Интегрированный урок по физике "Как я провел лето"

Разделы: Физика


Цели:
  • Выяснить, как провели лето учащиеся, и попытаться найти в этом немного физических явлений и законов;
  • Проследить исторический опыт человечества по консервации продуктов питания и выяснить природу этого явления;
  • Изучить глубинные особенности реки Ока и дать рекомендации по снятию понтонного моста через реку в период ледостава и ледохода;

Оборудование и материалы: мультимедийный проектор, экран, презентации и таблицы, книга рецептов.

Мотивационное начало.

Мелодия с шумом воды.
Учитель: «Закройте глаза, освободите уши, напрягите слух, и от нежнейшего дуновения до самого дикого шума, от простейшего звука до высочайшей гармонии, от самого мощного страстного крика до самых кротких слов разума – всё это речь природы, которая обнаруживает своё бытие, свою силу, свою жизнь…
Она даёт дивное зрелище; видит ли она сама, мы не знаем, но она его даёт для нас, а мы, незамеченные, смотрим из-за угла…» – так писал о природе немецкий поэт, мыслитель и естествоиспытатель Иоганн Вольфганг Гёте.

Физика – наука о природе. А человек – дитя природы. И он должен уметь с ней разговаривать. Но как? На каком языке? Французский поэт Шарль Бодлер писал:

Природа – это храм, где камни говорят,
Хоть часто их язык бывает непонятен.
Вокруг – лес символов, тревожен, необъятен,
И символы на нас с усмешкою глядят.

Пытливый ум человека не делит мир на части непроницаемой перегородкой: это – лирика, а это – физика. В мозгу человека все сплетено в живой и неделимый клубок мыслей и чувств. Поэтому мы сегодня не будем отделять жизненные ситуации от изучаемого предмета, попытаемся в науке о природе найти свое место. А для этого вспомним наш последний урок в мае прошлого года. На нем мы условились, что вы, отдыхая, постараетесь заметить вокруг процессы и явления, имеющие связь с физикой. Уч-ся дают пояснения.

Учитель: Я вижу, что вы не теряли времени даром и, занимаясь повседневными делами, смогли увидеть много полезного и интересного. Среди ваших высказываний мы выделили 2 основных направления, по которым стали работать: кулинария и общение с водной стихией.
В сентябре мы впечатления и ваши вопросы систематизировали, выделили два направления для последующей работы, оказалось, что наших знаний недостаточно и нам пришлось длительное время дополнительно заниматься: в библиотеке, в Интернете. Вопросы получили свои ответы, а значит сегодня мы на финише – настало время показать свою работу.

Вы по желанию объединились по группам.

Предоставляем слово участникам 1 группы :

Проект №1. Манящая глубина.

Ученик. (ПОСМОТРИТЕ НА КАРТУ МИРА) Две трети земного шара покрыто водой. Это моря, океаны. Глубина их в отдельных местах настолько велика, что высочайшие горные хребты и отдельные вершины скрылись бы целиком под водой, если бы каким-либо путём удалось погрузить эти горы в морскую пучину.
Наибольшая глубина океана отмечена у Филиппин. Она равна 10 863 м. В морской глубине существуют особые природные условия, резко отличающиеся от мира наземного. Там царствует мрак, так как солнечный свет, постепенно угасая, совершенно исчезает на глубине 180 м. Отсутствие воздуха, необходимого для дыхания, и особенно давление самой воды, возрастающее с глубиной, являются главными препятствиями изучения подводного мира. Но человечество изобрело множество аппаратов, способных нам поведать о подводной жизни, позволяющих измерять глубину водоёмов.

Приложение 1 - презентация "Манящая глубина".

Цель работы:

  • рассмотреть устройство простейших подводных скафандров и батискафов,
  • попытаться сконструировать простейшее устройство для погружения в воду.

Методы работы: исследовательские, частично – поисковые.

Историк.
Первым подводным аппаратом был водолазный колокол (высота — 2,4 м, диаметр — 1,5 м), изобре­тенный английским ученым Галлеем. Он был сделан из дерева и обшит свинцовыми листами. Наверху имелся иллюминатор, а внизу крепился свинцовый груз. Воздух подавался из двух поочередно спускаемых натросе бочек.


Каждый бывает хоть на несколько секунд водолазом, когда ныряет. Искусные ныряльщики еще 4 тыс. лет назад умели добывать со дна морской жемчуг, веточки кораллов, драгоценные раковины. Трудное и опасное это дело. Редкий ныряльщик может продержаться под водой больше двух минут: нырнул — и скорее поднимайся, чтобы вдохнуть воздух.

