Цель урока: показать коллективную и индивидуальную работу обучающихся, способствовать формированию мировоззренческих выводов, опирающихся на большое количество фактов, добиться сознательного усвоения этих выводов.
План урока
Учитель: Сегодня у нас необычный урок. Вы не первый год изучаете физику и имеете представление о том, что она изучает. Попробуйте одним-двумя словами определить какая она, физика?
Ученики: Физика - сложная, интересная, объясняющая многие явления, происходящее вокруг нас.
Сценка в бане. Беседуют физик и лирик.
Лирик: Хорошо сидим! Люблю я баньку русскую. Ох, хорош парок. Еще Суворов говорил, что баня для солдата-первое дело! После бани выходишь чист душой и телом. Я Селятинскую баню люблю. Полы и скамейки в парилке деревянные, а в Краснознаменске пар не тот. Там скамейки и полы каменные. Горячо, без обуви и подстилки не усидишь. Почему интересно?
Физик: Камни обжигают потому, что обладают большей теплопроводностью, чем дерево. Кроме того, дерево поглощает влагу. Самое важное в бане, чтобы влажность была 90%, а температура 70-80 градусов. При такой температуре и влажности все поры кожи открываются, и с потом из организма выводятся шлаки. Так организм очищается. За одну баню человек теряет в весе до 2 кг.
Лирик: Что такое влажность?
Физик: Это процентное содержание пара в воздухе.
Учитель: Поможем лирику разобраться что такое влажность.
1 уч.: Вода занимает 70,8% поверхности земного шара. Живые организмы содержат от 50 до 99,7% воды. Образно говоря, живые организмы- это одушевленная вода. В атмосфере находится около 13-15 тыс. км3 воды в виде капель, кристаллов снега и водяного пара. Атмосферный водяной пар влияет на погоду и климат Земли.
Водяной пар в воздухе не является насыщенным. Перемещение воздушных масс приводит к тому, что в одних местах планеты в данный момент испарение воды преобладает над конденсацией, а в других, наоборот, преобладает конденсация. Но в воздухе практически всегда имеется некоторое количество водяного пара.
2 уч.: Атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов и водяного пара. Каждый из газов вносит свой вклад в суммарное давление, производимое воздухом на находящиеся в нем тела. Давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали, называют парциальным давлением водяного пара. Парциальное давление принимают за один из показателей влажности воздуха. Его измеряют в Па или мм рт. ст.
По парциальному давлению нельзя судить о том, насколько пар близок к насыщению. А именно от этого зависит интенсивность испарения воды и потере влаги живыми организмами. Вот почему вводят величину, показывающую, насколько водяной пар при данной температуре близок к насыщению,-относительную влажность.
Относительной влажностью воздуха r называют отношение парциального давления Р, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению Р0 насыщенного пара при данной температуре, выраженной в %: r=Р*100%/Ро
Учитель: Какими приборами можно измерить влажность воздуха?
3 уч.: Психрометр состоит из двух термометров. Резервуар одного из них остаётся сухим, он показывает температуру воздуха. Резервуар другого окружён полоской ткани, конец которой опущен в воду. Вода испаряется, и термометр охлаждается. Чем больше относительная влажность, тем менее интенсивно идёт испарение и тем более высокую температуру показывает влажный термометр.
При относительной влажности, равной 100% вода вообще не будет испаряться и показания термометров будут одинаковыми.
По разности температур этих термометров с помощью специальных таблиц можно определить влажность воздуха.
Ученики определяют влажность, она равна…
4 уч.: Рассмотрим устройство волосного гигрометра. Обезжиренный волос изменяет длину при изменении влажности: удлиняется при увеличении влажности и укорачивается при уменьшении влажности. Если волос обернуть вокруг лёгкого блока, прикрепив один его конец к металлической рамке, а к другому подвесив груз, то при изменении длины волоса указатель, прикреплённый к блоку, будет двигаться.
Проградуировав предварительно прибор, по весу груза можно определить относительную влажность. Этот прибор применяется в случаях, когда не требуется высокая точность.
Влажность воздуха, определённая гигрометром равна…
Учитель: Для чего надо знать влажность?
5 уч.: От влажности зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи человека. А испарение влаги имеет большое для поддержания температуры тела постоянной. В космических кораблях поддерживается наиболее благоприятная для человека относительная влажность воздуха 40-60%.
Большое значение имеет знание влажности в метеорологии для предсказания погоды. Хотя количество водяного пара в атмосфере сравнительно невелико (1%), его роль в атмосферных явлениях значительна. Конденсация водяного пара приводит к образованию облаков и последующему выпадению осадков. При этом выделяется большое количество теплоты. И наоборот, испарение воды сопровождается поглощением теплоты.
В ткацком, кондитерском и других производствах для нормального течения процесса необходима определённая влажность.
Хранение произведений искусства и книг требует поддержания влажности на необходимом уровне. Поэтому в музеях на стенах вы можете видеть психрометры.
