Атмосфера и атмосферное давление
Цель урока: рассмотреть причины, создающие атмосферное давление, и выяснить влияние земной атмосферы на живые организмы.
Оборудование: стеклянный шар с пробкой и резиновым отводом; насос; рычажные весы; набор гирь; сосуд с водой; трубка с поршнем; медицинский шприц; бытовые присоски.
Демонстрации: определение массы воздуха (по рис. 115 учебника).
Ход урока
I. Проверка домашнего задания
Справедлив ли закон сообщающихся сосудов в условиях невесомости?
Решая задачу, ученики должны четко понимать, что вес тела — это сила, с которой тело, вследствие земного притяжения давит на опору, либо натягивает подвес. Следовательно, в невесомости жидкость будет занимать совершенно произвольное положение, ибо вес ее элементов равен 0.
Самостоятельная работа
Вариант 1
1. Свободной поверхностью жидкости называют...
А. Поверхность, которая не соприкасается со стенками сосуда.
Б. Поверхность, которая соприкасается со стенками сосуда.
В. Любая поверхность жидкости.
2. В каком из сообщающихся сосудов, 1, 2, 3, указано правильное расположение уровней жидкости.
А. 1. Б. 2. В. 3.
3. Какой из сосудов 1, 2, 3, можно заполнить жидкостью доверху?
4. Два сосуда, 1 и 2, заполнены одинаковой жидкостью. Кран К закрыт. Будет ли переливаться жидкость из одного сосуда в другой, если открыть кран.
A. Будет переливаться из сосуда 1 в сосуд 2.
Б. Не будет переливаться.
B. Будет переливаться из сосуда 2 в сосуд 1.
5. В изогнутую стеклянную трубку в одно колено налита вода, в другое — керосин. В какое колено налита вода?
А. 1. Б. 2.
Ответы: 1. Б 2. А 3. Г 4. В 5. А
Вариант 2
1. Свободной поверхностью жидкости называют...
А. Поверхность, которая не соприкасается со стенками сосуда.
Б. Поверхность, которая соприкасается со стенками сосуда.
В. Любая поверхность жидкости.
2. Под действием силы тяжести жидкость...
А. Не перемешается.
Б. Перемешается с более низких мест на более высокие.
В. Перемешается с более высоких мест на более низкие.
3. В каком из сообщающихся сосудов, 1, 2, 3, указано правильное расположение уровней жидкости.
А. 1. Б. 2. В. 3.
4. Два сосуда, 1 и 2, заполнены одинаковой жидкостью. Кран К закрыт. Будет ли переливаться жидкость из одного сосуда в другой, если открыть кран.
А. Будет переливаться из сосуда 1 в сосуд 2.
Б. Не будет переливаться.
В. Будет переливаться из сосуда 2 в сосуд 1.
5. Какой из сосудов 1, 2, 3, можно заполнить жидкостью доверху?
А. 1, 2, 3. Б. 1 и 2. В. 1 и 3. Г. 2 и 3. Д. 1. Е. 2. Ж. 3.
Ответы: 1. В 2. Б 3. А 4. В 5 Д
II. Изучение нового материала
Переходя к рассмотрению нового материала, можно сразу дать определение атмосферы:
атмосферой называется газовая оболочка, окружающая Землю.
В состав атмосферы входят различные газы, но в основном в ней находятся азот (78%) и кислород (21%), остальное аргон 0.93%, углекислый газ 0.03%, прочих газов в воздухе мало. Исследования показали, что до высоты около 100 км состав атмосферы существенно не меняется.
Мы знаем, что молекулы газа движутся беспорядочно с большими скоростями. Но при этом основная масса земной атмосферы находится на высоте не более 10 км от Земли, т.к. за счет земного притяжения молекулы воздуха не могут улететь далеко от поверхности Земли.
Очевидно, что концентрация молекул, а следовательно и плотность воздуха уменьшается с увеличением высоты. Самая большая плотность воздуха у поверхности Земли.
Опытным путем установлено, что при t = 0 °С на уровне моря плотность воздуха равна ρ = 1,29 кг/м3.
III. Демонстрация опытов
1. Проведите опыт, подтверждающий, что воздух обладает массой.
Для этого необходимо взять весы, стеклянный шар с пробкой и резиновой трубкой (см. рис. 115 учебника), из которого при помощи насоса выкачан воздух.
Взвешивая шар с воздухом и без него, мы обнаружим разницу в массе. Эта разница и равна массе воздуха в шаре.
2. Далее следует отметить, что верхние слои атмосферы давят на нижние точно так же, как это происходит в жидкости, что приводит к возникновению давления, которое назвали атмосферным.
Присутствие атмосферного давления можно продемонстрировать на примере трубки с поршнем (опыт по рис. 116 учебника).
Создавая между поршнем и поверхностью воды, мы, поднимая поршень, заставляем двигаться за ним воду из сосуда.
Та сила, которая толкает воду вверх, и есть сила атмосферного давления.
По закону Паскаля атмосферное давление действует на воду в сосуде одинаково по всем направлениям, в том числе и вверх. И вода просто движется из зоны большего давления в зону меньшего.
Тот же эффект можно наблюдать при работе обычного медицинского шприца. На подобном принципе работает и пипетка.
Решение задач №№ 546-548.
Домашнее задание
§ 40-41; вопросы к параграфу; задачи №№ 549—553.
Экспериментальное задание:
Зажженную свечку или бумагу подержите внутри стакана, перевернутого вверх дном. Затем Быстро поставьте стакан также вверх дном на поверхность надутого детского воздушного шарика. Опишите наблюдаемое явление. Внимание: опыт поделайте в присутствии взрослых!
Дополнительный материал
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.
Атмосферное давление 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.
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.
Засасывающее действие болота объясняется тем, что при поднятии ноги под ней образуется разреженное пространство. Перевес атмосферного давления в этом случае может достигать 1000 H 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.
Атмосфера Земли
Мы живем на дне воздушного океана. По своему строению он напоминает много этажный дом.
Первый этаж — тропосфера (тропос - поворот). Этот слой простирается в среднем до 11 км над уровнем моря. Температура в нем с высотой уменьшается. 4/5 всей массы атмосферы сосредоточено в ней , здесь находится весь водяной пар. Большинство наблюдаемых нами явлений погоды образуется в этом слое.
Второй этаж— стратосфера (стратум - настил, слой). Он расположен между 11 км-55 км над уровнем моря. Стратосфера по массе составляет 1/5 часть атмосферы. Здесь постоянная температура около 40 градусов ниже нуля.
Третий этаж-мезосфера (мезо-средний, промежуточный). Этот слой занимает пространство между 55 км-80 км от Земли. Именно в этом слое находится газ озон, который защищает все живое на Земле от губительного действия ультрафиолетовых лучей Солнца. Иногда в мезосфере появляется серебристые облака, которые видны только в сумерках.
Четвертый этаж - термосфера (термо - температура). Воздух в термосфере сильно разряжен. Частицы движутся с такими большими скоростями, которые имеют молекулы при температурах 1000-2000° С.
Пятый этаж— экзосфера (экзо— снаружи, вне). Это внешняя оболочка атмосферы. Высота этого слоя 500-600 км. Молекулы двигаясь с огромными скоростями, иногда улетают в космос. Да, атмосфера Земли постепенно улетучивается, Но опасаться нечего: воздуха хватит еще на миллиарды лет! А вот небесные тела, у которых сила тяжести значительно меньше чем у Земли (Луна, Меркурий), уже распрощались со своей атмосферой.
