"Опыт Торричелли"

Шенгелия А.М.

Урок по физике (08.02.23)

7-А класс

Тема. Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли.

Цель. Раскрыть физическое содержания опыта Торричелли; познакомить с прибором – барометром; развивать аналитическое мышление, связную речь, познавательную активность учащихся, коммуникативные навыки, умение видеть практическую пользу знаний; воспитывать интерес к физике, внимательное отношение к своему здоровью.

Оборудование: компьютер; учебник «Физика.7 класс», под ред. А.В. Перышкина; приборы для демонстрации опытов, подтверждающих существование атмосферного давления; план-конспект урока, мультимедийное приложение к уроку, выполненное в Microsoft Power Point.

Ход урока

1. Организационный момент

Здравствуйте дети. Сегодня у нас состоится открытый урок, и от себя и от вашего лица приветствую наших гостей. Уверен что, у нас получится интересный познавательный урок, и надеюсь, вы мне в этом поможете своей плодотворной работой.

Проблема

Греческий философ беседовал со своим учеником. "Скажи мне, - спросил юноша, - Ты прожил долгую жизнь, учился у великих учёных. Как же так, что для тебя осталось много неясных вопросов?". Философ начертил посохом перед собой два круга: маленький и большой. "Твои знания - это маленький круг, а мои - большой. Но все, что осталось вне этих кругов, - неизвестность. Маленький круг мало соприкасается с неизвестностью. Чем шире круг твоих знаний, тем больше его граница с неизвестностью. Чем больше ты станешь узнавать нового, тем больше будет возникать у тебя неясных вопросов".

Греческий мудрец дал исчерпывающий ответ.

Сегодня на уроке мы увеличим круг наших знаний, изучая подробно  атмосферное давление.

А начнем мы наш сегодняшний урок с загадки:

Есть ли дети одеяло,

Чтоб всю Землю укрывало?

Да притом не видно было?

Ни сложить, ни развернуть,

Ни пощупать, ни встряхнуть?

Пропускало б дождь и свет,

Есть, а вроде бы и нет?

( учащиеся формулируют тему и цели урока)

1. А ктуализация знаний (Поделить на 2 группы А и Б)

Сейчас мы разделимся на две группы- А, Б.

Работа в группах

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

2. Из чего она состоит? (Атмосфера состоит из молекул различных газов).

3 . Что называется атмосферным давлением? (Атмосферное давление – давление атмосферы на поверхность Земли и все тела).

1. Как вы думаете, что произошло бы с атмосферой Земли, если бы не было силы земного притяжения? (Молекулы газов, составляющих атмосферу улетели бы в межпланетное пространство).

2. Почему, когда туристам необходимо выпить сгущённое молоко из консервной банки, в ней надо сделать два отверстия, а не одно? (Второе отверстие необходимо для того, чтобы над поверхностью сгущенного молока было атмосферное давление, которое и заставляет его перетекать в рот).

3. Возьмём полую трубочку. Опустим в воду. Зажмём верхний конец. Вытянем трубочку из воды. Что вы увидели? Осталась ли вода в трубочке. (Вода осталась в трубочке потому, что она уравновешена атмосферным давлением).

Индивидуальная работа

7. Возьмите пластиковую бутылку без крышки, поднесите к губам, вдохните воздух из бутылки. Она с треском сожмется. Почему? (Она сжалась под действием давления атмосферы, которая вне бутылки не менялась, а в бутылке уменьшилась. Так как мы ртом откачали часть воздуха из неё.).

8. Возьмите шприц, опустите в воду. Начните поднимать поршень. Что вы наблюдаете? Почему вода поднимается? (Между поршнем и водой образуется безвоздушное пространство, в которое под давлением наружного воздуха поднимается вода).

Подведение итогов. Молодцы, вы хорошо справились с ответами на вопросы.

Поставьте себе 2 балла за эту работу те, кто дал все правильные ответы, один балл - у кого были ошибки.

1. Изучение нового материала

Мотивация. Тот, кто знает и любит физику, может удивлять своих друзей физическими фокусами, двум из них я вас сейчас научу.

Опыт №1. Стакан с водой закрываем бумагой, стакан переворачиваем. Бумага удерживает воду в стакане. Почему? Ваша задача – догадаться, благодаря чему я смог это сделать: весу тела, атмосферному давлению, силе упругости, силе трения?

Вывод. На воду в стакане действует сила тяжести. Почему же листочек удерживает воду? Оказывается, вода немного прогибает бумагу, давление воздуха над водой меньше атмосферного давления, которое прижимает бумагу к стакану.

Опыт №2. Сейчас я достану монетку из воды, не намочив пальцы рук. Как я это буду делать, ваши варианты? Ваша задача – догадаться, благодаря чему я смог это сделать: весу тела, атмосферному давлению, силе упругости, силе трения».

Вывод. Давление в стакане упало ниже атмосферного, поэтому атмосферное давление за пределами стакана заставило воду переместиться внутрь.

