Открытый урок «Насыщенный и ненасыщенный пар. Влажность воздуха»

10 класс

Учитель физики: Крайнова Наталья Владимировна

Цели урока: познакомить учащихся с новыми понятиями - насыщенный и ненасыщенный пар, абсолютная и относительная влажность, точка росы; со способами измерения влажности; ознакомить с приборами для измерения влажности воздуха.

Задачи:

1. Образовательные:

• сформировать представление о насыщенном и ненасыщенном паре, абсолютной и относительной влажности воздуха, точке росы;

• продемонстрировать способы измерения влажности воздуха при рассмотрении приборов для ее измерения - гигрометра, психрометра;

• организовать деятельность учащихся по приобретению новых знаний;

• вызвать интерес учащихся к занятию, придать ему поисково-творческий характер.

2. Развивающие:

• развивать у учащихся потребность в творческой деятельности, в самовыражении через различные виды работы;

• развивать умение анализировать информацию, пользоваться таблицами, справочниками и другими источниками информации.

3. Воспитательные:

• показать важность понятия влажности воздуха в жизнедеятельности человека;

• сформировать умение работать в команде.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование:

• компьютер и мультимедиа-проектор, презентация к уроку, презентации учащихся, психрометрическая таблица;

• термометр, кусочек марли, сосуд с водой комнатной температуры, гигрометр, психрометр.

План урока:

1. Организационный момент.

2. Актуализация знаний.

3. Объяснение нового материала.

4. Практическая работа «Определение относительной влажности в кабинете физики».

5. Первичное закрепление изученного материала.

6. Подведение итогов урока.

7. Домашние задание.

В течение урока процессы, физические явления, формулы, графики зависимости, таблицы, задачи, тесты, вопросы, демонстрируются с помощью презентации.

Ход урока

1. Организационный момент.

2. Актуализация знаний.

Учитель: Добрый день уважаемые ребята и гости, присутствующие на нашем уроке.

Прошу вас посмотреть на экран (Смотрят слайды с явлениями природы).

Какие природные явления вы сейчас видели? (Отв. Туман, роса, иней).

Как вы думаете, какие физ. процессы «спрятаны» в этих явлениях природы? Отв. испарение, конденсация, парообразование, влажность воздуха: туман представляет собой скопления мелких капелек воды.

Совершенно верно, и чтобы с точки зрения физики правильно описывать данные явления предлагаю к изучению новую тему урока «Насыщенный и ненасыщенный пар, влажность воздуха, кристаллические и аморфные тела» запишем в тетради тему урока.

• Цель нашего урока: Дать понятие насыщенного и ненасыщенного пара, влажности воздуха, точки росы, кристаллическим и аморфным телам

• Исследовать зависимость давления насыщенного пара от температуры

• Научиться рассчитывать влажность воздуха.

• Познакомиться с принципами действия приборов для измерения влажности воздуха.

Но прежде чем приступить к изучению темы, давайте повторим понятия и ответим на вопросы, которые нам помогут лучше понять тему:

• Парообразование - переход жидкого состояния в газообразное состояние.

• Конденсация - переход вещества из газообразного состояния в жидкое состояние.

• Испарением называется парообразование, которое происходит только со свободной поверхности жидкости, граничащей с газообразной средой.

• От каких факторов зависит скорость испарения? (От температуры жидкости, площади поверхности)

• Почему горячая вода испаряется быстрее? (чем выше температура жидкости, тем больше средняя кинетическая энергия ее молекул и, следовательно, тем большее их число их покидает жидкость за тоже время.)

• При испарении температура жидкости понижается? (Да)

• Скорость испарения зависит от площади поверхности, с которой она испаряется. (Чем больше поверхность, тем быстрее происходит процесс испарения)

3. Изучение нового материала.

Изучение нового материала происходит в форме беседы. Учитель задает вопросы по теме, и учащиеся, основываясь на знаниях полученных ранее, дают ответы, делают выводы.

