Влажность воздуха
Цели и задачи
- Цель по SMART: за 45 минут научиться определять относительную влажность воздуха психрометрическим способом, выполнять расчёты по показаниям сухого и влажного термометров и оценивать погрешность измерения.
- Закрепить понятия абсолютной и относительной влажности воздуха, точки росы и психрометра.
- Сформировать умение безопасно собирать экспериментальную установку, снимать показания приборов и применять психрометрическую таблицу.
- Развивать навыки анализа экспериментальных данных, математической обработки результатов и аргументированного обсуждения выводов.
- Воспитывать ответственное отношение к точности измерений, соблюдению правил безопасности и рациональному использованию результатов наблюдений.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают практическое значение измерения влажности для здоровья человека, метеорологии, сельского хозяйства и инженерных профессий.
- Проявляют ответственное отношение к лабораторному оборудованию и результатам коллективной работы.
- Оценивают собственный вклад в выполнение экспериментального задания.
- Проявляют интерес к объяснению наблюдаемого явления на основе физических закономерностей.
Метапредметные
- Планируют последовательность измерений и распределяют роли в группе.
- Извлекают данные из показаний термометров и психрометрической таблицы.
- Сравнивают результаты групп, выявляют причины расхождений и формулируют вывод.
- Представляют результаты измерений в таблице и аргументируют их в устном обсуждении.
Предметные
- Знать определения абсолютной и относительной влажности воздуха.
- Уметь объяснять принцип действия психрометра через различие скоростей испарения воды.
- Уметь снимать показания сухого и влажного термометров и находить относительную влажность по психрометрической таблице.
- Уметь рассчитывать разность показаний термометров и оценивать достоверность результата.
- Владеть алгоритмом проведения практического измерения влажности воздуха.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личную ответственность за точность измерения и безопасность группы.
- Связывают изучаемый способ измерения с бытовыми и профессиональными ситуациями.
- Осознают значение доказательного объяснения природных явлений.
- Проявляют готовность корректировать собственное мнение после анализа данных.
Регулятивные УУД
- Формулируют цель практической работы и составляют план действий.
- Контролируют соблюдение последовательности измерений и правил безопасности.
- Сверяют результат с таблицей и исправляют арифметические ошибки.
- Оценивают качество опыта по согласованным критериям.
Познавательные УУД
- Выделяют существенные данные в показаниях двух термометров.
- Устанавливают причинно-следственную связь между испарением и охлаждением влажного термометра.
- Применяют математические действия при обработке результатов.
- Моделируют ход измерения в виде алгоритма и таблицы данных.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли экспериментатора, наблюдателя, вычислителя и докладчика.
- Формулируют уточняющие вопросы по инструкции и показаниям приборов.
- Согласовывают общий вывод группы на основе измерений.
- Аргументированно обсуждают причины различий между результатами групп.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить для каждой группы психрометр или два одинаковых термометра, хлопчатобумажную полоску, стакан с водой и штатив.
- Проверить исправность термометров и соответствие их показаний при одинаковой температуре.
- Распечатать инструкцию и таблицу результатов по одной на каждого ученика.
- Распечатать психрометрические таблицы по одной на группу и карточки трёх уровней по одной на каждого ученика.
- Подготовить секундомер, салфетки, ручки, линейки и калькуляторы по необходимости.
- Вывести на доску алгоритм: измерить температуры, найти разность, обратиться к таблице, записать влажность, сформулировать вывод.
- Разместить на видном месте правила безопасности: не встряхивать термометры, не допускать падения стеклянных приборов, вытирать пролитую воду.
- Подготовить слайд с вопросом: «Почему влажный термометр показывает меньшую температуру?» и с образцом таблицы измерений.
