Интегрированный урок физика+биология «Электрические явления в живой природе»

Интегрированный урок физика+биология

«Электрические явления в живой природе»

Название: интегрированный урок с элементами исследования.

Учебные предметы: физика + биология

Уровень образования школьников: общеобразовательный, 8 класс.

Форма учебной работы: классно-урочная.

Задачи урока:

-Развивать монологическую речь, все виды памяти, логическое мышление, наблюдательность, работать с дополнительной литературой, развивать способность анализировать и обобщать полученные данные;

-Формировать коммуникативную и эмоциональную культуру, способствовать расширению кругозора;

-Продолжать показ взаимосвязанности явлений в окружающем мире.

Оборудование: листы с заданиями для текущего контроля при работе в парах (1 на парту), электрофорная машина, срезы хвойных и лиственных деревьев, смайлики

Видеосюжеты: «Гроза», «Электрические рыбы», «Электрические явления в жизни растений», Оформление: рисунки электрических рыб на доске.

Эпиграф

«Природа - единственная книга,

каждая страница которой полна глубокого содержания».

И.В.Гете.

«Наука не является, и никогда не будет являться законченной книгой.

Каждый новый успех приносит новые вопросы».

А.Эйнштейн

Запись на доске: Тема «Электрические явления в живой природе».

План урока

Ход урока.

Организационный момент.

Учитель физики: Здравствуйте, ребята. Сегодня урок физики с элементами биологии, а тема - «Электрические явления в живой природе».

Учащиеся читают надписи на доске, записывают тему в тетради.

Учитель биологии: на сегодняшнем уроке перед нами стоят следующие задачи: изучить явление - молния, научиться выбирать безопасное место во время грозы, познакомиться с тем, как реагируют на электрические явления растения и животные и как используют их в своей жизни. При решении этих задач мы используем с вами наблюдательность, самостоятельность, умение работать в группе и вырабатывать коллективное решение. Желаем вам успехов и надеемся, что вы будете успешными на данном уроке. После урока вы должны в коробочки, которые стоят на учительском столе положить смайлик, соответствующий вашему ощущению от урока.

Посмотрим на экран

( Видеосюжет «Гроза. Молния.»).

Чтение за кадром: стихи В.И. Тютчева «Гроза дорогой».

Бердюгина Света

«Вот приблизилась из-за тучи синей молнии струя,

Пламень белый и летучий окаймил ее края.

Чаще капли дождевые, вихрем пыль летит с полей,

И раскаты громовые все сердитей и смелей».

Слепухина Алёна

Молния и гром - это одно из грозных, но величественных явлений, с которыми человек был знаком еще с древности. Разбушевавшаяся стихия, обрушивалась на него в виде ослепляющий гигантских молний, грозных громовых ударов, ливня и града. В Страхе перед грозой люди обожествляли ее, считая орудием богов.

Но человек, наблюдая, накапливал свои знания и благодаря самоотверженному труду, таинственный покров с грозы был снят. Сейчас известно электрическое происхождение этих грозных явлений.

Какие бывают молнии?

К чему приводит их действие?

Как защитить себя от молний?

Рассказ учениц:

Телегина Лера

Молния.

Чаще всего мы наблюдаем молнию, напоминающую извилистую реку с притоками. Такие молнии называют линейными, их длина при разряде между облаками достигает более 20 км. Молнии других видов можно увидеть значительно реже.

Электрический разряд в атмосфере в виде линейной молнии представляет собой электрический ток, причем сила тока меняется за 0,2 - 0,3 секунды. Примерно 65% всех молний, которые наблюдаются у нас имеют значение силы тока 10000 А, но редко достигают и 230000 А.

Канал молнии, через который протекает ток, сильно разогревается и ярко светит. Температура канала достигает десятков тысяч градусов, давление повышается, воздух расширяется и происходит как бы взрыв раскаленных газов. Это мы воспринимаем как гром. Удар молнии в наземный предмет может вызвать пожар. Молния чаще всего поражают высокие сооружения. Она может ударить и в ровную поверхность земли, там, где электрическое сопротивление почвы меньше. По этой причине молния поражает берега рек и ручьев.