Итак, в приведенных опытах мы видим влияние атмосферного давления. Когда вы слушали прогноз погоды, вы, наверное, обращали внимание, что атмосферное давление постоянно меняется. Людям каких профессий очень важно знать значение атмосферного давления? (Врачам, чтобы определить метеозависимость у пациентов. Агрономам, путешественникам, летчикам, чтобы определить приближение циклонов и антициклонов). Вот поэтому человеку было необходимо научиться что делать?

(ИЗМЕРЯТЬ АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ).

Итак, тема нашего сегодняшнего урока «Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли».

О сновные вопросы, на которые мы должны сегодня ответить – это:

1. Как измерить атмосферное давление и в каких величинах оно измеряется?

2. Познакомиться с опытом Торричелли.

3. Выяснить какой прибор используется для измерения атмосферного давления?

Ребята, вытяните руки вперед ладонями вверх. Что вы чувствуете? Вам тяжело? А ведь на ваши ладони давит воздух, причем, масса этого воздуха равна массе мотоцикла. То есть около 100кг! Почему же мы не ощущаем этого веса? Действительно, мы не смогли бы выдерживать такую тяжесть, если бы ей не противостояло такое же давление внутри нашего тела. Следующий опыт поможет нам понять это.

Рассчитать атмосферное давление по формуле для вычисления давления столба жидкости нельзя. Для такого расчёта надо знать высоту атмосферы и плотность воздуха. Но определённой границы у атмосферы нет, а плотность воздуха на разной высоте различна. Однако измерить атмосферное давление можно с помощью опыта, предложенного в XVII в. итальянским учёным Эванджелиста Торричелли, учеником Галилея. Опыт Торричелли состоит в следующем: стеклянную трубку длиной около 1 м, запаянную с одного конца, наполняют ртутью. Затем, плотно закрыв д ругой конец трубки, её переворачивают, опускают в чашку с ртутью и под ртутью открывают конец трубки. Часть ртути при этом выливается в чашку, а часть её остаётся 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. Это давление по закону Паскаля передаётся без изменения в каждую точку жидкости и оказывает воздействие на ртуть в трубке снизу. Ртуть будет находиться в равновесии. Значит, давление в трубке на уровне а–а₁ 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.

Давление в трубке на уровне а-а₁ создаётся весом столба ртути в трубке, так как в верхней части трубки над ртутью воздуха нет. Отсюда следует, что атмосферное давление равно 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 оно уменьшится, то столб ртути в трубке Торричелли понизится. Чем больше атмосферное давление, тем выше столб ртути в опыте Торричелли. Поэтому на практике атмосферное давление можно измерять высотой ртутного столба (в миллиметрах). Если, например, атмосферное давление равно 780 мм рт. ст., то это значит, что воздух производит такое же давление, какое производит столб ртути высотой 780 мм. ЗАПОМНИТЕ ребята, значение атмосферного давления, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при 0°С называют нормальным атмосферным давлением.

На практике за единицу атмосферного давления принимают 1 миллиметр ртутного столба (1 мм рт. ст.). Найдём соотношение между этой единицей и известной нам единицей давления — паскалем (Па). Давление столба ртути высотой 1 мм по формуле p = gρh, равно

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

Итак,

1 мм рт. ст. = 133,3Па.   * На практике также используют специальную единицу давления — атмосферу. Одна атмосфера равна 10⁵ Па (1013гектоПа) при 760 мм рт.ст. Т.е. на каждый м² воздух давит с силой 101 300Н (на 1 см² – 10Н).

Площадь ладони человека примерно 100 см², на неё действует сила атм. давления, равная 1000Н, но мы не чувствуем её, т.к. снизу на тыльную часть кисти действует такая же сила (по закону Паскаля) - они уравновешиваются.

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.

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

Паскаль считал, что для окончательного доказательства факта существования атмосферного давления нужно проделать опыт Торричелли один раз у подножия какой-нибудь горы, другой раз на её вершине и в обоих случаях измерить высоту ртутного столба в трубке. В 1648 г. такой эксперимент был проделан. Он полностью подтвердил предположение Паскаля о том, что атмосферное давление зависит от высоты. При высоте горы около 1,5 км разница уровней ртути составила более 8 см.

Запомните, ребята, атмосферное давление уменьшается на 1 ммрт.ст. при подъёме на каждые 12 метров.

Также Паскаль в 1646 году водяной барометр, высота был стол воды в этом барометре при нормальном атмосферном давлении, равном 760 мм рт. ст. составляла 10,5 метров.

В 1654 г., спустя 11 лет после открытия Торричелли, действие атмосферного давления было наглядно показано бургомистром г. Магдебурга Отто фон Герике. Два медных полушария были соединены кольцевой прокладкой. Через кран, приделанный к одному из полушарий, из составленного шара был выкачан воздух. Давление наружного воздуха прижало полушария друг к другу настолько сильно, что их не могли разнять восемь пар лошадей.

1. Физминутка

Очень физику мы любим – шею влево, вправо крутим.

Воздух – это атмосфера. Это правда, топай смело.