Учитель: Подробно разобраться во всех случаях применения влажности мы не сможем, у нас не хватит времени одного урока, но несколько примеров мы разберём.
Уч.6: Из физических факторов воздуха наибольшее значение для человека имеет температура, относительная влажность и движение воздуха. Температура оказывает влияние на теплоотдачу, самочувствие и работоспособность человека. Влажность влияет на теплоощущение человека, особенно при высоких и низких температурах, затрудняя или увеличивая теплоотдачу организма. Вот почему при влажном Санкт-Петербургском климате температура -10-15 градусов воспринимается как сильный мороз, а сибиряки легко переносят 40-градусный мороз. Потому что влажность мала.
Движение воздуха - третий фактор, влияющий на теплоощущение. Движущийся воздух уносит слой воздуха, нагретого телом, понижается температура поверхности кожи, что воспринимается как охлаждение.
При высоких температурах и большой влажности (80-90%), (80-90 градусов), как в парилке, в бане, при движении воздуха от веника, можно получить серьёзные ожоги тела.
При средних температурах, т.е. при 16-18 градусах, одетый человек ощущает движение воздуха только свыше 1 м/с.
Учитель: Почему сильная жара труднее переносится в болотистых местах, чем в сухих?
Ответ: В болотистых местах влажность велика, а иногда равна 100%. Испарение пота происходит медленно и организм человека перегревается.
Уч. 7: Значит, для человека имеет значение не только влажность, но и другие физические факторы воздуха.
Как же поддерживаются эти факторы в герметически закрытых помещениях: в космических кораблях, подводных лодках, бомбоубежищах?
Человек в процессе жизнедеятельности выделяет углекислый газ при дыхании, водяные пары, когда потеет, поглощает кислород.
Регенерация воздуха - это система мероприятий, в результате которых воздух в герметически закрытых помещениях, изменённый в процессе жизнедеятельности людей, приобретает вновь требуемые свойства.
Устройства по регенерации должны обеспечить следующий состав воздуха: углекислый газ-не выше 2%, 16% кислорода, водяные пары-60%.
Для поглощения СО2 применяют сухие едкие щёлочи, поглотители, обладающие свойством выделять кислород при поглощении СО2. Основной обогатитель кислорода -кислород из баллонов со сжатым кислородом. Для поглощения избытка водяных паров применяют древесный уголь.
Учитель: Вспомним понятие «точки росы». Ненасыщенный пар можно перевести в состояние насыщения, если понизить его температуру. Этот переход и происходит при температуре «точки росы», выпадает роса. Насыщенному пару соответствует определённое давление и плотность, это табличное значение.
Используя эту таблицу, решим задачу.
Уч.8: Задача 1. Температура воздуха в комнате t1= 20 гр., относительная влажность 60%. При какой т-ре воздуха за окном запотеют оконные стёкла? Ро=2,33кПа?
Ответ: Р=1400 кПа. Конденсация пара происходит когда давление пара Р будет равно давлению насыщенного пара при температуре точки росы t2=12гр.
Учитель: Можно решить и обратную задачу. По точке росы определить влажность.
Уч. 9.: При помощи металлического гигрометра, определяет точку росы. Зная точку росы, по таблице определяем давление Р насыщенного пара при температуре точки росы и давлении насыщенного пара Ро при комнатной температуре. r=Р*100%/Ро
Учитель: Решим ещё одну интересную задачу.
Уч.10: Задача 2. Сколько десятиклассников можно напоить водой, полученной из воздуха спортзала размером 20*10*5м при относительной влажности 50 % и температуре 15 град., если для утоления жажды каждому ученику нужно по одному стакану воды. Масса воды в стакане 200г.
Ответ: 32 стакана.
Учитель: Проблему утоления жажды решили. Но есть проблемы гораздо более серьёзные. Что вы слышали о всеобщем потеплении климата на нашей планете и катастрофе, которая может произойти на Земле? А всё это связано с содержанием водяных паров в атмосфере. Почему средняя температура земной поверхности составляет 15 град., а не ниже? Давайте послушаем.
Уч.11.: В атмосфере Земли различают несколько слоёв. Нижний край толщиной 11 км в умеренных широтах и 14-17 км в тропических широтах называют тропосферой. В этом слое сосредоточен почти весь водяной пар атмосферы. В нём образуются восходящие и нисходящие потоки воздуха, формируются облака и, вообще, происходят явления, влияющие на изменение погоды. Водяной пар попадает туда при испарении с поверхности морей и материков.
Роль водяного пара в явлениях, происходящих в атмосфере очень велика, хотя его немного, обычно менее 1%. Конденсация водяного пара даёт начало образованию облака и осадкам, и сопровождается выделением большого количества теплоты. При испарении теплота поглощается
Солнце излучает огромное количество энергии. Часть энергии улавливается Землёй. 42% этой энергии отражается облаками и поверхностью Земли, рассеивается атмосферой. 15% поглощается атмосферой, 15% поглощается атмосферой и 43% поглощается поверхностью Земли.