Гарбатовская Арина

При ударе молнии, например в дерево, оно нагревается, влага из него испаряется, а давление образовавшегося пара и нагревшихся газов приводят к разрушениям.

Для защиты зданий и других построек от грозовых разрядов применяют молниеотводы, которые представляют собой металлический стержень, возвышающийся над защищаемым объектом. Основное назначение молниеотводов - не принимать удар на себя, а предотвратить его возникновение. Это достигается тем, что на острие молниеотвода под влиянием заряда облака скапливается разноименный заряд, который уходит в воздух, электрическое поле ослабевает и уменьшается вероятность удара молнии.

Если молния ударяет в человека или животное, то удар бывает чаще всего смертельный. Поэтому во время грозы нельзя подходить к высоким одиночным предметам, а укрыться нужно в небольшом углублении на склоне холмов, выбирая место между деревьями, растущими на расстоянии 15-25 метров. Пострадавшему от молнии, находящемуся в бессознательном состоянии, до прибытия врача надо делать искусственное дыхание.

Учитель физики: Какие ученые изучали атмосферное электричество?

Американский ученый Франклин, изучая грозовые облака, запускал в воздух змея.

Русские ученые М.В. Ломоносов и его друг Г. Рихман доказали, что электрические заряды во время грозы образуются в результате трения воздушных потоков.

Теперь молнию люди научились побеждать - это уже не загадочное явление. Человек может отвлечь молнию от своих жилищ с помощью высоких, заземленных, металлических стержней - громоотводов, правильнее - молниеотводов.

И в школе можно наблюдать молнию (миниатюрную), и мини-гром можно услышать, используя электрическую машину.

(Демонстрационный эксперимент: разряд между кондукторами электрофорной машины, шарики - мини-тучи).

Учитель физики: если человек отвлекает молнию, то растения, животные и птицы беззащитны перед молниями.

Кого же поражает молния?

От чего это зависит?

Куда ударит молния?

Прочитать текст и ответить на вопрос: КУДА УДАРИТ МОЛНИЯ?

Предлагает выполнить задания по рисункам.

Работа в парах. (Итоги подводятся сразу).

Учитель биологии: чем обусловлен выбор молнии. Если нас застала гроза в лесу, то под каким деревом укрыться, ведь у вас может не быть возможности найти открытое поле. В нашем лесу молния выбирает определённые деревья. С чем это связано? Мы знаем, что свойства веществ, организмов зависят от их строения. У вас на столах спилы деревьев. Как определить, где спил какого дерева хвойного или лиственного?

Работа с коллекцией образцов древесины деревьев.

Учитель биологии (подводит учащихся к выводу: уязвимость при поражении молниями связана с плотностью деревьев).

В поражении деревьев молнией играет роль не только строение корня, но и сопротивление дерева току. Отдельные участки ствола дерева имеют различное сопротивление. В лиственных деревьях ток проходит внутри ствола по сердцевине, а так как в них содержится много сока, то он под действием тока закипает и пары разрывают дерево.

У смолистого дерева, например, сосны, сопротивление сердцевины значительно больше, чем коры и подкоркового слоя. Поэтому в сосне электрический ток проходит главным образом по наружным слоям ствола, не проникая вовнутрь. Значит можно сделать вывод, что во время грозы лучше спрятаться под смолистым деревом.

Физминутка

Видеосюжет «Электрические явления в жизни растений».

Клиросов Ян

Способность многих цветов и листьев складываться или раскрываться в зависимости от времени суток связано с электрическими сигналами. В природе это цветы - часы.