- Организовать рабочие места групп так, чтобы приборы стояли устойчиво и не мешали проходу между столами.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в практическую деятельность и показать жизненную значимость измерения влажности.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и проверяет готовность рабочих мест: «Здравствуйте, ребята. Сегодня мы будем не только вспоминать физические формулы, но и получать собственные экспериментальные данные. Проверьте, что на столе есть тетрадь, ручка и калькулятор, а приборы стоят устойчиво». | Проверяют наличие принадлежностей, осматривают рабочее место, занимают места в группах по 4 человека. |
2 мин | Учитель показывает стакан с водой и два термометра: «Представьте, что вы проектируете систему вентиляции в школе или теплице. Достаточно ли знать только температуру воздуха? Почему при одинаковой температуре человеку может быть комфортно в одном помещении и некомфортно в другом? Сегодня мы измерим влажность воздуха». | Обсуждают вопрос в парах 30 секунд, затем формулируют предположения: «Влияет количество водяного пара», «При высокой влажности пот хуже испаряется». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы выяснили, что одной температуры недостаточно для описания состояния воздуха. Теперь вспомним, какие величины связаны с содержанием водяного пара, и подготовимся к измерению».
Этап 2. Актуализация знаний и инструктаж по безопасности (6 мин)
Цель этапа: восстановить необходимые понятия и обеспечить безопасное выполнение практикума.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель проводит эвристическую беседу: «Что называют абсолютной влажностью? В каких единицах её измеряют? Что означает относительная влажность 60 процентов? От чего зависит интенсивность испарения? Подумайте, почему ветер ускоряет высыхание белья». Учитель фиксирует ключевые ответы на доске. | Отвечают: «Абсолютная влажность — плотность водяного пара», «Относительная влажность показывает, насколько воздух близок к насыщению», «Ветер уносит влажный воздух». |
3 мин | Учитель показывает оборудование и объясняет правила: «Влажный термометр оборачиваем влажной тканью, но не погружаем прибор в воду. Не касаемся резервуара руками и не встряхиваем термометры. Если вода пролилась, сразу сообщаем и вытираем поверхность. В каждой группе назначьте экспериментатора, наблюдателя, вычислителя и докладчика». | Распределяют роли, записывают их в инструкции, называют два правила безопасности и проверяют устойчивость оборудования. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы вспомнили, что влажность характеризует содержание водяного пара, и распределили роли. Теперь проверим, как испарение помогает сравнить состояние воздуха».
Этап 3. Постановка проблемы и планирование опыта (5 мин)
Цель этапа: сформулировать способ определения влажности по разности показаний термометров.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель демонстрирует два термометра: «Один термометр измеряет температуру воздуха, другой мы обернём влажной тканью. Как вы думаете, показания будут одинаковыми? Обоснуйте прогноз. Запишите гипотезу: чем больше разность показаний, тем выше или ниже влажность?» | Записывают прогноз и объясняют: «Влажный термометр покажет меньшую температуру, потому что вода испаряется и охлаждает резервуар». |
3 мин | Учитель показывает на доске алгоритм: «Первое — снимаем температуру сухого термометра. Второе — снимаем температуру влажного термометра после установления показаний. Третье — находим разность. Четвёртое — по психрометрической таблице определяем относительную влажность. Пятое — формулируем вывод. Какую величину будем сравнивать между группами?» | Формулируют план, записывают алгоритм, отвечают: «Разность между показаниями сухого и влажного термометров и полученную относительную влажность». |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Гипотеза и алгоритм готовы. Сейчас каждая группа выполнит измерение, а затем мы проверим, насколько результаты разных групп согласуются».
