Realizacja eksperymentu wg instrukcji. Jakie skutki może powodowad ciśnienie atmosferyczne?

Transkrypt

1 Autor: Katarzyna Stępieo Realizacja eksperymentu wg instrukcji. Jakie skutki może powodowad ciśnienie atmosferyczne? 1. Realizowane treści podstawy programowej Przedmiot Matematyka Fizyka Chemia Biologia Geografia Informatyka Realizowana treśd podstawy programowej 1. Liczby wymierne dodatnie. 7) stosuje obliczenia na liczbach wymiernych do rozwiązania problemów w kontekście praktycznym; 3. 6) posługuje się pojęciem ciśnienia: 8. 1) opisuje przebieg i wynik przeprowadzonego doświadczenia, wyjaśnia rolę użytych przyrządów; 5) rozróżnia wielkości dane i szukane; 3. Wybrane zagadnienia geografii fizycznej. 1) charakteryzuje wpływ głównych czynników klimatotwórczych na klimat; 2. Kształcone kompetencje Kompetencje matematyczne i podstawowe kompetencje naukowo-techniczne. Umiejętnośd uczenia się. 3. Cele szczegółowe jednostki przeprowadzenie doświadczeo dowodzących istnienia ciśnienia atmosferycznego przedstawienie mechanizmu powstawania wiatru wykonanie zadao na podstawie wzoru ciśnienia atmosferycznego 4. Umiejętności jakie uczeo nabędzie sformułuje i zapisze wnioski z przeprowadzonych doświadczeo wyjaśni przyczynę powstawania wiatru wyjaśni zależnośd pomiędzy wysokością n.p.m. a ciśnieniem atmosferycznym dokona obliczeo na podstawie wzoru ciśnienia atmosferycznego

2 5. Wykaz pomocy dydaktycznych Lp Pomoc dydaktyczna do przeprowadzenia eksperymentu Ilośd sztuk na dwie osoby 1 Instrukcja nr 1 zał.nr Instrukcja nr 2 zał.nr Klucz odpowiedzi - zał. nr Woda mineralna niegazowana w małej butelce 1 5 balon 1 6 butelka plastikowa po napoju 1 7 dętka lub piłka 1 (jeżeli to niemożliwe to min 1 na salę) 8 butelka szklana z dużym otworem 1 9 jajka 2 10 woda 1 litr 11 sól 0,5 kg 12 Naczynie do sporządzenia mieszaniny 1 Inne materiały przygotowane przez nauczyciela 1 Czajnik bezprzewodowy 2 Kawałek gazety 3 Zapalniczka lub zapałki 4 Taśma klejąca 6. Proponowany przebieg zajęd z rozliczeniem czasowym Lp Opis kolejnych działao Uwagi do realizacji dla nauczyciela (rysunki, schematy, fotografie, linki do WWW itp.) Czas trwania w minutach 1 Zapoznanie uczniów z tematem zajęd 3 min. 2 Podział uczniów na dwuosobowe zespoły Rozdanie uczniom kart pracy 2 min Rozdanie uczniom kompletu materiałów. wraz z instrukcją nr 1 i 2. (zał.nr 3 Zapoznanie się uczniów z poleceniami zawartymi w karcie pracy. 4 Zapoznanie się uczniów z instrukcją nr 1 (zał. 1) Ciśnienie atmosferyczne i instrukcją nr 2 (zał. 2) Jak powstaje wiatr? 1i nr2) Nauczyciel powinien sprawdzid czy wszyscy zrozumieli instrukcje. 5 Wykonanie dwiczenia nr 1-2. Pomoc uczniom, którzy nie potrafią samodzielnie wykonad pracy. Sprawdzenie przez uczniów poprawności wykonania dwiczenia. Uczniowie pokazują nauczycielowi wykonane dwiczenia. Nauczyciel sprawdza dwiczenie lub rozdaje uczniom klucz odpowiedzi do samodzielnego sprawdzenia (zał. nr 3). 6 Wykonanie doświadczenia A Pomoc uczniom, którzy nie potrafią samodzielnie wykonad pracy 2 min 5min 15 min 5 min 15 min