Первые бесспорные доказательства существования электрических процессов в растительных тканях были получены в середине 19 века. Так называемые токи повреждения обнаружились и в отдельных растительных тканях. Срезы листьев, стебля, клубня всегда заряжены отрицательны по отношению к нормальной ткани. Если разрезать яблоко пополам и вынуть середину, то оба электрода, приложенные к кожуре не выявят возникшего напряжения. Если же один электрод приложить к кожуре, а другой перенести во внутреннюю часть мякоти, то гальванометр отметит появление тока повреждения.

Известно, фотосинтез сопровождается электрическими явлениями. У растений были открыты электрические ритмы. Способность многих цветов и листьев складываться в зависимости от времени суток обусловлено электрическими сигналами.

Учитель биологии: А теперь новый сюжет

видеосюжет «Электрические рыбы», во время просмотра учитель биологии обращает внимание на внешний вид рыб, после просмотра подводятся итоги конкурса рисунков о рыбах.

Учитель физики: послушаем рассказы учащихся об особенностях пребывания рыб в пресной и морской воде.

Рассказ ученика Чистяков Лёня

Электрические рыбы.

Скаты являются живыми электростанциями. Опытами над электрическими скатами английский ученый М.Фарадей установил, что электричество, создаваемое специальным органом этой рыбы совершенно тождественно электричеству, получаемому от химического или иного источника, хотя является продуктом деятельности живой клетки.

Последующие наблюдения показали, что многие рыбы имеют особые электрические органы, своего рода «батареи», вырабатывающие большие напряжения. Так, гигантский электрический скат создает напряжение 50-60 В, нильский электрический сом - 350 В, а угорь - электрофорус - более 500В.

Удивительным является то обстоятельство, что на тело самой рыбы это высокое напряжение никакого действия не оказывает. Вот где тайны электроизоляции!

Как показали дальнейшие исследования, электрические органы состоят из мышц, которые потеряли способность к сокращениям; мышечная ткань служит проводником, а соединительная - изолятором. К органу идут нервы от спинного мозга, а в целом он представляет собой мелкопластичную структуру из чередующихся элементов. Например, угорь имеет от 6000 до 10000 соединенных последовательно элементов, образующих колонну, и около 70 колонн в каждом органе, расположенном вдоль тела. У взрослых особей на этот орган приходится около 40% всей массы их тела.

Роль электрических органов велика, они служат для атаки и для защиты, а также являются частью очень чувствительной навигационно-локационной системы.

Использование рыбами разных напряжений можно объяснить так:

- тем, кто обитает в пресной воде (например угрю) необходимо высокое напряжение, поскольку пресная вода обладает большим электрическим сопротивлением. И для возникновения электрического разряда нужно значительное напряжение;

- живущие же в соленой воде (например, ромбовидный скат) приспособились к меньшему сопротивлению и вырабатывают при этом меньшее напряжение.

Учитель биологии: На дне Тихого океана ученые обнаружили необычный вид генераторов электрической энергии. Это "черные курильщики" - глубоководные гидротермальные источники. Эти микробы живут в трубообразных структурах "черных курильщиков" и, потребляя вредоносные химикалии, поднимающиеся с океанского дна, производят ток, идущий по поверхностям этих труб. Обнаружили ток в стенках "черного курильщика" на глубине 2200 метров. Чем больше сероводорода потребляли микробы, тем больше электроэнергии они вырабатывали. Ученые предполагают, что микробы разлагают сероводород на составляющие элементы и таким образом начинают добывать из морской воды необходимый для их жизнедеятельности кислород. При этом они наэлектризовываются и вынуждены избавляться от избытка свободных электронов через "заземление" - стенки "черного курильщика".

Учитель физики: В 1960 году на выставке, организованной английским научным Королевским обществом в честь 300-летия со дня его организации, среди загадок природы, которые человеку еще предстоит решить, демонстрировался обычный стеклянный аквариум, с находящейся в нем рыбой - электрическим скатом. К аквариуму через металлические электроды был подключен вольтметр. Когда рыба была в покое, система вольтметра стояла на нуле. При движении рыбы вольтметр показывал напряжение, достигающее 400В. Надпись на аквариуме гласила: «Природу этого явления, наблюдаемого задолго до организации английского Королевского общества, человек разгадать до сих пор не может». На тело самих рыб такое высокое напряжение не оказывает действия. (Рассказ сопровождается иллюстрацией).