Этап 4. Выполнение практического измерения (12 мин)
Цель этапа: получить экспериментальные данные о температуре и относительной влажности воздуха.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт инструкции и напоминает: «Экспериментатор закрепляет влажную полоску на резервуаре термометра, наблюдатель следит за устойчивостью показаний, вычислитель готовит таблицу. Сначала снимите показание сухого термометра, затем влажного. Не округляйте температуру раньше времени». | Закрепляют влажную ткань, проверяют расположение приборов, записывают температуру сухого термометра $t_с$ и влажного термометра $t_в$. |
4 мин | Учитель проходит между группами и задаёт вопросы: «Как вы определяете, что показание установилось? Почему влажный термометр охлаждается? Что произойдёт с разностью показаний при сухом воздухе? Запишите время измерения и место проведения опыта». | Наблюдают за показаниями до их стабилизации, отвечают: «Испарение отнимает энергию», «В сухом воздухе испарение интенсивнее, поэтому разность больше», фиксируют условия опыта. |
3 мин | Учитель предлагает повторить измерение: «Через несколько минут снимите показания ещё раз. Если результаты отличаются, не выбирайте удобное число, а обсудите причину: движение воздуха, ошибка отсчёта или недостаточное смачивание». | Повторяют измерение, сравнивают две пары показаний, выбирают обоснованное значение и отмечают возможный источник погрешности. |
2 мин | Учитель контролирует заполнение таблицы и напоминает: «Проверьте единицы измерения и знак разности. Разность температур вычисляем как $\Delta t=t_с-t_в$, поэтому она не должна быть отрицательной». | Вычисляют $\Delta t$, заносят данные в таблицу, показывают заполненную строку учителю или консультанту группы. |
Запись в тетрадях
Таблица: температура сухого термометра $t_с$, температура влажного термометра $t_в$, разность $\Delta t=t_с-t_в$, относительная влажность $\varphi$, источник возможной погрешности.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Измерения выполнены, и у каждой группы есть собственные данные. Теперь переведём разность температур в значение относительной влажности с помощью психрометрической таблицы».
Этап 5. Обработка результатов и анализ данных (8 мин)
Цель этапа: научить учащихся определять относительную влажность по психрометрической таблице и анализировать достоверность результата.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель раздаёт психрометрические таблицы: «Найдите в таблице строку, соответствующую температуре сухого термометра, и столбец, соответствующий разности температур. На пересечении находится относительная влажность. Например, при $t_с=22$ °C и $\Delta t=4$ °C по таблице получаем приблизительно $\varphi=68$ процентов. Запишите не только число, но и единицу — проценты». | Находят значение по таблице, записывают относительную влажность своей группы, проверяют выбор строки и столбца у соседа. |
2 мин | Учитель предлагает сравнение: «Сопоставьте результат с другими группами. Если значения различаются, не объявляйте чей-то результат неправильным сразу. Назовите возможную причину расхождения и решите, какое значение можно считать наиболее надёжным». | Сравнивают результаты, обсуждают причины расхождений, формулируют вывод о качестве измерения. |
2 мин | Учитель просит оценить бытовой смысл результата: «Если относительная влажность получилась 68 процентов, воздух сухой, нормальный или влажный? Какие последствия возможны для самочувствия и хранения материалов?» | Отвечают: «Воздух достаточно влажный», приводят примеры: запотевание окон, медленное испарение пота, влияние на бумагу и древесину. |
Эталон решения
1. Записать показания: $t_с=22$ °C, $t_в=18$ °C. 2. Найти разность: $\Delta t=t_с-t_в=22-18=4$ °C. 3. В психрометрической таблице найти строку $22$ °C и столбец $4$ °C. 4. На пересечении определить $\varphi\approx68$ процентов. 5. Сделать вывод: при данных условиях относительная влажность воздуха составляет примерно 68 процентов.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы не просто получили число, а связали его с физическим механизмом испарения и оценили надёжность измерения. Теперь каждый самостоятельно проверит, умеет ли выполнять полный алгоритм».
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (7 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное владение алгоритмом обработки экспериментальных данных.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель раздаёт карточки трёх уровней: «Выберите уровень самостоятельно. На базовом уровне обработайте готовые данные: $t_с=20$ °C, $t_в=16$ °C. На среднем дополнительно объясните, почему при увеличении разности температур влажность уменьшается. На повышенном предложите два способа уменьшить погрешность опыта». | Индивидуально вычисляют $\Delta t$, находят относительную влажность по таблице и записывают вывод. Выполняют выбранное дополнительное задание. |
2 мин | Учитель выводит эталон: «Проверьте порядок действий: сначала разность, затем таблица, затем вывод. Отметьте зелёным верный шаг, жёлтым — шаг, который нужно исправить. Ошибка в расчёте — это повод для коррекции, а не причина скрывать результат». | Сверяют решение с эталоном, исправляют ошибки, отмечают затруднение в листе самооценки. |
Эталон решения
Для данных $t_с=20$ °C и $t_в=16$ °C: $\Delta t=20-16=4$ °C. По психрометрической таблице находят относительную влажность для температуры сухого термометра 20 °C и разности 4 °C. Полученное табличное значение записывают с единицей измерения и сопровождают выводом о состоянии воздуха.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Алгоритм измерения можно считать освоенным, если вы умеете объяснить каждое действие и исправить собственную ошибку. Осталось подвести общий итог и оценить работу группы».
