15

«И выходит без воды - и не туды, и не сюды.»

УЧИТЕЛЬ ФИЗИКИ ГАЛИЕВА Т.М.

Сценарий урока по физике в 8 классе

По учебнику А.В.Перышкина «Физика 8 класс»

Влажность воздуха.

Урок по теме:

Влажность воздуха. Измерение влажности воздуха. Значение влажности воздуха.

Цели урока:

• познакомить учащихся с понятиями абсолютная и относительная влажность воздуха, значением влажности воздуха на окружающую среду, научить определять влажность воздуха и замечать ее изменения;

• развитие ассоциативного мышления учащихся, коммуникабельности, самостоятельности в решении вопросов;

• показать, что физические знания необходимы людям разных профессий, расширение кругозора.

Оборудование и материалы для урока:

• Для практической работы:

  • Термометр лабораторный

  • Кювета с водой

  • Кусочек бинта

• Для эксперимента:

  • Губка

  • Пипетка

  • Полоска целлофана (но не пластиковой обложки) или желатинированной бумаги

• Психрометр

• Гигрометр

• Психрометрическая таблица

• Термограмма вероятности заморозков

• Самодельный прибор для определения погоды

• Кодоскоп

• Компьютер

• Диск «Открытая физика» (видеофрагмент «Кипение эфира»)

• Учебник «Физика - 8», авт. Перышкин А. В.

• Сборник задач по физике для 7 - 9 кл. общеобразовательных учреждений, авт. Лукашик В. И., Иванова Е.В.

• Таблички с названиями профессий

Предварительная подготовка: за неделю до урока среди учащихся назначаются «косметолог», «врач», «агроном», «эколог», «психолог», «цветовод», которым поручается подготовить сообщение на тему: «Влажность воздуха в моей профессии», «метеоролог» готовит сообщение « Способы определения влажности воздуха»

Группа ребят из двух - трех человек изготавливают самодельный прибор для определения осадков из еловой ветки или сосновой шишки.

Во время проведения урока ребята, подготовившие сообщения садятся за первые парты, на которые устанавливаются соответствующие таблички с названиями профессий.

На доске написаны основные понятия и термины урока:

• Влажность

• Абсолютная Относительная

• Точка росы.

• Гигрометр

• Психрометр

Ход урока:

1. Организационный момент .

2. Изучение нового материала.

• Мотивация учебной деятельности.

  • Проблема и ее решение

Одной из проблем людей, путешествующих по пустыне, является нехватка воды. Запасы воды у заблудившихся в песках быстро заканчиваются и люди погибают от обезвоживания. Хотя, если знать физику, от жажды в пустыне не умрешь. Так как же добыть воду в пустыне? (Выслушиваются ответы учащихся).

Воду можно добыть из воздуха. Если вам придется остаться в песках без капли воды, расстелите на земле полиэтиленовую пленку или брезент и насыпьте на нее камней. На утренней заре камни покроются капельками воды, и вы сумеете собрать хотя бы несколько глотков живительной влаги.

• • • Эксперимент.

Учитель: Как вам известно, воздух состоит из смеси различных газов и некоторого количества водяных паров. Даже над пустыней воздух никогда не бывает абсолютно сухим.

Связано это с тем, что с поверхностей морей, океанов, озер и рек, растений, животных и людей происходит непрерывное испарение воды в атмосферу. Убедимся в этом: возьмите полоску целлофана и положите на ладонь. Наблюдайте за ней. Что вы видите?

Ответ: Полоска скручивается.

Учитель: Целлофан хорошо впитывает влагу, поэтому вследствие испарения воды с вашей ладони, нижняя сторона полоски намокает, а верхняя остается сухой и полоска деформируется, скручивается. Итак, атмосфера Земли всегда содержит водяной пар. Конечно, количество водяных паров в воздухе не везде одинаково. Вблизи морей и океанов воздух более влажный, чем в глубине материков.

Величина, характеризующая содержание водяных паров в различных частях атмосферы, называется влажностью воздуха.