3 7 Wykonanie doświadczenia B Pomoc uczniom, którzy nie 10 min potrafią samodzielnie wykonad pracy 8 Wykonanie doświadczenia C Pomoc uczniom, którzy nie 15 min potrafią samodzielnie wykonad pracy 9 Wykonanie doświadczenia z pkt 4. Pomoc uczniom, którzy nie 8 min potrafią samodzielnie wykonad pracy 10 Wypełnienie ankiety, karty samooceny 5 min ucznia, analiza kosztów przeprowadzenia dwiczenia. 11 Sprzątanie sali po zajęciach 5 min Całkowity czas trwania jednostki 90 min 7. Obudowa do lekcji a) Instrukcja nr 1 - Ciśnienie atmosferyczne b) Instrukcja nr 2 Jak powstaje wiatr? c) Klucz odpowiedzi do dwiczeo 1-2 ZADANIE 3A - Woda będzie wypływad, a balonik będzie wpychany do butelki. - Przyczyna : ciśnienie powietrza w butelce maleje, ponieważ wylewająca się woda pozostawia nad swą powierzchnią coraz większą przestrzeo. Normalnie ta przestrzeo byłaby uzupełniona przez powietrze atmosferyczne, ale szyjka butelki jest zatkana balonikiem. - Co wpycha balon do butelki?: parcie powietrza atmosferycznego, które jest większe od parcia powietrza w butelce. Błona balonika z obu stron ma taką samą powierzchnię, ale ciśnienie powietrza atmosferycznego jest większe, więc i jego parcie na błonę będzie większe. ZADANIE 3B - Butelka zapada się do wewnątrz (odkształca się). - Wyjaśnienie wyniku obserwacji: Na miejscu wody pitnej pojawia się próżnia. Ciśnienie atmosferyczne powoduje odkształcenie butelki, tak aby jej objętośd była równa objętości pozostałej w butelce wody. ZADANIE 3C - Dzięki wypalonemu powietrzu w butelce powstała próżnia. - Jajko od góry było pod naciskiem ciśnienia atmosferycznego i dlatego wpadło do butelki. ZADANIE 4 - Po napompowaniu balonika jest w nim wysokie ciśnienie. Na zewnątrz panuje niskie ciśnienie. - Po udrożnieniu wejścia do napompowanego odczuwamy powiew. Tak powstaje wiatr. Powietrze dąży do wyrównania ciśnienia. Wiatr wieje zawsze z wyżu do niżu.

4 8. Karta pracy ucznia Nazwisko i imię:... Nazwisko i imię:... Temat zajęd: Jakie skutki może powodowad ciśnienie atmosferyczne? 1. Celem zajęd jest uświadomienie Wam skutków jakie może powodowad ciśnienie atmosferyczne. 2. Jednym ze składników pogody i klimatu jest ciśnienie atmosferyczne. Zapoznajcie się z instrukcją nr 1 Ciśnienie atmosferyczne i nr 2 Jak powstaje wiatr? później wykonajcie dwiczenie nr 1-2. Ćwiczenie 1 Uzupełnij tekst. Ciśnienie atmosferyczne to... z jaką słup powietrza działa na jednostkę.... Jednostką ciśnienia atmosferycznego jest.... Do pomiaru ciśnienia atmosferycznego używamy... i aneroidu. Wraz ze wzrostem wysokości ciśnienie atmosferyczne.... Niż baryczny występuje wtedy, gdy ciśnienie ku środkowi danego obszaru.... Wyż baryczny występuje wtedy, gdy ciśnienie ku środkowi danego obszaru.... Izobary to linie na mapach łączące punkty o... ciśnieniu. Wiatr to... ruch powietrza. Wyróżniamy wiatry:..., okresowo zmienne i lokalne. Do pomiaru wiatru wykorzystujemy... i anemometr. Prędkośd wiatru podajemy w m/s oraz.... Ćwiczenie 2 Wykonaj zadanie: Ciśnienie atmosferyczne w Kielcach jest równe1000hpa. Oblicz wartośd siły nacisku (parcia) atmosfery ziemskiej na powierzchnię koca o wymiarach 2mx2m leżącego w ogródku. 3. W dalszej części zajęd spróbujemy zaobserwowad w jaki sposób działa ciśnienie atmosferyczne.

5 WYKONAJMY DOŚWIADCZENIA A - Za pomocą gwoździa zrób w butelce otwór w dnie i zaklej plastrem lub taśmą klejącą. - Nalej do butelki wody (3/4). - Na szyjkę butelki nałóż nie nadmuchany gumowy balonik. - Odklej przylepioną uprzednio taśmę ( nad miską). Zapiszcie co zauważyliście. Jaka jest tego przyczyna? B Do doświadczenia użyjcie butelki plastikowej z wodą niegazowaną. - Otwórz butelkę z wodą i pij ją tak, by powietrze z zewnątrz nie dostawało się do butelki. Wyjaśnij zachowanie się ścianek butelki. Co jest przyczyną tego zjawiska? C W eksperymencie wykorzystamy: - butelkę z dużym otworem np. po soku, jajko ugotowane na twardo bez skorupki, jajko ugotowane na twardo w skorupce, które namoczymy w silnie stężonym roztworze soli przez parę godzin. Wykonanie: - Położyd jajko na otworze butelki i sprawdzid, czy jajko się mieści w butelce. - Zdjąd jajko i wrzucid do butelki kawałek palącego się papieru.

