Конспект урока «Воздушная оболочка Земли» по физике для 7 класса

Урок Воздушная оболочка Земли. Физика 7 класс.

Учитель: Злобина Л.Л.

Тема урока: Воздушная оболочка Земли.

Вид урока: комбинированный

Тип урока: изучение и первичное закрепление знаний.

Цель урока: Рассмотреть причины, создающие атмосферное давление, экспериментально доказать его наличие, изготовить примитивные барометры.

Задачи:

• образовательная: дать понятие о существовании веса воздуха, выяснить почему существует воздушная оболочка Земли, опытным путем доказать существование атмосферного давления; рассмотреть использование атмосферного давления в ряде областей человеческой деятельности

• развивающая: развить творческую активность, умения анализировать, делать обобщения, прививать практические навыки;

• воспитательные: воспитывать самостоятельность в трудовой деятельности, продолжать формировать аккуратность при работе с приборами.

Оборудование: сосуд с водой, ливер, пустая бутылка, блюдце, пустой стакан, свечка, сосновые шишки, трубки для коктейлей, трубки от медицинской капельницы, газета, большая линейка, динамометр, презентация " Атмосферное давление".

Педагогические технологии: элементы технологии "Развитие критического мышления", информационно-коммуникативная технология, здоровьесберегающая.

План урока:

1. Актуализация знаний.

2. Изучение нового материала.

3. Проведение опытов

4. Решение практических задач.

5. Домашнее задание.

6. Итог урока.

Ход урока

Атмосфера - это воздушная оболочка Земли. Она состоит из отдельных условно разграниченных слоев . В состав этих слоев входят в разных пропорциях азот, углекислый газ, кислород. Каждый газ это огромное количество молекул, каждая из которой имеет определенную форму, т.к. состоит из разного количества атомов. Каждый атом имеет массу, следовательно атмосфера имеет массу и вся давит на предметы, находящиеся на земле.

Воздушный слой, прилегающий непосредственно к Земле сжат больше всего и согласно закону Паскаля передает производимое на него давление во все стороны без изменения. В результате чего земная поверхность и тела находящиеся на ней испытывают давление всей толщи воздуха, или как обычно говорят, испытывают атмосферное давление.

Опыт: вода не выливается из перевернутого стакана накрытого листом бумаги.

Как объяснить этот опыт?

Если воздух давит на лист бумаги, значит, атмосферный воздух давит и на нас с некоторой силой.

Протянув руки ладонями вверх и затем ладонями вниз, мы не ощущаем изменения в силе давления на них атмосферы!

Но воздух давит на нас с огромной силой, на среднего по размерам человека со стороны атмосферы действует сила около 150 000 Н. Возьмите динамометр и растяните его силой в 5 Ньютонов. Больно? А в 150000Н каков должен быть результат!

Но почему же тогда эта сила не раздавливает предметы, скажем, пустую банку? Ну, во-первых, этому препятствует само тело в силу прочности своей конструкции или материала, из которого оно состоит. А во-вторых, на тело (допустим, все ту же пустую банку) изнутри также действует давление, которое уравновешивает воздействие атмосферного. А вот если из банки убрать все содержимое и даже газ, который в ней находится, то тогда на стенки банки атмосферное давление будет воздействовать со всей силой, не встречая сопротивления. Газ из сосуда можно откачать вакуумным насосом, если его нет, можно поступить по другому. Мы знаем, что тела при повышении температуры расширяются, а при охлаждении – сжимаются. Это характерно и для твердых тел, и для жидкостей, и для газов, в том числе и для газа, который находится в сосуде. Мы нагреем сосуд, газ в нем расширится, затем закроем сосуд и охладим газ в нем. Объем газа уменьшится, давление внутри сосуда упадет, и на сосуд будет действовать атмосферное давление, противодействовать которому давление внутри сосуда будет намного меньше.

Для опыта нам понадобятся:

• Сосуд. Для этого опыта прекрасно подойдет пустая банка из-под газировки.

• Какая-нибудь миска с водой.

• Источник тепла, например, свеча.

Берем банку и наливаем туда немного воды.

Ставим банку на огонь и ждем, пока вода не начнет закипать. Для чего нужна вода, спросите вы? Вода начнет закипать и переходить в газообразную форму, занимая объем банки. При охлаждении водяной пар конденсируется, т.е. снова перейдет в жидкую форму, тем самым резко понизив давление в сосуде. Можно и не использовать воду, а нагревать только воздух в банке. Но в этом случае опыт будет не столь эффектным.

