Конспект интегрированного урока по биологии в 8 классе "Организм человека и законы физики"


Муниципальное бюджетное образовательное учреждение
Муниципального образования гимназия №18 города Краснодара
«Организм человека и законы физики»
Конспект интегрированного урока по биологии в 8 классе
подготовила
учитель биологии
Синетова Тамара Александровна
Краснодар
2015год
Слайд №1
Организм человека и законы физики
« Сейчас нельзя обойтись без знаний физики,
если ты хочешь достигнуть ясности
относительно физиологических вопросов»
Р. Майер
(эпиграф написать на доске)
Тип урока: урок повторения и открытия новых знаний.
Технология построения урока: развивающее обучение, здоровье сберегающие
технологии, технология развития мышления.
Слайд №2
Цель: расширить общие знания о строении организма человека и доказать, что
работа органов и систем внутренних органов подчиняется законам физики
Задачи:
-Образовательные: знать строение организма человека (органы и системы
органов), уметь объяснять, как проявляются законы физики в работе организма
человека.
Развивающие: формировать у учащихся умение сравнивать явления, делать
выводы, анализировать и обобщать факты на основе знаний, уметь выражать
правильно и конкретно свои мысли.
Воспитательные: показать причинно - следственные связи в явлениях, осознанно
достигать поставленной цели.
Методы: частично - поисковый, словесно - наглядно – практический.
Оборудование: ПК, проектор, экран, торс человека, гармошка (детская), тонометр,
модель Дондерса., фотоаппарат.
Аннотация
У меня возникла необходимость в разработке урока, так как очень мало времени
отводится на изучение школьниками вопроса: применение законов физики при
изучении процессов жизнедеятельности и строения организма человека; на уроках
биологии мы не успеваем ответить на вопросы: «почему?».
Очень важно для сохранения здоровья знать, какие физические законы
объясняют процессы, протекающие в организме человека. Фундаментом, для
решения этого вопроса, является: умение самостоятельно выражать свои мысли,
развивать познавательный интерес, ориентироваться в решении проблемы,
использовать знания других предметов, предвидеть результаты.
Рекомендую учителям биологии проводить обобщающие интегрированные
уроки с целью более глубокого изучения вопроса межпредметной связи.
Ход урока
1. Организационный момент (проверка отсутствующих и внешнее состояние
класса).
2. Повторение и изучение новой темы
Учитель: Мы сегодня разделимся на 2 творческие группы: физики и биологи.
Вспомним строение организма человека, узнаем, благодаря каким законам физики
подчиняется работа органов и систем органов организма человека, ответим на
интересные вопросы.
Слайд №3
Вспоминаем, какие органы, и системы внутренних органов имеет наш организм?
(смотрим на экран, вспоминаем и называем)
Человек и его органы это часть природы, поэтому всё, что в нём происходит,
подчиняется законам природы, изучением которых занимаются многие науки.
Слова эпиграфа написаны человеком, который впервые сформулировал «Закон
сохранения энергии и превращения энергии». Немецкий учёный Роберт Юлиус
Майер в 1940 году был судовым врачом. При подходе к острову Ява его поразил
яркий цвет крови человека, а в северных широтах кровь становилась темнее. Он
сделал вывод, что работа организма связана с разностью температуры его тела и
температуры окружающей среды или количества кислорода, потребляемого при
переработке пищи.
Слайд №4
Физики: При исследовании законов функционирования организма человека, у
Майера возник вопрос: «не изменится ли количество теплоты, выделяемое
организмом при переработке пищи, если он при этом будет совершать работу?»
Если количество теплоты не изменилось бы, то из этого количества пищи можно
было бы получить больше тепла путём перевода работы в тепло (например, через
трение). Если же количество теплоты изменится, то работа и тепло должны быть
как - то связаны между собой и с процессом переработки пищи.
Вывод: Наш организм - «механизм» подчиняется законам физики. Он постоянно
работает, превращая одни вещества в другие, образуя энергию для жизни.
Энергия, полученная при переработке пищи, идёт на количество теплоты и на
совершение работы организмом.
Слайд №5
Учитель: Вопрос: Что является единицей энергии организма?
Биологи: Все функции, выполняемые клеткой, требуют затрат энергии, которая
освобождается в процессе диссимиляции (распад органических веществ).