6 - Gdy gazeta zacznie gasnąd położyd na otwór butelki jajko. - To samo wykonad z jajkiem w skorupce namoczonym w roztworze soli. Zapiszcie co zaobserwowaliście. Dlaczego tak się stało? 4. Zademonstrujmy powstawanie wiatru za pomocą nadmuchanego balona, piłki lub dętki. Udrażniamy otwór nadmuchanego balonu. Co zaobserwowaliście? Dlaczego tak się stało? 5.Kalkulacja kosztów wykonania eksperymentu Lp Pomoc dydaktyczna do przeprowadzenia eksperymentu Ilośd sztuk Cena jednostkowa Cena łączna 1 Instrukcja nr gr 10 gr 2 Instrukcja nr gr 10 gr 3 Klucz odpowiedzi 1 10 gr 10 gr 4 Ksero karty pracy gr 80 gr 5 Koszulki do pakowania materiałów dla uczniów 1 7 gr 7 gr Suma kosztów 1.17 zł 6.Oszacowanie kosztów pracy lp zadanie Czas Liczba Łącznie Cena koszt wykonania (h) osób osobogodzin pracy osobogodziny pracy (zł) 1 Wykonanie dwiczenia nr 1-2 0,25 2 0,5 15 7,5 2 Wykonanie doświadczenia 3A 0,25 2 0,5 15 7,5

7 3 Wykonanie doświadczenia 3B 0,16 2 0, ,8 4 Wykonanie doświadczenia 3C 0,25 2 0,5 15 7,5 5 Wykonanie doświadczenia z pkt 4 0,13 2 0, ,9 Suma: 31,2 7.Zaproponuj w jaki sposób można zmniejszyd koszty eksperymentu: 8.Wypełnioną kartę oddajcie nauczycielowi. 9. Ankieta ewaluacyjna zajęd Lp. Pytanie do ucznia Tak Raczej tak Trudno powiedzied Nie Zdecydowanie nie 1 Czy po dzisiejszych zajęciach będziesz pamiętał zasadę działania ciśnienia atmosferycznego? 2 Czy na dzisiejszych zajęciach nauczyłeś się jak powstaje wiatr? 3 Czy zadania, które wykonywałeś dziś na zajęciach były dla Ciebie za trudne? 4 Czy na wykonanie zadao powinno byd przeznaczone więcej czasu. 5 Jeżeli uważasz, że można coś zmienid, ulepszyd w tych zajęciach napisz tutaj: Karta samooceny uczniów Określ w procentach wkład pracy każdego uczestnika waszej grupy w poszczególnych dwiczeniach. Rodzaj czynności Ja Partner Wykonanie dwiczeo 1-2 Wykonanie doświadczenia 3A Wykonanie doświadczenia 3B

8 Wykonanie doświadczenia 3C Wykonanie doświadczenia Kryteria oceniania pracy uczniów Stopieo wykonania zadania Prawidłowy zapis na karcie Uwagi o realizacji jednostki zajęd - Jajka należy wcześniej ugotowad na twardo. Jedno z nich (w skorupce) namoczymy w silnie stężonym roztworze soli przez parę godzin. Jednostka nie była testowana. 13. Literatura uzupełniająca, zalecana podręczniki i artykuły: - Roman Malarz,: Podręcznik do geografii dla klasy pierwszej gimnazjum Puls ziemi, wyd. Nowa Era, Straszyn 2009

9 ZAŁĄCZNIK NR 1 Instrukcja nr 1 - Ciśnienie atmosferyczne Istnienie ciśnienia atmosferycznego doświadczalnie potwierdził w 1643 roku włoski fizyk i matematyk Ewangelista Torricelli, był on uczniem Galileusza, a później profesorem uniwersytetu we Florencji, był on również jednym z prekursorów rachunku różniczkowego i całkowego. CIŚNIENIE ATMOSFERYCZNE to siła z jaką słup powietrza atmosferycznego działa na jednostkę powierzchni. p(pa)= F(N)/S(m²) p - ciśnienie atmosferyczne F - siła nacisku (parcia) S powierzchnia Ciśnienie powietrza obecnie mierzy się w hektopaskalach (hpa), kiedyś w milimetrach słupa rtęci ( mmhg), przy czym 1hPa = 0.75 mmhg. Jako ciśnienie normalne uważa się ciśnienie, które w temperaturze 0 C i na 45 równoleżniku szerokości geograficznej wynosi 760 mmhg, to jest hPa.