Половина энергии, поглощённой Землёй расходуется на испарение воды. В дальнейшем, при конденсации испарившейся воды, такое же количество теплоты, которое было затрачено при испарении, выделяется в атмосферу. Это нагревает атмосферу и защищает её от слишком резких понижений температуры.
Часто пары переносятся на большие расстояния при помощи ветра и конденсация происходит в районах более холодных, чем те, где произошло испарение.
Учитель: Почему в летнее время осадки выпадают в виде дождя или града?
Ответ: Снежинки и мелкие градинки тают, а большие не успевают таять.
Уч. 12: Часть тепла, получаемого от Солнца, Земля теряет излучением. Но благодаря тому, что в атмосфере есть водяные пары, это излучение частично снова поглощается, что уменьшает потерю тепла Землёй
В состав излучения Солнца входят как видимые лучи, называемые светом, так и невидимые ультрафиолетовые и инфракрасные. Земля излучает в заметном количестве только инфракрасные лучи.
Водяные пары обладают особенностью, они гораздо сильнее поглощают инфракрасные лучи, чем видимые. Поэтому атмосфера является своеобразной ловушкой для энергии солнечных лучей. Видимые лучи свободно проникают через атмосферу и поглощаются земной поверхностью. За счёт поглощённой энергии земная поверхность излучает инфракрасные лучи, которые поглощаются водяными парами и нагревают атмосферу. Если бы этого не было, то средняя температура поверхности Земли составляла бы не 15град., а была бы значительно ниже нуля. В этом смысле действие водяных паров сходно с действием стёкол, служащих для закрывания парников.
Учитель: Почему показания барометра падают перед дождём?
Ответ: Давление падает т.к. увеличивается влажность.
Уч. 13: Задача 3. В Торричеллиеву пустоту барометра попала капля воды и испарилась. Из-за этого барометр показывает вместо Ро=760 мм рт. ст. давление Р=750 мм. Определите плотность водяных паров, если температура воздуха 20град. 1мм рт. ст.=133,3 Па
Ответ: 9,85 *1000 кг/м3
Уч. 14: Ещё одна проблема - это озоновые дыры.
Ответ: 9,85 *1000 кг/м3
Уч. 14: Ещё одна проблема - это озоновые дыры.
Озон, входящий в состав воздуха, активно поглощает ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, защищая Землю от перегревания.
Вырубка леса, сжигание каменного угля, газа приводит к загрязнению атмосферы и выделению диоксида. Нарушается круговорот всех веществ в природе, в том числе и круговорот воды в природе. Увеличивается процентное содержание паров в воздухе, значит, увеличивается и количество теплоты, выделяемое при конденсации пара.
Образующийся в атмосфере гиоксид углерода, метан, оксиды азота являются как бы полиэтиленовой плёнкой над парником, затрудняя испарение влаги. Это может привести к глобальному потеплению климата, таянию льдов и повышению уровня океана на 1 м. Значит, будут затоплены плодородные земли и уменьшится производство продуктов питания
Озоновый слой разрушается от органических соединений хлора и фтора. Каждый атом хлора и фтора разрушает 105 молекул озона. Главный источник беды - это газ фрион в холодильниках и аэрозольных баллончиках. Так образуются озоновые дыры, что ведёт к перегреванию Земли.
Учитель: Вы сегодня узнали много нового и интересного о физических факторах воздуха и можете объяснить многие явления, происходящие вокруг нас. Ответьте мне на некоторые вопросы.
Вопрос 1: За высоко летящим самолётом иногда образуется облачный след. Почему?
Ответ: Самолёт выбрасывает частички дыма. Они являются центрами конденсации, и за самолётом образуется облачный след.
Вопрос 2: Чтобы уничтожить облачность, самолёты рассеивают в воздухе твёрдую углекислоту. В чём состоят физические основы метода образования чистого неба?
Ответ: На кристаллах углекислоты в насыщенном пространстве облака образуются кристаллы льда. Они быстро растут, и выпадает снег или дождь.
Вопрос 3: Весной на полях проводят снегозадержание. Объясните, почему вблизи снежных сугробов запас воды в почве больше, чем вдали от них?
Ответ: Около сугробов температура ниже, чем вдали от них. Относительная влажность воздуха больше, поэтому испарение влаги уменьшается.
Вопрос 4: Как по внешнему виду отличить в бане трубу с холодной водой от трубы с горячей водой?
Ответ: На трубе с холодной водой конденсируется пар.
Учитель: Всем спасибо за работу на уроке. Молодцы!
Объявляются оценки.
Ссылки на источники
1. Энциклопедический словарь.
2. Г.С. Ландсберг «Элементарный учебник физики».
3. А.А. Марголис, Н.Е. Парфентьева, И.И. Соколов «Практикум по школьному физическому эксперименту».
4. И.И. Топоров «Основы безопасности жизни».
5. Б.М. Яворский, Ю.А. Селезнёв «Справочное руководство по физике».