План-конспект уроку фізики у 7 класі "Атмосферний тиск. Вимірювання атмосферного тиску"

План-конспект уроку є дипломантом І ступеня Всеукраїнського конкурсу на кращий план-конспект уроків природничих дисциплін із елементами медіаграмотності для 1-11 класів у 2018/19 н.р. («Фізика»)

1. Організаційний момент
2. Оголошення теми уроку

Дидактична гра «Впізнай героя» (використовується авторський цифровий ресурс, файл  001 Оголошення теми уроку)

Учитель послідовно оголошує деякі факти про атмосферу, історію відкриття атмосферного тиску, та пропонує учням назвати явище (або фізичну величину) про яке (яка) йде мова в приведених фактах.

Вперше наукове уявлення про це висловив єгипетський вчений Ал Хасайма (Альгазена), який жив у XI столітті.

Усі земляни знаходяться на його дні.

Відкриття, у цій області науки належать двом друзям – учням Галілея. Доказ того, що це існує, зберігається у музеї Магдебурга.

Дослід по доказу  існування цього увіковічили у пам'ятнику.

Це пов’язують із пустотою.

Як би  це  зникло, то на Землі

• встановилась би температура – 170 °С;
• наступила би повна тиша;
• небо стало би чорним;
• не було би мерехтіння зірок, а зірки можна було би спостерігати навіть у день.

 3. Мотивація на вивчення нового матеріалу

Проведення даних експериментів ставить перед учнями навчальну проблему, яку їм треба буде розв'язати протягом уроку.

Учитель проводить демонстраційний експеримент:

Дослід 1. «Сухим з води»

Устаткування: тарілка, скляний стакан, монета, пробка, сірники, свічка.

Щоб дістати монету, що не замочивши руки водою, підпалюють свічку, накривають палаючу свічку склянкою. Після згоряння всього повітря, що знаходиться під склянкою, вся вода з тарілки, переходить у стакан. Експериментатору залишилося дістати монету.

Дослід 2. Вода в перевернутій склянці

Устаткування: стакан, ємкість з водою, аркуш цупкого паперу.

Утримання води в перевернутій і наповненій до країв склянці аркушем паперу, попередньо щільно притиснутим до горловини.

Налийте у склянку води, закрийте аркушем паперу і, підтримуючи лист рукою, переверніть стакан вверх дном. Якщо тепер відняти руку від паперу, то вода зі склянки не виливається. Папір залишається як би приклеєним до краю склянки.

Ці досліди можна продемонструвати за допомогою відеофрагментів, які знаходяться в додатку до даного уроку: 002 Сухим з ​​води, 003 Досліди із стаканом.

4. Етап вивчення нового матеріалу

Що таке атмосфера?

Повітря оточує нас, воно необхідне для життя. Ми звикли вдихати повітря, пересуватися в ньому,  настільки, що не звертаємо на нього увагу.

Атмосферою називається газовая оболонка, яка оточує Землю. З грецької - «атмос» – пара и «сфера» – куля.

До складу атмосфери входять різні гази. Основні -  азот (78 %) і кисень - (21 %). Ми знаємо, що молекули рухаються з великою швидкістю. Щоб вийти за межі тяжіння Землі необхідно розвинути швидкість  – 11,2 км/с.

При цьому основна маса земної атмосфери знаходиться на висоті не більше 10 км від Землі, тому що за рахунок земного тяжіння молекули повітря не можуть полетіти далеко від поверхні Землі. Різкого розмежування вона не має, її верхні шари дуже розряджені і поступово переходять в порожній міжпланетний простір.

За своєю будовою повітряний океан нагадує будинок (тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, екзосфера).

Розповідь супроводжується демонстрацією схеми будови атмосфери.

1. З боку Землі на повітря, як і на будь-яке інше тіло, діє сила тяжіння. Якщо тіло має масу m, то воно притягується із Землею з силою F = gm і має вагу P = gm.
2. Тропосфера - батьківщина хмар, у ній зосереджена майже вся маса, висота 11 км.
3. Стратосфера - висота від 11 до 55 км.
4. Мезосфера - висота від 55 км до 80 км
5. Термосфера - частинки рухаються з дуже високими швидкостями.
6. Екзосфера - зовнішня оболонка 500-600 км.

Фронтальна бесіда. Як довести, що повітря має вагу? Чи можна виміряти масу повітря? 

Демонстрація досліду по зважуванню повітря.

https://www.youtube.com/watch?v=HuggKI1_vNo )

(або файл 004 Зважування повітря)

Питання після перегляду відеофрагменту

1. Чому в досліді використовували саме електронні ваги?
2. Чи обов’язково перевіряти точність вимірювання вагів?
3. Для чого в досліді використовують вакуумний насос?
4. Як, знайшли масу повітря в колбі?
5. Як можна розрахувати густину повітря, які величини для цього потрібні?