Проделайте следующий эксперимент: возьмите губку и сожмите ее. Ничего не произошло. Теперь капните на нее из пипетки и сожмите опять. Результат тот же. Положите губку в кювету с водой, подождите чуть - чуть и сожмите снова. Что вы видите? из губки капает вода. Положите губку опять в кювету и переверните ее несколько раз.

Как вы думаете, что произойдет, если сейчас поднять губку? (Выслушиваются ответы учащихся).

Проверим. Поднимите губку и посмотрите на дно.

Почему из нее начала капать вода? Попробуйте объяснить данный эксперимент (Выслушиваются ответы учащихся).

• Актуализация знаний учащихся

Воздух можно сравнить с губкой в том смысле, что оба могут запасать воду. Сухая губка - сухой воздух, не содержащий водяных паров. Одна капля воды для губки - это слишком мало, однако после того, как гудка полежала в воде, она намокла сильнее и впитала в себя больше воды, в последнем же случае губка намокла до насыщения. Когда губка не смогла больше запасать в себе воду, то вода сама начала капать из нее. Как и губка, воздух тоже может запасать в себе воду в виде пара, и чем больше водяных паров находится в определенном объеме воздуха, тем ближе пар к состоянию насыщения.: Какой пар называют насыщенным?

Какой пар называют ненасыщенным?

Что подразумевают под « динамическим равновесием между паром и жидкостью»?

• Введение новых понятий и определений.

При определении содержания влаги в воздухе используют понятия абсолютной и относительной влажности.

Абсолютная влажность количество водяного пара в единице объёма воздуха, т.е. плотность водяного пара. Выражается в г/м³ .

Абсолютная влажность в атмосфере колеблется от 0,1 г/м² (зимой над материками, в полярных широтах) до 30 г/м² и более (в экваториальной зоне). Максимальное количество водяного пара, удерживаемое воздухом, зависит от температуры самого воздуха.

Какой воздух - теплый или холодный - вместит в себя меньшее количество воды и почему?

Ответ: холодный воздух плотнее теплого, и, следовательно, вместит в себя меньшее количество воды.

Учитель: значит и давление водяного пара (не всего воздуха, а только пара в воздухе!) в этом случае будет небольшим. Так, например, при температуре -10^о С воздух может удержать без конденсации 2,14 г водяного пара, и давление пара в этом случае будет 1,95 мм рт.ст., а при температуре +20^о С - около 18 г в одном кубометре и давление уже 17,5 мм рт.ст.

Зависимость давления насыщенного пара жидкости от температуры можно продемонстрировать с помощью устройства, состоящего из двух стеклянных колб, соединенных трубкой. (Демонстрируется видеофрагмент опыта «Кипение эфира»). Колбы наполовину заполнены эфиром. Пространство над поверхностью эфира заполнено насыщенным паром. Если одну из колб взять в руки, то эта колба благодаря теплу рук немного нагревается, и давление паров эфира в этой колбе резко возрастает. Эфир начинает интенсивно выдавливаться через соединительную трубку в другую колбу, создавая видимость эффекта кипения

Характеристики насыщенного пара - температура, давление и плотность, указаны в специальной таблице, которая есть у вас в задачнике.

Чтобы судить о степени влажности воздуха, важно знать, близок или далек водяной пар, находящийся в воздухе, от состояния насыщения.

Относительная влажность - это содержание водяного пара в % к максимально возможному количеству в воздухе при данной температуре.

Скажем, 50 % влажности означают , что при -10^о С (температуру надо указывать обязательно!) в одном кубометре воздуха содержится 1,07 г водяных паров, а при +20^о С - целых 9 г.

Таким образом:

Относительной влажностью воздуха называют отношение абсолютной влажности воздуха к плотности насыщенного водяного пара при той же температуре, выраженной в процентах.

= ---- 100 %.