После того, как вода закипит, снимем банку с огня и, перевернув ее, резко опустим в сосуд с холодной водой.

Давление в банке упадет, и атмосферное давление сплющит банку с характерным хлопком. Это так называемая имплозия — взрыв вовнутрь. В отличие от обычного взрыва (эксплозии), когда взрыв распространяется вовне, при имплозии взрыв происходит внутрь.

Эффект воздействия атмосферного давления, который мы наблюдали в эксперименте, довольно широко используется. Его можно встретить при вакуумной упаковке продуктов, в оздоровительной медицине, при перекачивании жидкостей и т.д. Да вы и сами, наверняка сталкивались с этим эффектом, когда клали в холодильник полупустую пластиковую бутылку с водой: воздух в бутылке в холодильнике охлаждался, давление падало и атмосферное давление сдавливало бутылку. И даже больше! С помощью данного эффекта мы дышим! При вдохе мышцы расширяют грудную клетку, ее объем увеличивается, а давление уменьшается. Чтобы уравновесить давление внутри и снаружи легких, атмосферное давление вталкивает в легкие порцию воздуха. При выдохе грудная клетка сжимается, давление в ней возрастает по сравнению с атмосферным, и газ выходит из легких.

- Почему мы не ощущаем этого давления?

Мы справляемся с такой нагрузкой, т.к. внешнее атмосферное давление уравновешивается давлением жидкости внутри нашего организма.

Существованием атмосферного давления могут быть объяснены многие явления.

Дети проводят опыты и объясняют их:

А) поднятие воды в пипетке;

Б) поднятие воды за поршнем шприца;

В) поднятие воды в открытой трубке.

Показ презентации «2»

Опыты:

1. Опыт «Достань, монету из воды не замочив руки».

2. Опыт "Тяжелая газета"

• Положи на стол широкую и длинную линейку.

• Уравновесь ее на краю стола так, чтобы при малейшем нажиме она наклонялась или падала.

• Теперь поверх установленной в таком положении линейки расстели газетный лист большого формата. Если ты с силой ударишь кулаком по выступающему концу дощечки, к великому своему изумлению, ты увидишь, что линейка удержалась на месте, точно приколоченная гвоздями!

• Объясните, почему это произошло.

Каждое утро, выходя из дома, мы обращаем внимание на прогноз погоды. Прогноз погоды отражает основные характеристики атмосферы - температуру нижнего слоя атмосферы, наличие водяного пара в атмосфере, т.е. влажность воздуха, и атмосферное давление 760 мм.рт.ст. Как же измеряют эти величины и где?

Основное занятие большинства метеорологов - не предсказание погоды, как обычно думают, а наблюдения за погодой. Без наблюдений не может быть и прогнозов. Более того, чтобы грамотно составить прогноз погоды, нужно иметь результаты наблюдений в десятках и сотнях точек. Наблюдения ведут на метеорологических станциях.

Метеорологическая станция (метеостанция) - учреждение, в котором круглосуточно проводятся регулярные наблюдения за состоянием атмосферы и атмосферными процессами. На станции имеются метеорологическая площадка, где расположены основные метеорологические приборы, и закрытое помещение для обработки наблюдений.

Давление воздуха - важнейший метеорологический показатель, даже важнее температуры. Давление измеряют с помощью ртутного барометра, который не претерпел существенных изменений за три с половиной века, с тех пор, как его изобрел Эванджелиста Торричелли. Барометр позволяет определить высоту ртутного столба с точностью до 0,1 мм. Давление в помещении и снаружи одинаково, поэтому прибор вешают на стене в закрытом помещении - наблюдательской, где ведут обработку наблюдений. В шкалу барометра вмонтирован термометр, показывающий температуру в помещении, потому что при повышении температуры ртуть в барометре расширяется, и в показания приходится вводить температурную поправку по специальной таблице.

Кроме того, в величину давления вводят поправку на абсолютную высоту, т.е. вычисляют давление, которое было бы в данной точке, если бы барометр находился на уровне моря. Не будь этой поправки, любая горная страна, в пределах которой расположены на разных высотах многочисленные метеостанции, независимо от погодных условий оказалась бы изображенной на карте изобар как область низкого давления, причем весьма причудливой конфигурации.

