Урок физики в 7 классе

Урок № 44 7 класс Дата_______

Тема урока: Опыт Торричелли. Барометр.

Цели урока:

• закрепить понятие атмосферного давления, научиться объяснять явления, обусловленные действием атмосферного давления; познакомить с опытом Торричелли; активизировать познавательную активность;

• развивать умения анализировать и объяснять явления, обусловленные действием атмосферного давления, сопоставлять, сравнивать, выделять главное, устанавливать причинно-следственные связи; приводить примеры;

• формировать научное мировоззрение, показать роль эксперимента в изучении физики, повышать интерес к физике.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование: электронная презентация, оборудование для групп, кроссворд,

Ход урока:

1. Организационный момент: приветствие, проверка наличия учащихся в классе.

2. Актуализация опорных знаний.

Блиц - опрос

1. Почему возникает давление жидкости? ( Потому что действует сила тяготения. )

2. От чего зависит давление жидкости?( Зависит от плотности и столба жидкости. )

3. Как зависит давление жидкости от формы сосуды?( Не зависит от формы сосуды. )

4. В каких единицах измеряется давление ?(в Паскалях )

5. Какой формулой определяют давление жидкости на дно и стенки сосуды?(р =gρh )

6. В каких единицах измеряют величины, которые входят в эту формулу?(плотность ρ в кг/м , высота столба h в метрах, g=9,8 Н/кг. )

7. Сформулируйте закон Паскаля.(давление, которое действует на жидкость или газ, передается без изменения в каждую точку жидкости или газа. )

8. Что такое давление? (Давление - это физическая величина, равная отношению силы, действующей на тело к площади этой поверхности
   p = F/S)

9. В каких единицах выражается давление в СИ? (1 Па = 1Н/1 м²)

10. От чего зависит давление, оказываемое жидкостями и газами? (От рода вещества и высоты столба; формула p = ρgh)

11. Что называется атмосферой? (Атмосфера - воздушная оболочка Земли)

12. Что называется атмосферным давлением? (Атмосферное давление - давление атмосферы или воздушной оболочки Земли)

13. 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).

Дано:

ρ = 1000 κг/м³
g ≈ 10 Н/кг
p = 220000 Па
h - ?

Анализ

p = ρgh
h = p/ρg

Решение

h = 220000/(1000*10) = 22 (м)
h[Па/(кг/м³)*(Н/кг)] = Н/м²/Н/м³ = м
Ответ: h = 22 м.

Устная задача: Л.№ 530 "Определите высоту уровня воды в водонапорной башне, если манометр, установленный у ее основания, показывает давление
220000 Па

3. Изучение нового материала:

Ребята, прежде чем мы будем работать над новой темой, я задам вам интересный жизненный вопрос,

Проблемный вопрос: Почему опасно сдавать в багаж при полете плотно закупоренные стеклянные емкости?

Чтобы ответить на данный вопрос, сегодня на уроке вам придется активно поработать.

Про длину или массу принято говорит, что они большие или маленькие, увеличиваются или уменьшаются.

А про атмосферное давление мы с вами будем говорить, что оно высокое или низкое, повышается или понижается. Эта традиция установилась еще современ Эванджелиста Торричелли в 17 веке. Когда атмосферное давление измеряли с помощью жидкостного барометра, где основную роль играл столб ртути, который соответственно повышался или понижался.

Сообщение учащегося:

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.

4. Основной материал.

Рассчитать атмосферное давление по формуле для вычисления давления столба жидкости (§ 38) нельзя. Для такого расчета надо знать высоту атмосферы и плотность воздуха. Но определенной границы у атмосферы нет, а плотность воздуха на разной высоте различна. Однако измерить атмосферное давление можно с помощью опыта, предложенного в XVII в. итальянским ученым Эванджелиста Торричелли, учеником Галилея.

Опыт Торричелли состоит в следующем: 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 (рис. 1). Часть ртути при этом выливается в чашку, а часть ее остается 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. Ртуть находится в равновесии. Значит, давление в трубке на уровне аа₁ (рис.1) 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.

Торричелли Эванджелиста
(1608-1647}.
Измерил атмосферное давление, разработал ряд вопросов в физике и математике

Давление в трубке на уровне аа₁ создается весом столба ртути в трубке, так как в верхней части трубки над ртутью воздуха нет. Отсюда следует, что атмосферное давление равно рис.1 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 атмосферное давление 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 или сантиметрах). Если, например, атмосферное давление равно 780 мм рт. ст., то это значит, что воздух производит такое же давление, какое производит вертикальный столб ртути высотой 780 мм.

