Девиз урока: Встал поутру, умылся, привел себя в порядок – и сразу приведи в порядок свою планету.
Цель урока:
1. Обобщить и систематизировать знания учащихся о физических явлениях природы, диффузии и инерции, строении вещества и три состояния вещества, взаимодействие тел; формировать понятия о физических величин (путь, время, скорость, масса, плотность, объем). Формировать экологические знания и практические умения.
2. Воспитывать интерес, доброту и любовь к природе, спасителя жизни на Земле, ощущать красоту и изящества опыта, товарищескую взаимопомощь, умение радоваться за удачу друга, аккуратность, вежливость.
3. Развивать проблемное и образное мышление, умение решать задачи применяя формулы, умение запоминать формулы, составлять законченные смысловые ответы при устных и письменных ответах.
Приборы и материалы:
Глобус, мензурка, сосуд с водой, раствор соли, масло, пипетка, открытка с монетой, заводная игрушка, линейка и брусок, раздаточные материалы, динамометр.
План урока:
1. Организационный момент.
Проверка домашнего задания. Разгадывание кроссвордов.
2. Основная часть.
Выступления юного эколога, физика, химика, географа, биолога.
- Для чего нужна физика.
- Из чего состоят окружающий нас мир, животные, растения. Модель молекулы воды.
- Диффузия в газах и жидкостях. Опыт.
- Три состояния вещества. Опыт с маслом.
- Движение. Скорость. Задачи на движения.
- Плотность. Задачи.
Оперативная обратная связь.
Решение задач, работа с раздаточными материалами.
3. Подведение итога урока.
Ход урока
1. Организационный момент.
Здравствуйте, дети. Сегодня у нас урок повторения, обобщения и закрепления. Сначала мы будем отгадывать кроссворды, в качестве разминки. Итак, вопросы по горизонтали для кроссворда №1.
1. Физическая величина, введенная для характеристики быстроты движения.
2. Единица пути в СИ.
3. Линия, вдоль которой движется тело.
4. Длина линии, по которой тело перемещается.
5. Свойство тела, для описания которого введена физическая величина “масса”.
6. Изменения положения тела относительно другого тела.
7. Единица массы в СИ.
По вертикали:
Единица времени в СИ.
Кроссворд №2
1. Слова “физика” происходит от греческого слова “ фюзис”, что это означает?
2. Кто из ученых ввел в русский язык слово “физика”?
3. Прибор для измерения объема тела.
4. Мельчайшая частица любого вещества.
5. Из каких частиц состоит молекула воды?
6. Явления взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого вещества.
7. Состояние вещества легко менять свою форму, но сохранять объем.
8. Явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел.
9. Имя ученого, который открыл явление инерции.
Формулы.
Скорость=путь/ время Плотность=масса/объем Путь=скорость·время Масса=плотность·объем Время=путь/скорость Объем=масса/плотность
2. Выступление учителя. Защита жизни на Земле от экологической катастрофы становится самой важной проблемой для человечества. Хорошее знание физики поможет нам в этом. Если мы будем хорошо знать причину опасных явлений в окружающей среде, то сумеем найти способы их устранения. Каждый из нас понимает, что Земля - это наш общий дом, который нужно беречь и украшать. Об этом очень хорошо сказал французский писатель и летчик Антуан де Сент-Экзюпери в своей сказке “Маленький принц”: “Есть такое правило: встал поутру, умылся, привел себя в порядок - и сразу приведи в порядок свою планету”.
Посмотрим вокруг себя. Нас окружает сложный и большой мир. Это дома и улицы, люди, растения, животные, реки, поля, леса, горы. А если посмотреть на Землю из Космоса, то мы увидим зелено-голубой шар с белыми пятнами облаков на фоне черного пространства с яркими капельками звезд.
Теперь давайте вместе оценим, в каком состоянии находится сейчас наша планета. Сначала ответим на вопрос: а сколько людей находится на Земле? Это важно, потому что каждый из нас по-разному влияет на происходящие вокруг процессы. В 1800 г. население Земли было примерно 1 млрд., а в 2000 г. на Земле стало 6 млрд. Потребности человека в 1800 г. были довольно скромными. Не было авиации, не было автомобилей, радио, телевидения, электростанций и многого, чем пользуется современный человек, и того, что было создано благодаря достижениям физики.
