Программа элективного курса Физика и экология

Министерство образования и науки Республики Татарстан

ГАПОУ «Нижнекамский технологический колледж»

Программа

элективного курса

«Физика и экология»

(25 часов).

Выполнила: преподаватель

ГАПОУ «Нижнекамский

технологический колледж»

Ханнанова Л.И.

г. Нижнекамск

Пояснительная записка.

Физика - наука о природе, изучающая наиболее общие свойства материального мира. Ее законы лежат в основе всего естествознания. Физика дает целостную естественно - научную картину мира и его развития. Она является источником новых идей, преобразовавших современную технику. Ядерная энергетика, квантовая электроника, микроэлектроника, радиолокация возникли и развились в результате достижений физики, которая стала одной из основ научно - технического прогресса. Научно - технический прогресс наряду с положительными факторами имеет и отрицательные последствия, главное из которых - загрязнение окружающей среды.

Закономерности взаимодействия общества и окружающей среды, проблемы охраны окружающей среды изучает наука «экология». Экология - наука системная, она опирается на множество других дисциплин, в первую очередь на естественные науки - физику, химию, биологию. Экология существенно отличается от этих наук тем, что имеет вполне определенную и заранее заданную цель - изучить собственный дом человека - планету Земля и возможное поведение человека в нем, которое позволит последнему жить в этом доме в согласии с Природой долго и счастливо.

Мировое сообщество все более и более осознает опасность экологической катастрофы ввиду полного истощения природных ресурсов, нарушения природного равновесия и, как следствие этого, гибель всего живого на Земле. Если раньше Человек раскрывал тайны Природы, чтобы завоевать и преобразить ее на благо человечества, то теперь отношение к Природе изменилось - ее познают, чтобы постараться сохранить и уменьшить разрушительное влияние Человека. Немаловажную роль в этом играет и физика.

Важно осознавать, что конечная цель деятельности профессиональных экологов одна - жизнь и здоровье Человека. Но даже самые талантливые экологи ничего не смогут сделать положительного, если население планеты останется экологически безграмотным и невоспитанным, а ученые (в том числе и физики) не будут экологизировать современную науку и соблюдать экологическую этику.

Решающее значение в предотвращении экологической катастрофы имеет экологическое образование, которое необходимо понимать как непрерывный процесс обучения, воспитания и развития личности обучающегося, направленный на формирование системы научных знаний и практических умений.

Человечеству в ближайшее время нужно выработать совокупность условий, выполнение которых обязательно для всех людей, живущих на планете -экологический императив. Он требует создания (причем в достаточно короткие сроки) нового характера взаимоотношений людей как между собой, так и с природой.

Курс рассчитан для обучающихся второго курса в количестве 25 часов.

Цели курса:

- показать, что физика, с одной стороны, - теоретическая и экспериментальная база современных технологий, являющихся первопричиной человеческого давления на природу. С другой стороны, она же является основой новых, альтернативных технологий, сберегающих природные ресурсы и не загрязняющих природную среду;

- способствовать изучению глобальных и региональных экологических проблем и путей их решения - энергосберегающих и экологически чистых технологий, разработанных на основе физических открытий и предполагающих бережное использование природных ресурсов;

- формировать активную гуманную позицию по отношению к природе, убеждения об уникальности жизни на Земле и ответственности за судьбу общего дома - планеты Земля и свою собственную;

- создать условия для формирования у обучающихся умения критически оценивать предлагаемый материал, рассуждать, сравнивать, анализировать, делать выводы, иметь и уметь отстаивать собственное мнение, самостоятельно приобретать и применять знания, работать в группе.

Формы организации учебной деятельности:

лекции, беседы, обсуждения в виде «круглых столов», опережающие задания, семинары, лабораторно - практические занятия, экскурсии. Предполагается широкое применение активных методов обучения, методик ТРИЗ - проектных работ, «мозговой штурм», методики дебатов, дискуссий.

Междисциплинарные связи:

Астрономия: темы «Строение солнечной системы», «Планета Земля», «Солнце», «Жизнь и разум во Вселенной».

Биология: темы «Фотосинтез», «Биологическое воздействие на организм человека электромагнитных и радиоактивных излучений», «Действие шума и света на живую природу», «Вода источник жизни на Земле».