В наблюдательской же находится и гораздо более привычный широкой публике барометр-анероид, он считается менее точным прибором, его держат на всякий случай. Основная деталь анероида - круглая жестяная коробочка с рифлеными крышками. Из нее выкачан воздух, и она запаяна. При увеличении атмосферного давления крышки прогибаются внутрь, при уменьшении - распрямляются. Движения крышек через систему рычажков передаются стрелке.

На том же принципе основано действие находящегося здесь же барографа, вычерчивающего кривую изменения давления воздуха. Стрелка с крохотной чернильницей на кончике отклоняется вверх или вниз в соответствии с изменением суммарного прогиба крышек стопки коробочек и вычерчивает кривую изменения давления на ленте, которой обернут барабан. Барабан вращается с помощью часового механизма. Если барабан делает оборот за сутки, кривая плавная; если за неделю, точность отсчетов меньше, но изменения давления видны более четко. Лучше иметь и суточный, и недельный барографы. У других самописцев недельные барабаны применяются редко.

ТЕМПЕРАТУРА И ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА

Температура - наиболее ощущаемый нами метеорологический показатель, погода для нас - это прежде всего "тепло" или "холодно". Температурой воздуха считается температура, которую показывает термометр, находящийся на высоте 2 м над землей и защищенный от прямых солнечных лучей. Термометры размещают в одной из будок на метеоплощадке. Метеоплощадка - это ровное место метрах в двадцати от помещения метеостанции, с сохраненным естественным покровом (травой мхом, словом, тем, что составляет естественную подстилающую поверхность для данного места). Будки выкрашены в белый цвет, их стенки набраны из дощечек так, что воздух в будку проходит свободно, а солнечные лучи не проникают никогда. Возле будки есть постоянная лесенка.

Два термометра срочные, т.е. показывают температуру в данный момент. Они расположены вертикально, шарик которого обернут полоской ткани, конец которой опущен в стаканчик с водой. Термометры соответственно и называются - сухой и смоченный. Возможно, читателю приходилось видеть такую пару термометров в помещениях, где важно следить за влажностью воздуха, например в музеях. Термометры ртутные. Но при очень низких температурах ртутный термометрах заменяют спиртовым (ртуть замерзает при -39°). Температура, которую показывает сухой термометр, и есть температура воздуха в данный момент.

Пара термометров - сухой и смоченный - составляют прибор, называемый психрометром - измерителем влажности. Поэтому и будка называется психрометрической. На испарение воды затрачивается тепло, и смоченный термометр, как правило, показывает более низкую температуру, чем сухой. Если воздух сух, испарение идет быстро, на него расходуется много тепла и разница в показаниях термометров большая. При влажном воздухе вода испаряется медленно, соответственно уменьшается разница показаний. Когда влажность достигает 100%, испарения нет, показания термометров одинаковы. По специальным таблицам (а это довольно солидный том) наблюдатель определяет абсолютную влажность, относительную влажность и дефицит влажности, т.е. количество пара, которое еще может вместить воздух. Понятно, что при относительной влажности 100% дефицит влажности равен нулю.

Абсолютную влажность воздуха человек не ощущает, относительную же замечает только тогда, когда она сильно отличается от оптимальной (60-70%) - либо воздух слишком сухой (40% и меньше), либо слишком сырой (90-100%). При сухом воздухе значительно легче переносятся мороз и жара. Мороз в 15-20° в Мурманской области при стопроцентной влажности да еще с ветерком (а ветерок иной раз и с ног валит) куда тяжелее, чем знаменитые сибирские морозы при низкой влажности и безветрии.

Влажность фиксируется также еще одним прибором - волосным гигрометром. Его действие основано на том, что в зависимости от влажности обезжиренный человеческий волос - обязательно женский (он тоньше) и светлый (пигмент ухудшает его восприимчивость к влаге) - несколько изменяет свою длину.

Гигрометр помещается в той же будке, что и психрометр. Его показания менее точны, их проверяют по психрометру, но зато он позволяет определить влажность сразу, без расчетов: его шкала отградуирована в процентах относительной влажности.

В другой будке помещаются самописцы - термограф и гигрограф, непрерывно фиксирующие изменение температуры и относительной влажности; барабаны с часовым механизмом у них такие же, как у барографа, а стрелки соединены с датчиками температуры и влажности. Датчик влажности - человеческий волос, датчик температуры - биметаллическая пластина.