Водолазу воздух подают по резиновой трубке — шлангу. Теперь человек может работать под водой по нескольку часов. Чтобы не было холодно, он надевает шерстяное белье, а сверху «рубаху» — резиновый костюм, к которому привернут метал­лический шлем со стеклянными окошками. Чтобы вода не вытолкнула на поверхность, водолазу вешают на спину и на грудь свинцовые грузы, а чтобы легче было стоять головой вверх, на ноги надевают металлические ботинки со свинцовыми подметками. Опускают его в глубину на прочной веревке. В таком тяжелом костюме человек неповоротлив. А ведь как хочется плавать, словно рыба! И придумали для этого другой костюм: легкий, без свинцовых грузов и свинцовых подметок. Шланга нет: воздух водолаз берет с, собой в баллонах, подвешенных за плечами. Это устройство называется аквалангом. С помощью надетых на ноги резиновых ласт аквалангист плывет, куда хочет.

В таком водолазном костюме можно опуститься на глубину 300 м.

Конструктор – теоретик.

На дне моря без скафандра

Скафандр или другой какой-либо водолазный костюм очень стесняют движение человека под водой. Опускаться же на боль­шую глубину без специальных защитных приспособлений опасно. На большой глубине давление воды может раздавить человека. Хотя есть и такие примеры: в 1939 году 60-летний араб, собиратель губок, за 2,5 минуты опустился у острова Джерба (Тунис) без всякого дыхательного аппарата на глубину 130 футов (39,6 м). Такие случаи очень редки и возможны не для всякого ныряльщика. На глубине 100 футов количество воздуха в сжавшихся лёгких человека равняется 1/4 первоначального объёма и изгиб рёбер достигает такой предельной величины, что они легко могут сломаться. Один из французских спортсменов-ныряльщиков изобрёл механические «подводные лёгкие»— акваланг. Акваланг получил большое распространение. Этот аппарат состоит из маски, дыхательного шланга и баллонов со сжатым воздухом, помещающихся на спине ныряльщика. На ноги надеваются резиновые ласты, с помощью которых скорость плавания под водой увеличивается в 1,5 раза. С изобретением акваланга опускание под воду в морях и океанах стало увлекательным и распространённым видом спорта.
Французскими спортсменами Жак-Ив Кусто и Фредериком Дюма издана интересная книга «В мире безмолвия» об их приключениях на дне морей, а кадры, снятые ими под водой, дали миру кинокартину «Мир тишины», удостоенную первой премии на Международном кинофестивале 1956 года в Каннах.

Из практики подводных работ установлено, что при спуске на каждые 10,3 м давление увеличивается на 1 атмосферу. Водолаз, находящийся на глубине 90 м, испытывает давление около 10 атмосфер. Водолазный костюм, сделанный из прорезиненной ткани, даёт возможность водолазу быть под водой подвижным, способным к любой работе. Но максимальная глубина погружения в таком скафандре не превышает 100 м. Цельнометаллические скафандры, снабжённые запасом кислорода и воздуха и поэтому связанные с поверхностью только телефонной сетью, дают возможность большего проникновения в глубь океана. Но такой скафандр слишком тяжёл, сковывает движения водолаза, мешает быстрому передвижению последнего под водой и ограничивает свободу работы. Наибольшая глубина погружения водолаза в цельнометаллическом скафандре немногим больше 200 м. При погружении на глубину более 1000—1500 м обнаруживается ещё одно препятствие, а именно: невозможно подобрать материал для костюма и шлема водолаза, который бы на такой большой глубине оставался непроницаемым для воды. Проделывали опыты: запаянные стеклянные сосуды опускали пустыми в глубину моря. Когда же поднимали их снова на поверхность, каждый оказывался частично наполненным водой. Повторное испытание на земле снова убеждало в полной непроницаемости сосудов. Это показывает, что на большой глубине давление воды настолько велико, что она просачивается через межмолекулярные пространства самого вещества, например, стекла.

Впервые в герметической шарообразной кабине, рассчитанной на большие давления, в 1934 г. опустился профессор Биби на глубину 923 м*. Кабину для исследования морских глубин учёные назвали «батисферой». В 1940 г. тоже в батисфере на глубину 1360 мопустился инженер Бартан, сотрудник Биби. Глубина в 1360 мосталась рекордной для спуска батисферы. Интересные исследования высших слоев атмосферы и морских глубин связаны с именем швейцарского учёного, профессора О. Пикара.

Для изучения морских глубин Пикар создал особого вида подводный корабль, который назвал «батискафом».