Итак, давайте рассмотрим процессы, протекающие в закрытом сосуде (слайд)

Учитель: - В первый момент, после того как жидкость нальют в сосуд и закроют его, жидкость будет испаряться и плотность пара над ней будет изменяться как?

Ответ: увеличиваться, потому что сосуд закрыт, и молекулы будут находиться в ограниченном пространстве.

Учитель: - Однако одновременно с этим будет расти и число молекул, возвращающихся в жидкость, т.е. происходить какой процесс?

Ответ: Процесс конденсации. Чем больше плотность пара, тем большее число молекул возвращается в жидкость. В результате в закрытом сосуде устанавливается динамическое равновесие между жидкостью и паром, те число молекул, покидающих поверхность жидкости за некоторый промежуток времени, будет равно в среднем числу молекул пара, возвратившихся за тоже время в жидкость.

Учитель: - Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкость, называют насыщенным паром.

Учитель: - Если сосуд открыт, то динамического равновесия не наступает, т.к. испарившиеся с поверхности молекул могут свободно перемещаться за пределы сосуда, конечно, некоторое их количество вернется в жидкость. Следовательно, пар не будет насыщаться. Такой пар называют ненасыщенным.

Учитель: - В природе часто ли встречаются насыщенные пары?

Ответ: Нет, не часто, в основном потоки воздуха уносят молекулы.

Учитель: - Как любой газ НП оказывает давление. Давлением насыщенного пара называется давление, при котором жидкость находится в равновесии со своим паром.

Давайте, исследуем зависимость давления насыщенного пара от температуры (слайд)

Давление НП определяется формулой (слайд)

Учитель: - С ростом температуры и концентрации - давление растет. Следовательно, ДНП зависит от температуры и концентрации.

С увеличением температуры давление реального НП растет быстрее, чем давление идеального газа, это становится очевидным, если провести изохоры через точки.

Учитель: - При нагревании в закрытом сосуде часть жидкости превращается в пар. В результате, давление насыщенного пара растет не только вследствие повышения температуры жидкости, но и вследствие увеличения концентрации молекул (плотности) пара. В основном увеличение давления при повышении температуры определяется именно увеличением концентрации. Главное различие в поведении ид. газа и насыщенного пара состоит в том, что при изменение температуры пара в закрытом сосуде меняется масса пара. Жидкость частично превращается в пар, или напротив, пар частично конденсируется. С ид газом такого не происходит. Когда вся жидкость испарится, пар при дальнейшем нагревании перестанет быть насыщенным, и его давление при постоянном объеме будет возрастать прямопропорционнально температуре.

Учитель: - По мере увеличения температуры жидкости, интенсивность испарения, что делает?

Отв. увеличиваться и через промежуток времени жидкость начнет кипеть.

Кипение - это процесс парообразования, происходящий не только с открытой поверхности, но и внутри жидкости, при строго определенной для данной жидкости температуре (слайд)

Учитель: - От чего зависит температура кипения? Ответ: зависит от рода жидкости и давления внешней среды. При повышении давления температура кипения увеличивается и чем больше внешнее давление, тем выше температура кипения. Например, в паровом котле при давлении в 1,6* 10 в 6 Па, вода не кипит и при 200 С, а в горах при давлении 4*10 в 4 вода кипит при 70 С.

Жидкость закипает, когда давление насыщенного пара сравнивается с давлением внутри жидкости.

Учитель: - Как будет меняться температура кипения воды, если сосуд с водой опускать в глубокую шахту.

Ответ: t кипения воды повысится, чем больше давление, тем выше t.

Релаксационная пауза: (закройте глаза) Предположим, что мы находимся на берегу океана и глядим на поверхность воды. Чувствуем, как легкий свежий ветерок окутывает нас. Мы ощущаем свежесть и прохладу. Поверхность водной глади кажется нам спокойной, но в это время вокруг нас протекает большое количество различных процессов.

На данном этапе урока проводится гимнастика для глаз (слайд)

Учитель: - Какой главный источник водяного пара в атмосфере?

