Интегрированный урок "Открой в себе исследователя" (на примере явлений испарения и конденсации) - физика, биология, география

Цели урока:

• Обучающиеся должны знать особенности физических процессов перехода вещества из жидкого состояния в газообразное и наоборот, рассматривать энергетические изменения в процессах парообразования и конденсации, их влияние на климат.
• Обучающиеся должны уметь самостоятельно проводить исследования зависимости испарения от факторов среды, используя современные технологические, информационные подходы, делать выводы и объяснять полученные результаты.
• Обучающиеся должны понимать значимость приобретенных знаний и практических навыков, необходимых в их будущей жизни.

Задачи урока:

• Обеспечить усвоение понятий испарение и конденсация, поглощение энергии при испарении жидкости, её выделение при конденсации пара и показать роль этих процессов на формирование климата.
• Развивать наблюдательность, мышление, навыки исследований, умение обобщать и делать выводы.
• Прививать навыки в коллективе, группе. Показать необходимость соблюдения правил техники безопасности при выполнении исследований и изготовлении самодельного прибора - психрометра.

Тип урока: изучение нового материала

Форма урока: интегрированный с элементами исследования.

Оборудование:

• стакан с водой, пипетка, пипетка со спиртом, листы бумаги - 2 шт., веер бумажный, термометр, резервуар которого обернут марлей, кусок марли;
• самодельный психрометр, психрометр, спиртовка, штативы (2 шт.), колба, пробка с отверстием, стеклянная трубка, кусок стекла, вода, спирт;
• комнатное растение, целлофановый пакет;
• мультимедийное оборудование.

ХОД УРОКА

Учитывая интегрированный подход изучаемой темы "Испарение и конденсация" необходимо создать благоприятную, комфортную обстановку, для совместной работы. С этой целью можно воспользоваться методикой самооценки школьных ситуаций Кондаша для диагностирования уровня тревожности на уроке, которую проводит психолог в начале и в конце урока с последующей обработкой и рекомендациями. Обучающимся предлагается заполнить анкету в течение 2-3 мин.

Инструкция учащемуся

Оцени, пожалуйста, каждую ситуацию в баллах в зависимости от того, насколько она может вызвать у тебя тревогу:

0 - ситуация не волнует;

1 - ситуация волнует незначительно;

2 - ситуация достаточно волнует;

3 - ситуация очень сильно волнует.

Оценка результата:

• до 20 баллов - низкий уровень тревожности;
• 20-30 баллов - средний уровень тревожности;
• более 30 баллов - высокий уровень тревожности.

Примечание: сумма менее 6 баллов диагностируется как сомнительная достоверность результата.

Постановка проблемных вопросов.

Учитель географии. Итак, дорогие друзья! Сегодня вы станете участниками эксперимента получения знаний, с использованием интегрированного подхода при изучении темы "Испарение и конденсация, их значение в природе".

Евгения Михайловна поможет вам разобраться в этих процессах с физической точки зрения, Светлана Витальевна познакомит с ролью испарения и конденсации в жизни растений и животных, а я постараюсь затронуть глобальные проблемы значения этих процессов в природе и влияние их на климат.

Сегодня работать будете в группах, а вашими помощниками будут учебные ориентиры, в которых по ходу занятия будете отражать необходимую информацию. Желаем вам удачи!

Учитель физики: Однажды в глухом зимнем лесу человек повстречал людоеда. Людоед обрадовался встрече и говорит человеку: "Я тебя съем". "Не ешь меня, говорит человек, обогрей меня, напои чаем." Привел людоед человека к себе в дом, посадил за стол, налил ему чаю. А чай горячий, чашку в руках не удержать. Тогда человек начал дуть на поверхность чая. Людоед очень удивился и говорит: "Если откроешь мне тайну, почему твой чай остыл, я тебя есть не буду."Что же ответил людоеду человек, если он отпустил человека?

Обучающиеся высказывают предположения

Учитель физики: Таким образом, существуют два вида перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое, которые в нашей жизни занимают очень важное место. Это парообразование (испарение) и конденсация.

