Открытый урок по физике "Влажность воздуха"

Преподаватель физики Филиппова Ольга Викторовна

Цель урока:

Ввести понятие абсолютной и относительной влажности воздуха, точки росы и ознакомить с приборами для измерения влажности воздуха. Формировать навыки работы в парах, прививать интерес к предмету через различные компоненты воспитательного процесса. Развивать умение анализировать, сравнивать, систематизировать информацию; устанавливать причинно – следственные связи; делать выводы.

Задачи:

Образовательные:

1. Выяснить теоретические знания учащихся по теме "Испарение. Кипение".
2. Сформировать представление об абсолютной и относительной влажности воздуха, точке росы.
3. Продемонстрировать способы измерения влажности воздуха при рассмотрении приборов для ее измерения — гигрометра, психрометра.

Воспитательные:

На материале урока указать важность понятия влажности воздуха в жизнедеятельности человека.

Тип урока: комбинированный.

Методы:

• учебная игра "взаимоопрос";
• рассказ-беседа;
• фронтальный эксперимент;
• работа с учебником;
• практические упражнения.

Формируемые умения: наблюдать, сравнивать, анализировать, обобщать.

Оборудование:

• психрометрическая таблица;
• таблица зависимости давления и плотности насыщенного пара при различной температуре;
• изображения гигрометров и прибор психрометр;

План урока:

1. Организационный момент (3 мин.).
2. Актуализация знаний: взаимоопрос (7 мин.).
3. Изучение нового материала (25 мин.).
4. Закрепление, отработка умений (3 мин.).
5. Подведение итогов урока — повторение — контроль (5 мин.).
6. Задание на дом (2 мин.).

1. Вход в урок

По вашим лицам вижу, что сегодня настроение у вас хорошее. Давайте поработаем сегодня на уроке так, чтобы ваше настроение осталось таким же, а может быть, стало еще лучше.

Сначала мы вместе восхитимся вашими глубокими знаниями, для этого проведем маленький устный опрос по теме «Парообразование и конденсация». (Слайд 1) Потом попробуем ответить на вопрос, что нужно понимать под влажностью воздуха и какое значение она имеет в жизнедеятельности человека и в профессии «Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования в с/х производстве», а также какими способами и какими приборами можно измерить влажность воздуха, и самое интересное, как можно определить влажность, если под рукой нет специальных приборов. Затем проверим свои приобретенные знания при решении задачи.

2. Взаимоопрос

Учитель: Сейчас, вы условно делитесь на две группы по вариантам. Я задаю вопрос, на него отвечает первый вариант своему соседу по парте, участнику второго варианта. Затем на этот вопрос отвечает ученик, точно знающий верный ответ. Участник второго варианта, прослушав ответ сравнивает его с ответом товарища и ставит "1" если верно, и "0" если неверно или нет ответа. Баллы ставите в матрицу, которая лежит у вас на партах (см. Приложение 1). На следующий вопрос аналогично отвечают участники второй группы. Вопросы лежат у вас на столах в той же матрице. Условия всем понятны? Тогда начнем.

Учитель: 1 вопрос. 1 вариант. Что называется парообразованием?

Ученик: Явление превращения жидкости в пар, называется парообразованием.

(Комментарии: После ответа на вопрос проверяющий ставит в графе напротив данного вопроса балл 1 или 0. Таким образом, очень легко определить, какие существуют пробелы в знаниях у ученика).

Учитель: 1 вопрос. 2 вариант. Что называется испарением

Ученик: Парообразование, происходящее с поверхности жидкости, называется испарением?

Учитель: 2 вопрос. 1 вариант. От чего зависит испарение и при какой температуре происходит процесс испарения?

Ученик: Испарение зависит от: а) рода жидкости, б) температуры, в) площади поверхности жидкости, г) наличия ветра. Испарение может происходить при любой температуре

Учитель: 2 вопрос. 2 вариант. Что такое конденсация и что вы можете сказать про энергетические процессы при конденсации?

Ученик: Явление превращения пара в жидкость, называется конденсацией. Данное явление происходит с выделением энергии.