Единицей энергии в клетке является молекула АТФ, Она накапливает энергию и
свободно перемещается в клетке и отдельными порциями легко отдает энергию
процессам, которые в ней нуждаются, Следовательно, через каждый организм идет
непрерывно поток энергии, переходя из одного вида в другой.
Учитель: Остановимся на некоторых системах внутренних органов.
Слайд №6
Опорно — двигательная система
«Всё бесконечное разнообразие внешних проявлений мозговой деятельности
сводится к одному лишь явлению — мышечному движению». И.И. Сеченов
Учитель: Что является источником энергии при работе мышц?
Биологи: Источником энергии при работе мышц являются органические
вещества (жиры, белки, углеводы), подвергающиеся в клетках распаду и
окислению, в результате чего освобождается скрытая в них энергия.
Учитель: Какие превращения энергии происходят при работе мышц?
Биологи: Происходит энергетический обмен на молекулярном уровне. В
мышечных тканях внутренняя энергия превращается в механическую. Роль
своеобразных пружин, запасающих механическую энергию, играют мышцы и
сухожилия.
Учитель: Отчего зависит сила мышечных волокон?
Физики: От площади поперечного сечения мышечного пучка.
Слайд №7
Физики: Коэффициент полезного действия мышц равен 20%. Что это значит?
Какую часть энергии мышцы тратят впустую?
Задача: В организме человека около 600 мышц и если бы они все напрягались, то
они вызвали бы силу равную 0,25МН (250000Н = 25 тонн). Лишь 20% из 100%
энергии мышцы тратят на полезную работу, а 80% тратят впустую.
Слайд №8
Физики: Задача: Человек при быстрой ходьбе развивает мощность = 200 Вт.
Определить насколько при этом уменьшится его энергия за 10 минут?
Класс решает: Любая работа связана с изменением энергии, а величину
совершённой работы найдём по формуле: А = N х t., 10 минут = 600 секунд,
Работа (А) =200 х 600 =12000 Дж или 120 кДж.
Слайд №9
Физики: Строение скелета и работа опорно-двигательного аппарата подчиняется
законам рычага. Рычаг обладает высоким коэффициентом полезного действия, так
как в нём малы потери при трении. Сила трения, не будь её, предметы
выскакивали бы из рук, человек не смог бы двигаться. К рычажному механизму
относят все кости, имеющие свободу движения: фаланги пальцев, конечности,
челюсть, череп.
Вывод: работа суставов подчиняется законам механики.
Слайд №10
Учитель: Задача: Человек поднимает груз весом 5 кг на высоту 1 метр. Чему
будет равна работа, которую совершают мышцы руки?
Решение: Работу находим по формуле: А = F x s, следовательно, работа,
совершаемая мышцами руки, равна 5 Дж
Учитель: Я подхожу к стене и пытаюсь рукой сдвинуть ее с места, но
результата нет. Чему будет равна работа, которую совершают мышцы моей
руки?
Ответ: Если нет результата, то работа равна нулю.
Биологи: Чем объяснить, что иногда человек, случайно схватившийся за
оголённый электрический провод, бывает не в силах оторвать от него руку?
Физики: Руку удерживает на проводе не электрические силы. Проходя по мышцам
руки, ток вызывает их сокращение, и рука крепко схватывает провод. Электрики,
работая с проводами, которые могут оказаться под напряжением, стараются
прикасаться к ним тыльной стороной руки. В этом случае сокращение мышц под
действием тока, напротив, отбрасывает руку от провода.
Слайд №11
Пищеварительная система
Учитель: Объясните механизм процесса движения пищи по пищеварительному
каналу человека.
Биологи: Пища, находящаяся в полости рта, проталкивается в глотку и пищевод
мышечными сокращениями языка. Слюна, пропитывающая пищевой комок,
делает его скользким, что уменьшает силу трения, возникающую при его
движении по пищеводу. Вслед за поступлением пищи в полость глотки
происходит сокращение мышц, суживающих просвет глотки выше пищевого кома,
вследствие чего он продвигается в пищевод. Затем происходит сокращение мышц
пищевода, и пища проходит в желудок.
Слайд №12
Дыхательная система
Учитель: Объяснить механизм дыхания у человека
Физики: Объём воздуха между лёгочными пузырьками и внешней средой
осуществляется в результате дыхательных движений грудной клетки. При вдохе
объём грудной клетки и находящихся в ней лёгких увеличивается; при этом
давление в них понижается, и воздух через воздухоносные пути входит в лёгочные
пузырьки. При выдохе объём грудной клетки и лёгких уменьшается, давление в
лёгочных пузырьках повышается, и воздух с избыточным содержанием
углекислого газа выходит наружу. За счёт межреберных мышц увеличивается
объём грудной клетки, давление в лёгких уменьшается, поэтому воздух из
окружающей среды поступает в лёгкие, далее расслабление мышц, объём грудной
клетки уменьшается, происходит выдох.