Следовательно, в этом случае за единицу атмосферного давления принимают 1 миллиметр ртутного столба (1 мм рт. ст.). Найдем соотношение между этой единицей и известной нам единицей давления - Паскалем (Па).

Давление столба ртути ρ_ртути высотой 1 мм равно:

p = gph, p = 9,8 * 13 600 * 0,001 м ≈ 133,3 Па.

Итак, 1 мм рт. ст. = 133,3 Па.

В настоящее время атмосферное давление принято измерять и в гектопаскалях. Например, в сводках погоды может быть объявлено, что давление равно 1013 гПа, это то же самое, что 760 мм рт. ст.

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, то получится простейший прибор - ртутный барометр (от греч. барос - тяжесть, метрео - измеряю). Он служит для измерения атмосферного давления.

Работа в группах:

1 группа: Демонстрация опыта со стаканом и листом бумаги: налить в стакан воду, накрыть плотной бумагой и перевернуть стакан. Что вы наблюдаете? Почему?

2 группа: Демонстрация опыта со шприцом: опустить шприц в воду и поднять поршень вверх. Что вы наблюдаете? Почему?

3 группа: Демонстрация опыта с пластиковой бутылкой: в пластиковую бутылку налита горячая вода и закрыта крышкой. Что вы наблюдаете? Почему?

4. Фронтальный опыт : возьмите чистый лист бумаги, приложите ко рту и сделайте глубокий вздох. Что происходит? Объяснить.

5. 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).

Внешний вид анероида изображен на рисунке 2. Главная часть его - металлическая коробочка 1 с волнистой (гофрированной) поверхностью (рис. 3). Из этой коробочки выкачан воздух, а чтобы атмосферное давление не раздавило коробочку, ее крышку пружиной 2 оттягивают вверх. При увеличении атмосферного давления крышка прогибается вниз и натягивает пружину. При уменьшении давления пружина выпрямляет крышку. К пружине с помощью передаточного механизма 3 прикреплена стрелка-указатель 4, 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 (см. рис. 2), показывает, что в данный момент в ртутном барометре высота ртутного столба 750 мм.

Следовательно, атмосферное давление равно 750 мм рт. ст., или ≈ 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.

4. Закрепление материала:

Работа в группах:

Задание для 1 группы:

1. Высота кабинета физики 4 м, ширина 5 м, длина 7 м. Вычислите вес воздуха в кабинете, считая, что его плотность равна 1,29 кг/м³

2. Каково показание барометра на вершине Московской телевизионной башни высотой 540 м, если внизу башни барометр показывает давление 100641 Па?
   Решение: 540:12= 45 (45*133,3=5998,5 Па 100641-5998,5=94642,5 Па Ответ: p=94642,5 Па )

Задание для 2 группы:

1. Определить цену деления барометра-анероида и определите атмосферное давление в нашем классе.

2. «Измерить давление на 1 этаже училища, на 4 этаже и рассчитать приблизительно высоту одного этажа здания учебного корпуса училища».
   В это время 2 суворовца из 3 группы с барометром снимают показания на 1 этаже училища и на последнем. И сообщают эти показания своей группе. Группа тоже решает свою задачу. (3 этажа-12 м 1 этаж=12:4=4 м Ответ: высота этажа = 4 м)
   
   
   

Задание для 3 группы:

1. Погрузите стакан в воду, переверните его под водой вверх дном и затем медленно вытаскивайте его из воды. Почему, пока края стакана находятся под водой, вода не выливается из стакана?

2. У подножия горы барометр показывает 98 642 Па, а на вершине 90 317 Па. Определите высоту горы» (Решение: 98 642 - 90 317=8 325 8 325:133,3=62,45 62,45* 12=749 м Ответ: h= 749 м)

3)Практическая работа определение атмосферного давления барометром-анероидом

1)Определение цены деления прибора для каждой шкалы

2) Записать показания прибора по каждой шкале

3) Выразить давление в Паскалях, кПа, гПа.(прил.1)

4. Занимательные опыты.

Допустим, вы в научных целях сосали колпачок от авторучки и он крепко присосался к языку. Как, не действуя руками и не пользуясь услугами лошадей, избавиться от слишком уж сильно присосавшегося к языку колпачка авторучки?

Ответ: Подняться вместе с барометром на самую высокую вершину горы. Когда стрелка барометра приблизится к нулю, колпачок сам отпадет.

а) Предложить учащимся достать монету из блюдца с водой, не замочив рук.
б) Вдавливание вареного яйца в бутылку атмосферным давлением.

(Напомнить учащимся, как ставятся медицинские банки).

5. Подведение итогов урока и выставление оценок.

6. Домашнее задание : § 40, упр.21 (2).

Приложение 1