Давайте разберемся вместе.
Что изучает физика? Для чего нужна эта наука?
Ответ:
1.Чтобы понимать явления природы и предсказывать их.
2.Чтобы понимать, как действуют различные технические устройства, и конструировать новые.
3.Использование физики для сохранения устойчивого окружающего мира, природы.
Юный физик. Физика помогает нам не только использовать различные ресурсы. Но и преобразовывать их в замечательные вещи. Мы берем у природы воду, кислород, песок, глину, руды, газ, нефть, растения, животных для обеспечения своей жизни. При добыче полезных ископаемых, их переработке, транспортировке применяются физические законы. Правильно ли мы используем природные ресурсы? Только 2-3% из всего, что забираем у природы, идет в дело. Остальное выбрасывается. А раз выбрасывается, то загрязняет воздух, воду, почву, растения, животных, организм человека.
В окружающем нас мире постоянно происходят различные физические явления и процессы: движения воздуха и облаков, воды в морях и реках, испарение и замерзание воды, таяние льда, распространение солнечного света, возникновение электрического тока в атмосфере, человеческом теле и в проводах, молнии и многое другое.
Мы ежедневно наблюдаем за тем, что происходит вокруг нас. Одни наблюдают за этим специально. И за многими явлениями природы ведется постоянное наблюдение. Например, температура воздуха измеряется наземными станциями, шарами-зондами, самолетами, спутниками. Так, по фотографиям, сделанным со спутников с использованием невидимого инфракрасного (теплового) излучения, определяют температуру на огромной площади. По температуре участков поверхности можно судить о состоянии растительности, влажности и засоленности почвы, о загрязнении земной и морской поверхности. Важным является и определение количества пыли в воздухе. Для этого существует различная сложная аппаратура.
Из чего состоят окружающий нас мир, животные, растения.
Юный химик. Нас окружает: твердые тела, газы, жидкости. Все физические тела состоят из молекул и атомов. Строение и свойства тел зависят от составляющих их частиц-атомов и молекул, от того, как частицы связаны друг с другом, как движутся. Примеси “чужих” молекул или атомов по-разному изменяют свойства тел. В технике это используется для улучшения качества материалов. Например, мягкое железо можно сделать твердым, добавляя в него атомы углерода. Такое железо мы называем сталью.
Для живых существ введение примесей в природную воду, воздух или в почву допустимо в очень малых количествах до определенного предела. Этот предел определяется санитарными нормами как предельно допустимая концентрация, или сокращенно ПДК. При превышении этого предела примеси становятся загрязнителями, опасными для человека и живых существ.
Примеси в результате теплового движения молекул с течением времени распространяются в воде или в воздухе, а ветры и течения разносят их на большие расстояния. Например, ядохимикаты, смытые дождем с полей у Коломны, доплывут по Оке до Нижнего Новгорода и по Волге до Астрахани. Из-за этого, пропали знаменитые осетры в Оке и намного меньше их стало в Волге, а большое число рыб поражено различными болезнями. Кроме ядохимикатов, огромное количество других вредных и ядовитых веществ сбрасывается предприятиями в реки и озера.
Диффузия в газах и жидкостях.
Юный эколог. Явление диффузии, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого, мы наблюдаем каждый день: наливаем ли заварку чая в кипяток, приготавливаем ли красящий раствор. И даже когда сгорает картошка на сковороде, а запах чувствуется по всей квартире, мы вновь сталкиваемся с явлением диффузии.
Посмотрим на дымовые трубы предприятий и выхлопные трубы автомобилей. Во многих случаях вблизи труб виден дым. А потом он куда-то исчезает. Что с ним происходит? Дым растворяется в воздухе за счет диффузии. Дымовые газы состоят в основном из углекислого газа и небольшого количества оксидов азота, серы и большого количества пара. В настоящее время общее количество эмиссии газов в атмосферу составляет около 40 млрд. т в год.
Избыток углекислого газа в атмосфере опасен для живого мира Земли, нарушает круговорот углерода в природе, приводит к образованию кислотных дождей, потеплению климата из-за “парникового” эффекта.
