Программа элективного курса по физике для учащихся ХI класса «Использование физики в биологии и биологической физике»

Министерство образования, науки и молодежной политики Республики Дагестан.

Управление образования Табасаранского района.

Одобрено:

Зав информационно-

методическим центром

Управления Образования

Табасаранского района РД

«___»_______2014________________

Магомедова З.Ш.

Программа элективного курса по физике для учащихся ХI класса «Использование физики в биологии и биологической физике».

(1 ч\н, всего 34 часа)

Автор программы: Рагимов Абдурагим Нурмагомедович, учитель физики высшей квалификационной категории МКОУ «Кужникская СОШ» Табасаранского района Республики Дагестан.

2014 год.

Рецензенты:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Пояснительная записка.

Аннотация.

Элективный курс «Использование физики в биологии и биологической физике» адресован учащимся XI класса и рассчитан на 34 учебных часа. Курс основан на знаниях и умениях, полученных учащимися при изучении физики и биологии в средней школе.

Целесообразность изучения предлагаемого элективного курса обусловлена значением знаний по биофизике, медицинской и биологической физике и биологии не только учащимся планирующим поступление в вузы соответствующих профилей, но и каждому человеку для понимания процессов происходящих в биологических системах, в том числе человеческом организме.

Цель элективного курса:

формирование у учащихся представлений о единстве природы и наук о ней, представление о том, что физические законы лежат в основе химических и биологических методов исследования, а физические методы широко применяются в биологических и химических исследованиях.

Задачи курса

• формирование и развитие умений у учащихся необходимых для исследовательской деятельности в области естественных наук.

• приобретение учащимися навыков работы с компьютерами и сетью Интернет.

• способствование профессиональному самоопределению учащихся.

• создать положительную мотивацию обучения учащихся путем удовлетворения запросов познавательного интереса.

• создать единую картину познания физического и биологического мира.

Сроки реализации курса.

Курс рассчитан на 2014-15 учебный год, 34 часа, по одному академическому часу в неделю.

Содержание курса согласовано с государственным образовательным стандартом общего среднего образования и примерными программами по физике для базового уровня.

Планируемый результат.

По завершении данного курса учащиеся:

- углубят и расширят свои знания по физике, биологии, биологии, химии;

- научатся планировать и выполнять эксперимент.

-научатся перерабатывать информацию, полученную из различных дополнительных источников.

-научиться видеть, анализировать явления природы как единое целое, познаваемое научными методами.

Содержание программы.

Тема 1. Основные определения курса. (2 часа)

• Значение для человека знаний по биологии, биофизике, медицинской и биологической физике.

• Исторические межнаучные связи: физики и медицины, физики и биологии, физики и химии.

• Место человека в биосфере.

• Управление в системе «человек» как в физической системе. Основные передачи информации в живых системах.

Тема 2. Механические характеристики человека. (4 часа)

• Геометрическое и физическое подобие. Анализ подобия в биологических системах.

• Основы биостатики растений, животных, человека.

• Биомеханика движений человека. Кинематика, динамика и энергетика движения человека и животных.

• Статокинезиметрия, физические основы, диагностика и лечение.

Тема 3. Тепловые характеристики человека. (8 часов)

• Температура человека. Распределение температуры по телу человека. Нормальная температура тела человека.

• Реакция человека на низкие и высокие температуры.

Тема 4. Человек и физические поля окружающие мир. (3 часа)

• Естественные источники электромагнитного излучения.

• Действие излучений различной частоты на человека и защита от них.

• Использование электромагнитных и радиоактивных излучений в медицине (физические основы современных диагностик)

• Электромиография: физические основы, диагностические методики.

Тема 5. Собственные физические поля организма человека. (8 часов)

• Виды физических полей тела человека. Их источники и характеристики.

• Низкочастотные электрические и магнитные поля. Инфракрасное излучение.

• Электромагнитные излучения СВЧ-диапазона.

• Акустические поля человека.

Тема 6. Периодические процессы в организме человека. (3 часа)

• Различные ритмы в организме человека.

• Внутренние ритмы организма.

• Внешние источники регулирования внутренних ритмов человека.

Тема 7. Информация и принципы регуляции в биологических системах. (2 часа)

• Кибернетическая система.

• Принцип автоматической регуляции в живых организмах.

• Информация. Информационные потоки в живых системах. Каналы связи человека. Биологические датчики.

Обобщающее занятие. (1 час)

Научно-практическая конференция. (3 часа)

Физический практикум. (8 часов)

• Измерение характеристик тела человека: объема, плотности, площади поверхности. (2 часа)

• Измерение механической работы при прыжке в высоту. (1 час)

• Измерение мощности, развиваемой при подъеме по лестнице. (1 час)

• Измерение мощности, развиваемой при беге на дистанцию 60 м. (1 час)

• Изучение прибора для измерения давления. Измерение давления человека. (2 часа)

• Термометрия. Исследование суточных колебаний температуры человека. (1 час)

Тематическое планирование

№ п/п

Содержание программного материала.

