Интегрированный урок (физика + биология) в 8-м классе по теме "Тепловые явления в живой природе"

Разделы: Физика, Биология


Цели урока: закрепить знания учащихся по теме “Тепловые явления в живой природе” на примере природных, биологических и физиологических явлений.Объяснить их с точки зрения физических теорий. Реализовать предметные и межпредметный связи для целостного восприятия единой картины мира. Развивать навыки решения физических задач, умения самостоятельно делать выводы, выдвигать гипотезы. Воспитать интересс к изучеемым предметам, умение видеть взаимодействие и взаимосвязь физических и биолигоческих явлений.

Оборудование:карточки с тест-заданиями, компьютер, презентация тест – заданий по теме “Тепловые явления в живой природе”.

Ход урока

I. Организационный момент.

Объявление темы и цели урока.

Презентация.

II. Повторение и закрепление знаний по теме “Тепловые явления”.

а). Вводная беседа:

Учитель: “Сегодня мы еще раз убедимся, что “физика - основа и опора всех без исключения наук” .На стыке физики и биологии родилась наука бионика, которая помогает инженерам и конструкторам создавать новые машины ,конструкции, совершенствовать технические изобретения. Как много интересных явлений в живой природе можно объяснить опираясь на знания полученные при изучении темы : “Тепловые явления””.

(Раздаются тест задания и дублируются на мультимедийном экране).

б). Тест – контроль:

1. Если в жаркий день лист растения приложить к щеке (совсем необязательно его срывать), то мрожно почувствовать, что он прохладный. Почему?

а). растение поглощает тепло из окружающей среды;

б). растение испаряет в окружающую среду воду, из-за этого внутренняя энергия листа уменьшается и уменьшается его температура;

в). лист растения плохо проводить тепло.

Отв.(б)

1. Когда организм переохлаждается, мышцы начинают дрожать. Какие превращения энергии при этом происходят?

а). внутренняя энергия превращается в тепло;

б). механическая энергия превращается во внутреннюю;

в). внутренняя энергия превращается в механическую.

Отв.:( б)

2. Как изменяется внутренняя энергия человека при переохлаждении?

а). изменяется незначительно;

б). увеличивается, т.к. идет теплообмен с окружающей средой;

в). уменьшается энергия, снижается обмен веществ и замежляется деятельность мозга.

Отв.:(в)

3. Почему густая шерсть верблюда защищает его от холода и жары?

а). между шерстинками есть воздух, который обладает плохой теплопроводностью;

б). шерсть хорошо отражает тепловое излучение;

в). у верблюда большая жировая прослойка.

Отв.:(а)

 4. Почему “шубка” спасает шмелей от вымерзания?

а). “шубка” задерживает конвекционные потоки, замедляет теплоотдачу и лучеиспускание;

б). нет конвекционных потоков;

в). нет теплообмена с окружающей средой;

Отв.:(б)

 5. Для обогрева жилища в Арктике используют все, что горит (жир тюленей, моржей, белых медведей, карликовые деревца, торфяной дерн, сухую траву). Торфяной дерн нарезают брикетами и подсушивают, сухую траву связывают в пучки. Во сколько раз при горении торфа выделяется больше тепла, чем при горении сухой травы той же массы?

q торфа=14 x 10 7 Дж\кг

а). в 3 раза больше;

б). примерно одинаково;

в). в 1,5 раза меньше.

Отв.: (б)

6. Сколько сухих дров нужно сжечь, чтобы нагреть воду в аквариуме, где разводят тритонов? Объем воды 100 литров, вода нагревается на 5? С.

а). 0,21 кг.;

б). 2,1 кг.;

в). 0,021 кг.

Отв.:(а)

III. Решение задач по теме урока:

а. Задачи:

1. Термотаксис у амебы обыкновенной отрицательный; она перебирается из более теплой в менее нагретую часть водоема .

Объясните поведенние амебы?

Отв. (амеба реагирует на температуру воды).

2. Мышка дрожит не только от холода, но и для того, чтобы согреться.При дрожании скелетных мышц тепла выделяетсяуж не так и много, но биохимические реакции выделения тепла резко ускоряются. Подрожит мышка, постучит зубками и запустит на полную мощность свою отопительную систему.

Вопрос: А почему изменяется внутренняя энергия мышки?

Отв. (Механическая энергия мышки превращается во внутреннюю энергию).

3. Прижился на архипелаге Шпицберген завезенный сюда в 1920 годах из Гренландии овцебык.Стадо этих могучих приземестых копытных, покрытых густой и длинной, до земли, шерстью, заметно выросло за последние годы, благо на Шпицбергене нет их главных врагов- волков. В суровые зимы самки овцебыков прячут маленьких детенышей у себя под брюхом, где в любую пургу тепло и уютно в пологе из шерсти. Сейчас овцебыков на Шпицбергене больше сотни, а ведь вначале было всего 17.

Вопрос: Почему же малышам под брюхом матери тепло и уютно, несмотря на отрицательную температуру воздуха?

 Отв.( Шерсть плохо проводит тепло).

4. Холод влияет на физическую активность работоспособность человека. Цепенеют не только мышцы, но и мозг, воля, без которой любая борьба обречена на поражение.

Поэтому в зоне низких температур, например в Арктике, деятельность человека начинается с мер по защите от холода: строительства убежищ, разведения костра, приготовления горячей пищи.

Вопрос: Как изменяется внутренняяэнергия организма при переохлаждении?

Отв. (Уменьшается.Понижается температура человеческого тела, а следовательньно, замедляются все функции организма).