Процесс диффузии играет большую роль в загрязнении рек, морей и океанов. Например, можно быть уверенным, что моющие средства, слитые в канализацию, окажутся у берегов соседних деревень из-за диффузии и существующих течений. Годовой сброс производственных и бытовых стоков в мире равен 9,3 трлн. т.
Загрязнение водоемов приводит к тому, что в них исчезает жизнь, а воду, используемую для питья, приходится очищать, что очень дорого. Кроме того, в загрязненной воде происходят химические реакции с выделением тепла. Температура воды повышается, при этом снижается содержание кислорода в воде, что плохо для водных организмов. Из-за повышения температуры воды многие реки теперь зимой не замерзают.
Опыт 1. Налейте в стакан воды, капните в нее раствор йода, “зеленки” или крепкого чая и наблюдайте за тем, что происходит в стакане.
Три состояния вещества.
Юный химик. Вещества в окружающем нас мире могут существовать в трех основных состояниях: в виде твердого тела, жидкости и газа. Если воду охладить ниже 0 С, она превратится в лед, а нагревая, ее можно испарить, перевести в газообразное состояние. Испарение жидкостей происходит при любой температуре, нагревание лишь увеличивает скорость испарения. Железо при комнатной температуре - твердое тело, а выше 1535 С оно плавится и превращается в жидкость, которую при дальнейшем нагревании можно испарить. Испаряются или сублимируются и твердые тела, правда, очень медленно. Однако есть вещества, испаряющиеся достаточно быстро и в твердом состоянии, например нафталин.
Пары многих веществ, попавшие в воздухе, могут нанести серьезный вред здоровью. К ним относятся ртуть. Пары ртути способствуют разрушению зубов, выпадению волос, пагубно влияют на состав крови. А так же и многие органические жидкости, например ацетон.
Может ли человеческая деятельность повлиять на процесс испарения воды в водоеме? Давайте проделаем простой опыт.
Опыт 2. Налейте в стакан воды и осторожно опустите на ее поверхность 3-4 капли растительного масла. С течением времени они расплывутся и покроют всю поверхность воды тонкой пленкой. Повлияет ли такая пленка на испарение воды? Конечно. Молекулам воды трудно пробиться через вязкую пленку масла. Испарение будет происходить значительно медленнее. А теперь обратите внимание на отражение света от поверхности чистой воды и поверхности, покрытой масляной пленкой. Свет отражается по-разному. Во втором случае оно сильнее. А это значит, что солнечного света, необходимого для жизни водных животных и растений, проникнет в воду меньше.
Для того чтобы в воде жили рыбы, растения, помимо света необходим еще и кислород, который растворяется в воде, попадая в неё сквозь поверхность. Кислород также важен и при самоочищении воды от органических примесей, таких, как навоз, остатки растений и животных. Кислород способствует их окислению и разложению на элементарные безвредные соединения и элементы. Недостаток кислорода приводит к росту сине-зеленых водорослей и гибели многих обитателей водоемов. Много ли мы выливаем нефти, бензина масел в Мировой океан? В1970 г. было вылито 70 млн.т, а в 2000 г. 190 млн. т. в результате аварий танкеров, морских буровых платформ и нефтепродуктов. Нефть, вылитая в одном месте, распространяется по поверхности Мирового океана. Вода Мирового океана загрязняется и меняет свои свойства.
Неприятные изменения происходят и с газовой оболочкой нашей планеты- атмосферой. Атмосферный воздух состоит в основном из азота-78%, кислорода-21% и небольшого количества других газов, в состав которых входит озон. Озона в атмосфере очень мало, но роль его велика. Слой атмосферы с наибольшей концентрацией озона, расположенный на высоте около 25 км, защищает все живое на Земле от губительного ультрафиолетового излучения Солнца. В последние годы, начиная с 1985 г., наблюдается разрушение озонового слоя.Это происходит из-за выбросов в атмосферу большого количества фреона и соединений, содержащих азот. Фреон используется в холодильниках, в баллончиках с краской, парфюмерий, в металлургической и химической промышленности. Озон в результате взаимодействия с фреоном превращается в обычный кислород, Через который свободно проходит ультрафиолетовое излучение, которое при длительном воздействии способно разрушать органические молекулы живых организмов и вызвать в них опасные изменения. Наиболее разрушительное действие фреона замечено над Антарктидой, где образовалась так называемя озоновая “дыра”. Многие страны подписали соглашение об уменьшении производства фреона и о запрете на его выброс в атмосферу.