Батискаф состоит из поплавка и находящейся под ним шарообразной кабины. Поплавок — большой резервуар, наполненный лёгкой жидкостью — бензином. Бензин легче воды, и это создаёт подъёмную силу для батискафа при его подъёме из глубины. Погружаться же батискаф может только при наличии большого груза. Таким грузом служит и кабина, и балласт, состоящий из железных зёрен, выбрасывание которых происходит при помощи электромагнита, управляемого изнутри кабины. Достигнув рассчитанной глубины, батискаф может неподвижно «висеть» в во­де, может и передвигаться в горизонтальном направлении при помощи гребного винта, вращающегося от электродвигателя.

Стальная кабина батискафа имеет толщину стенок в 9 сми внутренний диаметр 2 м. В ней свободно могут поместиться два человека и необходимое оборудование. Кабина снабжена самопишущим манометром для измерения внешнего давления (по нему определяют и глубину погружения), аппаратами для освежения воздуха, телефоном. Батискаф несёт рефлекторы с электролампами по 1 тысяче ватт.

Практик.

При изучении материала мы задались вопросом, как сконструировать простейший батискаф? Всплытие и погружение подводной лодки. В качестве модели подводной лодки проще всего ис­пользовать прозрачный пластиковый баллончик с крышкой, снабжённой трубочкой (например, от шампуня). В донышке проделываем отверстие, кладём в баллончик какой-нибудь груз, например, большую гайку, а на трубочку надеваем достаточно длинную и достаточно мягкую трубку. Модель готова. Опускаем сё в воду, где она и тонет, заполняясь водой через отверстие в дне. Если теперь через трубку вдувать ртом или резиновой грушей воздух, то он будет вытеснять воду и в конце концов «подводная лодка» всплывёт. Если теперь втягивать воздух через трубку в себя, она начнёт погружаться. Регулируя колич­ство воздуха в баллончике, можно добиться, чтобы он плавал внутри жидкости. Второй вопрос: легко ли плыть, преодолевая сопротивление воды?

Спортивная норма (муж.)

Время, с

Скорость,
м/с

Мощность,

Работа, кДж

Вт

л.с.

3-й разряд

77

1,30

61

0,083

4,7

2-й разряд

67

1,49

85

0,12

5,7

1-й разряд

59,5

1,68

115

0,16

6,9

КМС

55,5

1,80

139

0,19

7,7

МС

52,5

1,91

163

0,22

8,6

Рекорд

48,74

2,05

198

0,27

9,7

Другими словами, какую мощность N1 должен развить человек, чтобы плыть со скоростью vx?

Учитель: «Блажен, кто явственно узрел хотя бы скорлупу природы.» Гёте.

Давайте вспомним, какие вы знаете пословицы и поговорки, в которых упоминаются или подразумеваются физические явления?
Учащиеся в течение 2-3 мин отвечают на вопрос – релаксация.

Проект №2. Консервирование помидоров: физические и химические процессы.

Предоставляем слово 2 группе, которая следующим образом распределила должности:

  • Биолог.
  • Кулинар-любитель.
  • Физик.
  • Медик.
  • Служба безопасности.

Доклад биолога. Почти все пищевые продукты быстро портятся. Порчу вызывают главным образом микроорганизмы, которых мы обычно называем микробами.

ТАБЛИЦА. СТРОЕНИЕ МИКРОБОВ.

В кислой среде условия для существования микробов неблагоприятные. На этом основано маринование овощей, плодов и других продуктов – к ним добавляют уксусную кислоту, ацетилсалициловую кислоту, ягоды, содержащие большое количество кислоты (красная смородина).

Оптимальная температура для жизнедеятельности микробов 10–40°С. При температуре кипения (100°С) большинство микробов погибает, а микробы, вызывающие заболевание ботулизм гибнут при 132°С (ее можно получить если поместить банку с консервацией в скороварку, плотно закрыть клапан и в момент взрыва температура будет 132°С, правда помидоры окажутся на потолке). Итак, консервирование продуктов основано на способе тепловой стерилизации. Слово «стерилизация» означает обеспложивание, т.е. уничтожение живых организмов: при консервировании – бактерий и др.(написать на плакате)

Но сама по себе стерилизация не является достаточным условием для обеспечения длительного хранения консервов. Ведь как только продукт остынет, в него немедленно попадут другие микробы из воздуха и сразу начнут развиваться. Чтобы этого не случилось, перед консервированием все продукты помещают в банки, которые можно укупорить герметично, т.е. так, чтобы воздух не мог проникать внутрь и выходить наружу, а затем нагревают. Сам по себе воздух не опасен, важно, чтобы вместе с воздухом в банки не проникали новые микробы вместо уничтоженных при стерилизации.