Для определения скорости ветра существует множество приборов самых разных конструкций. Суть большинства их сводится к одному: ветер крутит вертушку, а счетчик оборотов (механический или электрический) измеряет скорость вращения. Такие приборы называются анемометрами (в переводе с греческого – ветромер)

Психрометрическая будка

Психрометрическая будка сконструирована таким образом, чтобы резервуары термометров и других приборов находились на уровне двух метров — в приземном слое воздуха. Дверца будки всегда обращена на север. Как вы думаете, почему?

Будка служит для защиты приборов от осадков, сильного ветра и солнечной радиации. Она выкрашена в белый цвет и имеет специальные жалюзи. Стоит отметить, что как на обычной метеостанции, так и на нашей всегда имеются две будки. В одной находятся термометры, психрометр, гигрометр, а в другой — гигрограф и термограф, это приборы-самописцы (на лентах которых в течение суток в автоматическом режиме происходит запись изменения температуры и относительной влажности воздуха).

 Психрометрическая будка

 Внутреннее устройство психрометрической будки

 Психрометрическая будка с самописцами — гигрографом и термографом

Термометры для измерения температуры почвы

На специальном участке — так называемом «участке без растительного покрова» — производятся наблюдения за температурой поверхности почвы и на различных глубинах.

Срочный, минимальный и максимальный термометры служат для измерения температуры поверхности почвы. Зимой эти термометры кладутся на снег.

 Максимальный, минимальный и срочный напочвенные термометры (на поверхности снега и почвы)

В метеорологии измеряют не только температуру поверхности почвы (температуру подстилающей поверхности), но и температуру почвы на глубине. Для этого существуют специальные приборы — термометры Савинова и вытяжные термометры.

 Опускаемый настил для «подступа» к термометрам

 Почвенные термометры Савинова

Наблюдения по термометрам Савинова производятся только в тёплое время из–за их хрупкости, они устанавливаются на глубинах 5, 10, 15 и 20 см.

Снегомер, мерзлотомер

 Мерзлотомер для определения глубины промерзания почвы

На каждой метеостанции постоянно установлены на зимний период снегомерные рейки

Снегомер предназначен для измерения высоты и массы вырезаемого столбика пробы снега. Он состоит из безмена (взвешивающей части) и металлического цилиндра для отбора пробы снега и определения его объёма. Плотность снега определяется отношением массы к объему.

 Снегомерные рейки — переносная и стационарная

Приборы для измерения скорости ветра

На любой метеостанции обязательно есть высокая мачта. На ней находится ветроизмерительный прибор — флюгер Вильда. На метеостанциях флюгеры бывают двух видов: один с тяжёлой доской, другой — с лёгкой. Два флюгера с разными досками позволяют измерять различные скорости ветра. С лёгкой доской флюгер может измерять скорость до 20 м/с, с тяжёлой — до 40 м/с.

 Флюгер Вильда на 10–метровой мачте

 Ручной анемометр

Флюгер (в переводе с немецкого — «крыло») довольно прост в эксплуатации. Его устанавливают в северной части метеоплощадки. На фото ветер имеет южное направление («дует» с юга), для определения мы смотрим, куда указывает противовес («шарик» на противоположном конце флюгарки), а скорость — 2–3 м/с (определяем по тому, к какому из штифтов отклонилась доска).

Скорость ветра определяют ещё и другим прибором — ручным анемометром. Ручной анемометр замеряет число оборотов чашечек вокруг оси за заданное время, что равно определённому расстоянию, после чего рассчитывается средняя скорость ветра делением расстояния на время.

Измерители осадков и атмосферного давления

На нашей метеостанции проводятся также наблюдения за количеством атмосферных осадков по осадкомеру. Сборником осадков является  Осадкомер

 Измерительный дождемерный стакан

Атмосферное давление определяем по барометру–анероиду и барографу, которые размещены в помещении станции.

 Барометр–анероид

 Барограф

Давайте сами изготовим прибор для контроля за атмосферным давлением

Как мы знаем, барометр является прибором для измерения атмосферного давления. А погодные условия находятся в тесной зависимости от атмосферного давления. И наоборот, по изменению погодных условий можно судить об изменении атмосферного давления. Наш барометр может фиксировать пока еще не уловимые человеком изменения погодных условий. И для этой цели нам отлично подходит сосновая шишка.