Электрические органы у рыб стали прообразами первых источников тока. Однако все начиналось с опытов Луиджи Гальвани.

Рассказ ученика Главатских Артём

От лягушачьих лапок к Вольтову столбу.

Во второй половине 18 века многие врачи проводили разнообразные опыты, выясняя действие электричества на организм животных и человека. Например, под действием разряда электрических машин наблюдали сокращение мышц, даже если это были лапки не живой, а мертвой лягушки. Такие опыты с лапками лягушек в 1786 году проводил итальянский анатом Луиджи Гальвани. Однажды он подвесил на медных крючках задние лапки лягушек к железной решетке балкона своего дома. Гальвани был очень удивлен, обнаружив, что мышцы лапок сокращались при отсутствии электрической машины, если надавить на крючки.

Соотечественник Гальвани профессор физики Александро Вольта выполнив его опыты и проделав новые, пришел к совершенно иному заключению: никакого «животного» электричества не существует, а роль источника электричества в опытах Гальвани приписал к контакту двух разнородных металлов, а лапки лягушек он считал лишь чувствительным электромером. Вольта подчеркивал, что разнородные металлы здесь не простые проводники или передатчики тока, а «настоящие двигатели электричества». Ученый исследовал контакты разных металлов. Столбик, составленный из сложенных попарно медных и цинковых пластин, разделенных влажной прокладкой получил название вольтова столба. Он был построен в 1800 году. Вольтов столб в действительности представлял собой простейшую батарею, составленную из последовательно соединенных медно-цинковых элементов (элементов Вольта). Элемент Вольта и изобретенные позднее подобные ему источники тока назвали гальваническими элементами.

Русский ученый Василий Владимирович Петров в 1802 году изготовил огромную батарею: она состояла из 4200 медных и цинковых кружков между каждой парой которых были картонные кружочки, пропитанные раствором нашатыря. Напряжение на зажимах этой батареи составляло 650-1700В. Это был первый в истории источник постоянного тока сравнительно высокого напряжения.

Учитель физики: А сейчас проведем небольшое исследование.

1. Поместить на расстоянии друг от друга 2-3см медную и железную петли на поверхности овоща (погрузив на 1-1,5см).

2. Соединительными проводами подключить к чувствительному гальванометру.

3. Результат объяснить.

Отдельные карточки:

-Что это-источник тока?

-А может ли человек стать источником тока?

Учитель биологии: Сейчас уже доказано, что деятельность нервов, мышц и других тканей сопровождается созданием (генерацией) электрических токов. Нельзя забывать, что электрический ток может оказывать и лечебное действие на ткани. С точки зрения физики человек - это живая электростанция, в каждой клетке его тела множество генераторов - митохондрий, непрерывно вырабатывающих энергию в организме в виде статического электричества. «Лишнее» электричество может привести к серьёзным сбоям в работе органов и систем, нервным стрессам и инсультам. Лишнее электричество обязательно должно выводиться из организма способом заземления.

На протяжении тысячелетий наши предки ходили по земле босиком, заземляясь естественным путем. «Сбросить» её не трудно: достаточно в течение 3-5 минут подержаться за любые металлические предметы: водопроводные краны, батареи и т.п., причём лучше всего делать это регулярно, несколько раз в день.

Учитель обращает внимание на таблицу, в которой приведены некоторые эффекты действия токов в организме.

Сила тока при частоте 60 Гц

Эффект действия тока

0-0,5 мА

Отсутствует

0,5-2 мА

Потеря чувствительности

2-10 мА

Боль, мышечные сокращения

10-20 мА

Растущее воздействие на мышцы, некоторые повреждения

16 мА

Ток, выше которого человек уже не может освободиться от электродов

20-100 мА

Дыхательный паралич

100 мА - 3А

Смертельные желудочковые фибрилляции (необходима немедленная реанимация)

Более 3А

Остановка сердца. (Если шок был кратким, сердце можно реанимировать.) Тяжелые ожоги.

