Аттестационная работа. Методика определения высоты (глубины залегания) объекта с помощью измерения атмосферного давления

1. Аттестационная работа

слушателя курсов повышения квалификации по программе:
слушателя курсов повышения квалификации по программе:
«Проектная и исследовательская деятельность как способ
формирования метапредметных результатов обучения в условиях
реализации ФГОС»
Платоновой Светланы Анатольевны
(ГБОУ Школа № 627 имени генерала Д.Д.Лелюшенко
г.Москвы)
на тему:
«Методика определения высоты (глубины
залегания) объекта с помощью измерения
атмосферного давления»
1

2. Аннотация

Вашему вниманию представляется описание методики
исследования зависимости атмосферного давления от высоты
местности над уровнем моря.
Данная работа может быть проведена с учащимся 7-х классов
при изучении темы «Атмосферное давление». Она позволяет не
только обнаружить факт уменьшения атмосферного давления на
1 мм с подъёмом на каждые 12 м, но и увидеть взаимосвязь
погоды (температуры) и атмосферного давления. Важным
условием полноты исследований является повторение измерений
в течение нескольких дней.
В ходе выполнения работы развиваются такие метапредметные
умения, как умение формулировать проблему и ставить задачи по
её реализации, строить графики, читать показания приборов,
использовать возможности программы Microsoft Office и
Цифровой лаборатории, устанавливать причинно-следственные
2
связи.

3.

Введение
Газовая оболочка, окружающая Землю,
называется атмосферой (от греческих слов "атмос" пар и "сфера" - шар). Смесь газов, образующих
атмосферу Земли, называют воздухом. В состав
воздуха входят азот (78 %), кислород (21 %) и
некоторые другие газы.
Наибольшее давление, обусловленное весом
воздуха, испытывает поверхность Земли, а также
все тела, находящиеся на ней. На них давит вся
толща воздуха. Давление, оказываемое
атмосферой Земли на все находящиеся в ней
предметы, называется атмосферным
давлением.
Атмосферное давление с высотой убывает, так
как уменьшается столб воздуха, создающий его.
Аналогичное явление происходит в жидкости:
давление разное на разной глубине погружения.
3

4.

Цель исследования: проверить справедливость
утверждения о том, что при подъёме на каждые 12м
давление уменьшается на 1мм.рт.ст.
Задачи:
1) Ознакомиться с приборами для измерения
атмосферного давления;
2) Измерить атмосферное давление в различных точках
Москвы и вычислить высоту местности или глубину
залегания объекта, рядом с которым было измерено
давление;
3) Построить и проанализировать график зависимости
атмосферного давления от высоты местности над
уровнем моря;
4) Сравнить способы измерения атмосферного давления
и выяснить недостатки и перспективы применяемой
методики.
4

5.

Проверяемая гипотеза: при подъёме на каждые 12м
давление атмосферы уменьшается на 1мм рт ст (или на
136 Па)
Используемое оборудование:
* цифровая лаборатория по физике (ООО «Научные
развлечения»),
* датчик абсолютного давления,
* барометр – анероид.
5

6.

Этапы исследования:
• Измеряем давление на разных этажах школы (дома, в
метро).
• Сравниваем показания барометра и цифровой
лаборатории.
• Сравниваем погрешности приборов.
• Делаем вывод о точности измерений.
• Строим график зависимости p(h).
• Анализируем зависимость.
• Подтверждаем или опровергаем гипотезу о линейной
зависимости давления от высоты.
6

7.

Описание хода исследований:
Измерения атмосферного давления проводились в
различные дни, с различными значениями атмосферного
давления и температуры воздуха, в трех различных
жилых домах на уровне 1, 5 и 14 этажей.
Для увеличения диапазона замеры также проводились на
станциях метро «Серпуховская», «Добрынинская» и
«Павелецкая» на уровне входа в метро, вестибюля и самой
станции. В один день измерялось до 16 точек,
соответствующих различным высотам. Длительность
измерения – около 2 часов.
Для измерения атмосферного давления в данной точке
местности можно использовать барометр-анероид и
цифровую лабораторию. Анализ результатов ряда опытов
показал, что цифровая лаборатория даёт более точный
результат, поэтому дальнейшие измерения проводились
именно с помощью цифровой лаборатории.
7

8.