Представьте себе, что в морозный день (температура воздуха -10 ^о С, относительная влажность 50 %) вы открыли форточку. А в комнате в это время при температуре +20 ^о С относительная влажность низкая, всего 20 %.Вы, конечно, предполагаете, что свежий воздух проветрит и увлажнит помещение. Как бы не так: не увлажнит, а высушит еще больше! Вспомните, что 50 % относительно влажности при - 10^оС - это всего лишь 1,07 г в кубометре. Нагреваясь до +20 ^о С, наружный воздух начнет жадно впитывать влагу. Откуда? Конечно из комнатного воздуха, абсолютная и относительная влажность которого будет снижаться. Парадокс! Чем дольше будете проветривать комнату « влажным воздухом», тем суше будет в ней становиться воздух.

Что же будет происходить с влажностью при охлаждении теплого воздуха?

Ответ: теплый воздух, охлаждаясь, становится насыщенным. Влажность увеличивается.

Учитель: если и дальше будет понижаться температура такого воздуха ,то в дальнейшем водяной пар начнет уже конденсироваться .

Приведите примеры проявления этого процесса в природе.

Ответ: Иней, туман, выпадение росы.

Учитель: Температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным, называется точкой росы.

Точка росы также характеризует влажность воздуха.

• Ролевая игра. Выступления учащихся.

Учитель: Но так ли это важно, знать влажность воздуха?

Сегодня я пригласила к нам на урок работников некоторых профессий и попросила их ответить на вопрос: Какое влияние оказывает влажность воздуха на нас и окружающую среду? Послушаем их ответы.

[Сообщения учащихся могут быть примерно такого содержания ]:

Косметолог: Я косметолог и знаю, что каждый человек хочет выглядеть привлекательно, долгое время оставаться молодым и красивым. Первая проблема, с которой сталкиваются люди - это появление морщин.

Немалую роль в развитии морщин у молодых людей играют различные внешние влияния, в том числе избыточно сухой или влажный воздух. Находясь в условиях постоянно повышенной влажности воздуха, наша кожа впитывает воду и растягивается. Подвергаясь длительному растяжению, она не может быстро сократиться, отвисает и покрывается морщинами..

Под воздействием сухого воздуха кожа становится бледной, сухой, начинает шелушиться, появляется раздражение. Все это способствуют более быстрому старению кожи.

Наши волосы, в сухом воздухе, испаряя влагу, становятся тоньше и растрескиваются, секутся на концах и легко обламываются при расчесывании. Прическа в этом случае выглядит ужасно.

Обогревательные приборы, работающие в зимний период, сушат воздух и вызывают испарения влаги с кожи. Сухой воздух, подобно губке, ищет и впитывает влагу везде, где бы она ни встретилась. Наша кожа не исключение.

Чтобы полностью избежать сухости кожи зимой, достаточно не подвергать ее воздействию сухого воздуха, возникающего при работе обогревательных приборов. Для этого относительная влажность в помещении должна быть не менее 50 %. Зимой она обычно составляет не более 20 %.

Для поддержания нужного уровня влажности можно вывешивать мокрые полотенца или ставить на батарею ванночку с горячей водой.

Врач: Наш организм на две трети состоит из воды, поэтому относительная влажность воздуха влияет на здоровье и самочувствие. Чем меньше влажность, тем быстрее испарение при дыхании, что способствует охлаждению тела. Следствием сухого воздуха является подверженность организма простудным инфекциям. Простуда и насморк распространяются воздушно-капельным путем или через телесный контакт с больным. Главная функция кожи - быть барьером для бактерий. Если кожа и слизистые оболочки носоглотки сухие (а они теряют влагу под воздействием сухого воздуха), то барьер становится менее эффективным

Люди, носящие контактные линзы, в условиях сухого воздуха часто жалуются на раздражение слизистой оболочки глаз. Даже те, кто не имеет проблем со зрением, могут испытывать неблагоприятное воздействие сухого воздуха на глаза. Это так называемый синдром "сухого глаза".

Сухой воздух способствует повышенной испаряемости слезы. Слезы же поддерживают постоянную влажность глазного яблока, обеспечивая гладкость и чистоту роговицы. Работая "всухую", наши глаза излишне напрягаются, быстрее утомляются. Помочь нашим глазам можно увлажняя веки с помощью холодных примочек из настоя цветков ромашки аптечной. Смочите в настое ватные тампоны, слегка отожмите и наложите на закрытые глаза на 10-15 минут.

