Презентация исследовательского проекта по физике Раскрываем тайны снега

Исследовательский проектРаскрываем тайны снега Авторы: Аршинов Александр, 14 лет, 8 класс СмирновАндрей,15лет, 8 классРуководитель: учитель физики Березина Наталья ПетровнаВоскресенский районс.Староустье 2016 гМуниципальное общеобразовательное учреждениеСтароустинская основная школа Идет процесс научного открытия… … Невозмутимый строй во всем,Созвучье полное в природе…Ф.И. Тютчев. Природа – это гигантская физическая лаборатория. Природа вокруг нас, а физика и другие естественные науки – только средство для изучения природы. В жизни мы наблюдаем обычные природные явления, над которыми не задумываемся, а они имеют интересные физические объяснения. Цель нашего исследования: познать самого себя: достаточно ли у нас знаний, полученных при изучении физики, химии, географии, биологии, математики для того, чтобы раскрыть снежные тайны.Задачи.объяснить с точки зрения физики свойства снега и льда;обосновать роль снега в жизни живых организмов и планеты Земля;провести исследовательскую работу по изучению отдельных свойств снега и вычислению для него некоторых постоянных величин.Объект исследования: снег.Предмет исследования: физические свойства снега.Методы исследования: наблюдения, теоретические и экспериментальные исследования.Продолжительность реализации проекта: январь, февраль 2016г. Актуальность и практическая значимость работы: Интерес к экспериментальной физике и мечта выбрать профессию, связанную с экспериментальной физикой.Тепловые процессы, происходящие при изменении агрегатного состояния льда, наблюдаются в природе и имеют огромное значение для существования жизни на Земле.Явления, о которых идёт речь в данной работе, изучаются в школе. Поэтому дидактический компьютерный материал (видеофрагменты, слайды, таблицы, графики и др.) позволяет дополнить наглядный ресурс, используемый учителем на уроках физики.Данная работа способствует продолжению изучения свойств удивительного вещества на Земле – снега. Как образуется снежинка? Кто создает это волшебное чудо природы? Снег образуется, когда микроскопические капли воды в облаках притягиваются к пылевым частицам и замерзают. Появляющиеся при этом кристаллы льда, не превышающие поначалу 0,1 мм в диаметре, падают вниз и растут в результате сублимации ( минуя жидкую) на них водяного пара из воздуха. При этом образуются шестиконечные кристаллические формы. Основной кристалл воды имеет в плоскости форму правильного шестиугольника. На вершинах такого шестиугольника затем осаждаются новые кристаллы, на них — новые, и так получаются разнообразные формы звёздочек-снежинок. В лучших коллекциях микрофотографий насчитывается более 5 тысяч снимков снежинок, отличных друг от друга .Разгадка загадочной симметрии снежинок кроется в кристаллической решетке льда.Снег— форма атмосферных осадков, состоящая из мелких кристаллов льда. И снег, и лед изучает одна и та же наука – гляциология. Масса снежинки и снежного одеяла Земли.Снежинка весит около1 мг, редко – 2…3 мг. Каждая снежинка на 95% состоит из воздуха, поэтому скорость ее падения так мала - 0,9 км/ч. Огромные пространства суши могут оказаться под снежным пушистым одеялом. «Пуховое» одеяло стало похожим на тяжеленные гири, способные повлиять на скорость вращения Земли. К концу зимы в северном полушарии масса сезонного снега достигает 1,3 •10 13 т, а площадь снежного покрывала – 95·106 км2Вес снега важно знать в строительстве для расчёта несущих конструкций крыш домов и других строений. Их надо делать так, чтобы они могли выдержать вес снега и не сломаться. Эксперимент №1. Нагревание и плавление снега, нагревание талой воды.Оборудование: стакан со снегом, весы, разновес, термометр, секундомер, электрическая плитка с известной мощностью.Цель: вычислить и сравнить значения удельной теплоемкости для снега и воды, полученной из снега, значение удельной теплоты плавления снега. Процессы нагревания и плавления снега, нагревания талой воды изобразим графически. m,кгN,Втτ1Сτ2,Сτ3,Сt1,°Ctпл,°Ct2,°CСcнега,Дж/кг. °CСводы,Дж/кг. °CλДж/кгТабличные значенияСcнега,Дж/кг. °CСводы,Дж/кг. °CλДж/кг0,04830035227-9040208342183,25•105209542003,4•105Q1= m ccн (tQ1= m ccн (tпл - t1 ) А1= Q1 Q1 =N τ1 Сcнега = N τ1 / m (tпл - t1 ) Q2= m λ А2= Q2 Q2 =N τ2, λ = N τ2 / mQ3= m cв (t2 – tпл ) А3= Q3 Q3 =N τ3 Своды = N τ3 / m (t2 – tпл ) Вывод: Линии графика, отражающие процессы нагревания снега и талой воды, имеют неодинаковые углы наклона к оси времени, т.