Учитель: 3 вопрос. 1 вариант. Что такое динамическое равновесие?

Ученик: Когда число молекул, вылетающих из жидкости равно числу молекул пара, возвращающихся обратно в жидкость, то наступает динамическое равновесие.

Учитель: 3 вопрос. 2 вариант. Какой пар называется насыщенным, а какой не насыщенным?

Ученик: Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью называется насыщенным, а пар, не находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называется ненасыщенным.

Учитель: 4 вопрос. 1 вариант. Что такое кипение?

Ученик: Интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре, называется кипением.

Учитель: 4 вопрос. 2 вариант. Что происходит с температурой кипения жидкости в процессе кипения и от чего она зависит?

Ученик: Во время кипения температура жидкости не меняется. Температура кипения зависит от рода жидкости и давления.

Учитель: 5 вопрос. 1 вариант. Что такое удельная теплота парообразования и конденсации?

Ученик: Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо, чтобы обратить жидкость массой 1 кг в пар без изменения температуры, называется удельной теплотой парообразования и конденсации.

Учитель: 5 вопрос. 2 вариант. Запишите формулу для расчета количества теплоты при испарении и конденсации.

Критерии:

5 баллов оценка "5",
4 балла оценка "4",
3 балла оценка "3".

А теперь поставьте друг другу оценки по тем критериям, которые вам даны.

Итак, по тому как вы ответили, складывается вполне ясная картина того, как каждый из вас сегодня готов к уроку, на какие моменты стоит обратить внимание и доучить.

3. Изучение нового материала.

Медики утверждают, что хорошее самочувствие человека складывается из многих факторов: атмосферного давления, температуры окружающей среды, магнитного поля Земли и влажности воздуха. Оказывается оптимальная для человека влажность лежит в пределах 40—60%. Наша задача, выяснить, что же понимают под влажностью воздуха, как ее можно определить и выяснить, а оптимальные ли условия для работы, например в нашем классе, у вас дома.

Но прежде, я даю такое задание, в процессе изучения нового материала, составить в своих тетрадях краткий план основных моментов, о которых будет идти речь на уроке, и конечно же не забывать записывать все, что будет записано на доске.

Итак, начнем наш разговор с того, что из курса географии вам известно, что поверхность Земли покрыта на две трети водой (демонстрирую географический глобус Земли, слайд 3).

С поверхности морей, рек, водоемов самопроизвольно, непрерывно и при любой температуре происходит испарение, вследствие чего в окружающем нас воздухе постоянно находится водяной пар. Количество пара, содержащегося в атмосфере играет очень важную роль для жизни на Земле, в том числе и на самочувствие человека. Также, для предсказания погоды, атмосферных явлений необходимо следить за влажностью воздуха. Влажность воздуха говорит о наличии водяного пара в атмосфере. Как вы понимаете, чем больше водяного пара будет содержаться в атмосфере при данной температуре, тем больше будет влажность воздуха, т.е. тем ближе пар будет к состоянию насыщения.

Слайд 4.

Как же определить влажность воздуха?

Для этого, во-первых, необходимо знать количество водяного пара в единице объема воздуха. Для этого вводится понятие абсолютная влажность воздуха, которая показывает, сколько граммов водяного пара содержится в воздухе объемом 1 м³ при данных условиях (т.е. при данной температуре и атмосферном давлении).

Обозначается — абсолютная влажность воздуха — плотность водяного пара [единица измерения — кг/м³].

При тех же условиях водяной пар может быть насыщенным. Существуют специальная таблица в которой для каждого значения температуры и давления приводится значение плотности насыщенного водяного пара, которая обозначается _0. Такая таблица находится в ваших сборниках задач по физике автор Рымкевич.

Зная значения плотности насыщенного пара и пара, содержащегося в атмосфере, можно определить, насколько отличается при данных условиях водяной пар от насыщенного. Для этого вводится понятие относительной влажности воздуха, которая равна отношению абсолютной влажности воздуха к плотности насыщенного водяного пара при той же температуре, выраженному в процентах.