Запишем тему урока в тетрадь.

По ходу урока на экране появляются вопросы из рубрики "Подумай и ответь"

Учитель физики Давайте совместными усилиями попробуем определить цели нашего урока.

Обучающиеся формулируют цели урока. Учитель обобщает и предлагает сравнить варианты целей обучающихся с поставленными целями урока.

(на экране появляется текст с целями урока. Учитель обращает внимание на общность формулировок)

Учитель физики. Попробуем объяснить процессы испарения и конденсации с физической точки зрения.

Обучающиеся приходят к выводу, что с поверхности жидкостей отрываются молекулы, которые имеют большую скорость. Это позволяет им преодолеть силы притяжения с молекулами нижних слоев. Жидкость покидают самые "быстрые" молекулы, а в жидкости остаются молекулы, которые движутся с меньшими скоростями.

Учитель физики. Исследуем процессы испарения и конденсации. От каких факторов они зависят? Чтобы ответить на эти вопросы работу проведем в группах. В учебном ориентире (Приложение 1) у вас имеются рекомендации проведения исследований. Вы можете предложить свои методы исследований.

Каждая группа должна провести наблюдения и отчитаться о полученных результатах. При выполнении работ вы должны соблюдать технику безопасности. (Инструктаж по Т\Б)

В течение 5 минут группы проводят исследования

Экспериментальная работа

• 1 группа: Наблюдение зависимости скорости испарения жидкости от рода жидкости;
• 2 группа: Наблюдение зависимости скорости испарения жидкости от площади ее свободной поверхности;
• 3 группа: Наблюдение зависимости скорости испарения жидкости от температуры;
• 4 группа: Наблюдение зависимости скорости испарения жидкости от скорости удаления паров;
• 5 группа: изготовление психрометра и работа со справочной литературой

По истечении времени, отведенного на выполнение работ, группы отчитываются.

• Вывод после отчета первой группы: скорость испарения зависит от рода вещества. Спирт испаряется быстрее, чем вода.
• Вывод после отчета второй группы: установили, что испарение зависит от площади.
• Вывод после отчета третьей групп : испарение зависит от движения слоёв воздуха. (Ветер)
• Вывод после отчета четвертой группы: испарение зависит от массы.
• Пятая группа демонстрирует изготовленный психрометр и рассказывает о принципе его работы. Знакомит с определением влажности воздуха, взятое из справочной литературы.

Обобщение: используя результаты работы групп, обучающиеся составляют схему.

 

Теоретически нам понятно как происходят эти процессы, а на практике?

Подумай и ответь.

1. Какая жидкость будет испаряться быстрее, холодная или горячая?

2. Из какого сосуда безопаснее пить горячий чай: из пиалы или стакана?

Презентация.

Слайды 7, 8, 9

На данных примерах вы увидели явления испарения в неживой природе. А свойственно ли оно живым организмам?

Учитель биологии: работа в группах продолжается.

На экране проецируются слайды с фотографиями животных, а обучающиеся на основе ранее полученных знаний из курса биологии пытаются определить роль процессов испарения в жизни животных

Роль процессов испарения для животных организмов

Слайд 3

Учитель обобщает ответы обучающихся.

Учитель биологии: испарение - это наиболее легко регулируемый способ уменьшения внутренней энергии. Всякие условия, затрудняющие испарение, нарушают регулирование теплоотдачи организма. Так, кожаная, резиновая, клеенчатая, синтетическая одежда затрудняет регулировку температуры тела.

Для терморегуляции организма важную роль играет потоотделение, оно обеспечивает постоянство температуры тела человека или животного. За счет испарения пота уменьшается внутренняя энергия, благодаря этому организм охлаждается.

Слайд 6

Нормальным для жизни человека считается воздух с относительной влажностью от 40 до 60%. Когда окружающая среда имеет температуру более высокую, чем тело человека, то происходит усиленное потоотделение. Обильное выделение пота ведет к охлаждению организма, помогает работать в условиях высокой температуры. Однако такое активное потоотделение является значительной нагрузкой для человека! Если еще при этом абсолютная влажность высока, то жить и работать становится еще тяжелее (влажные тропики, некоторые цеха, например красильные).