к. значения удельной теплоемкости для снега и воды разные. От чего зависит температура плавления льда?Эксперимент №2. Охлаждающие жидкости.Гипотеза: температура плавления льда зависит от примесей. Оборудование: кристаллизатор со снегом и поваренной солью, термометр, стакан, весы, разновес.Если смешать три весовые части снега с одной весовой частью поваренной соли, то снег растает. Если снег тает, то температура смеси должна быть равна 0°C, но термометр, опущенный в смесь, показывает температуру минус 18 °C! Вывод:Температура плавления льда зависит от наличия примесей в нем.Можно получить понижение температуры, если смешать снег или толченый лед с солью. Такие смеси называют охлаждающими. Охлаждающие смеси можно применять для охлаждения различных кушаний и напитков. С их помощью можно сохранить какое-то время скоропортящиеся продукты при отсутствии холодильника. Эксперимент №3. Режеляция.Гипотеза: ледяная сосулька под весом гири разрушится.Оборудование: сосулька большого размера, тонкая проволока, гиря m=5 кг. Эксперимент проводился на улице при температуре окружающего воздуха -2 ° °C.Натянутая проволока перерезает лед, но линии разреза увидеть нельзя - над режущей лед проволокой он остается совершенно целым. Почему? Лед тает в том месте, где на его поверхность оказывается сильное давление. Проволока с висящей на ней гирей давит на лед, и поэтому сосулька под проволокой тает. В образовавшемся тонком слое воды проволока погружается все глубже, а над ней вода снова замерзает, потому что на нее уже ничего не давит. Когда проволока перерезает всю сосульку и упадет, шов почти невозможно разглядеть: лед остается почти совершенно неповрежденным.Вывод: Температура плавления льда зависит от силы давления на лед. Почему снег плохо проводит теплоту?В снеге (особенно свежевыпавшем) очень много воздуха. Плохую теплопроводность снега использует природа, чтобы защитить зимой все живое от холодаКак же человек использует свойство теплопроводности снега для решения различных практических задач?Снегомелиорация. Снег на полях необходим, во-первых, как источник влаги и, во-вторых, как своеобразная шуба, защищающая от морозов посевы озимых культур, корневые системы многолетних трав, а также живые сообщества в почвенно-растительном слое. Снег как строительный материал. Он широко используется в холодных районах Земли, где большую часть года длится зима с устойчивым и толстым снежным покровом. Снег хорошо сопротивляется сжатию. Поэтому в “снежной архитектуре” широко применяют своды и купола – ведь составляющие их блоки всегда сжаты. Гостиница, полностью сделанная изо льда и снега, находится она в шведской Лапландии в 200 км от Северного полярного круга. Цвет снега.Снежинка представляет собой огромный набор прозрачных кристаллов льда, которые вместе дают такую способность, как отражение света всевозможных частот.В планетном масштабе он подобен громадному зеркалу, отражающему в космос почти 90 % лучистой энергии Солнца. Свободная же от снега суша отражает только 10...20%. Отсюда понятно, что количество тепла, получаемого Землей от Солнца, сильно колеблется в зависимости от того, как изменяются площади снегов. Это звучит парадоксально, но зимой холодно главным образом от рожденного холодом снега. Снежное покрывало, которое принято считать теплым и которое действительно спасает от морозов растения и животных, на самом деде – в масштабах всей Земли – значительно способствует выхолаживанию планеты: оно надолго изолирует от солнечных лучей обширные территории. Например, в умеренных широтах в ясный апрельский день поступает вполне достаточное количество солнечного тепла для того, чтобы почва оттаяла, прогрелась, и чтобы прогрелся прилегающий слой воздуха. Но, пока лежит снег, почва остается мерзлой, а воздух холодным, да и сам снег тает очень медленно. Хорошо, что удельная теплота плавления снега велика (см. результат эксперимента №1), иначе весной снег растаял бы очень быстро и катастрофических наводнений нам не избежать! Плотность снегаПочему в справочнике есть плотность железа 7870 кг/м3 и других веществ, а плотности снега - нет? Эксперимент №4Цель: определить разницу в плотностях свежевыпавшего снега и слежавшегося снега. Свежевыпавший снегm,кгV,м3ρ,кг/3м0,010,00008125Плотность свежевыпавшего снега Слежавшийся снегm,кгV,м3ρ,кг/3м0,0420,0002210Плотность слежавшегося снегаВывод: плотность свежевыпавшего снега меньше плотности слежавшегося снега.