Твердое состояние - это основное состояние вещества на Земле. Для нас важен вопрос об устойчивости твердых тел в окружающем мире: земной коры, почвы, растений, животных. Состояние более глубоких слоев литосферы нарушается шахтными выработками, глубинными взрывами, сооружением высотных плотин в горах. Все это нарушает устойчивость пород и является причиной их сдвига, оползней и даже землетрясений. Особенно сильно загрязняется и разрушается почва из-за чрезмерного внесения минеральных удобрений и ядохимикатов, использования тяжелой сельскохозяйственной техники, воздействия ветров и дождей.
Вывод ясен. Человек может повлиять своим вмешательством на состояние вещества и на превращение его из одного состояния в другое как в лабораторных, так и в природных условиях.
Опыт 3. Возьмите три кубика льда. Один посыпьте солью, другой растолченным углем или грифелем от карандаша. После этого положите три кубика в тарелку и поставьте на окно. Заметьте, какой из кубиков начнет таять быстрее. Почему?
Движение. Скорость.
Юный географ. Все тела взаимодействуют друг с другом. Взаимодействуют материковые плиты, морская вода с дном, воздух с водой, молекулы и атомы. При этом происходят различные физические явления, например движение тел. Скорость - одна из основных характеристик движения. Измерение и контроль за скоростью движения транспортных средств позволяют выбирать более экономичный режим движения, регулировать расход горючего и уменьшить выброс вредных веществ в окружающую среду. Воздушные течения, ветры, океанские течения давно сформировались на Земле и обладают большой устойчивостью. Под их влиянием формировалась жизнь на поверхности Земли и в морских глубинах. Человек своим вмешательством в природные явления повлиял на воздушные течения. Это произошло из-за потепления климата, вырубки лесов, распашки целинных земель, опустынивания. Там где никогда не было ураганов, они появились.
Устойчивость многих природных процессов зависит от постоянства их скорости, например от скорости течения воды или скорости движения воздуха.
Так, 40 лет назад вода от истоков Волги текла до впадения в Каспийское море около 45 дней. Позже на Волге был построен каскад из 14 плотин для орошения и получения электроэнергии. Скорость движения воды сильно уменьшилась, и в наши дни волжской воде требуется больше года, чтобы добраться до Каспия. Может показаться, что изменение скорости течения рек не связано с экологическими проблемами. Это не так. Уменьшение скорости воды привело к уменьшению перемешивания слоев. От этого снизилась способность воды растворять кислород, упала температура воды на глубине, а из-за этого ухудшаются условия жизни водных растений и животных.
Уменьшение скорости течения связано с подъемом воды в русле. Поднявшаяся вода заливает наиболее плодородные пойменные земли, дороги, деревни, города. В результате разлива рек происходит засоление почвы. Так как соли, растворенные водой под поверхностью, поднимаются вместе с ней к плодородным слоям и тем самым снижают их продуктивность.
Разлив рек около плотин резко увеличивает площадь испарения воды, вследствие чего в этом районе начинает меняться погода.
Прежде чем начинать какое-либо изменение природных процессов, нужно внимательно анализировать физику связанных с этим явлений, чтобы избежать неприятных последствий.
Плотность.
Юный биолог. Плотность – это свойство тел и их физическая характеристика. Использование материалов с малой плотностью в строительстве и машиностроении выгодно с экологической и экономической точки зрения. Замена алюминия и стали в корпусах самолетов и ракет на более легкий и прочный титан позволяет экономить горючее и перевозить больше полезного груза. Экономия топлива, как известно, ведет к уменьшению выбросов в атмосферу. Знание плотности почвы необходимо для ее правильного использования. Очень плотная почва плохо поглощает влагу и воздух, необходимый для растений, насекомых, микроорганизмов. Плотная почва хорошо пропускает тепло, поэтому промерзает на большую глубину.
Выступление учителя. Ребята, а как вы будете защищать окружающий мир? Ваше участие с целью защиты нашей планеты.