10 W średnich szerokościach geograficznych ciśnienie atmosferyczne ulega częstym zmianom z dnia na dzieo. Absolutne wahania ciśnienia mogą dochodzid do 100 hpa lecz rzadko przekraczają wartośd 70 hpa w ciągu roku. Do pomiaru ciśnienia służą barometry i aneroidy. Zawsze w atmosferze ciśnienie spada ze wzrostem wysokości, spadek ten zależy od temperatury oraz w mniejszym stopniu od ilości pary wodnej w powietrzu. Ciśnienie również zależy od szerokości geograficznej, ponieważ wraz z nią zmienia się wartośd przyspieszenia ziemskiego. Na równiku wskutek maksymalnej prędkości liniowej ziemi wokół własnej osi wzrasta siła odśrodkowa powodując zmniejszenie siły grawitacji. W okolicach bieguna, gdzie prędkośd ta jest znikoma lub równa się zero, ciążenie jest największe. W związku z tym nacisk powietrza oraz ciśnienie jest mniejsze na równiku niż na biegunie. Jednak zmiany te są małe nie należy przypuszczad iż z tej przyczyny w okolicach równoleżnika zerowego obserwuje się strefę niskiego ciśnienia, zaś na szerokościach wysokich podwyższonego. W rzeczywistości o różnicach tych decyduje temperatura (rozkład ciśnienia na Ziemi uwarunkowany jest nierównomiernym rozkładem temperatury). Nad obszarami ciepłymi, odznaczającymi się wyższą temperaturą, powietrze unosi się ku górze i w dolnej warstwie staje się rzadsze, przez co następuje spadek ciśnienia. Powietrze o niskiej temperaturze jest cięższe, cechuje je wyższe ciśnienie. W atmosferze niskie ciśnienie charakterystyczne jest dla wznoszącego się ciepłego powietrza, a wysokie ciśnienie dla osiadającego powietrza. W atmosferze mamy więc do czynienia z obszarami o podwyższonym lub obniżonym ciśnieniu. Można to zobaczyd na mapach ciśnienia, na których za pomocą izobar rysuje się układy baryczne. IZOBARY to linie na mapach łączące punkty o jednakowym ciśnieniu atmosferycznym.

11 Układy ciśnienia na półkuli północnej (strzałki oznaczają kierunek ruchu powietrza). Do głównych układów barycznych należą: niż - na mapach rozkładu ciśnienia zaznacza go układ zamkniętych izobar z ciśnieniem malejącym do środka wyż -określa go układ zamkniętych izobar z najwyższą wartością w środku układu zatoka niskiego ciśnienia - to obszar obniżonego ciśnienia położony między obszarami o ciśnieniu wyższym klin wysokiego ciśnienia - położony jest pomiędzy obszarami o ciśnieniu niższym

12 INSTRUKCJA NR2 Instrukcja nr 2 Jak powstaje wiatr? WIATR poziomy ruch powietrza. Różnice ciśnienia atmosferycznego wywołują naturalną dążnośd do jego wyrównania. Tak powstaje wiatr, który jest poziomym ruchem powietrza, wywołanym różnicą ciśnienia i przemieszczającym się od obszarów wysokiego do obszarów niskiego ciśnienia. Wiatr wiejąc odchyla się pod działaniem siły Coriolisa (związanej z ruchem obrotowym kuli ziemskiej; powoduje ona odchylenie ciał znajdujących się w ruchu), na półkuli północnej na prawo, na półkuli południowej na lewo. Wiatr zawsze wieje z wyżu do niżu. Rodzaje wiatrów Najczęściej wiatry można podzielid na: Wiatry stałe Pasaty są wiatrami strefy równikowej, a ich powstawanie wiąże się silnie z ruchem, obrotowym planety. Są trwałe - występują zawsze w obszarze Ziemi pomiędzy trzydziestym stopniem szerokości geograficznej północnej i południowej. Nie są zbyt silne ani groźne w sutkach. Tworzą się na skutek cyrkulacji powietrza powodowanej dużym nasłonecznieniem i ogrzaniem strefy równikowej w stosunku do obszarów zwrotnikowych. Ogrzane masy powietrza znad równika porusza się w kierunku biegunów w górnych warstwach atmosfery i obserwujemy wówczas antypasat. Na jego miejsce napływa jednak powietrze chłodniejsze od strony dalszych szerokości geograficznych - pasat. Pasaty i antypasaty wykazują znaczne odchylenie w kierunku wschodu, powodowane obrotem Ziemi. Wiatry okresowo zmienne: Bryza jest łagodnym wiatrem wiejącym w dzieo od morza w kierunku lądu, a w noc - na odwrót. Obserwuje się ją nie tylko nad brzegiem morza, ale i przy większych jeziorach śródlądowych. Za bryzę oraz zmiany jej kierunku w czasie doby odpowiedzialne są prądy konwekcyjne - unoszenie się ogrzanego powietrza do wyższych warstw atmosfery. Przy dużym nasłonecznieniu obszaru ląd, jak już opisano, ogrzewa się dużo szybciej niż woda, powietrze znad niego unosi się wzwyż i powoduje lokalna różnica ciśnieo, przyciągająca chłodniejsze powietrze znad zbiornika wodnego. Wiatr jest zatem skierowany nad obszar lądu. Ponieważ jednak nocą ląd szybciej oddaje powietrzu zgromadzone w dzieo ciepło, sytuacja powtarza się dokładnie odwrotnie: nocą morze jest na ogół cieplejsze niż ziemia i w rezultacie tworzy rejon małego ciśnienia, który zostaje wyrównany dopiero poprzez przepływ powietrza znad lądu do obszaru nadwodnego. Wieje wtedy bryza nocna ("lądowa"), o nieco mniejszej sile niż bryza dzienna ("morska"). Podobne fizycznie zjawisko może