Количество часов

1

Основные определения курса.

2 часа

2

Механические характеристики человека.

4 часа

3

Тепловые характеристики человека.

4 часов

4

Человек и физические поля окружающие мир.

3 часа

5

Собственные физические поля организма человека.

4 часов

6

Периодические процессы в организме человека.

3 часа

7

Информация и принципы регуляции в биологических системах.

2 часа

8

Физический практикум

8 часов

9

Обобщающее занятие.

1 час

10

Научно-практическая конференция.

3 часа

Итого

34 часа

Физический практикум (8 часов)

Лабораторная работа №1

Тема: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМА И ПЛОТНОСТИ СВОЕГО ТЕЛА.

Цель работы: научиться определять плотность и объём своего тела.

Оборудование: рулетка, маркер, весы, ванная, вода, ведро.

Ход работы:

1. Измерьте среднюю длину ℓ (м) и ширину b (м) ванны в вашей квартире.

2. Налейте в ванну теплой воды и отметьте карандашом ее уровень.

3. Погрузитесь в воду и отметьте ее новый уровень. Измерьте высоту подъема

воды ∆h (м).

4. Найдите объем вытесненной воды, а следовательно, и объем тела V_т(без учета

объема головы): V_т=ℓ_*b_*∆h.

Форма ванны может заметно отличаться от параллелепипеда, поэтому объем вытесненной воды более точно можно узнать экспериментально, доливая воду ведром (бутылкой из-под газированной воды или другой емкостью известного объема) до сделанной вами отметки.

5. Для того чтобы учесть и объем головы, измерьте диаметр головы d(м) и, считая ее шаром, рассчитайте объем:

V_г =πd³

6. Рассчитайте общий объём своего тела (м³): V_общ = V_т + V_г

7. Измерьте массу своего тела m(кг) с помощью весов.

8. Найдите плотность ρ(кг/м³) своего тела:=

Лабораторная работа №2

Тема: Определение площади поверхности своего тела.

Цель работы: научиться определять площадь поверхности тела человека.

Оборудование: сантиметровая лента, напольные весы.

Ход работы:

1. Выдвижение гипотезы, поиск решения задачи: от каких факторов зависит площадь поверхности тела?

2. Моделирование человеческого тела из геометрических фигур:

S = S_головы + S_тул = 2S_p + 2S_н,

Площадь поверхности головы (модель - сфера):

(6)

Площадь поверхности туловища (модель - прямоугольный параллелепипед):

(7)

где - площадь основания предплечья, - площадь основания бедра.

Площадь поверхности руки (модель - усечённый конус):

(8)

Площадь поверхности ноги (модель - усечённый конус):

(9)

Общая формула:

4. Измерение.

5. Вычисление, определение погрешности.

Лабораторная работа №3

Тема: Определение механической работы при прыжке в высоту.

Цель работы: научиться вычислять совершенную работу при прыжке в высоту.

Оборудование: секундомер.

Ход работы:

1. Выдвижение гипотезы и плана решения задачи.

2. Вывод конечной формулы:

3. Измерьте с помощью секундомера 3 раза время, прошедшее от своего отрыва от земли до приземления, найдите

4 . Рассчитайте высоту своего прыжка.

1. Рассчитайте совершенную работу:

Лабораторная работа №4

Тема: Измерение развиваемой мощности при подъеме по лестнице.

Цель работы: научиться измерять мощность, развиваемую при подъёме по лестнице.

Оборудование: грузик на шнуре, секундомер, напольные весы, рулетка.

Ход работы:

2. Опустив в лестничный пролёт грузик на прочном шнуре, сделайте на нём отметку, когда грузик достигнет пола первого этажа. Измерьте высоту лестницы h(м).

3. По секундомеру определите время t(с), затраченное вами на подъём по лестнице.

4. Измерьте массу своего тела m (кг).

5. Вычислите мощность N(Вт), развиваемую при подъёме:

N=

Заполните таблицу:

h(м)

t(с)

m (кг)

N(Вт)

Лабораторная работа № 5

Тема: Определение средней мощности, развиваемой при беге на 60 м.

Цель работы: научиться измерять развиваемую мощность при беге.

Оборудование: весы, линейка, веревка с гирей, секундомер.

Ход работы:

1. Измерим массу тела m.

2. Измерим время бега t.

3. Вычислим среднюю мощность N_ср по формуле N_ср = 2mS² / t³ с учетом соотношения S=v_ср t = vt / 2.

Масса: m

кг

Время бега: t

с

Пр путь: S

м

Ср мощность: N_ср

Вт

Лабораторная работа №6

Тема: Определение артериального давления.