Относительная влажность ниже 40% при нормальной температуре воздуха тоже вредна, так как приводит к усиленной потере влаги организмом, что ведет к его обезвоживанию.

Учитель биологии. Рекорды животного мира

(Идет показ слайдов презентации)

Очень интересны с точки зрения терморегуляции и роли процессов испарения некоторые живые существа. Известно, например, что верблюд может две недели не пить. Объясняется это тем, что он очень экономно расходует воду. Верблюд почти не потеет даже в сорокаградусную жару. Его тело покрыто густой и плотной шерстью - шерсть спасает от перегрева (на спине верблюда в знойный полдень она нагрета до восьмидесяти градусов, а кожа под ней -лишь до сорока!). Шерсть препятствует и испарению влаги из организма (у стриженого верблюда потоотделение возрастает на 50%).Верблюд никогда, даже самый сильный зной, не раскрывает рта: Ведь со слизистой оболочки ротовой полости, если открыть широко рот, испаряете много воды! Частота дыхания верблюда очень низка -I раз минуту. За счет этого меньше воды уходит из организма с воздухом. В жару, однако, частота дыхания его увеличивается до 16 pаз в минуту. (Сравните: бык при этих же условиях дышит 250, а собака - 300-400 раз в минуту.) Кроме того, температура тела верблюда понижается ночью до 34°, а днем, в жару, повышается до 40 41°. Это очень важно для экономии воды. У верблюда имеется также очень любопытное приспособление для сохранения воды впрок. Известно, что из жира, когда он "сгорает" в организме, получается много воды - 107 г из 100 г жира. Таким образом, из своих горбов, верблюд при необходимости может извлечь до полцентнера воды.

С точки зрения экономии в расходовании воды еще более удивительны американские тушканчиковые прыгуны (кенгуровые крысы). Они вообще никогда не пьют. Кенгуровые крысы живут и пустыне Аризона и грызут семена и сухие травы. Почти вся води, которая имеется в их теле, эндогенная, т.е. получается в клетках при переваривании пищи. Опыты показали, что из 100 г перловой крупы, которой кормили кенгуровых крыс, они получали, переварив и окислив ее, 54 г воды!

В теплорегуляции птиц большую роль играют воздушные мешки. В жаркое время с внутренней поверхности воздушных меш ков испаряется влага, что способствует охлаждению организма. В связи с этим птица в жаркую погоду открывает клюв

Учитель биологии

На экране проецируются слайды с фотографиями растений, а обучающиеся на основе ранее полученных знаний из курса биологии пытаются определить роль процессов испарения в жизни растений.

Испарение в жизни растений

Слайд 4

Учитель обобщает ответы обучающихся.

Учитель биологии: для нормального существования растительной клетки необходимо ее насыщение водой. Для водорослей оно является естественным следствием условий их существования, у растений суши достигается в результате двух противоположных процессов: поглощения воды корнями и испарения. Для успешного фотосинтеза хлорофиллоносные клетки наземных растений должны поддерживать самое тесное соприкосновение с окружающей атмосферой, снабжающей их необходимым для них углекислым газом; однако это тесное соприкосновение неизбежно приводит к тому, что насыщающая клетки вода непрерывно испаряется в окружающее пространство, и та же солнечная энергия, которая доставляет растению необходимую для фотосинтеза энергию, поглощаясь хлорофиллом, способствует нагреванию листа, а тем самым и усилению процесса испарения.

Очень немногие, и притом низкоорганизованные, растения, например мхи и лишайники, могут выдерживать длительные перерывы в водоснабжении и переносить это время в состоянии полного высыхания. Из высших растений к этому способны лишь некоторые представители скальной и пустынной флоры, например осока, распространенная в песках Каракумов. Для громадного большинства высших растений такое высыхание было бы смертельно, а потому расход воды у них примерно равен ее приходу.