Сила упругости. Упругостью характеризуются твердые тела, жидкости и газы. Человек давно использует упругость в своих целях: лук для охоты и спорта, длинные пролеты мостов, автомобильные шины, различные пружины, надувные матрасы, подошвы для обуви и многое другое. Для нас, с точки зрения экологических проблем, важно другое: знание физики позволяет нам изменять свойства материалов, меняя их упругость и прочность так, как нам это нужно. Идея комбинирования, сочетания используется в строительстве при изготовлении железобетона. При изготовлении лыж склеивание слоев из различных пород дерева улучшает их упругость. За счет повышения прочности и упругости деталей возможно увеличение нагрузки, продление срока их службы. На их изготовление тратится меньше материала и энергии. А это значит, что уменьшается потребность в руде, нефти.
Опыт. Попробуйте сделать мост из листа бумаги так, чтобы он выдержал пять монеток. Этот опыт не получается, а если склеить из него трубу квадратного сечения, такой мост выдержит уже не одну монету, а и больше. Какой вывод можно сделать из этого опыта об экономии материалов?
Сила трения. Поговорим более подробно о вреде трения и свяжем это с экологическими проблемами. Использование смазки, подшипников, улучшение качества трущихся поверхностей делают машины долговечными и экономичными. Так, замена масла на более высококачественное снижает расход бензина на 10-15%. Улучшение формы кузова автомобиля, локомотива, самолета уменьшает силу сопротивления воздуха и дает большую экономию. Так как вместе с экономией бензина уменьшается выброс вредных газов в атмосферу, уменьшается выброс вредных газов в атмосферу, уменьшается также и шум, создаваемый при движении. Силу трения необходимо учитывать при проектировании многих инженерных сооружений, например, при строительстве трубопроводов для перекачки нефтепродуктов. Трение между стенками труб и перекачиваемой жидкостью зависит от вязкости жидкости и поверхности труб. На преодоление трения приходится расходовать много энергии на насосных станциях. Мощность одной такой станции равна мощности 2-3 магистральных тепловозов. Получение энергии связано с расходованием природных ресурсов. Меньше выбрасывать вредных веществ в окружающую среду и тем самым сохранить устойчивость биосферы.
Давление и его проявления в окружающей среде.
Давление проявляется при взаимодействии тел. Стоящий человек давит на пол подошвами своей обуви, трактор, движущийся по полю, давит на почву, воздух оказывает давление на предметы, вода давит на погруженное в нее тело. Во всем мире строят высотные дома. Они оказывают давление на грунт. Породы под зданиями, как правило, не монолитны, они пронизаны трещинами, пустотами, тоннелями коммуникаций. Еще боле осложняется ситуация, если в городе воду берут из артезианских скважин. Проседание поверхности увеличивается из-за образующихся пустот.
В породах под плотиной такое давление создает зоны повышенного напряжения, возникают подвижки, трещины. Теряется устойчивость пород и увеличивается опасность оползней и землетрясений. Специалистами давно замечено, что сейсмичность в зоне высотных плотин резко возрастает.
Современная промышленность и транспорт потребляет огромное количество нефти и газа, которые транспортируются по трубопроводам под высоким давлением, в десятки раз превосходящим атмосферное. Движение нефти под таким давлением сопровождается вибрацией труб. При длине трубопроводов в тысячи километров и высоких нагрузках случаются прорывы. Нефть под высоким давлением вырывается наружу и заливает большую территорию. Жизнь здесь погибает, нефть, просачиваясь сквозь грунт, загрязняет подземные воды. Прорывы газопроводов также опасны. Вырвавшийся газ может вспыхнуть, и погасит его - сложная задача. Высокое давление опасно и при буровых работах. Давление подземного газа порой превышает в 100 раз атмосферное. Из-за небрежности рабочих или инженерного просчета газ иногда выбивает трубы из скважин, на сотни метров отбрасывает многотонную вышку и может вспыхнуть от случайной искры. Тушить такие пожары очень трудно, и горят они месяцами, выбрасывая в атмосферу огромное количество газов и сажи.
Большой вред нанесен природе войной Ирака с Кувейтом в 1991 г., когда были подожжены десятки буровых и тушили их всем миром почти полгода.
Давление, особенно высокое, требует хорошего понимания физики явлений, с ним связанных, и внимательного к нему отношения.