Химия: темы «Кислород», «Углекислый газ», «Азот и его оксиды», «Кислоты». Обучающиеся должны иметь представление:

- о пространственно - временных формах существования материи;

- о проблемах энергетики на глобальном, региональном и локальном уровнях (теплоэнергетика, гидроэнергетика, атомная энергетика), о путях снижения нежелательного воздействия энергетических установок на окружающую среду;

- о вкладе ученых-физиков в развитие физики и техники, об их борьбе за мир и экологическую чистоту на планете;

- осознавать, что практика - основа и цель познания. Обучающиеся должны знать:

- понятия «экология», «биосфера», «биота», «атмосфера», «гидросфера», «предельно допустимые концентрации вредных веществ (ПДК)», «парниковый эффект», «озоновая дыра», «жесткость воды», «электромагнитное загрязнение атмосферы», «шумовое загрязнение атмосферы», «альтернативные источники энергии»;

- принципы взаимоотношений Человека и Природы, позволяющие жить человечеству без проблем в своем космическом доме - планете Земля;

- роль физической науки в научно - техническом прогрессе и внедрении в производство экологически чистых технологий;

- глобальные, региональные и городские экологические проблемы и пути их решения;

- экологическую обстановку в регионе и в городе;

- правила дорожного движения и техники безопасности, порядок работы с инструкциями, правила оформления результатов при выполнении лабораторно -практических работ;

- пути сохранения и укрепления собственного здоровья.

Обучающиеся должны уметь:

- выдвигать гипотезу на основе фактов, наблюдений и экспериментов, обосновывать свою точку зрения, высказывать суждения, проводить анализ и оценку, обобщать факты, делать прогноз;

- приводить примеры пагубного влияния человека на биосферу и положительные примеры их устранения;

- приводить примеры воздействия различных излучений на здоровье человека и путей их устранения;

- пользоваться табличными данными при выполнении ЛПЗ и решении задач;

- извлекать информацию из различных источников ( в том числе и электронных).

Учебно - тематический план

№ п\п

Темы

Всего часов

В том числе

Форма контроля

Лекции

Семинар

Практическ. работы

Экскурсии

Проектная деятельность

1.

Биосфера и человек в биосфере.

3

2

1

Тестовое задание, отчет по экскурсии

2.

Тепловая энергетика и ее влияние на биосферу

8

2

1

3

2

Участие в

семинаре,

создание

проекта,

выполнение

практических

работ

3.

Гидроэнергетика.

5

1

1

1

1

1

Участие в семинаре, создание проекта, выполнение практических работ

4.

Радиоактивное загрязнение биосферы.

3

2

1

Тестовое

задание,

участие в

семинаре,

подготовка

рефератов

5.

Электромагнитное и шумовое загрязнение окружающей среды.

2

1

1

Участие в семинаре,

6.

Здоровье нации -основное условие процветания России.

3

2

1

Устные ответы, участие в семинаре

Содержание программы.

1. Биосфера и человек в биосфере. Биосфера. Человек в биосфере.

Роль электромагнитной энергии в развитии биосферы. Основные

принципы взаимоотношений Человека и Природы (старые и новые).

Экология в современном мире. Взаимосвязь экологии и физики.

Экскурсия на Святой Ключ. (Мультимедийная презентация.)

2. Тепловая энергетика и ее влияние на биосферу. Роль электроэнергии в жизнедеятельности человека. Тепловое загрязнение атмосферы и водоемов тепловыми электростанциями (на примере ОАО «НКНХ» и водохранилища Заинской тепловой электростанции). КПД тепловых станций. Предельные допустимые концентрации вредных веществ (ПДК) и единицы их измерения. Сравнение ТЭС (угольные, нефтяные, газовые, торфяные) по их влиянию на окружающую среду (атмосферу, литосферу), сравнительные показатели среднесуточных ПДК. «Парниковый эффект», «озоновые дыры». Изменение климата в результате деятельности человека. Кислотные дожди. Пути решения проблемы: использование энергии ветра, Солнца, использование газа и водорода в качестве топлива, использование электрохимических генераторов. Теплоэнергетика Республики Татарстан.

Практические работы.

1. Изучение парникового эффекта.

2. Отбор и сравнительный анализ проб воздуха в пяти точках города и трех точках пригорода.

3. Изготовление действующей модели ветрогенератора. (Домашняя работа).

3. Гидроэнергетика. Водные ресурсы Татарстана и России. ГЭС -традиционные источники энергии. Их преимущество по сравнению с ТЭС. Экологические проблемы гидроэнергетики. Вода. Основные загрязнители питьевой воды и меры их устранения. Проблемы питьевой воды в городе Нижнекамске. Использование водяных фильтров в быту.

Практические работы.

1. Определение жесткости питьевой воды (содержание ионов кальция и магния), взятой из разных источников города. Экскурсия на Нижнекамскую ГЭС.