Цель работы: дать представление об устройстве и правилах работы с простейшими медицинскими приборами для измерения давления; изучить физическую сущность работы приборов; научить измерять давления человека разными аппаратами; проводить мониторинг и анализ полученных результатов.

Оборудование: механический и электронный тонометры.

Теория. Физическое объяснение процесса измерения давления по Короткову.

В 1905 году русский врач, участник русско-японской войны, Николай Сергеевич Коротков, предложил способ измерения давления человека с помощью манометра и фонендоскопа (механического тонометра) по появлению и исчезновению звуков ударов в фонендоскопе и с тех пор слышимые в фонендоскопе удары называются во всем мире звуками Короткова. Природа этих звуков оставалась неясной почти до конца XX в., пока механики, не предложили следующее объяснение природы их появления. Как известно, кровь движется по артерии под действием сокращений сердца. Изменение давления крови, вызываемое сокращением сердца, распространяется по стенкам артерии в виде пульсовой волны.

Рис. «Звуки Короткова».

Значение давления в «гребне» волны (при сокращении сердца) - это и есть «верхнее» давление крови, а во «впадине» (при расслаблении сердца) - «нижнее». Сначала врач накачивает воздух в манжету до давления, превышающего «верхнее» кровяное давление. При этом артерия под манжетой сплющена в течение всего цикла сердечных сокращений. Затем воздух постепенно выпускают из манжеты и, когда давление в ней становится равно «верхнему» давлению крови, артерия хлопком расправляется и пульсации крови, вызываемые сокращениями сердца, приводят в колебание окружающие ткани на поверхности руки. При этом врач слышит звук и отмечает значение «верхнего» давления крови. При дальнейшем понижении давления в манжете, каждый раз, когда оно будет совпадать с давлением крови, в фонендоскопе будут слышны звуки. Но после того, как давление воздуха в манжете достигнет «нижнего» значения кровяного давления, артерия окончательно расправляется и звуки исчезают. Поэтому врач регистрирует «нижнее» значение давления крови по последнему удару. Вот таким образом механики объяснили, что звуки Короткова прослушиваются только тогда, когда давление воздуха в манжете меняется от «верхнего» до «нижнего» значений давления крови.

Лабораторная работа №7

Тема: Измерение артериального давления.

Цель работы: научиться самостоятельно измерять артериальное давление.

Оборудование: тонометр, фонендоскоп.

Ход работы:

Манжетку тонометра оборачивают вокруг левого плеча испытуемого (предварительно обнажив левую руку). В области локтевой ямки устанавливают фонендоскоп. Экспериментатор нагнетает воздух в манжетку до отметки 150-170 мм ртутного столба Затем медленно выпускает воздух из манжетки и прослушивает тоны. В момент первого звукового сигнала на шкале появляется величина систолического давления. Экспериментатор записывает величину давления. Постепенно сигнал будет затихать и наступит затишье Экспериментатор фиксирует эту величину. Для получения более точных результатов следует повторить измерения несколько раз.

Артериальное давление (норма)

Возраст Мальчики (юноши) Девочки (девушки)

7-8 88/52 87/52

9-10 91/54 89/53

11-12 103/60 94/60

13-14 108/61 106/62

15 112/66 111/67

16 113/70 111/68

17 114/71 112/69

18 116/72 113/71

Лабораторная работа №8

Тема: Исследование суточных колебаний температуры человека.

Цель работы: научиться измерять температуру тела, производить измерения и представлять результаты в различном виде.

Оборудование: медицинский термометр, часы.

Ход работы:

1. Выполнение работы сводится к измерению температуры тела в разное время суток.

2. Результаты измерений представить в виде таблицы.

3. Результаты измерений в виде графика.

Таблица.

Время суток.

Время суток в часах.

Температура,

t, ⁰С

Сразу после пробуждения.

Перед завтраком.

После завтрака.

Перед физическими нагрузками.

После физических нагрузок.

После 20-минутного отдыха.

Перед сном.

График.

Литература.

1. Аккерман Н.Ю. Биофизика. - М.: Мир, 1964.

2. Антонов В.Ф., Черныш А..М., Пасечник В.И., Вознесенский С.А., Козлова Е.К., Практикум по биофизике. - М.: Изд центр «Владос», 2001

3. Биологическая кибернетика. Под ред А.Б. Когана. Учебное пособие для ВУЗ-ов. Изд второе, перераб и доп. - М.: «Высшая школа», 1977

4. Волькенштейн М.В. Общая биофизика. Монография, Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», - М.: 1978

5. Глазер Р. Очерк основ биомеханики. - М.: Мир, 1988

6. Иванецкий Г.Р. Мир глазами биофизики. -М.: Педагогика, 1985

7. Разумовский В.Г. Развитие творческих способностей учащихся в процессе обучения физике. Пособие для учителей. -М.: Просвещение, 1975

8. Релизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. -М.: Высшая школа. 1996

9. Материалы сети Интернет.