Слайд №13
Вывод: Согласно закону Бойля - Мариотта - «При постоянной температуре
объём находящегося в сосуде газа обратно пропорционален давлению».
Обратимся к опыту: Используем модель Дондерса для демонстрации вдоха и
выдоха. Диафрагму (резиновое дно) опускаем вниз, атмосферное давление в
грудной полости и в шарике, изображающем лёгкое, упадёт, и наружный воздух
войдёт внутрь шарика, Он раздувается, как лёгкое в состоянии вдоха. Опускаем
«диафрагму», воздух из шарика выйдет, произойдет «выдох».
Слайд №14
Биологи: С каким музыкальным инструментом можно сравнить работу лёгких?
Физики: Опыт: гармошка баяниста, когда ее растягивают, то её объём
увеличивается, следовательно, давление в ней падает, поэтому наружный воздух
заходит в неё через отверстия под действием более высокого, атмосферного
давления. Формула — обратная зависимость между объёмом и давлением.
Биологи: Почему в горных районах, расположенных на высоте более 3500 метров
над уровнем моря, даже у здоровых людей появляется одышка, головокружение и
сердцебиение?
Физики: На таких высотах меньше парциальное давление кислорода в атмосфере,
следовательно, и в крови человека, что приводит к названным явлениям.
Биологи: Как объяснить, что при помощи дыхательной системы мы не только
дышим, но и пьём и едим?
Класс отвечает: При расширении грудной клетки во рту создаётся разреженный
воздух, и жидкость под действием атмосферного давления устремляется в ротовую
полость, таким образом, пища проходит по пищеводу.
Слайд №15
Кровеносная система.
Биологи: Чем обусловлено движение крови по сосудам?
Отвечает класс: Движение крови по сосудам обеспечивается: созданием
давления мышечным органом - сердцем (его работа сравнима с работой
поршневого жидкостного насоса), разностью давления в кровеносных сосудах,
эластичностью стенок сосудов, сокращением мышц.
Вывод: Кровь за счёт разности давления течёт из области более высокого
давления в область более низкого давления.
Биологи: От чего зависит скорость движение крови по сосудам?
Физики: Скорость движения крови по сосудам зависит от сопротивления
кровеносных сосудов. Поперечное сечение аорты = 5 см2, капилляров = 2 200 см2
Вывод: Скорость крови в сосудах обратно пропорциональна общей площади их
поперечного сечения, так как поперечное сечение аорты меньше, чем суммарное
поперечное сечение капилляров, скорость крови в аорте больше, а в капиллярах
меньше.
Вывод: Движение крови по сосудам подчиняется законам гидродинамики.
Биологи: Как объяснить нормальное кровообращение у космонавта?
Физики: Первое, с чем сталкивается космонавт в космосе — ускорение, когда
космический корабль быстро набирает скорость. На космонавта в течение пяти
минут действует ускорение.
Вес космонавта во время старта может достичь семикратной величины.
Значительные изменения возникают во время старта в кровеносной системе. Если
тело космонавта расположено вертикально головой вверх, то действие
инерционных сил приводит к оттоку крови из сосудов головы и ее приливу к
нижней части туловища. Может произойти расстройство зрения и обморок. Все
эффекты ускорений в системе кровообращения связаны с растяжимостью стенок
кровеносных сосудов. Как обеспечить нормальное кровообращение у
космонавта? Расположить так, чтобы его размеры в направлении ускорения были
минимальны. Тогда артериальное давление в разных частях тела будет
различаться минимально. Вот почему космонавты стартуют и приземляются в
полулежащем положении.
Биологи: Почему повреждение крупных вен (подключичной, яремной, верхней
полой) представляет большую опасность для человека, чем повреждение крупных
артерий?
Физики: Давление в крупных венах меньше атмосферного, что является причиной
всасывания воздуха и возникновение газовой эмболии при повреждении такого
сосуда. В артериях давление превышает атмосферное, поэтому их повреждение не
приводит к эмболии.
