“АТМОСФЕРНИЙ ТИСК”
Урок – наукове дослідження
Мета. Засобами фізичного експерименту довести існування атмосферного тиску; виховувати спостережливість та вміння пояснювати явища, спричинені атмосферним тиском; розвивати природне прагнення дітей до пізнання, їх цікавість як стимул до навчання.
Тип уроку. Урок засвоєння нових знань.
Методичні рекомендації. Пізнавальна діяльність учнів на цьому уроці активізується створенням проблемних ситуацій. Урок проводиться як різновид лабораторної роботи “наукове
Автори багатьох підручників і посібників рекомендують почати вивчення цієї теми виконанням досліду зі склянкою, наповненою водою і закритою папером,
У посібнику “Фізичні вікторини” Б. Ф. Білимовича пропонується дослід з перевернутою склянкою.
Дослід. Наповнити склянку водою до половини, на дно покласти невеликий тягарець (наприклад, маленьку гайку, шайбу, дрібну монету). Закрити склянку аркушем паперу і, притримуючи рукою, перевернути. Не зважаючи на те, що зсередини на аркуш паперу тисне повітря, вода і Мал. 1. тягарець, він не відкривається. Поясніть це явище. (мал. 1)
Мал. 2.
(Під дією ваги води і тягарця аркуш паперу прогинається, об’єм повітря у склянці збільшується і його тиск стає меншим від атмосферного. Тому зовнішній атмосферний тиск може зрівноважити тиск вмісту склянки.)
Але такому поясненню суперечить серія дослідів: якщо склянку накривати тонкою жерстяною або пластмасовою пластиною (вони не прогинаються), ефект буде таким самим. На основі лише атмосферного тиску семикласники пояснити цей дослід не зможуть його можна буде пояснити після вивчення властивостей рідин у старших класах. (Виникає проблемна ситуація.)
Легко створюється проблемна ситуація у досліді, що демонструє піднімання води за поршнем, який рухається в скляній трубці, але у ланцюжку міркувань учнів, крім води й повітря, виникає третя ланка поршень. Учні зосереджують увагу на поршні і вважають його основним “винуватцем” піднімання води. Тому й можна почути, що “воду піднімає поршень”, “вода притягується (прилипає) до поршня”, “воду тягне (втягує) поршень”. Пояснення цих дослідів вимагає активної допомоги вчителя, забирає чимало часу на уроці. Очевидно, демонстрування цього досліду слід провести пізніше після постановки простих дослідів, результати яких учні можуть легко пояснити.
Хід уроку
І. Актуалізація опорних знань учнів
Для фронтального опитування учням пропонуються такі запитання:
1. Яку силу називають рівнодійною кількох сил?
2. Чому дорівнює рівнодійна двох сил, напрямлених уздовж однієї прямої у протилежні боки? Як вона напрямлена?
3. Що називають тиском? Яка різниця між тиском і силою тиску?
4. Від яких величин і як саме залежить тиск усередині рідини?
5. Як пояснюють тиск газу на основі вчення про рух молекул?
6. Чи залежить тиск газу від його густини? Для пояснення використайте знання про молекулярну будову речовини.
7. Як залежить тиск газу від його температури?
II. Засвоєння нових знань
Вивчення нового матеріалу здійснюється шляхом “наукового дослідження” самих учнів.
Під час евристичної бесіди вчитель пропонує запитання, зміст яких створює проблемну ситуацію і водночас є інструктивними вказівками до виконання певної частини досліду. Учні на основі раніше здобутих знань і дедуктивних розумових висновків розв’язують проблему. Після цього учні виконують дослід і за його результатами підтверджують зроблене ними передбачення.
Дослід 1. Через вузький отвір лійки, широкий отвір якої затягнутий гумовою або целофановою плівкою, учень вдуває повітря. Плівка при цьому вигинається назовні. Якщо повітря втягувати в себе, плівка прогинається всередину лійки.
Дослід 2. Лійку без плівки “експериментатор” широким отвором кладе на аркуш паперу, щільно притискає її до паперу і, відсмоктуючи з лійки повітря, піднімає її. Аркуш паперу, щільно притиснутий до лійки, піднімається разом з нею. Варто відкрити отвір у лійці, як аркуш паперу відпадає.
Дослід 3. Для проведення досліду використовується тонкостінна еластична пляшка місткістю 1,5-2 л, у якій є невелика кількість гарячої води. Воду виливаємо з пляшки, і заливаємо у неї незначну кількість холодної води, швидко закручуємо кришку і збовтуємо воду. Пляшка сплющується, втрачаючи свою форму. Якщо повільно відкручувати кришку, чується характерний усмоктувальний звук і пляшка набуває попередньої форми.
Дослід 4. У досліді використовується пробірка, всередину якої введено гумову трубку (мал. 2).
Мал. 2.
Проблемні запитання:
1. Чи на однаковому рівні встановляться поверхні води у широкій посудині та в пробірці, якщо:
А) пробірку відкритим кінцем занурити у воду;
Б) збільшити глибину занурення відкритого кінця пробірки, опустивши її вниз;
В) зменшити глибину занурення, піднявши її вгору?
2. Якими будуть результати попередніх дослідів, якщо під час їх проведення кінець 4 гумової трубки затиснути пальцями?
3. Якими будуть результати дослідів, якщо під час опускання чи піднімання пробірки відкрити затиснутий кінець гумової трубки?
4. Чи зміниться положення поверхні води в пробірці, якщо кінець 4 гумової трубки взяти у рот, і:
А) відсмоктати з пробірки частину повітря;
Б) вдути у пробірку повітря?
5. Що сталося б, якби вдалося повністю відсмоктати повітря з пробірки?