Чтобы представить себе масштабы испарения воды растениями, приведем такой пример: за один вегетационный период одно растение подсолнечника или кукурузы испаряет до 200 кг и более воды, т. е. солидных размеров бочку! При таком энергичном расходовании требуется не менее энергичное добывание воды. Для этого служит корневая система, размеры которой огромны.

Количество воды, расходуемое растением в течение всей жизни, в большой степени зависит от климата. В жарком сухом климате растения потребляют не меньше, а иногда даже больше воды, чем в климате более влажном. У этих растений более развит корневая система и меньшее развитие имеет листовая поверхность Меньше всего расходуют воду растения сырых, тенистых тропических лесов, берегов водоемов: у них тонкие широкие листья, слабые корневая и проводящая системы. У растений засушливых местностей, где воды в почве очень мало, а воздух горяч и сух, наблюдаются разнообразные приемы приспособления к этим суровым yсловиям. Интересны растения пустынь.

Слайд 5

Это, например, кактусы растения с толстыми мясистыми стволами, листья которых превратились в колючки. У них незначительная поверхность при большом объеме, толстые покровы, малопроницаемые для воды и водяною пара, с немногочисленными, почти всегда закрытыми устьицами. Поэтому, даже в сильную жару кактусы испаряют мало воды.

У других растений зоны пустынь (верблюжьей колючки, степной люцерны, полыни) тонкие листья с широко открытыми устьицами, которые энергично ассимилируют и испаряют, за счёт чего значительно снижается температура листьев. Часто листья покрыты густым слоем серых или белых волосков, представляющих как бы полупрозрачный экран, защищающий растения от перегревания и снижающий интенсивность испарения.

Многие растения пустыни (ковыль, перекати-поле, верам имеют жесткие, кожистые листья. Такие растения способны переносить длительное увядание. В это время их листья скручиваются в трубку, причем устьица находятся внутри нее.

Условия испарения зимой резко меняются. Из мерзлой почвы корни не могут всасывать воду. Поэтому за счет листопада уменьшается испарение влаги растением. Кроме того, при отсутствии листьев меньше снега задерживается на кроне, что предохраняет растения от механических повреждений.

(Обучающиеся в учебных ориентирах заполняют незаконченную схему о значении испарения в жизни растений и животных.)

Учитель физики: Ребята, а вы знаете с какой стороны и почему образуется иней на окнах в тёплом помещении?

 

Запотевают очки при входе в тёплое помещение с мороза?

Почему образуется роса?

Выслушиваются ответы.

(Учитель биологии демонстрирует конденсацию воды у комнатного растения).

Учитель физики: одновременно с испарением происходит процесс перехода молекул из пара в жидкость - конденсация. Она происходит на поверхности жидкого и твёрдого тела или требует наличия в газе центра конденсации. Их роль могут играть примеси или пылинки.

1. Почему, перед выпадением снега, температура воздуха увеличивается? (при конденсации энергия выделяется)

2. А может ли испарение происходить с поверхности твёрдого тела; этот процесс называется сублимацией и используется в медицинских целях для лечения заболевания лёгких( соляные шахты); распространение запаха от нафталина.

Пятая группа даёт определение сублимации.

Обучающиеся открывают учебники на указанных в учебном ориентире страницах и находят определения "конденсации" и "испарения". Записывают в тетрадях варианты плана конспекта. Для корректировки записей в тетради предлагается схема конспекта.

Испарение, конденсация, их значение в природе.

План

1.Понятия:

а) испарение

б) конденсация

в) сублимация.

2. Влажность

3.Психрометр

3.Значение процессов в природе

4. Испарение- процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное.

Происходит при любой температуре с поверхности вещества.

Энергия поглощается.

Испарение зависит от:

1. от рода жидкости;

2. площади ее свободной поверхности;

3. температуры;

4. скорости удаления паров

Учитель географии: эти процессы имеют огромное значение в природе: образование тумана, росы, изменения в климате.

Вода - самый удивительный минерал на Земле.