Сухой воздух приводит к ослаблению иммунной системы в целом, обостряет кожную аллергию. Кроме того, он приводит к тому, что пыль летает по всей комнате, и ее частицы попадают в органы дыхания, что может привести к легочным заболеваниям. Для того чтобы связать мелкие частицы пыли, нужно либо ежедневно выполнять влажную уборку, либо установить в комнате увлажнитель воздуха. Увлажнитель помогает связать мелкие частицы пыли и препятствует распространению вредных бактерий.

Психолог: Влажность воздуха сыграла и играет немалую роль в развитии различных людских темпераментов. Приведу такой пример: Постоянная влажность, заполняя поры тела, замедляет циркуляцию жидкостей в организме, ослабляет сосудо-двигательную систему, лишает организм энергии, притупляет чувствительность, словом, человек становится медлительным и инертным флегматиком. Живя на болотистой и поросшей лесом почве, среди тумана, под небом, покрытым густыми облаками, в условиях большой влажности, человек меняется, в результате наблюдается побеление кожных покровов, волос, становятся бледными и глаза. К такому типу относятся жители Скандинавского полуострова.

Эколог: Нам, экологам, также необходимо знать влажность воздуха, так как она является одним из элементов характеристики климата земной поверхности и определяет собой количество атмосферных осадков. Конденсируясь в мельчайшие капельки тумана или в частицы снега, воздушная влага создает помутнение атмосферы, из-за чего происходит задержка солнечного света, вследствие поглощения и рассеивания световых лучей. В крупных промышленных центрах санитарные мероприятия по увеличению солнечной радиации сводятся к борьбе с дымом, т.к. водяные пары в виде тумана и облаков собираются вокруг мельчайших частиц воздушной пыли - центров конденсации. Если к тому же слой теплого воздуха располагается над слоем холодного, то промышленные загрязнения с капельками влаги удерживаются вблизи земли, порождая смог. Сернистый газ, выбрасываемый некоторыми предприятиями, в условиях повышенной влажности, соединяется в воздухе с водой и образует кислоту, которая выпадает в виде кислотных дождей.

Влажность воздуха существенно влияет и на теплообмен организма человека с окружающей средой. При высокой температуре и высокой влажности теплоотдача резко сокращается, что ведёт к перегреванию организма, особенно при выполнении физической работы. Высокая температура легче переносится, когда влажность воздуха понижена. Так, при работе в горячих цехах с температурой воздуха 25° С относительная влажность должна быть 20 %. Наиболее благоприятной для человека в нормальных условиях является относительная влажность 40-60 %. Для устранения неблагоприятного влияния влажности воздуха в помещениях применяют вентиляцию и кондиционирование воздуха.

Агроном: Специалистам сельского хозяйства приходится постоянно сталкивать с определением влажности воздуха. Для нормального роста и развития растений должны создаваться определенные благоприятные условия. В частности к ним относится и влажность воздуха. Например, для огурцов влажность воздуха должна быть 60 %, при меньшей влажности огурцы становятся горькими из-за вещества глюкозида кукурбитацина, которое и сигнализирует о неблагоприятных условиях выращивания огурца. У томатов же при такой влажности не могут завязаться плоды, и растение сбрасывает цветки.

Весенние заморозки - настоящее бедствие не только для плодовых и овощных культур, но даже и для полевых. Заморозки могут наступить только в ясную ночь, когда тепловое излучение почвы больше, чем тепловое излучение атмосферы

Но, если влажность воздуха велика и воздух близок к насыщению парами, то при понижении температуры воздух может стать насыщенным и начнет выпадать роса. Но при конденсации водяных паров выделяется энергия. Поэтому воздух у поверхности почвы при образовании росы не будет охлаждаться ниже точки росы и вероятность наступления заморозка уменьшится. Почему заморозки чаще всего происходят в мае? Это вам станет понятно, если вы посмотрите, как изменяется в течение года среднемесячная влажность воздуха. Месяц май - самый сухой из всех бесснежных месяцев.