В степях и в тундре метели сильно уплотняют снег, там плотность – в 2...4 раза больше. На Крайнем Севере снег бывает настолько твердым, что топор при ударе по нему звенит, словно ударили по железу. А в Антарктиде выпавший 3...4-метровый слой снега за несколько дней становится таким плотным, что его с трудом вспарывает тяжелый нож мощного бульдозера. Мы проделали опыт: насыпали песок на ветку дерева без листьев. Он на ней практически не задерживался и почти целиком просыпался вниз с ветки. А снег может накапливаться на голых ветвях, образуя подчас такие тяжелые шапки, что обламываются ветки. Снежные наросты на деревьях образуются при снегопаде в тихую погоду, когда температура воздуха близка к 0оС. В этих условиях довольно интенсивно идут разнообразные процессы внутри снега: подтаивание и замерзание, испарение и кристаллизация. Именно они приводят к образованию связей между упавшими снежинками и поверхностью ветки, а также между самими снежинками. Первые снежинки подтаивают и примерзают к ветвям, образуя на них тонкую наледь. Следующие снежинки примерзают уже к этой наледи. Так постепенно на ветвях нарастают большие снежные шапки.Почему снег задерживается на ветвях деревьев? Образование инеяИней - тонкий снежный слой, образующийся благодаря испарениям на охлаждающейся поверхности в холодные ночи. Образование инея похоже на образование росы, но отличие лишь в том, что роса появляется в жаркое время года, а иней - в холодное время,то есть зимой или поздней осенью. Во время оттепели влажность воздуха повышается. Если после этого температура станет меньше нуля по Цельсию, то сконденсировавшаяся вода будет замерзать и оседать на поверхности земли и растений. Иней, как и росу, можно наблюдать только утром из-за того, что ночью обычно холоднее, чем днем. Результаты проектаПо своему содержанию наш проект имел два аспекта: учебный и научно-исследовательский. Основы теоретических знаний, необходимые для проведения проекта, у нас были на достаточном уровне. Интересно и приятно было ощущать себя исследователем! Работая над проектом, мы, с одной стороны, обогатились новыми знаниями по физике о свойствах и качествах снега, его роли в жизни нашей планеты.С другой стороны, в результате экспериментирования убедились на практике в необычных свойствах обычных веществ, предметов, явлений, их взаимодействии между собой и приобрели навыки самостоятельной экспериментальной деятельности. Методы теоретической и экспериментальной физики позволяют понять и объяснить сложные, распространённые явления природы с помощью легкодоступных средств и простого физического оборудования.Научились презентовать полученные знания и опыт и делиться ими с другими учащимися.Полученные материалы имеют практическую направленность: могут быть использованы учителем при проведении уроков и факультативных занятий по физике. Результаты проекта Работая над проектом, мы, ответили только на небольшую часть вопросов, касающихся физических тайн снега.Как, исследуя химический состав снега, контролировать загрязненность атмосферы? Что представляет снег на других планетах Солнечной системы? Почему велика разрушительная сила льда? Зимние узоры на окнах. Волшебное чудо природы – сосульки…и т.д. Это темы следующих проектов! Наблюдать за явлением интересно лишь тогда, когда ощущаешь его многообразие. ЛитератураГ. Низе. Игры и научные развлечения, - М.: Просвящение, 1990. -с.45-47.Журнал «Популярная механика» - январь, 2008 - с.14.Я.И. Перельман. Занимательная физика. Книга 1. Либрусск,1992 – с.75.http://fantasticfacts.ru/neveroyatnye-fakty/10-faktov-o-snege-kotoryx-vy-ne-znali.html http://infourok.ru/prezentaciya_po_fizike_vse_o_snege_8_klass-108601.htmhttp://class-fizika.narod.ru/7_snega.htm http://class-fizika.narod.ru/7_sneg.htmhttps://ru.wikipedia.org/wiki/%