Вимірювання атмосферного тиску

Величина атмосферного тиску сильно впливає на погоду Землі. Цю закономірність помітив ще Отто фон Геріке - бургомістр міста Магдебурга. А як же можна визначити величину атмосферного тиску? Чи можна застосувати підхід, який використовується при визначенні тиску рідини? Справа в тому, що тиск атмосфери, також, як і в рідини, залежить від глибини (а ми знаходимося на дні повітряного океану), густина атмосфери змінюється, тому розрахунок по формулі буде дуже приблизний.

Дослід по розрахунку такого тиску провів італійський вчений Торрічеллі.

Розповідь вчителя про дослід Торрічеллі.

Нормальний атмосферний тиск. Як розрахувати атмосферний тиск.

• (при 0 С) h = 760 мм. рт. ст.
• p = рgh
• p = 13 600 кг / м³ *9,8 Н / кг * 0,76 м = 101292,8 Па≈100000 Па.
• 1 мм. рт. ст. = 133, 3 Па.

Первинне закріплення знань. Учні виконують тест - заповнення пропусків у авторському цифровому ресурсі (файл 005- Вимірювання атмосферного тиску).

Зразок тексту для заповнення пропусків наведено нижче. Підкреслені слова - в тексті для учнів - пропущені.

На повітря, як і на всі тіла на Землі, діє сила тяжіння, а значить, повітря має силу тиску. Тому він тисне, як на поверхню Землі, так і на всі тіла на Землі. Це явище називається атмосферним тиском. Значення атмосферного тиску, що дорівнює тиску стовпа ртуті висотою 760 мм рт.ст. при температурі 20 ° С називають нормальним атмосферним тиском. Цей факт був встановлений Торрічеллі, який використовував для своїх дослідів скляні трубки різної форми, закритих  з одного кінця і заповнені ртуттю, яка частково витікала в резервуар, а в трубці над поверхнею ртуті утворювалася порожнеча, названа на честь італійського вченого, який проводив ці досліди.

Нормальний атмосферний тиск вперше визначив Торрічеллі. Давайте спробуємо пояснити ті досліди, які ви спостерігали на початку уроку, і математично довести наші висновки.

Робота з відеофрагментами.

Учнів об’єднують в групи, кожній групі дають переглянути відеофрагмент (див. додатки до уроку, скрін-шоти цих дослідів нижче в таблиці, у якій також сформульовані завдання для учнів)

Перегляньте відеофрагмент, спробуйте приблизно оцінити величини, які потрібні для оцінки фізичної величини, яку необхідно знайти кожній групі, та отримайте чисельний результат.
Група 1	Група 2	Група 3
Завдання
Спробуйте оцінити тиск, який створює вода в стакані, та порівняйте це значення з атмосферним тиском.	Спробуйте оцінити тиск води, яка зайшла в стакан, поясніть, чому вода себе поводить саме так, як це продемонстровано в досліді.	Спробуйте оцінити силу атмосферного тиску  на газету. Необхідні дані – в досліді, для оцінки площі газети, можна скористатися будь-якою інформацією.

Підведення підсумків роботи в групах. Учні доповідають однокласникам про результати своїх міні-досліджень.

Основні висновки:

1 група – Тиск води можна оцінити за відомою формулою p = рgh

• p = 1000 кг / м³ *9,8 Н / кг 0,1 м = 980 Па.

Можна було б утримати стовп води висотою 10 м.

2 група

Тиск води можна оцінити за відомою формулою p = рgh

• p = 1000 кг / м³ *9,8 Н / кг *0,02 м ≈ 196 Па.

Вода «заходить» у стакан, тому що при горінні свічки, кисень, який міститься в повітрі згоряє, тиск в стакані зменшується, вода «рухається» в бік меншого тиску під дією атмосферного тиску.

3 група

Тиск атмосферний однаковий і зверху газети, і знизу. Коли газету піднімають повільно, динамометр показує тільки вагу газети, тому що сила атмосферного тиску знизу та зверху компенсують одна одну. При швидкому піднятті газети, сила атмосферного тиску, яка діє вниз, робить значний вклад у збільшення ваги тіла.

F=pS, тому для грубої оцінки можна скористатися цією формулою (детальніше на це питання можна буде відповісти у 9 класі).

Досліди – докази існування атмосферного тиску.

Дослідження показали, що до висоти 100 км склад атмосфери істотно не змінюється.

Доказом існування атмосферного тиску служить досвід, проведеним Отто фон Геріке, що отримав назву «Магдебурзькі півкулі».

Цей дослід в сучасній лабораторії учитель демонструє за допомогою відеофрагменту. Файл: 009_Магдебургскіе півкулі.

Переконаємося на досвіді. Беремо два металевих півкулі. З'єднуємо їх разом і за допомогою насоса викачуємо повітря. Атмосферний тиск буде діяти тільки ззовні. Внаслідок цього півкулі будуть міцно притиснуті одна до іншої. Якщо від'єднати від них насос, можна почути характерний шум повітря. Півкулі роз'єднуються під дією ваги вантажу.

Етап закріплення нового матеріалу.