Давление на станции
«Павелецкая» было
измерено 28 января 2015
года, в тот день
атмосферное давление на
поверхности в Москве
составляло 746 мм рт. ст.
8

9.

748,9 – 746 = 2,9 мм рт. ст.
разница давлений на
станции и на
поверхности
2,9 × 12 = 34,8м
глубина станции
«Павелецкая» должна
составлять около 34,8м
9
Данные интернет-ресурсов

10.

Станция «Таганская»
750,4 – 746 = 4,4мм рт ст
разница показаний
4,4 × 12 = 52,8м
10

11.

№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Место измерения
1 этаж дома Люсиновская
№37
Улица вход в метро
Серпуховская
Улица вход в метро.
Добрынинская
1 этаж дома Павла
Андреева №4
1 этаж дома Люсиновская
№41
5 этаж дома Люсиновская
№41
5 этаж дома Люсиновская
№37
5 этаж дома П. Андреева
№4
14 этаж дома
Люсиновская №41
14 этаж дома П. Андреева
№4
Расчетна Расчетна Расчетна
я высота я высота я высота разница
19.12.15 07.01.16 17.01.16
(м)
(м)
(м)
(м)
0,00
0,00
0,00
0
15,75
0,00
0
12,00
8,25
0
7,50
0,00
2
7,50
0,00
2
3,75
12,00
12,00
13,4
12,00
7,50
16,50
13,4
12,00
20,26
12,00
13,4
20,26
40,51
40,51
43,1
27,76
48,01
45,01
43,1
11

12.

50.00
40.00
30.00
20.00
10.00
0.00
-10.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
-20.00
-30.00
-40.00
-50.00
99,500
99,300
99,100
98,900
98,700
98,500
98,300
98,100
97,900
97,700
97,500
Давление откорректир на атмосферн. 19.12.15
(Па)
Давление откорректир на атмосферн. 07.01.16
(Па)
1 2Давление
3 4 517.01.16
6 7 (Па)
8 9 10 11 12
Анализ литературы по
данному вопросу выводит на
барометрическую формулу
давления, которая не
изучается в школьном курсе:
p = p0· exp (−Mgh / RT), где
р0- давление воздуха на
уровне моря;
g – сила тяжести,
действующая на 1кг
вещества;
М – молярная масса воздуха;
Т – стандартная температура
(288,15К)
R – универсальная газовая
постоянная
12

13.

Сравнение рассчитанных высот и фактической высоты
показывает:
1. Совпадение значений рассчитанных и фактических высот
наблюдается достаточно редко. Максимальная ошибка в
определении высоты достигает 22,8 м.
2. Анализ информационных ресурсов позволяет высказать
следующие предположения о причинах низкой точности
измерений:
- Максимальный перепад высот (станция метро - 14 этаж
жилого дома) составляет 86 м, что недостаточно для данного
метода, хорошо работающего на более значительных высотах;
- Не учитывались поправки на погодные условия, в частности
температуру окружающей среды. Данные барометрических
высотомеров всегда нуждаются в расчетных поправках;
- Измерения лучше не проводить при низких температурах;
- Не учитывалась приборная погрешность;
- Значения фактических высот могли быть определены
ошибочно.
13

14.

Выводы: 1)С уменьшением высоты атмосферное давление
растет.
2)Кривые, полученные для различных дней, имеют схожую
форму и направленность, тем не менее, не совпадают, т.е.
зависимость давления от высоты нельзя считать линейной.
Таким образом, атмосферное давление зависит от
температуры (при понижении температуры атмосферное
давлении повышается, при повышении температуры
атмосферное давление
понижается) и плотности атмосферы,
значительно уменьшается в верхних
слоях атмосферы но на небольших
высотах можно считать эту
зависимость линейной и производить
примерный расчет высот, исходя из
изменения давления на 1мм при подъёме на каждые
10 – 13 м, что подтверждается графиком.
14