Оскільки під час відсмоктування повітря з пробірки вода легко піднімається майже на всю висоту пробірки, то висота стовпа води, вагу якого зрівноважує сила атмосферного тиску, має бути досить значною. Переконаємося у цьому, виконавши такі два досліди.
Дослід 5 (демонструє й пояснює окрема група учнів). Отвір довгої скляної трубки, закритої з одного кінця і наповненої водою, закривають пальцем. Якщо трубку перевернути, опустити в посудину з водою і прийняти палець, вода не виливатиметься.
Дослід 6 (демонструє та пояснює окрема група учнів). Для проведення досліду треба заздалегідь зібрати простий прилад. Скляну колбу щільно закрити корком із пропущеною крізь нього скляною трубкою і з’єднаною з такою самою трубкою за допомогою короткого шматка гумової трубки. Багаторазове з’єднання таких трубок утворює канал, до кінця якого приєднується трубка з краном чи затискачем. Колбу прив’язати до кінця довгої дерев’яної планки, прикріпленої до краю дошки так, щоб дно колби доторкалося до стелі, а утворений трубками канал, опускаючись на підлогу, з’єднував колбу зі склянкою, розміщеною на демонстраційному столі. Склянку наповнити підфарбованою водою. Якщо кінець трубки з краном занурити в підфарбовану воду і відкрити кран, вода зі склянки, рухаючись каналом, бурхливим потоком заповнить колбу. Насамперед учні мають розгадати “секрет” досліду з колби заздалегідь було підкачано повітря.
Проблемні запитання:
1. Що змушує воду підніматися у колбу?
2. Чому довжини з’єднувальних гумових трубок каналу мають бути якнайменшими?
Обговорюючи результати дослідів, підводимо учнів до ідеї порівняння атмосферного тиску з тиском стовпа рідини.
III. Осмислення одержаних знань
Для перевірки глибини засвоєння нових знань проводимо серію дослідів зі шприцами. Для проведення цих дослідів треба мати склянку, на дні якої є гумова прокладка.
Дослід. Опускаючи поршень, витискують зі шприца повітря. Після цього його кінець занурюють у воду, піднімають поршень і спостерігаються, як за ним піднімається вода (мал. 3). Чи немає якоїсь взаємодії між водою і поршнем за їхнього безпосереднього контакту, внаслідок чого піднімається вода? Чи не “тягне” поршень зверху воду?
Мал. 3.
Дослід 2. Витискуємо зі шприца воду і піднімаємо на невелику висоту, частково заповнивши шприц повітрям. Потім занурюємо його кінець у воду і знову піднімаємо поршень. Вода піднімається за поршнем, хоча безпосереднього контакту між ними немає (вода відділена від поршня шаром повітря). Чи існує якась сила, що “заштовхує” воду знизу у шприц? Адже вода у шприці й вода в посудині знизу сполучені.
Дослід 3. Продовжуючи підіймати поршень, усуваємо цей контакт, притиснувши нижній отвір шприца до гумової прокладки на дні склянки. Піднімання води припиняється, хоч поршень рухається вгору. Отже, сила, яка “заштовхує” воду знизу вгору у шприц, таки існує.
Дослід 4. Витискуємо зі шприца воду й повітря, занурюємо його в посудину з водою і, притиснувши отвір до гумової прокладки, піднімаємо поршень. При цьому помічаємо, що для піднімання поршня потрібно прикласти значну силу. Що протидіє підніманню поршня? Якщо в попередніх дослідах воду “піднімала атмосфера”, то у цьому досліді ми “піднімаємо атмосферу”, яка тисне на поршень згори вниз. Якщо звільнити отвір шприца, вода швидко заповнить шприц. Що змушує воду заповнити шприц?
Дослід 5. Покладіть на стіл учнівську гумку, видаліть із шприца повітря і щільно притисніть його отвір до гумки, підніміть поршень на найбільшу висоту. Якщо після цього відпустити поршень, то він, рухаючись униз, гучно вдарить об дно шприца. Що змушує поршень рухатися вниз?
Експериментальна задача. Виконуючи дослід 5, ми користувалися шприцом місткістю 5 мл, площа поршня якого становить 1,13 см2. Якщо атмосферний тиск у кімнаті дорівнював 10 Н/см (докладніше про це йтиметься на наступному уроці), то учень, піднімаючи поршень, приклав силу 11,3 Н. Чи зможе він виконати цей дослід, використовуючи інший шприц?
Для проведення експерименту використаємо побутовий трубчатий динамометр із межею вимірювання 100 Н. За допомогою цього динамометра вимірюємо максимальну силу, яку може розвинути учень, розтягуючи його пружину двома пальцями лівої і двома пальцями правої руки (вона дорівнює 30 Н). За відомими значеннями атмосферного тиску і прикладеної сили визначаємо площу поршня. Вона має дорівнювати 3 см (діаметр 2 см).
Такий чином, якщо під час виконання досліду учень використає шприц, площа якого більша 3 см2, то підняти поршень такого шприца він не зможе. Підібравши відповідний шприц, учитель пропонує учням спробувати підняти поршень. Після невдалих спроб дослід слід повторити, частково заповнивши шприц повітрям.
ІV. Підсумок уроку і повідомлення домашнього завдання
Учням пропонується виконати домашній експеримент: тонкостінну еластичну пляшку місткістю 1,5-2 л сполоснути гарячою водою і, не гаючись (щоб пляшка не охолола), занурити її шийку в холодну воду, налиту в широку посудину. Якщо поливати поверхню пляшки холодною водою, вода заповнюватиме пляшку, піднімаючись над рівнем води в широкій посудині. Пояснити спостережуване вище.
(2 votes, average: 2,50 out of 5)