Этап 7. Рефлексия и подведение итогов (4 мин)
Цель этапа: осмыслить результаты практикума, оценить качество работы и выявить затруднения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит приём «Светофор»: «Покажите зелёную карточку, если можете самостоятельно определить влажность; жёлтую — если нужен ещё один пример; красную — если пока не понимаете связь между испарением и показаниями термометров. Объясните выбор одним предложением». | Показывают карточку, формулируют самооценку: «Затрудняюсь выбирать строку таблицы», «Могу выполнить весь алгоритм». |
2 мин | Учитель задаёт вопросы: «Что измеряет психрометр? Почему влажный термометр показывает меньшую температуру? Какой результат вашей группы наиболее важен? Где в жизни пригодится такое измерение?» | Отвечают: «Психрометр определяет относительную влажность», объясняют охлаждение при испарении, называют применение в метеорологии, медицине, строительстве и сельском хозяйстве. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Сегодня вы прошли полный путь экспериментатора: сформулировали гипотезу, измерили величины, обработали данные и оценили погрешность. Результаты практикума используйте как основу для домашнего анализа».
Критерии оценивания практической работы
- «5» — оборудование использовано безопасно, таблица заполнена полностью, верно сняты показания, рассчитана разность температур, по психрометрической таблице определена относительная влажность и сформулирован обоснованный вывод.
- «4» — опыт выполнен правильно, но допущена одна неточность в записи, вычислении или объяснении причины расхождения результатов.
- «3» — получены основные показания и выполнена часть расчётов, однако есть две существенные ошибки или вывод не связан с результатами измерения.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Почему влажный термометр показывает меньшую температуру? | Проверка понимания физического механизма испарения и охлаждения. |
Как по показаниям двух термометров определить относительную влажность? | Выявление освоения алгоритма практического измерения. |
На каком шаге работы возникло затруднение? | Выявление точек затруднения в снятии показаний или работе с таблицей. |
Как улучшить точность следующего опыта? | Формирование навыка анализа погрешности и планирования коррекции. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня вы убедились, что влажность воздуха можно определить не на глаз, а экспериментально. Мы использовали разность показаний сухого и влажного термометров и нашли относительную влажность по психрометрической таблице. Самая частая ошибка — перепутать температуру сухого термометра, разность показаний и значение влажности. На следующем уроке мы рассмотрим насыщенный пар, точку росы и условия образования тумана и росы».
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Описать алгоритм определения относительной влажности и решить 2 задачи по готовым показаниям сухого и влажного термометров с использованием психрометрической таблицы. | Закрепляет последовательность действий; при проверке обратить внимание на вычисление $\Delta t$ и единицу измерения проценты. |
Средний (повышающий) | Решить 3 задачи на сравнение влажности в двух помещениях по данным термометров и объяснить, где испарение будет происходить быстрее. | Формирует умение анализировать данные и связывать разность температур с интенсивностью испарения. |
Продвинутый (дополнительный) | Составить мини-отчёт по домашнему наблюдению: измерить температуру и описать признаки влажности в двух помещениях, предложить способ повышения точности измерения. | Развивает исследовательские умения, оценку погрешности и применение физики в бытовом контексте. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Что показывает относительная влажность? Почему влажный термометр охлаждается? Как вычислить разность показаний? Что произойдёт с относительной влажностью при увеличении разности температур при той же температуре сухого термометра?»