Ответ: испарение воды с поверхности океанов, морей, водоемов, влажной почвы, растений, поэтому в атмосфере Земли всегда содержится водяной пар.

Учитель: - В зависимости от количества паров, находящихся при данной температуре в атмосфере, воздух бывает различной степени влажности. Окружающий нас атмосферный воздух вследствие непрерывного испарения воды с поверхности водоемов и растительности всегда содержит в себе водяные пары.

Учитель: - Содержание водяного пара в воздухе, т. е. его влажность можно охарактеризовать несколькими величинами. Какими?

1. Абсолютная влажность - плотность водяного пара в воздухе (слайд)

Физический смысл: абсолютной влажностью воздуха называют массу водяного пара, содержащегося в 1м³ воздуха, при данной температуре, т. е это плотность водяных паров в воздух при данной температуре.

Ед. измерения кг/м³ или 1г/м³ =0,001 кг/м ³

Например: при t=16°C абс. влаж. возд. 4г/м³ Как вы думаете, что это значит? Ответ: что при данной t, каждый кубический метр воздуха содержит 4г водяного пара.

Учитель: - Что представляет собой воздух? Ответ: Смесь газов и водяного пара.

Учитель: - Каждый газ вносит свой вклад в суммарное давление, производимое воздухом на тела? Ответ: Да

2. Давление, которое производил бы водяной пар, если бы все основные газы отсутствовали, называют парциальным давлением водяного пара (р) или упругостью водяного пара. Его выражают в Па или мм. рт. ст. (слайд)

По величине абсолютной влажности нельзя судить о степени влажности воздуха (в/в), т. к. при одинаковой массе водяного пара в нем, но большей температуре, воздух будет суше, а при меньшей температуре - влажнее. (t >; воздух - суше , t<; воздух - влажнее).

Учитель: - Что нужно сделать, если мы зашли в холодное время года в помещение, где не топлено и сыро.

Ответ: Его нужно протопить и станет сухо.

Учитель: - Но абсолютная влажность воздуха при этом практически не изменится. Чтобы определить степень влажности воздуха, т. е. судить о том, какой он: сухой или влажный, надо знать, насколько близок водяной пар к состоянию насыщения. Для этого вводят понятие относительной влажности.

3. Относит. влажностью воздуха называют отношение парциального давления р водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению р₀ насыщенного пара при, той же температуре, выраженной в процентах (слайд)

Относительную влажность измеряют в процентах. Очевидно, что все эти величины скалярные. Влажность воздуха не может быть выше 100%. Если воздух, в котором содержится насыщенный водяной пар, нагреть, то пар перестанет быть насыщенным, хотя плотность водяного пара в нем не изменится. При этом относительная влажность воздуха уменьшится, т. е воздух станет суше.

Учитель: - От чего зависит сухость или влажность воздуха?- зависит от того, насколько близок его водяной пар к насыщению.

Учащиеся делятся на 4 группы. Каждой группе раздается различная учебная литература по физики, учащиеся по учебникам самостоятельно знакомятся со значением влажности воздуха из различных источников, а также одна из групп осуществляет поиск информации с помощью ресурсов интернета. Делают краткие сообщения.

Учитель: - Если влажный воздух охлаждать, то находящийся в нем пар можно довести до насыщения, и далее он будет конденсироваться.

Учитель: - Что является признаком, того что пар насытился?

Ответ: появление первых капель сконденсировавшейся жидкости - росы

Учитель: - Температуру t _p , при которой водяной пар становится, насыщенным, называют точкой росы.

При охлаждении воздуха до точки росы начинается конденсация паров: туман, роса.

Приборы для измерения называют гигрометрами и психрометрами.

Учащиеся подготовили сообщения и презентации о приборах измеряющих влажность. (3-4 мин)

Выступление учащихся.

1) Волосяной гигрометр.