Чтобы предохранить молодые растения от губительного действия низких температур можно, если синоптики обещают заморозки, поздно вечером обильно полить землю вокруг растений, а перед рассветом устроить им дождевание или создать над растениями дымовое облако.

Учитель: Мне хочется добавить, что влажность воздуха необходимо знать и тем, кто работает в музеях, архивах, где хранятся книги или произведения искусства, кинопленки или музыкальные инструменты, а также тем, кто отвечает за сохранность урожая зерна или овощей в специальных хранилищах.

Итак, оптимальной относительной влажностью воздуха принято считать диапазон от 40 до 60 %.

Так как же определить относительную влажность воздуха? Можно ли сделать это самостоятельно или такое под силу только специалистам? Попросим рассказать об этом человека, по роду деятельности которому приходится каждый день определять влажность воздуха - метеоролога.

Метеоролог: Проще всего определить изменение относительной влажности воздуха. Вам уже известно, что кожа и волосы человека чутко реагируют на изменение влажности воздуха: волосы становятся длиннее, кожа - мягче. Реагируют на изменение влажности и растения. Например, при увеличении влажности воздуха многие цветы (одуванчик, вьюнок и др.) сжимают свои соцветия, а рябина начинает сильно пахнуть. Обычно это бывает перед дождем. Клен, жимолость и некоторые комнатные растения при большой влажности выделяют капельки влаги на краях своих листочков. Хвойные деревья (особенно это заметно у ели) при увеличении влажности опускают ветви, а при уменьшении - поднимают. Эти свойства растений можно использовать в простейшем приборе для определения изменения влажности воздуха и, соответственно, погоды. (Демонстрируется прибор) Перед дождем чешуйки сосновой шишки плотнее прижимаются друг к другу, а в сухую погоду, наоборот, раскрываются, отчего шишка становится ершистой.

Для точного определения относительной влажности воздуха метеорологи пользуются прибором, состоящим из двух одинаковых термометров. Шарик одного из них обернут марлей, конец которой опущен в стакан с водой. Такой прибор называется психрометром. Изобрёл психрометр немецкий аэролог Рихард Асман и применил его для измерений температуры и влажности свободной атмосферы.

Как действует прибор? Вода из стакана по марле поднимается вверх, поэтому марля всегда влажная. Другой термометр, шарик которого сух, показывает температуру воздуха. С влажного термометра испаряется вода и температура его при этом понижается. По разности температур сухого и влажного термометров, с помощью специальной таблицы можно определить относительную влажность воздуха. (Демонстрируется психрометрическая таблица)

Чему будет равна влажность воздуха, если термометры (сухой и влажный) показывают одинаковую температуру? ( 100%)

Вы уже слышали, что появление или отсутствие заморозка тесно связано с количеством воды, находящейся в воздухе, т.е. относительной влажностью, поэтому психрометрическую таблицу можно переделать в термограмму возможных заморозков (демонстрируется таблица)

При отрицательных температурах ниже -5 ° С, когда содержание в воздухе водяных паров очень мало, психрометр даёт ненадёжные результаты, поэтому в этом случае пользуются волосным гигрометром. (Демонстрируется); основной элемент такого гигрометра - обезжиренный человеческий волос одним концом закрепленный на стойке, а другим - к легкому блоку с указателем. При изменении влажности воздуха, меняется длина волоса, и стрелка прибора смещается по шкале в ту или иную сторону.

• Самостоятельная работа учащихся

Учитель, Существует еще один вид гигрометра - конденсационный. Откройте учебник и прочитайте, как устроен и каков принцип действия конденсационного гигрометра.

Вопросы: На чем основано действие конденсационного гигрометра?

Как определить точку росы с помощью конденсационного гигрометра?

• Постановка проблемы:

Вам нужно определить относительную влажность воздуха, но в вашем распоряжении имеется лишь один термометр. Предложите свой план действий. (Выслушиваются варианты ответов).