В настоящее время очень часто люди становятся жертвами своих летних заготовок. Поэтому, цель нашего проекта: рассмотреть физические и химические процессы, происходящие во время консервирования, не только со стороны довольно грамотного обывателя, но и медика. Рассказать об опасностях, которые собственными руками можно законсервировать в банку и дать советы.

Доклад кулинара-любителя. (в форме и демонстрирует наглядно банки, закупорку и тд.) Рассмотрим рецепт консервирования томатов в свете вышеизложенного.

Томаты консервированные. Тщательно вымытые томаты, зелень, несколько долек чеснока и приправы по вкусу укладывают в чистые ошпаренные кипятком или простерилизованные банки. Банки с помидорами заливают горячим маринадом: на 1 л воды добавляют 50 г соли и 50 г сахара, после полного их растворения (нагревать до кипения) добавляют 1 чайную ложку 90%-й уксусной кислоты. Это стандартный рецепт, которым пользуется большинство хозяек. Вашему вниманию представляем брошюру собственной разработки «Что нужно знать о домашнем консервировании. Или советы ученика 12 класса» - Приложение 2.

Доклад службы безопасности. Определение содержания нитратов в овощах

В настоящее время сельскохозяйственные культуры зачастую загрязняются вредными для здоровья людей веществами уже на полях. Как правило, это свинцовые примеси из выхлопов автомобилей или соли азотной кислоты - нитраты. Остановлюсь на последних.

Азот входит в состав белков растений. При его недостатке задерживается образование зеленой массы, растения плохо растут, желтеют. Однако если азота слишком много (при внесении удобрений по принципу "чем больше, тем лучше")* то при хорошем внешнем виде растения становятся буквально ядовитыми - в них накапливаются нитраты (у картофеля, например, в клубнях). Можно ли как-то выявить наличие и содержание нитратов в овощах в домашних условиях? Да. Знание физики поможет нам в этом.

Все овощи содержат воду, и нитраты, растворяясь в ней, образуют электролит, хорошо проводящий электрический ток.
Соберем электрическую цепь, а о количестве нитратов будем судить по показаниям омметра.Чем больше нитратов, тем лучше проводимость, тем меньше сопротивление и больше сила тока (по закону Ома).

Доклад физика.Сопровождается демонстрацией рисунков процессов диффузия, теплообмен, адсорбция.

Рассмотрим, какие процессы происходят в это время в кастрюле с маринадом? Молекулы соли, сахара, уксусной кислоты проникают между молекулами воды, а высокая температура ускоряет их движение. Поэтому через какое-то время мы не увидим на дне кастрюльки с маринадом ни соли, ни сахара. Они растворились, т.е. произошла диффузия.

При проведении стерилизации мы можем наблюдать такое физическое явление, как теплообмен: молекулы кипящей воды, ударяясь о стеклянную банку, передают свою энергию молекулам стекла, а те, в свою очередь, – молекулам маринада и томатов, которые находятся в банке. Таким образом, температура в кастрюле и в банке выравнивается, т.е. становится равной 100 °С.

При консервировании томатов мы можем наблюдать также явление адсорбции. Молекулы растворённого вещества (соли, сахара и уксусной кислоты) концентрируются на поверхности твёрдых веществ (помидоров), проникая внутрь, содержание их в маринаде уменьшается. Если попробовать маринад до стерилизации и после, то можно почувствовать, что в начале процесса консервирования маринад был кислее и солонее, а в конце этого процесса молекулы соли и кислоты проникли внутрь помидоров и их концентрация в воде стала меньше.

После стерилизации надо осторожно вынуть банку из кастрюли и укупорить крышку с помощью закаточной машинки. Укупоренные банки оставляют для охлаждения перевёрнутыми, крышками вниз. Это дополнительно стерилизует крышку, а если закатка была проведена неправильно, в перевёрнутой банке сразу обнаружится течь.
Таким образом, надо сначала простерилизовать банку с помидорами, а потом её укупорить. Если банку уже укупоренной поставить в кастрюлю с водой и нагреть до кипения, то от расширения воздуха и паров давление повысится, в результате крышки будут сорваны, и вся работа будет испорчена.

Задача 1. Бочка с помидорами. Бочка объёмом V = 50 л доверху заполняется на зиму плодами. Плотность вещества помидоров ρ1 =1100 кг/м3
Средняя плотность помидоров в куче ρ2 = 660 кг/м . Сколько литров рассола нужно приготовить для заливки огурцов?