Обезжиренный человеческий волос обладает свойством укорачиваться при понижении влажности воздуха и удлиняться при её увеличении. На этом свойстве волоса, основано действие волосяного гигрометра. Растянутый с помощью отвеса волос располагается вертикально и прикрепляется к шкале, проградуированной в единицах влажности. К самому волосу прикрепляется стрелка- указатель, которая при изменении влажности, перемещается по шкале.

2) Психрометр ("психрос" от греч. - холодный) Августа.

Психрометр состоит из двух одинаковых термометров, укрепленных на вертикальной стойке. Носик одного термометра обернут марлей, конец которой опущен в воду. Вследствие явления капиллярности вода по марле поднимается вверх, поэтому марля всегда влажная.

Посмотрите внимательно, одинаковую ли температуру показывают термометры?

Почему влажный термометр показывает более низкую температуру? (Вода испаряется, термометр - охлаждается, т. к испарение сопровождается охлаждением.)

Как вы думаете, чему равна влажность воздуха, когда термометры показывают одинаковую температуру?

При Влажности = 100%- вода не будет испаряться.

По разности температур этих термометров по таблице определяют влажность воздуха.

Объяснение как пользоваться таблицей проводит ученик.

Для того что бы определить влажность воздуха необходимо зафиксировать показания сухого термометра, затем показания влажного термометра. Разницу температур вычисляем, затем по таблице необходимо совместить показания сухого термометра и разницы температур и на пересечение этих показателей будет указана относительная влажность воздуха.

4. Практическая работа.

Учащиеся делятся на 4 группы. Один из учеников проводит практическую работу с объяснением у доски. После проведения практической работы представитель от каждой группы делает сообщения о результатах измерения. Также обсуждается появление погрешности в измерениях.

Ученик: - Для проведения практической работы нам необходимо следующее оборудование:

Термометр, влажная марля, психрометрическая таблица по которой мы будем определять относительную влажность воздуха, бланк в который мы будем записывать показания (слайд)

Итак, берем термометр и фиксируем показания температуры. Что бы точно снять показания необходимо поднять термометр на уровень глаз. Температура, например 20. С, затем берем мокрую марлю и оборачиваем термометр. Ждем когда температура измениться. Вопрос как вы думаете, температура увеличится, или уменьшится? Конечно, уменьшиться, потому что вода испаряется, термометр охлаждается. Теперь записывает показание влажного термометра, например 16 С. Находим разность и совмещаем показания сухого термометра и разности и находим относительную влажность воздуха. Например, 50 . Делаем вывод.

Комфортная влажность воздуха (слайд)

Для закрепления знаний решим задачи. По рядам, назначаются консультанты, на решения задач отводим 3-5 мин. (слайд с условием задач)

1. Найти относительную влажность воздуха в комнате при 18 Ċ, если при 10 Ċ образуется роса.

2. В 4 м³ воздуха при температуре 16 Ċ находятся 40 г водяного пара. Найти относительную влажность.

Проверяем (слайд с ответами)

Учащиеся заранее подготовили краткие сообщения и презентации, о явлениях природы.(2-3 мин)

1.Туман - атмосферное явление, скопление в воздухе мельчайших продуктов

конденсации водяного пара. Относительная влажность близка к 100%.

2.Роса - вид атмосферных осадков. Из-за охлаждения воздуха водяной пар конденсируется на объектах вблизи земли и превращается в капли воды.

3.Иней - один из видов нарастающих твёрдых атмосферных осадков.

5. Закрепление.

Вопросы для закрепления:

1.Пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называется НАСЫЩЕННЫМ.

2. Давление насыщенного пара зависит от температуры и концентрации молекул.

3. Влажность содержание водяного пара в воздухе.

4. Давление, которое производил бы водяной пар, если бы другие газы отсутствовали, называют парциальным давлением водяного пара.

5. Абсолютная влажность - плотность водяного пара в воздухе.

6. Относительная влажность воздуха - это отношение парциального давления водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного пара при той же температуре, выраженной в процентах.

7. Приборы: Волосной гигрометр, Психрометр, Конденсационный гигрометр

8. Проводится тест по вариантам на закрепление нового материала.

