Т.Н. АФАНАСЬЕВА, Г.Л. МАРШАНОВА,
К.И. ПОЛОНСКАЯ, Л.В. СТРАХОВА,
школа N 1016, г. Москва
Чистый воздух
Интегрированный урок для 8-го класса
В нашей школе разработана система
интегрированных уроков, направленных на
развитие восприятия окружающего мира через
межпредметные связи физики, химии, биологии,
экологии и географии. Вашему вниманию
предлагается подробная разработка одного из
первых уроков этой системы.
Цели урока: дать представление об
атмосферном давлении, научить строить графики
изменений состояния атмосферы (температуры,
давления и влажности) от времени; обобщить знания
о составе воздуха, естественных и антропогенных
источниках загрязнения атмосферы; углубить и
расширить знания о важнейших процессах биосферы
– фотосинтезе и дыхании, показать их
взаимосвязь; закрепить представления учащихся о
взаимовлиянии атмосферы и биосферы; дать
представление о масштабах экологического
загрязнения планеты, России, Москвы.
Дидактические средства
1. Демонстрации.
Взвешивание воздуха.
Магдебургские полушария.
Пипетка с лекарством.
Медицинские банки.
Шприц.
2. Плакаты.
Строение атмосферы.
Мониторинг воздуха.
Природные и антропогенные загрязнители
атмосферы.
Фамилии ученых, изучавших воздух.
Постоянные составные части воздуха.
Основные загрязнители воздуха в России.
3. Карточки на магнитах:
– формулы веществ – загрязнителей
воздуха;
– газовый состав первобытной атмосферы;
– рисунки цианобактерий, хвойных и лиственных
деревьев, органоидов клетки.
4. Географическая карта мира.
5. Графики, диаграммы и карты
результатов исследовательской работы учащихся.
6. Видеофильм «Химия вокруг нас», ч. 2,
«Воздух» (киновидеостудия «Кварт»).
ХОД УРОКА
Доказательства существования
атмосферы. Свойства воздуха
Учитель физики. Попробуем ответить
на вопросы. Что такое атмосфера? Каковы ее
размеры, состав? Оказывает ли она давление на
поверхность Земли? Начнем с определения самого
понятия атмосфера.
Учащийся. Древние греки думали, что
окружающий нас воздух – это испарившаяся вода.
Они назвали оболочку, окружающую Землю,
атмосферой (от греческих слов atmos – пар, sphaira
– шар) (на доске учитель прикрепляет карточки с
соответствующими словами).
Если всю поверхность глобуса диаметром 35 см
мысленно окружить слоем воздуха толщиной 3 см,
то получится модель, показывающая сравнительные
размеры Земли и окружающей ее атмосферы (демонстрирует
глобус с яркой линейкой).
Учитель. В 1640 г. в Италии герцог Тосканский
решил устроить фонтан на террасе дворца. Денег не
жалел, хотел быть обладателем самого большого
фонтана. Построили насос, однако он поднимал воду
всего лишь на высоту 10,3 м над уровнем водоема.
Герцог рвал и метал, обвиняя всех: ученых – в
невежестве, местных служителей Церкви – в
неумении изгнать злого духа из насоса.
Приглашенный Эванджеллиста Торричелли, ученик
Галилея, высказал мысль, что вода в насосе
поднимается под давлением атмосферы. Давление
столба воды высотой 10,3 м уравновешивается
атмосферным давлением. А если взять не воду, а,
например, ртуть, то высота ее столба, давление
которого уравновешивается атмосферным
давлением, составит 760 мм. Так обладает ли
воздух весом?
(Демонстрацию опыта проводит учащийся.)
Учащийся. Воздух, как и любое тело на Земле,
испытывает земное притяжение, поэтому имеет вес.
Учитель. Одинаков ли характер
атмосферы на разных высотах?
Учащийся. Как показали полеты космических
кораблей, характер атмосферы на разных высотах
различен. (Ответ поясняется по плакату.)
В атмосфере Земли выделяют четыре слоя. Нижний
слой атмосферы называют тропосферой, его верхняя
граница находится на высоте до 17 км. Выше
тропосферы находится стратосфера (до 50 км),
мезосфера (до 80 км) и еще выше – термосфера,
переходящая в космическое пространство.