4. Радиоактивное загрязнение биосферы. Сущность и пути радиоактивного загрязнения (ядерные взрывы, АЭС и научные исследования с применением радиоактивных веществ). Биологическое воздействие радиоактивных загрязнений на живые организмы и способность последних накапливать радиоактивные элементы.

Проблемы утилизации радиоактивных отходов. Радиоактивные могильники Республики Татарстан.

5. Электромагнитное и шумовое загрязнение окружающей среды. Сущность электромагнитного и шумового загрязнений, их источники. Меры борьбы с электромагнитными и шумовыми загрязнениями. Меры, применяемые в Республике Татарстан.

6. Здоровье нации - основное условие процветания России. Ответственность человека за свое здоровье. Здоровье (психологическое и физическое) - один из основных личностных приоритетов. Освещенность. Световое загрязнение биосферы. Глаз. Дефекты зрения и пути их исправления. Гигиена зрения. Личное здоровье и его влияние на профессиональную компетентность человека. Негативное воздействие на живые организмы никотина, алкоголя, наркотических веществ. Связь между экологической ситуацией в населенном пункте и здоровьем населения.

Практическая работа.

1. Определение освещенности объектов в учебных кабинетах колледжа.

Методические указания.

Темы лекций.

1. Биосфера и человек в биосфере. Роль электромагнитной энергии в развитии биосферы. Основные принципы взаимоотношений Человека и Природы.

2. Изменение климата в результате деятельности человека.

3. ГЭС - традиционные источники энергии. Их преимущества по сравнению с ТЭС. Гидроэлектростанции Республики Татарстан.

4. Проблема утилизации радиоактивных отходов. Радиоактивные отходы и могильники в Республике Татарстан.

5. Здоровье (психологическое и физическое) - один из основных личностных приоритетов. Ответственность за личное здоровье.

Задания для групповой работы (с выполнением опережающих заданий и составления проектов).

1. Тепловое загрязнение атмосферы и водоемов (на примере ОАО «НКНХ» и водохранилища Заинской электростанции). Выявите источники загрязнения атмосферного воздуха в различных районах города и пригорода, их воздействия на окружающую среду и здоровье населения.

Альтернативные источники электроэнергии : энергия Солнца, ветра, их применение в Татарстане. Энергетика будущего: энергия, возникающая в результате вращения Земли и циркуляции атмосферы (энергия атмосферы), особенности ее использования. Энергия приливов и отливов, морских и океанских течений. Энергия геотермальных источников.

4. Экологические проблемы в районе расположения Нижнекамской ГЭС.

Экологические проблемы в районе расположения Заинской тепловой электростанции.

Темы семинаров.

1. Источники загрязнения атмосферного воздуха. Пути решения экологических проблем: использование энергии Солнца, ветра, газа и водорода в качестве топлива в тепловых двигателях, использование электрохимических генераторов. Теплоэнергетика республики Татарстан.

2. Вода. Основные загрязнители питьевой воды, меры борьбы с ними. Проблема чистой питьевой воды в г. Нижнекамске. Использование водяных фильтров в быту.

3. Электромагнитные загрязнения и меры борьбы с ними.

4. Глаз. Дефекты зрения. Гигиена зрения.

5. Ядерные испытания. Ядерная зима. Проблемы использование АЭС. 6.

Методические приложения.

Задачи.

1. Все знают выражение «леса - легкие планеты. Скорость вырубки лесов в настоящее время - 50 га/ мин, а один гектар леса дает продукты дыхания для 200 человек. Сколько человек лишаются чистого кислорода за 1 минуту и через какое время человечество лишится своих «легких»? (Недостающие сведения возьмите из справочников.)

2. Лабораторные анализы показывают, что в 1 л молока курящей матери может содержаться до 0.5 мг никотина, смертельная же доза никотина для младенца первых месяцев жизни - 1 мг. За сколько кормлений курящая мама «убивает» своего младенца? (Недостающие сведения возьмите у мам или бабушек. Можно воспользоваться специальной литературой по уходу за ребенком первого года жизни.)

3. На Земле люди за 1с выкуривают 300 000 тыс. сигарет и папирос. Курильщики ежегодно выбрасывают в атмосферу 720 т синильной кислоты, 384 000 т никотина, 600 000 тысяч т дегтя и более 5 500 000 т угарного газа. Рассчитайте, сколько вредных веществ выбрасывается в атмосферу при выкуривании одной сигареты. (Среднее время выкуривания одной сигареты - 7 минут).