Вариант №1

1.Парообразование -

А) процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое состояние;

Б) процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное;

В) процесс перехода вещества из жидкого состояния в твердое.

2. Интенсивность процесса испарения зависит: А) от площади свободной поверхности; Б) от температуры жидкости; В) от наличия вентиляции; Г) от рода жидкости; Д) от температуры окружающей среды; Е) от величины архимедовой силы.

3.Температура кипения: А) с ростом атмосферного давления увеличится; Б) с ростом атмосферного давления уменьшится; В) не зависит от атмосферного давления.

4. Насыщенный пар - это: А) пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью;

Б) пар, образующийся над кипящей жидкостью; В) пар, не находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью.

5. Давление насыщенного пара: А) зависит от занимаемого им объема; Б) не зависит от занимаемого им объема.

6. Как изменится плотность насыщенного пара при увеличении его объема?

А) увеличится; Б) уменьшится; В) не изменится.

7. Относительная влажность воздуха 100%. Сравните показания влажного T₁ и сухого термометров Т₂ психрометров.

А) Т₁ = Т₂; Б) T₁ >T₂; В) Т₁ < Т₂.

Вариант №2

1.Виды парообразования:

А) конденсация; Б) испарение; В) конвекция; Г) кипение.

2.Испарение - это: А) процесс парообразования по всему объему жидкости; Б) процесс парообразования с поверхности жидкости; В) процесс, обратный кипению; Г) процесс перехода вещества из газообразной фазы в жидкую.

3. Температура жидкости при испарении: А) температура жидкости остается неизменной; Б) температура жидкости увеличивается; В) температура жидкости уменьшается.

4.Температура кипения - это: А) температура, при которой давление насыщенного пара в пузырьках равняется атмосферному давлению; Б) температура, при которой давление насыщенного пара в пузырьках равняется давлению в жидкости; В) температура, при которой давление насыщенного пара в пузырьках равняется гидростатическому давлению.

5. Температура жидкости при кипении зависит от: А) от рода жидкости; Б) от атмосферного давления; В) от температуры окружающей среды;

6.Как изменится давление насыщенного пара при уменьшении его объема?

А) увеличится; Б) уменьшится; В) не изменится.

7. Плотность насыщенного пара: А) зависит от занимаемого им объема; Б) не зависит от занимаемого им объема.

8. Относительная влажность воздуха - это

А) величина, указывающая на количественное содержание водяного пара в воздухе;

Б) величина, показывающая, насколько при данной температуре водяной пар близок к насыщению;

В) величина, указывающая на наличие водяного пара в атмосфере.

6. Подведение итогов.

Учащиеся самостоятельно делают выводы о полученных знаниях, достижении поставленной в начале урока цели.

7. Домашнее задание.

§ 70,71,72

Подготовить сообщение на выбор по темам:

Значение влажности для сельского хозяйства.

Значение влажности в метеорологии.

Литература:

3. Физика. 10 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. - 19-е изд. - М.: Просвещение, 2010. - 366 с.: ил.

4. Физика, 10 класс, учеб. для общеобразоват. учреждений Касьянов В.А. М.: Дрофа, 2003. - 416 с.: ил.

5. Кабардин О.Ф. Физика: Справ. Материалы: Учеб. Пособие для учащихся. -М.: Просвещение, 1988. - 367.: ил.

6. Физика. 10 класс. Л. Э. Генденштейн, Ю. И. Дик. М.: 2009 - 352 с. Учебник - базовый уровень.

7. Рымкевич, А.П. Физика. Задачник. 10-11 кл. : пособие для общеобразовательных учреждений - 12-е изд. Стереотип. - М.: Дрофа, 2008 - 188, : ил.

8. festival.1september.ru/articles/612734/

9. nsportal.ru/shkola/fizika/library/2013/07/08/test-po-teme-vzaimnye-prevrashcheniya-zhidkostey-I-gazov-10-klass