Атмосфера. Атмосферное давление. Поверхность Земли, покрытая густой растительностью, и открытая, например пустыня, по-разному поглощают солнечные лучи и следовательно, прогревается по-разному. Массовые вырубки лесов приводят к большому выделению тепла в атмосферу с поверхности и к увеличению вертикальных потоков воздуха. Это вызывает изменение устойчивой, сложившейся системы ветров в таком районе и к изменению экологической ситуации. К таким же эффектам, хотя и меньшим по масштабу, приводит сброс теплой воды в водоемы атомными электростанциями и другими предприятиями. Вмешательство человеческой деятельности стало настолько сильным, что это уже повлияло на движение ветров и на распределение влаги и давления в атмосфере.
Плавание судов. Раньше главная проблема судостроителей заключалась в повышении прочности и устойчивости судов, чтобы надежно и безопасно совершать плавания в исследовательских, торговых и военных целях. Теперь появилась новая задача – защита окружающей среды от загрязнений. Во многом это связано с перевозкой нефти супертанкерами. Длина таких танкеров достигает 200 м и более. При аварии такого судна происходит гигантское загрязнение Мирового океана нефтью. Кроме аварийных выбросов нефти. Существует загрязнение океана продуктами сгорания при работе двигателей, сбросами балластной воды и воды после промывки танков. Балластная вода заливается в танки для повышения устойчивости танкера при плавании после разгрузки нефтепродуктов. Устойчивость судов зависит от их формы, количества и типа груза, от его размещения.
Со временем высокое давление и разъедающая металлы соленая морская вода разрушает корпус судна, затонувшей в море, и реактор, и может произойти радиоактивное загрязнение водной среды.
Энергия. Работа всей нашей промышленности, движение транспорта, обеспечение нашего быта осуществляется за счет энергии ископаемых топлив, энергии падающей воды, ядерной энергии. При этом расходуются природные ресурсы, запасы которых уменьшаются, загрязняются атмосфера, природные воды, почва. Все это заставляет ученых и инженеров думать о новых источниках энергии, запасы которых неисчерпаемы и при их использовании не разрушается окружающая среда.
А что мы сами лично можем сделать для сохранения мира от экологической катастрофы?
Нужно наблюдать и анализировать происходящие вокруг явления с позиций физики и экологии. Возьмем, например, уборку мусора. За уборку и вывоз мусора нужно платить. Мало того, при этом приходится сжигать довольно много бензина и вместе с этим загрязнять атмосферу продуктами сгорания. Не правда ли, парадокс?
Вода, текущая без пользы из крана, требует затрат энергии для того, чтобы ее поднять из глубины Земли на определенную высоту, чтобы перемещать ее в системе под давлением, в два раза превышающим атмосферное, чтобы преодолеть силу трения в трубе и т.п. такого типа фактов и явлений, связанных с экологическими проблемами. Можно наблюдать вокруг себя довольно много. Чтобы во всем хорошо разобраться, нужен анализ этих явлений. Итак, наблюдайте, исследуйте и анализируйте.
Эколог.
Необходимо снабжать все новые заводы очистными сооружениями и фильтрами, в противном случае они не должны допускаться к эксплуатации. Предлагаем современную технологию - мойку танкеров по замкнутому циклу, предусматривающую многократное использование горячей моющей воды с очисткой ее от нефти в специальных комплексах отстойников. Строить мини-ТЭЦ. Применять многозвенные летательные аппараты-дирижабли с большой грузоподъемностью. Переходить к безотходным технологиям производства. Промышленным предприятиям проводить комплексную очистку воды. Переходить к биологическому земледелию, основанному на исключении или значительном сокращении применения минеральных удобрений и пестицидов. Бережно, рационально пользоваться природными богатствами.
Задача на движение.
1.За сколько дней пешеход совершит кругосветное путешествие вокруг Земли, если известно скорость пешехода 5 км /ч и радиус Земли 6400 км.?(335 дней)
Задача на плотность.
2. Найти плотность бруска.
Оперативная обратная связь по таблице.
3. Подведение итога урока.
Литература:
1. А.П.Рыженков. Физика, человек, окружающая среда. Москва , 1996.
2. А.В.Перышкин. Физика-7 кл.