• Практическая работа:

Определите самостоятельно относительную влажность воздуха в кабинете, пользуясь термометром. Для этого проделайте следующее: (План работы на доску через кодоскоп):

1. измерьте температуру воздуха в классе и запишите в тетради.

2. смочите кусочек бинта и оберните им резервуар термометра. Следите за понижением температуры. Как только оно прекратится, запишите показания.

3. найдите разность температур сухого и влажного термометра и, пользуясь таблицей на странице 199 сборника задач В.И. Лукашик, определите относительную влажность воздуха в кабинете.

Помните, что термометр - стеклянный, с ним нужно обращаться осторожно и бережно. После выполнения задания обязательно положите термометр в футляр. Для более точного определения температуры расположите термометр так, чтобы столбик термометра оказался на уровне глаз.

Ответьте на вопрос: Возможна ли ситуация, при которой влажность воздуха в разных местах кабинета, комнаты будет различна? ( на выполнение заданий 1 - 3 отводится 3 мин, затем выслушиваются ответы учащихся на вопрос)

• Суммирование новой информации

Подведем итоги:

1. в воздухе всегда содержится некоторое количество водяного пара.

2. плотность водяного пара в данных условиях называют абсолютной влажностью воздуха

3. в зависимости от температуры воздух может удерживать различное количество водяных паров; чем больше температура воздуха, тем больше водяного пара требуется воздуху для насыщения.

4. степень насыщенности воздуха водяными парами называют относительной влажностью, или отношение …………

5. если ненасыщенный воздух охлаждать, то он становится насыщенным при некоторой температуре и начинает конденсироваться - выпадает роса; температура в этом случае называется точкой росы

3. Упражнения на понимание и применение новых знаний

1. Пользуясь таблицей «Давление насыщенного водяного пара и его плотность» (стр. 198 задачника) определите:

1. 1. Какое давление создает насыщенный водяной пар при температуре 19^о С?

   2. При какой температуре водяной пар станет насыщенным, если его давление равно 8 мм рт. ст.? Чему равна точка росы для этого пара?

   3. Насыщенным или ненасыщенным является водяной пар при температуре 25 ^оС, если его давление равно 18, 7 мм рт.ст.?

2. Определите относительную влажность воздуха , имеющего температуру 21^о С, если в 4 кубических метрах его содержится 40 г водяного пара.

Ответ: При 21^о С плотность насыщенного водяного пара - 18,3 г/м³, абсолютная влажность -

10 г/м³. Относительная влажность - 10 г/м³ ;

18,3 г/м^{3 .}100 %=54,6 %

3. Представьте себе, что ваша мама, пока вы были в школе, сварила вам суп, постирала и прокипятила постельное белье и повесила его сушится в квартире, так как на улице моросит холодный осенний дождь. Что вы можете сделать для того, чтобы белье быстрее высохло? Ответ: открыть форточку.

4. Пожилые люди, часто жалуясь на плохое самочувствие, говорят: « Дышать трудно. Облака сильно давят». В то же время барометр показывает низкое давление. Объясните данное противоречие, ответив сначала на вопрос: «Какой воздух легче: сухой или влажный?»

Ответ: Влажный воздух легче сухого. Количество молекул газа в 1 л не зависит от вида молекул. Поэтому одна молекула воздуха (например, азота или кислорода) замещается одной молекулой воды, но молекула воды имеет атомную массу - 18, а молекула кислорода - 32 а.е.м., азота - 28 а.е.м. , поэтому при увеличении влажности, барометр показывает понижение давления, а ухудшение самочувствия связано с понижением количества кислорода во влажном воздухе.

IV. Домашнее задание: Учебник…, параграф,,,, упражнения

Дополнительное задание для изобретателей: Придумайте самодельный увлажнитель воздуха.

Литература: 1. Провенцо Ю., Провенцо А., 47 легко выполнимых классических научных экспериментов, «Физика. Приложение к газете ПС» №30,1995.

2. Эльшанский И.И., Уроки изобретательства Физика. «Приложение к газете ПС» №12,1996,с.8ф.

3. Дженис Ван Клив, 200 экспериментов