Ткани живых организмов весьма разнородны по составу. Органические вещества, из которых состоят плотные части тканей, представляют собой непроводники злектричества. Однако, они содержат жидкость, растворы электролитов и поэтому являются относительно хорошими проводниками. Также проводниками являются роговой слой кожи, сухожилия и, особенно, костная ткань без надкостницы.

Электропроводность кожи, через которую ток проходит главным образом по каналам потовых и отчасти сальных желез, зависит от трещин и состояния ее поверхностного слоя. Тонкая и особенно влажная кожа, а также кожа с поврежденным наружным слоем эпидермиса хорошо проводит ток. Наоборот, сухая огрубевшая кожа - весьма плохой проводник. Электрический ток, проходя через организм человека, возбуждает живые ткани организма. Степень возникающих изменений зависит от силы тока и его вида (переменный или постоянный).

Ток 1мА считается безопасным для человека. Максимальные токи - до 13мА, при которых человек в состоянии освободиться от контакта с электродами, называются отпускающими токами; токи до 15 мА приобретают такую силу, что разжатие руки становится невозможным. Если ток от внешнего источника пропустить через сердце, то возникают нескоординированные сокращения желудочков. Этот эффект называется желудочковыми фибрилляциями Посредством тока в организм можно ввести лекарственные вещества, эта процедура называется электрофорезом.

Учитель физики: казалось бы человеку сегодня все ясно с электрическими явлениями. Мы рассмотрели некоторые примеры в живой природе, которые помогли самым любознательным людям выяснить причину многих из них. Но!

Окончательных побед в науке не бывает!

Итог.

Оценки за индивидуальные сообщения.

Итоги конкурса рисунков.

Итоги ответов представителей групп.

Тест.

Рефлексия.

При выходе из класса учащиеся кладут в коробочки свои смайлики.

Тест (с взаимопроверкой)

1 вариант

1.Молния - это…

А) электрический разряд;

Б) электрический ток, возникающий при столкновении туч;

В) след комет и метеоритов;

В) происки инопланетян

2.Если вас застала гроза в лесу, то самое безопасное место…

А) под сосной;

Б) под дубом;

В) в берлоге рядом с медведем;

Г) под кустом черёмухи

3.Какое из животных может поразить человека электрическим зарядом…

А) неоновая святящаяся рыбка;

Б) скат;

В) дельфин;

Г) Ёрш

4.Силу тока определяют…

А) омметром;

Б) вольтметром;

В) амперметром;

Г) динамометром

5.Считается безопасным для человека ток…

А) 1 мА;

Б) 1 А;

В) 220 В;

Г) 1 кА

6.При поражении током …

А) необходимо обратиться в больницу;

Б) принять душ;

В) лечь на землю;

Г) поставить уколы антибиотиков

2 вариант

1.Молнии бывают…

А) шаровые;

Б) линейные;

В) убойные;

Г) ветвистые

2. Если вас застала гроза в лесу, то самое безопасное место…

А) под тополем;

Б) под лиственницей;

В) под осиной;

Г) в реке

3. Какое из животных может поразить человека электрическим зарядом…

А) угорь;

Б) золотая рыбка;

В) кальмар;

Г) пиранья

4. Прибор для измерения силы тока…

А)амперметр;

Б) гигрометр;

В)калориметр;

Г) барометр

5. Считается безопасным для человека ток…

А) 0, 001 А

Б) 1000 А

В) 1А;

Г) 36 В

6. При оказании первой медицинской помощи при поражении электрическим током необходимо…

А) пострадавшего закопать в землю;

Б) напоить водой;

В) наблюдать и вызвать врача;

Г) укрыть одеялом

8