13 zachodzid także przy dużych połaciach lasu i obszarów lądowych bezleśnych - przy ciepłej, słonecznej pogodzie w dzieo las nagrzewa się wolniej i bryza wieje w kierunku pola. Nocą podobny ruch nie ma miejsca na skutek wyrównania temperatur w obrębie lasu. Inną bryzą jest tzw. bryza miejska, czyli lekki wiaterek wiejący z chłodniejszego terenu otaczającego duże miasto ku centrum miasta - dzieje się to za sprawą silnego nagrzewania budynków i ulic oraz magazynowania w nich ciepła, zwłaszcza w krajach, gdzie panuje latem upalna pogoda. Monsuny powstają podobnie jak bryza za sprawą pionowych ruchów gorących mas powietrza znad lądu. Występują u południowych i wschodnich wybrzeży Azji. Letni monsun jest wiatrem ciepłym przenoszącym wilgod, jest bardzo pomocny przy nawadnianiu upraw. Monsun zimowy przeciwnie - jest zimny i chłodny. W lecie monsuny wieją znad oceanu w kierunki lądu, zimą - znad obszaru lądowego nad zbiorniki wody. Dzieje się tak znowu na skutek różnicy ciśnieo, związanej z szybkim nagrzewaniem się lądu (lato) oraz tworzeniem się obszarów niżu barycznego (obszaru małego ciśnienia) nad wolno oddającym ciepło oceanem (zima.) Wiatry lokalne: Fen jest wiatrem lokalnym, powstającym w górach, gdzie powietrze po przebyciu bariery górskiej spływa w dół. Wiatr ten jest suchy, ciepły i porywisty. W Tatrach fen nosi lokalną nazwę halny, a w Górach Skalistych- chinook /czyt. czinuk/ Określając kierunek wiatru, podajemy stronę świata, z której wieje. Wiatr mierzymy wiatromierzem, anemometrem. Prędkośd wiatru podajemy w m/s lub w km/h.

14 ZAŁĄCZNIK NR 3 Klucz odpowiedzi Ćwiczenie 1 Ciśnienie atmosferyczne to siła z jaką słup powietrza działa na jednostkę powierzchni. Jednostką ciśnienia atmosferycznego jest hektopaskal. Do pomiaru ciśnienia atmosferycznego używamy barometru i aneroidu.. Wraz ze wzrostem wysokości ciśnienie atmosferyczne maleje. Niż baryczny występuje wtedy, gdy ciśnienie ku środkowi danego obszaru maleje.. Wyż baryczny występuje wtedy, gdy ciśnienie ku środkowi danego obszaru rośnie. Izobary to linie na mapach łączące punkty o jednakowym ciśnieniu. Wiatr to poziomy ruch powietrza. Wyróżniamy wiatry: stałe, okresowo zmienne i lokalne. Do pomiaru wiatru wykorzystujemy wiatromierz i anemometr. Ćwiczenie 2 Dane: Szukane: p= 1000hPa = Pa F =? S = 2*2 = 4 m² Wykorzystujemy wzór na ciśnienie atmosferyczne, przekształcając go: p= F/S [ *S p*s = F F = Pa * 4 m² = N

15 Odp: Wartośd siły parcia na koc wynosi N.