Обозначается — относительная влажность воздуха. Посмотрите на определение и как мы с вами обычно делаем из определения попытайтесь записать формулу, для расчета относительной влажности воздуха.

=(p_н/p_н.п.)*100%

Учитель: Подумайте над таким вопросом, при каком значении влажности воздуха наступает динамическое равновесие?

Ученик: при 100%

Учитель: Не меняя массу содержащегося в атмосфере водяного пара его можно сделать насыщенным, если изменять температуру, а именно понижать. Температура, при которой пар, содержащийся в воздухе становится насыщенным, называется точкой росы. Откуда такое интересное название? Каждый из вас неоднократно наблюдал такие природные явления, как появление тумана или выпадение росы. Почему и как это происходит? По утрам, когда температура воздуха понижается, пар охлаждается и при некоторой температуре становится насыщенным. Дальнейшее понижение температуры окружающей среды приводит уже к конденсации этого пара в виде появления тумана и росы. Роса свидетельствует о том, что влажность была 100%. Относительную влажность можно измерять с помощью ряда приборов, специально созданных для этого. (Слайд 5.)Это гигрометры и психрометры. О том, что это за приборы нам расскажут ваши товарищи.

4.     Выступления учеников.

1. Приборы для определения относительной влажности воздуха. (слайд 16)

а) Волосяной гигрометр (слайд 7)

Принцип действия волосного гигрометра основан на свойстве обезжиренного волоса (человека или животного) изменять свою длину в зависимости от влажности воздуха, в котором он находится. Если есть возможность – прибор лучше показать. Подышите на него, влажность и изменится.

б) Конденсационный гигрометр (слайд 8)

Видеоролик, демонстрирующий принцип действия гигрометра. По результатам ролика и таблице для определения точки росы найти относительную влажность воздуха в помещении, где проводится эксперимент.

в) Психрометр (слайд 9)

В психрометре есть два термометра. Один - обычный, его называют сухим. Он измеряет температуру окружающего воздуха. Колба другого термометра обмотана тканевым фитилем и опущена в емкость с водой. Второй термометр показывает не температуру воздуха, а температуру влажного фитиля, отсюда и название увлажненный термометр. Внимательно рассмотреть психометрическую таблицу.

1. Гигрометры (волосяной и конденсационный) — рисунок 1, рисунок 2.

2. Психрометр  — рисунок 3, рисунок 4.

Учитель:  Подумайте и скажите как измерить влажность воздуха, если нет специального прибора, а только комнатный термометр?

(Комментарии: готовивший сообщение о психрометре, заранее получил это задание и самостоятельно разобрался, как это осуществить, что и продемонстрировал своим одноклассникам: два термометра, один из которых обернут марлечкой, край которой опущен в воду. Дальнейшие действия аналогичны при работе с обыкновенным психрометром и использование психрометрической таблицы.).

Давайте определим влажность воздуха в кабинете. (Слайд 10)

(Слайд 11)

Зона комфорта для человека при температуре 20⁰С-25⁰С лежит в пределах 40%-60%.

5. Закрепление изученного.

А сейчас подумайте над следующими задачами, которые приводятся у вас на листочках — задачи для закрепления.

(Слайд 12)

Задача 1. Разность показаний сухого и влажного термометров равна 4⁰С. Относительная влажность воздуха 60%. Чему равны показания сухого и влажного термометра.

(Ответ t_c=14⁰C? t_вл=10⁰С).

Задача 2. Влажность воздуха равна 78%, а показание сухого термометра равно 12⁰С. Какую температуру показывает влажный термометр?

(Ответ: t_вл=10⁰С).

Почему может возникнуть ощущение изнурительной жары при температуре воздуха 25 °С и относительной влажности 80—90%, в то время как при температуре 30 °С и влажности 30% самочувствие может быть хорошим?

Ответ: Чтобы не перегреться, организму в жару надо сильно потеть. Однако при высокой влажности пот не будет высыхать и не даст охлаждения тела.

 

Интересные явления, связанные с водяным паром в воздухе.