1. Робота з відеофрагментами (файл 010 Дослід з банкою)

Учитель пропонує учням переглянути відеофрагмент (включає відео без звуку), пропонує прокоментувати хід проведення досліду, та пояснити побачене явище.

2. Виконання інтерактивної вправи

Интерактивное упражнение (Заполни пропуски в тексте).

Файл 011- Тести Атмосферний тиск

Даний тест – авторський цифровий ресурс, в якому є різноманітні питання що потребують співставлення інформації, вставити в текст потрібні слова, відмітити на рисунку потрібну область, де міститься вірна відповідь, обрати одну відповідь із запропонованих, розв’язати задачу та ввести чисельний результат.

3. Проводячи досліди, Торрічеллі помітив, що висота стовпа ртуті час від часу змінювалася. Висновок: атмосферний тиск не залишається постійним, він змінюється. Особливо змінюється перед зміною погоди.

Дія атмосферного тиску ​​на організм людини має велике значення.

Завдання. Яка сила атмосферного тиску діє на тіло людини, площа поверхні якого, дорівнює приблизно 1,2 м²? (120 000 Н).

           Чому організм людини витримує такі навантаження?

Це досягається за рахунок того, що тиск рідин, які заповнюють судини тіла, врівноважує зовнішній атмосферний тиск.

Чому водолаз не може працювати на глибині понад 50 м?

          Тому що при збільшенні глибини занурення деформуються стінки судин, які розраховані на певні значення тиску ззовні і зсередини. При зміні тиску змінюється і швидкість багатьох хімічних реакцій, а це призводить до зміни хімічного рівноваги всього організму. При швидкому зменшенні тиску відбувається інтенсивне виділення газу і кров буде закипати, а це призводить до закупорювання судин. Тому занурення і підйом водолазів має відбуватися дуже повільно.

4. Демонструються фрагменти мультфільмів. Задача учнів, пояснити з точки зору фізичних законів ті явища, які спостерігаються

8. Проверь себя.

     Каким будет результат опыта Торричелли на Луне?

1. Высота столба ртути будет такой же, как на Земле: 760 мм.
2. Высота столба ртути будет выше, потому что сила тяготения на Луне в 6 раз меньше.
3. Столб ртути будет меньше.
4. Ртуть выльется из сосуда.

Ответ: 4. На Луне нет атмосферы, поэтому нельзя удержать ртуть.

9. Что вам известно о веществе, которое находится в Торричеллевой трубке – ртуть?

Ответ ученика: ртуть – это редкий металл, она ядовита и вредная для здоровья. Храниться должна в герметичном сосуде. Используется в термометрах. Осторожно надо работать с этими приборами.

Домашнє завдання

1. Опрацювати §
2. Проведи один дослід на вибір. Зафіксуй на відео, дай пояснення.

 «Неслухняна пробірка»

Обладнання: дві пробірки різного діаметру (менша вільно може входити у велику)

Візьміть дві такі пробірки, щоб одна з них могла вільно входити в іншу. У широку наллємо трохи води, а потім вставимо в неї коротку вузьку пробірку. Якщо тепер перевернути пробірки, то ми станемо свідками цікавого явища. Вузька пробірка не падає, а, навпаки, у міру витікання води піднімається вгору, втягуючись в широку пробірку.

Чому це відбувається?

Відповідь: Вода витікає, над нею утворюється безповітряний простір, а атмосфера заштовхує у нього вузьку пробірку.

"Найпростіший фонтан"

Обладнання: шприц медичний

Візьміть шприц, закрийте отвір пальцем і перемістить поршень, збільшуючи об'єм повітря під поршнем. Потім опустіть шприц в стакан з водою, не відкриваючи отвори, у воді приберіть палець. У шприці б'є фонтан. Чому?   Поясніть.

Відповідь: Коли ми збільшуємо об’єм повітря під поршнем, то при цьому зменшується тиск газу. Атмосфера тисне на воду в склянці і змушує її з силою входити в виряджений простір під поршнем. Тому і утворюється фонтан.

3. Знайди інформацію в мережі Інтернет за темою «Кордон проживання людини на висоті.

У світі кілька країн - Болівія, Мексика, Перу, Ефіопія, Афганістан - у яких більшість населення проживає на висоті понад 1000 м над рівнем моря. У Болівії, Перу та Китаї (Тибет) межа проживання людини перевищує 5000 м над рівнем моря. Ла-Пас - столиця Болівії - знаходиться на висоті 4500 м. Це найвища точка розміщення столиці держави на земній кулі. Нормальний атмосферний тиск на цій висоті  430 мм рт ст.

Резерв

Учитель пропонує дати відповіді на запитання «ТАК» чи «НІ»

(ресурс авторський, підготовлений давно російською мовою, бо викладання в навчальному закладі - російською, часу на переклад українською перед конкурсом не вистачило)

Додатки до уроку>>>

Автор конкурсної роботи: Антикуз Олена Володимирівна, учитель фізики Курахівської гімназії «Престиж», Донецька область