Верхняя граница тропосферы не везде одинакова:
над экватором ее высота составляет 17 км, в
полярных областях – 8–9 км, а в средних широтах
– 10–11 км. Это объясняется тем, что в
экваториальных широтах воздух сильно
прогревается, а потому расширяется и
увеличивается в объеме. В полярных областях все
происходит наоборот, и 90% всей массы воздуха
сосредоточено в тропосфере.
На плакате показаны технические объекты, которые
могут подниматься на соответствующие высоты. На
нем же приведена зависимость температуры
воздуха от высоты. С высотой изменяется не только
температура, но и атмосферное давление. (Плакат
на доске.)
Ребята нашего класса, живущие в одном и
том же доме на 1-м и 22-м этажах, представили нам
графики изменения атмосферного давления в
течение недели. Хорошо видно, что атмосферное
давление с высотой уменьшается.
Учитель. Вспомним об одном знаменитом опыте:
магдебургских полушариях.
Магдебургские полушария на
Регенсбургском рейхстаге
 Учащиеся (рассказывают
и демонстрируют рисунок и опыт). В мае 1654 г.
Отто фон Герике поставил опыт: взял два полых
металлических полушария, одно из которых было
снабжено трубкой для откачивания воздуха.
Полушария сложили вместе и откачали воздух с
помощью насоса. После этого разъединить
полушария даже с помощью восьми лошадей так и не
удалось. На нашем демонстрационном столе тоже
есть два полушария. Их размеры меньше
магдебургских, и они изготовлены из пластмассы.
Так же, как и в опыте фон Герике, мы откачаем из
них воздух и пробуем разъединить эти полушария.
Результат вы видите.
Отто фон Герике
Выкачивание медного шара (Герике)
Чем больше воздуха выкачивали из
полушария, тем сильнее сжимались они снаружи
атмосферным давлением, которое оставалось
постоянным.
Учитель. В каких приборах у вас дома
«работает» атмосферное давление?
Учащиеся: шприцем набирают лекарство; в
пипетку набирают лекарство; медицинские банки;
автопоилка.
Учитель. Физические величины измеряют с
помощью приборов или вычисляют по формулам.
Атмосферное давление на поверхности Земли и на
все тела, расположенные на ней, измеряют с
помощью барометра.
Учащиеся. По изменению давления атмосферы
предсказывают погоду. Изменение погоды
обусловлено приходом циклонов или антициклонов,
а они различаются величиной атмосферного
давления в своем центре. Первым наблюдал
колебания атмосферного давления с изменением
погоды Э.Торричелли. Ему принадлежат слова: «Мы
живем на дне воздушного океана».
Физические параметры, характеризующие состояние
атмосферы, влияют и на самочувствие человека.
Группа ребят нашего класса провела мониторинг
состояния воздуха. На графиках показаны
изменения физических величин – давления,
температуры, влажности, – характеризующих
состояние окружающей среды.
Атмосфера не знает национальных границ, а это
означает, что на воздух в одном регионе могут
оказывать сильное влияние действия,
предпринимаемые в другом.
Из чего же состоит воздух? (Показ
видеофрагмента.)
Состав атмосферы. Развитие
представлений о составе воздуха
Учитель химии. Что же представляет
собой воздух, которым мы дышим? Однородное это
или сложное соединение?
Еще 200 лет назад воздух считался элементарным
веществом, и до середины XVIII в. представления
ученых о его составе оставались не более чем
догадками. Сегодня же любой школьник легко и
правильно ответит на эти вопросы. Я адресую их
вам.
Учащийся. Воздух – это смесь газов,
образующих атмосферу и создающих атмосферное
давление.
Учитель. Давайте вспомним, как было доказано,
что воздух – это смесь газов, вспомним ученых
разных стран и эпох, занимавшихся определением
его состава. Назовите фамилии известных вам
ученых.
Учащийся. Это Роберт Бойль, Михаил Васильевич
Ломоносов, Карл Шееле, Джозеф Пристли, Антуан
Лавуазье, Генри Кавендиш, Уильям Рамзай.
Джозеф Пристли
Учитель. Вы совершенно верно и в
хронологическом порядке назвали фамилии ученых,
исследовавших воздух.
(На доске учитель магнитиками укрепляет плакат
с фамилиями названных ученых и с указанием дат их
открытий.)
Теперь расскажите, к каким выводам пришел Карл
Шееле в результате своей большой
экспериментальной работы.