(Слайд 13)

а)Облака — взвешенные в атмосфере продукты конденсации водяного пара, видимые на небе с поверхности земли.Облака состоят из мельчайших капель воды и/или кристаллов льда (называемых облачными элементами). Капельные облачные элементы наблюдаются при температуре воздуха в облаке выше −10 °C; от −10 до −15 °C облака имеют смешанный состав (капли и кристаллы), а при температуре в облаке ниже −15 °C — кристаллические.

          (Слайд 14)

б) Туман — атмосферное явление, скопление в воздухе мельчайших продуктов конденсации водяного пара (при температуре воздуха выше −10° это мельчайшие капельки воды, при −10…-15° — смесь капелек воды и кристалликов льда, при температуре ниже −15° — кристаллики льда, сверкающие в солнечных лучах или в свете луны и фонарей). Относительная влажность воздуха при туманах обычно близка к 100 % (по крайней мере, превышает 85-90 %).

     (Слайд 15)

в) Роса— вид атмосферных осадков, образующихся на поверхности земли, растениях, предметах, крышах зданий, автомобилях и других предметах.  Из-за охлаждения воздуха водяной пар конденсируется на объектах вблизи земли и превращается в капли воды. Это происходит обычно ночью. В пустынных регионах роса является важным источником влаги для растительности.

     (Слайд 16)

г)Иней — один из видов    нарастающих твёрдых атмосферных осадков. Представляет собой тонкий слой кристаллического льда различной мощности. Кристаллы инея, при слабых морозах имеют форму шестиугольных призм, при умеренных - пластинок, а при сильных - тупоконечных игл. Иней образуется путём десублимации водяного пара из воздуха на различных поверхностях.

     (Слайд 17)

д) Эффект Прандтля — Глоерта  явление, заключающееся в возникновении облака позади объекта, летящего на околозвуковой скорости в условиях повышенной влажности воздуха. Чаще всего наблюдается у самолётов. При очень высокой влажности этот эффект возникает также при полётах на меньших скоростях.

     (Слайд 18)

е) Паргелий (от др. греч. παρα- и ἥλιος «солнце» — ложное солнце) — один из видов гало, выглядит как светлое радужное пятно на уровне солнца. Возникает вследствие преломления солнечного света в анизотропно ориентированных кристалликах льда, парящих в атмосфере.

6. Подведение итогов урока и обсуждение домашнего задания.

Учитель: Давайте подведем итог нашей совместной работы. Предлагаю вам продолжить предложения:

1. Я узнал…
2. Я запомнил…
3. Мне было интересно…
4. Мне понравилось…

Сейчас обсудим и запишем домашнее задание:

Ответить на вопрос:

Что легче: сухой воздух объемом 1 м³ или влажный воздух тоже объемом  1 м³?

Ответ: Влажный, так как его плотность меньше плотности сухого воздуха. Парадоксально, но при одинаковом давлении и температуре 1 кубометр влажного воздуха не тяжелее, а легче, чем кубометр сухого воздуха! Дело в том, что давление каждой составной части газовой смеси меньше её общего давления, которое и для сухого и для влажного воздуха одинаковое. А при уменьшении давления уменьшается и вес единицы объема газа.

Урок завершен, до встречи на следующем уроке.

 

 

Задачи для закрепления:

Задача 1. Разность показаний сухого и влажного термометров равна 4⁰С. Относительная влажность воздуха 60%. Чему равны показания сухого и влажного термометра?

Задача 2. Влажность воздуха равна 78%, а показание сухого термометра равно 12⁰С. Какую температуру показывает влажный термометр?

Почему может возникнуть ощущение изнурительной жары при температуре воздуха 25 °С и относительной влажности 80—90%, в то время как при температуре 30 °С и влажности 30% самочувствие может быть хорошим?

  Ответ:

 

 

 

Дома:

Задача 1. Разность показаний сухого и влажного термометров равна 8⁰С. Относительная влажность воздуха 30%. Чему равны показания сухого и влажного термометра?

Задача 2. Влажность воздуха равна 20%, а показание сухого термометра равно 12⁰С. Какую температуру показывает влажный термометр?