В атмосфере есть азот – делай вправо поворот.

Также есть и кислород – делай влево поворот.

Воздух обладает массой, мы попрыгаем по классу.

Е щё хочу вам рассказать об атмосферном давлении в живой природе

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

Засасывающее действие болота объясняется тем, что при поднятии ноги под ней образуется разреженное пространство. Перевес атмосферного давления в этом случае может достигать 1000Я на площадь ноги взрослого человека. Однако копыта парнокопытных животных при вытаскивании из трясины пропускают воздух через свой разрез в образовавшееся разреженное пространство. Давление сверху и снизу копыта выравнивается, и нога вынимается без особого труда.

1. Закрепление нового материала.

1) Незаконченное предложение

1. Атмосферное давление это _________________________________.

1. Впервые измерил атмосферное давление учёный ____________________.

2. Атмосферное давление можно измерить при помощи прибора_______________.

3. Изменяется атмосферное давление с изменением ____________________.

4. Атмосферное давление играет важную роль в жизни _______________________.

2) Решение задач.

Задача №1.

Лётчик поднял самолет на высоту 2000м. Как изменились показания барометра на борту самолёта? (Ответ дать в Паскалях).

Задача №2.

Вычислить силу атмосферного давления на поршень шприца площадью 3 см². Атмосферное давление равно 100 кПА. (килоПаскалей).

3) Самостоятельная работа

А сейчас, ребята, самостоятельная работа. Проведем тест-опрос по теме

« Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли».

Записывайте только буквы ответов.

1. Чему равно нормальное атмосферное давление?

У. 760 мм. рт. ст.

Е. 750 мм. рт. ст.

Х. 770 мм. рт. ст.

2.Чему равен 1 мм. рт. ст?

Д. 13,33 Па

С. 133,3 Па

Р. 10,13 Па

3. Кто из ученых первым измерил атмосферное давление?

Р. Ньютон

П. Торричелли

С. Паскаль

4. Какой прибор служит для измерения атмосферного давления

Л. Динамометр

Е. Барометр

М. Термометр

5. Лётчик поднял самолет на высоту 1200м. Как изменились показания барометра на борту самолёта.

Х. На 100мм рт.ст.

З. Не изменились.

С. На 10мм рт.ст.

Выпишите буквы ваших ответов. Какое слово у вас получилось?

УСПЕХ

Поздравляю всех, у кого получилось это слово. Вы ответили правильно на все вопросы.

1. Итог урока

Подведём итоги нашего успешного урока. Какую тему мы изучали на уроке? В чём заключался опыт Торричелли?

1.Вокруг Земли существует______________, которая удерживается благодаря____.

2.Воздух имеет_______и оказывает на земную поверхность и на все находящиеся на ней тела_______________.

3. Впервые измерил атмосферное давление учёный ____________________.

4. Атмосферное давление можно измерить при помощи прибора_______________.

5. При изменении высоты над уровнем моря атмосферное давление изменяется ____________________.

7. Домашнее задание

Дифференцированное.

1. Вариант. Посмотреть видеоурок по ссылке. Проанализировать опорный конспект к уроку и ответить на вопросы.

2. Вариант. Посмотреть видеоурок по ссылке. Проанализировать опорный конспект к уроку и составить 5 оригинальных вопросов к конспекту.

3. Вариант. Посмотреть видеоурок по ссылке. Проанализировать опорный конспект к уроку и обосновать ответ на вопрос. (Как мы пьем?).

1. Оценивание.

Посчитайте какое количество баллов вы набрали за урок. Это ваша отметка за урок. Мне хочется отметить активную работу на уроке таких учащихся как ……………. Им я ставлю дополнительную пятёрку за работу на уроке.

1. Рефлексия

Вы очень хорошо работали на уроке. Молодцы. Благодарю за старание. На следующем уроке у нас будет очень интересная тема: «Причины изменения атмосферного давления».

До свидания.

Как мы пьем?

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, так 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.

Причины изменения атмосферного давления.

Если внимательно отмечать положение столбика ртути, можно заметить, что с течением времени оно меняется. По каким причинам это происходит? Как вы думаете?

1.Из-за изменения температуры;

2.Смены направлений ветра и т.д

Изменение атмосферного давления объясняется перемещением воздуха. Оно повышается там, где воздуха становится больше, и понижается там, откуда воздух уходит. А главная причина перемещения воздуха — его нагревание и охлаждение.

Давайте вспомним, что такое циклон и антициклон.

Атмосферное давление постоянно меняется. Область пониженного давления называется циклоном, а повышенного – антициклоном.

Засасывающее действие болота объясняется тем, что при поднятии ноги под ней образуется разреженное пространство. Перевес атмосферного давления в этом случае может достигать 1000Я на площадь ноги взрослого человека. Однако копыта парнокопытных животных при вытаскивании из трясины пропускают воздух через свой разрез в образовавшееся разрежен­ное пространство. Давление сверху и снизу копыта выравнивается, и нога вынимается без особого труда.

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.