул­кана Кракатау в 1883 г. возникла волна высотой 35 м. Перемещается цунами с большой скоростью и, встречая на своем пути невысокий коралловый остров, перекатывает через него, сметая на своем пути строения и растительность.

Заключительное слово учителя

Учитель: Ребята, сегодня вы узна­ли много нового о процессах, происходящих в ат­мосфере Земли, об их влиянии на погоду, о методи­ке предсказания погоды и о некоторых приметах погоды.

Готовясь к занятию, вы из материалов стенда «Осадки» узнали о том, как образуются облака, почему летом идет дождь, а зимой — снег, что та­кое град и почему бывают грозы. А из материалов стенда «Капризы погоды» вы узнали об ураганах, смерчах и цунами.

А ведь все эти загадки природы разгадывает наука о природе — физика.

Быть может, кто-то из вас, став физиком, метеорологом или синоптиком, сумеет «приручить» стихии и научиться управлять погодой. Как знать? Но даже если вы не станете специалистами в этой области, знания, которые вы приобрели, безуслов­но, сослужат вам добрую службу в будущем.