Учащийся. В 1772 г. шведский химик, обобщая
результаты своих экспериментов, писал: «Я, Карл
Шееле, склонен думать, что атмосферный воздух
состоит главным образом из двух видов воздуха –
«огненного», поддерживающего дыхание и горение,
и «испорченного воздуха», не поддерживающего
горение.
Учитель. А в чем суть открытий английского
химика Дж.Пристли?
Учащийся. Джозеф Пристли, изучая состав
воздуха, пытался выяснить, какие его
составляющие могут выделиться из химических
веществ при их нагревании. Нагревая оксид
ртути (II), он получил газ и назвал его
«дефлогистированным воздухом». Исследуя
свойства полученного газа, Пристли обнаружил,
что зажженная свеча горела в нем ослепительно
ярко и что он поддерживает дыхание. Позднее
А.Лавуазье назвал этот газ кислородом.
Прибор для добывания водорода
Получение кислорода
Пристли вошел в историю не только как
первооткрыватель кислорода, но и как ученый,
открывший процесс фотосинтеза.
Учитель. Молодцы. Вы достаточно подробно
ответили на поставленные вопросы. А кто из ученых
впервые установил количественный состав
воздуха?
Учащийся. Первым это сделал французский
ученый Антуан Лоран Лавуазье. По результатам
своего известного 12-дневного опыта он сделал
вывод, что весь воздух в целом состоит из
кислорода, пригодного для дыхания и горения, и
азота, неживого газа, в пропорциях 1/5 и 4/5 объема
соответственно. Ученый предложил «жизненный
воздух» переименовать в «кислород», поскольку
при сгорании в кислороде большинство веществ
превращается в кислоты, а «удушливый воздух» – в
«азот», т.к. он не поддерживает жизнь, вредит
жизни.
Опыт Лавуазье
Учитель. А знаете ли вы, в чем
заслуги английских ученых Г.Кавендиша и У.Рамзая
в исследовании состава воздуха?
Учащийся. Изучая воздух, Г.Кавендиш
установил, что кроме кислорода и азота в воздухе
есть и другие газы, и определил, что на их долю
приходится около 1/120 объема воздуха. Из-за
несовершенства методов анализа и приборов
Кавендиш не смог определить, что это за газы. Лишь
спустя 100 с лишним лет Уильям Рамзай,
воспроизводя опыты Кавендиша, открыл инертные
газы в составе воздуха.
Учитель. Молодцы! Теперь давайте назовем
составные части современного воздуха.
Учащийся. Современный воздух состоит из
кислорода, азота, углекислого газа, гелия, неона,
аргона, криптона и ксенона. (Вывешивает на доске
химические формулы названных газов.)
Учитель. Вспомните и назовите объемные доли
составных частей воздуха.
Учащийся. В воздухе по объему на долю
кислорода приходится примерно 21%, на долю
азота – 78%, углекислого газа – 0,03%, инертных
газов – 0,94% (под химическими формулами газов
записывает их объемные доли в воздухе).
Учитель. Верно. Только заметьте, что сумма
всех долей «не дотягивает» до 100%. В чем же дело?
Учащийся. Ответ простой. В воздухе есть
переменные составные части, на их долю и
приходятся недостающие 0,03%. (На доске в
квадратике записывает число 0,03%.)
Учитель. А что вы знаете о переменных
составных частях воздуха?
Учащийся. В атмосфере могут присутствовать
оксиды азота, серы, угарный газ, аммиак,
элементарная сера, сероводород, вода, пыль. (Учитель
располагает на доске по периметру квадрата «0,03%»
карточки на магнитах с формулами веществ –
переменных составных частей воздуха.)
Учитель. Как эти вещества попадают в
атмосферу? Какую роль они играют?
Учащиеся. Эти вещества попадают в атмосферу
естественным путем. При извержении вулканов в
атмосферу попадают сернистый газ, сероводород и
элементарная сера. Пылевые бури способствуют
появлению в воздухе пыли. Оксиды азота попадают в
атмосферу и при грозовых электрических разрядах,
во время которых азот и кислород воздуха
реагируют друг с другом, или в результате
деятельности почвенных бактерий, способных
высвобождать оксиды азота из нитратов;
способствуют этому и лесные пожары и горение
торфяников. Процессы разрушения органических
веществ сопровождаются образованием различных
газообразных соединений серы. Вода в составе
воздуха определяет его влажность. У остальных
веществ роль отрицательная: они загрязняют
атмосферу.
Продолжение следует
|