Почему?

Удивительный потому, что она создаёт условия для развития и роста многообразных форм жизни. Водные массы оказывают благотворное влияние на климат континентов, водные потоки формируют поверхность нашей планеты. Вода незаменима. Нет такого вещества во Вселенной, которое могло бы восполнить этот удивительный минерал. Большая часть нашей планеты покрыта водной оболочкой. На неё приходится 71% площади Земного шара. Суша, словно паутиной, во всех направлениях опутана сотнями тысяч рек и ручьёв. Кроме того, на суше значительное количество воды содержится в озёрах и водохранилищах, созданных человеком, в болотах и ледниках, под землёй, незначительную долю составляют пары атмосферы. Большая часть всей воды нашей планеты (более 98%) находится в океанах и морях. На воды суши приходится менее 2% воды.

2% пресной воды - это не так много. Такого количества хватило бы человечеству всего на несколько лет. А между тем, вода в наших реках, озёрах, не убывает год от года. Кто же сделал наши пресные водоёмы неиссякаемыми? (учащиеся высказываются и делают выводы).

Оказывается, Солнце. Ибо под действием солнечных лучей происходит круговорот воды в природе.

(Идет демонстрация анимации "Круговорот воды в природе")

В беседе с обучающимися делается вывод о том, что океаны, вода которых солёная и непригодная для питья, благодаря Солнцу являются поставщиком пресной воды.

Учитель географии: а пригодятся ли вам полученные знания в жизни?

Обсудим ситуации:

1.Как получить при поездке в поезде из тёплой воды холодную?

(для этого бутылку с водой можно обернуть в сырую марлю и выставить в окно движущегося поезда. Через 15-20 минут вода будет холодной)

2.В каком кувшине летом практичнее хранить воду: в пластиковой бутылке или глиняном кувшине?

(В глиняном кувшине, т.к. происходит постоянное испарение воды через стенки сосуда, а так как глина плохо проводит тепло, теплообмен с окружающей средой слаб)

Домашнее задание:

• параграфы 16-17, творческое задание:
• выполнить исследовательскую работу и написать отчёт (заранее заготовленные бланки с рекомендациями выполнения работы раздаются желающим)

1) Наполните маленький стаканчик водой и вылейте воду на тарелку.

2) Снова наполните тот же стаканчик водой и поставьте его вместе с тарелкой в спокойное место (например на шкаф), предоставив воде испаряться.

3) Запишите дату и час начала опыта.

4) Когда вода из тарелки вся испарится, снова запишите время.

5) Запишите время, когда из стакана испарится четверть всей находящейся в нем воды.

6) Измерьте диаметры стакана и тарелки, определите площади поверхности жидкости в них

7) Сопоставьте время испарения жидкости с площадью ее поверхности.

8) Напишите отчет о работе.

2. Придумать вопросы - "почемучки" по теме урока.

Рефлексия:

• Что знал до урока
• Чему научился на уроке
• Как мне пригодится в жизни

Обучающиеся с помощью психолога определяют уровень тревожности на конец урока.

Используемая литература.

1. Александрова З.В. др. Уроки физики с применением информационных технологий - М. Издательство "Глобус", 2009
2. Балашов М.М. О природе. - М.: Просвещение, 1991.
3. Блудов М.И. Беседы по физике. - М.: Просвещение, 1972.
4. Баринова И.И. "География России. Природа"- Волгоград: Учитель - АСТ, 2003.
5. Горлова Л.А. Интегрированные уроки физики 7 - 11 классы.- Москва "ВАКО", 2009.
6. Громов С.В. Школьная энциклопедия Физика. - М.: Издательский дом "Дрофа", 1999.
7. Перельман Я.И. Занимательная физика.- М.: Просвещение, 1971.
8. Подборка журналов "Экология" за 2009 год.
9. Прохоров А.М. Физический Энциклопедический Словарь. - Москва "Советская энциклопедия", 1983.
10. Юфанова И.Л. Необычные материалы по физике. - М.: Просвещение, 1990.