Наши предки давно подметили, что шишки очень чутко реагируют на изменение погодных условий. При хорошей сухой и ясной погоде чешуйки шишки раскрываются, а в дождливую погоду они сжимаются. Основываясь на этих наблюдениях, мы и изготовим из шишки барометр.

Для этого нам понадобятся:

• сосновая или еловая шишка;
  
  

• древесная смола или клей;

• стебель травы или пластиковая трубка.

Шишку следует выбирать покрупнее – показания барометра из такой шишки будут более точными.

Стебелек травы (он будет служить нам стрелкой) нужно взять потоньше и подлиннее. Чем длиннее стебель, тем, опять же, будут точнее измерения. Однако нужно выбрать золотую середину между длиной травинки и ее массой – она должна быть легкой. Обрезаем излишки.

Шкалу делать не будем – просто расположим стрелку вертикально. При таком расположении любые отклонения стрелки будут заметны. Но можно изготовить шкалу, скажем, из куска коры и закрепить ее той же смолой.

• В результате нескольких часов наблюдений за таким барометром может быть замечено отклонение стрелки влево, т.е. шишка начнет закрываться, указывая на осадки.

Что произошло бы на Земле, если бы вдруг воздушная атмосфера вдруг исчезла? 

- Лишившись атмосферы Земля стала бы такой же мертвой, как ее спутница Луна, где попеременно царят то испепеляющий зной, то леденящий холод + 130⁰ С днем и - 150⁰ С ночью . Посмотреть, как выглядит, атмосфера Земли посчастливилось только космонавтам. Вот как поэтично описал увиденное сквозь иллюминатор корабля "Восток-2" летчик-космонавт Герман Степанович Титов "Горизонт Земли окружен ореолом нежно-голубого цвета, который постепенно темнеет, становясь бирюзовым, синим, фиолетовым и, наконец, переходит в черный цвет.

- Ребята, а можем ли мы говорить, что мы живем на дне воздушного океана? Почему.

А вот как писал об атмосфере французский астроном XIX столетия Камилл Фламмарион ": Атмосфера оживляет Землю. Океаны, моря, реки, ручьи, леса, растения, животные, человек - все живет в атмосфере и благодаря ей. Земля плавает в воздушном океане; его волны омывают как вершины гор, так и подножия; а мы живем на дне этого океана, со всех сторон им охваченные, насквозь им проникнутые: Не кто иной, как она покрывает зеленью наши поля и луга, питает и нежный цветок, которым мы любуемся, и громадные, многовековое дерево, запасающее работу солнечного луга для того, чтобы отдать нам ее впоследствии:".

Вот таков океан атмосферы, на дне которого мы живем.

Итог урока:

1.Воздух имеет вес и давит на земную поверхность и на все находящиеся на ней тела и предметы. Нормальным атмосферным давлением называют давление 760 мм рт.ст. на уровне моря при температуре 0°С.

2. С подъемом вверх давление падает, так как уменьшается толщина слоя атмосферы.

3. Неравномерное распределение атмосферного давления по поверхности Земли связано с ее неодинаковым нагревом, охлаждением и движение воздуха.

4. Подъем воздуха вверх приводит к образованию области низкого давления. Опускание воздуха вызывает образование области высокого давления.

5.Человек не чувствует атмосферного давления, так как оно уравновешивается его внутренним давлением. В то же время при изменении атмосферного давления самочувствие людей

Литература.

1. Гальперштейн Л. Я. Забавная физика: научно-популярная книга/оформл. Серии о. Кондаковой; художн. Б. Белов и Б. Доля. - Переизд., доп. и перераб. - М.: Дет.лит., 1993

2. Ландау Л. Д., Китайгородский А. И. Физика для всех: физические тела. - 6-е изд., стер. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1984

3. Остер Г. Б. Физика задачник, М. "Росмэн", 1998

4. Перышкин А.В. Физика 4 учебн. для общеобраз. школ, М: Дрофа, 2003

5. Шабловский В. Занимательная физика. - Санкт - Петербург, "Тригон", 1997

6. Физическая смекалка. Занимательные задачи и опыты по физике для детей. - М., Омега, 1994

7. Материалы Интернет