4. Автомобильные выхлопные газы - смесь примерно 200 веществ. Ежегодно один легковой автомобиль поглощает из атмосферы 800 кг СО, 40 кг оксидов азота, 200 кг различных углеводородов. Подсчитайте количество вредных веществ, которые выбрасываются в атмосферу автомобилями, владельцами которых являются семьи вашей учебной группы.

Литературные приложения.

1. Мы - дети Галактики.

Но самое главное:

Мы - дети твои,

Дорогая Земля.

2. Берегите эти земли, эти воды.

Даже каждую былиночку любя.

Берегите всех зверей внутри природы.

Убивайте лишь зверей внутри себя.

Евг. Евтушенко

3. Есть такое твердое правило: встал поутру, оделся, умылся, привел себя в порядок - приведи в порядок свою Планету.

Антуан де Сент Экзюпери

Практическая работа.

Определение общей жесткости воды.

Цель: определить жесткость проб воды, предварительно забранных из различных источников (водопроводная вода, вода из родника, вода из артезианской скважины). Сделать вывод о пригодности воды этих источников для питьевых целей. Оборудование и материалы: сосуды с пробами воды из различных источников, мерная колба, коническая колба, бюретка, дистиллированная вода, аммиачно-буферная смесь (готовится лаборантом кабинета химии), эриохром черный Т, трилон Б.

Ход работы.

1. При помощи мерной колбы отмерить 100 мл исследуемой воды.

2. Перелить эту воду в коническую колбу.

3. Добавить 5 мл аммиачно-буферной смеси.

4. Добавить щепотку индикатора - эриохрома черного Т.

5. Тщательно перемешать раствор стеклянной палочкой. Раствор приобретает вино-красный цвет.

6. Смесь оттитровать 0.01 г раствора трилона Б. При этом правой рукой держат и вращают колбу с титруемым раствором для лучшего перемешивания.

7. К концу титрования трилон Б необходимо добавлять по каплям. При достижении точки эквивалентности раствор поменяет цвет с вино-красного на синий. С этого момента необходимо прекратить титрование.

8. Произвести расчет жесткости воды из каждого источника по формуле:

ж = N_V_1000

V₁

N - нормальность раствора трилона Б (0.05 г-экв/л),

V - расход раствора трилона Б, мл

V₁ - объем воды, взятой на титрование, мл.

9. Дать рекомендации по употреблению воды из разных источников для питьевых целей.

Задания.

По ГОСТу «жесткость» питьевой воды не должна превышать 7 мг-экв/л..

1. Содержание ионов каких химических элементов мы определяли в этой работе? (Именно они характеризуют «жесткость» воды).

2. По каким внешним признакам мы можем в быту определить «жесткая» вода или «мягкая»?

3. Почему нельзя употреблять для питьевых целей воду с X больше 7 мг-экв/л ?

Практическая работа

Изучение «парникового эффекта».

Цели:

- понять суть «парникового эффекта»;

- построить модель, демонстрирующую «парниковый эффект»;

- выяснить, как поглощают тепловую энергию поверхности из различных материалов.

Оборудование: прозрачная пластмассовой коробка с крышкой, почва, песок, термометр с подставкой, пульверизатор, настольная лампа.

Ход работы.

1. Насыпьте на дно прозрачной пластмассовой коробки почву слоем 2-3 см.

2. Увлажните почву с помощью пульверизатора.

3. Сделайте из картона подставку для термометра.

4. Вкопайте ее в почву и установите на нее термометр шариком вверх. Накройте сосуд крышкой.

5. Установите лампу в 20-30 см прямо над сосудом так, чтобы свет падал на шарик термометра.

6. Выключите ее, дайте температуре упасть до комнатной. Запишите эту температуру.

7. Оставив крышку на сосуде, включите лампу и записывайте температуру каждую минуту в течение 20 минут (Термометр должен быть расположен так, чтобы можно было легко снимать его показания через стенку сосуда).

8. Выключив лампу, дайте температуре упасть до комнатной. Снова увлажните почву и повторите опыт, сняв крышку с сосуда.

9. Постройте график, отложив по оси ординат температуру, а по оси абсцисс -время.

10.Снова проделайте ту же работу, заменив темный грунт светлым: почву-песком.

1 l.Bce данные представьте в виде таблицы.

Контрольные вопросы

1. Почему температура увеличивается, когда коробка закрыта крышкой?

2. Сравните этот процесс с «парниковым эффектом» на Земле.

3. Различаются ли температурные кривые для темного и светлого грунтов? Почему?

4. Опишите последствия глобального потепления на Земле.