Биологи: Почему при венозном и капиллярном кровотечениях кровь вытекает из
раны равномерно, а не пульсирует в такт биению сердца?
Физики: Пульсация крови сглаживается вследствие эластичности сосудов и
наличия трения.
Слайд №16
Орган зрения живой фотоаппарат, так как оптическая система глаза сходна
с его объективом, и его работа подчиняется законам физики.
Физики: Получение изображения в воздухе: Лучи, проходящие через оптический
центр, не преломляются на сетчатке, как на «экране», после их пересечения
создаётся изображение предмета, мы видим предмет чётко и ясно.
Вывод: На сетчатке глаза энергия света превращается в энергию
электромагнитных импульсов, идущих в мозг. Разные показатели преломления
воздуха и жидкости, находящейся внутри глаза, поэтому на сетчатке
образуется чёткое изображение.
Биологи: Чем объяснить, что человек, находясь в воде, даже очень чистой, плохо
различает предметы?
Физики: Ход лучей, попадающих в глаз, зависит от показателей преломления и
радиуса кривизны поверхности роговицы, хрусталика и стекловидного тела.
Преломляющая сила глаза определяется действием тех сред, через которые
проходит луч (от хрусталика зависит лишь коррекция изображения, связанная с
удаленностью предмета от глаза). В воде преломляющая сила роговицы сводится,
практически, к нулю вследствие того, что показатель преломления воды и
жидкости, находящейся внутри глаза, почти одинаковы и свет, не преломляясь,
проходит сквозь роговицу. Вследствие этого оптическая сила глаза уменьшается и
на сетчатке не образуется четкое изображение предметов.
Биологи: Какой человек будет лучше видеть предметы под водой
страдающий близорукостью или дальнозоркостью?
Физики: Вода ослабляет преломляющую силу глаза, но так как в обычных
условиях она больше у человека, страдающего близорукостью, то в воде он будет
видеть предметы несколько лучше, чем человек, страдающий дальнозоркостью.
Слайд №17
Выделительная система.
Биологи: За 1 минуту через почки проходит 1000 1200 мл крови, за сутки вся
кровь пройдет 200 раз. Нигде в организме, кроме почек нефроне), не
встречается такая последовательность кровеносных сосудов: артерия
капилляры — артерия.
Физики: За счёт, каких физических сил осуществляется процесс образования
первичной мочи?
Ответ: процесс образования первичной мочи происходит за счет разности
давления в кровеносных сосудах нефрона. Благодаря этому из клубочка в каналец
просачивается жидкая часть неочищенной крови.
Слайд №18
Покровы тела.
Биологи: (Вспоминаем строение). Функции, которые выполняют покровы тела -
потоотделение и терморегуляция, обеспечивают постоянство температуры тела
36.6 градусов. Как физики нам объяснят такой факт?
Физики: Испарение это парообразование, происходящее со свободной
поверхности жидкости - регулируемый способ уменьшения внутренней энергии. В
процессе испарения происходит вылет молекул из жидкости в газ - из организма в
окружающую среду, но вылетают только молекулы, обладающие достаточной
кинетической энергией (самые «быстрые» - самые «горячие»), то есть, влага,
содержащаяся в организме, через поры эпителия выходит наружу. Значит,
температура испаряющейся жидкости понижается, жидкость охлаждается
(организм). Поэтому человек в мокрой одежде чувствует себя холоднее, чем в
сухой. Скорость испарения увеличивается с ростом температуры жидкости, а
также при увеличении площади ее поверхности. Пример: охлаждение кожи
смоченной спиртом - следствие такого эффекта.
Электрическое сопротивление для человеческого тела определяется в основном
сопротивлением поверхностного рогового слоя кожи пидермиса). В отношении
техники безопасности сила тока через тело человека считается безопасной до 1мА,
сила тока, приводящая к серьезным поражениям организма (остановка дыхания,
судороги мышц) = 100 мА
Биологи: Какие изменения происходят в характере теплообмена человека с
окружающей средой в условиях, когда температура среды выше температуры
тела?
Физики: При высокой температуре окружающей среды теплоотдача путем
конвекции и тепло излучения (вследствие увеличения количества крови,
циркулирующие через сосуды поверхности тела) уже не может поддерживать
тепловой баланс тела. В данных условиях для сохранения постоянства
температуры тела человека основное значение имеет испарение пота с
поверхности кожи. Таким образом, организм отдаёт большое количество тепла и
предохраняется от перегрева.