Вариант решения. Пусть в бочку объёмом V поместилась масса помидоров т объёмом вещества V1.Тогда средняя плотность помидоров в бочке ρ2 = m/V а плотность вещества ρ1=m/V1. Теперь определим объём рассола Vх как объём пустот: Vx=V – V1= V(1- ρ2 / ρ1)=50 (1-0,6)= 20 л.

Ответ. Для засолки необходимо приготовить 20 л рассола

Медик.

Сегодня никого не надо убеждать в исключительной пользе ничем не заменимых в нашем питании плодов и овощей. От других продуктов они отличаются прежде всего тем, что регулируют биологические процессы в организме и в значительной мере способствуют его нормальному функционированию. Важнейшие из биологически активных веществ плодов и овощей — углеводы, витамины, минеральные вещества, органические кислоты, пектины, вкусовые и ароматические вещества, фитонциды, клетчатка. По научно обоснованным нормам ежедневно рекомендуется употреблять около 500 г овощных и бахчевых культур, ягод, плодов. Такого уровня не достигала пока еще ни одна страна в мире.

Приступая к домашним заготовкам, целесообразно вна­чале определить общую потребность в них, т. е. составить план заготовок, исходя из состава, возможностей и вкусов семьи. При расчетах нужно принять во внимание, что в условиях средней полосы внесезонный период длится примерно 6—7 месяцев. Причем для равномерного обес­печения в течение года желательно примерно 35—40% плодов и 10—15% овощей потреблять в переработанном виде, а остальные в свежем. Это составляет около 15 кг плодов и 15 кг овощей на взрослого члена семьи.

Таким образом, средне статистическая семья из 4 человек должна заготовить на зиму 60 кг плодов и 60 кг. овощей.
Как уже упоминалось, большинство микроорганизмов лучше всего развивается при темпера­турах от 15 до 40 °С. При более высокой температуре они погибают. Однако степень устойчивости микроорганизмов к тепловому воздействию неодинакова. Наиболее устойчивы бактерии ботулинус, которые выделяют чрезвычайно ядовитый токсин.

Стерилизующий эффект зависит не только от температуры, но и от кислотности клеточного сока сырья или заливки. В кислой среде микроорганизмы погибают быстрее и при более низкой температуре. Поэтому для плодов, ягод и овощей (томаты, щавель, ревень), клеточный сок которых имеет кислую реакцию, стерилизующий эффект достигается при нагревании до 100°С. Этот способ назван пастеризацией. Для овощей с пресным клеточным соком требуется стерилизация, то есть прогревание при температуре 100°С и выше. Режим тепловой обработки зависит также от вида продукции, размера тары.

Пастеризация является одним из лучших методов консервирования плодов и овощей. Она дает возможность свести к минимуму потери витаминов и нежелательные изменения вкуса и внешнего вида продукции.

Большую опасность при производстве консервов, особенно овощных, представляет заражение палочкой ботулинуса.

Этот микроб широко распространен в природе. Он развивается без доступа воздуха, поэтому герметически закрытые консервы — хорошая питательная среда для жизнедеятельности ботулинуса.

Палочки ботулинуса погибают во время пастеризации, но споры, которыми он размножается, погибают только при кипячении в течение 5—6 часов. В консервах споры прорастают и появившиеся микробы выделяют самый сильный из токсинов. Токсин ботулинуса вызывает очень сильное пищевое отравление, которое называется ботулизм. При консервировании плодов и овощей ботулинус может попасть в консервы с землей (плохо промытое сырье), при переработке несвежего сырья и т. д. Источником инфекции бывает и недоброкачественная вода.

Следует помнить, что запах, вкус, цвет, внешний вид консервов, зараженных ботулизмом, могут не изменяться. Наличие яда весьма трудно установить даже с привлечением специальных методов исследования. Правда, токсин, вырабатываемый бактериями ботулинуса, легко разрушается при кратковременном (10—15 минут) кипячении продукта, но не стерилизовать же все герметично укупоренные консервы домашнего производства перед употреблением — что проку от такой малосъедобной пищи?

Вот почему к домашнему консервированию надо относиться серьезно, тщательно выполнять все технологические операции при переработке плодов и овощей, соблюдать все меры предосторожности

Приятного всем аппетита! (помидоры и маринад дать попробовать гостям).

Рефлексия.

Уважаемые капитаны команд, вам предстоит выставить оценки команде-сопернице и обосновать их.
Урок окончен.

12.01.2009