5. Лохматая шубка позволяет шмелям собирать нектар и пыльцу доже в Заполярье.

Под такой одежкой тело шмеля при усиленной работе мышц нагревается до 40 градусов. И чем севернее летает шмель, тем он крупнее и лохматее. В тропиках шмелей нет- пероегреваются.

Вопрос: Почему шубка спасает шмелей от вымерзания?

Отв.( Защитный покров шмеля задерживает конверсионные потоки, замедляя теплоотдачу и лучеиспускание)

6. Загорать муравьинному народу некогда- все дни в трудах. И только ранней весной, когда растает снег, можно увидеть их на крыше муравейника “загорающими”, вяло копошащимися и, кажется, никуда не спешащими. Но это только кажется.

Оказывается, другая часть муравьев в это время спускается по корридорам в нижние этажи подземелья. Поостыв,они снова бегут наверх погреться. Так и циркулируют, муравьи навстречу друг другу.

Вопрос: Объясните поведение муравьев ранней весной?

Отв. ( Так муравьи греют, или правильно сказать, нагревают муравейник).

7. Белого медведя часто называют неутомимым скитальцем Арктики. Чаще всего его можно увидеть неспешно бредущим среди бескрайних снежных полей или ледяных торосов. У этого громадного зверя железные мышцы. От холода его укрывает толстый слой жира и белая или чуть золотистая шкура с густой шерстью. Даже подошвы лап защищены мехом. Зверь способен вплавь в ледяной воде открытого океана покрывать расстояния в десятки километров.

Вопрос: Что спасает белого медведя от замерзания в условиях Арктики?

Отв.( Шерсть обладает плохой теплопроводностью, а вместе с рыхлым подкожным жиром – это просто идеальный вариант теплозащиты).

8. В состоянии покоя и на голодный желудок человеческое тело вырабатывает за сутки столько энергии, что ее хватило бы для нагревания 20 л. воды от 10oС до купения.

Тепла, выделяющегося при работе дровосека в течение 8 ч., достаточно, чтобы нагреть до кипения 100 л.воды.

Вопрос: Какую энергию вырабатывает чевовеческое тело в покое и при 8-часовой рубке дров?

На экране условия задачи оформлены в виде двух вариантов:

I-вариант II-вариант
Дано:

V=20л.=0,02 м3

Р=1000 кг/м3

t1=10oС

t2=100oС

С= 4200 Дж\кг?С

Дано:

V=100л.=0,1 м3

Р=1000 кг/м3

t1=10oС

t2=100oС

С=4200 Дж\кг?С

Q1=? Q2=?

Решение задачи по вариантам. Решение показывают на доске.

9. Среди необычных растений выделяется неопалимая купина. Поднесите к ней горящую спичку и куст вспыхнет ярким пламенем.Вспыхнет и тут же погаснет. Листья при этом останутся нетронутыми огнем. Секрет “неопалимой” давно раскрыт – это эфироносное растение.Листья его выделяют летучие вещества, которые вспыхивают и горят, словно порох. А если вы прикоснетесь к этим листьям голой рукой, то мелкие эфирные капельки обожгут кожу. Горящее и не срорающее растение, конечно же, почиталось как чудесное, священное. Недаром о неополимом кустарнике рассказывает Библия.

Вопрос: Объясните, почему при горении эфирных веществ листва неопалимой купины не подвергается термическим ожогам.

Отв. ( Эфир сгорает оченьбыстро и теплообмен не происходит).

Сколько энергии выделится при сгорании 1 г. эфира и какую массу воды можно нагреть на 20o c этим количеством теплоты?

Дано:

m1= 0,001 кг.

q = 2 x 106 Дж/кг

t = 20oС

С = 4200 Дж/кг ·oC

________________

m2 - ?

б. Инсценировка веселой задачи “Утюг-телефон”.

Больной с обожженными ушами прищел к врачу.

Врач: “Что случилось с вашими ушами?”Больной: “ Понимаете, я смотрел по телевизору футбол, а мама гладила белье. Она поставила утюг возле телефона, и, когда он зазвонил, я схватил утюг вместо телефонной трубки”.

Врач: “ Ну, а что случилось с другим ухом?”

Больной: “ Так зто приятель перезвонил снова”

Вопрос: Почему же больной не обжег руки?

Ответ: (Видимо, ручка утюга обладает по сравнению с металлической частью плохой теплопроводностью.)

IV. Закрепление знаний по теме.

Тест-контроль:

В суровые зимы самки овцебыков прячут маленьких детенышей у себя под брюхом, где в любую погоду тепло и уютно в пологе из шерсти. Почему?

а). шерсть плохо проводит тепло;

б). под брюхом самки есть конвекционные потоки:

в). детеныш может лежать, согреваясь тем самым.

Отв.(а)

Если в жаркий день лист растения прилолжить к щеке ( совсем необязательно его срывать), то можно почувствовать , что он прохладный. Почему?

а).растения поглощают тепло из окружающей среды,

б).растение испаряет в окружающую среду воду, из-за этого внутренняя энергия листа уменьшается и уменьшается его температура,

в).лист растения плохо проводит тепло.

Отв. (б)

 Что препятствует охлаждению тела птицы во время полета?

а). высокая температура тела,

б). плохая конвекция во время полета;

в). высокая температура тела и высокая теплоизоляция.

Отв. (б)

 За сутки человеческий организм получает в среднем 10.900 кДж энергии, а теряет теплопроводностью и конвекцией 2260 кДж; излучением 3390 кДж; испарением 1880 кДж. Какое количество энергии остается для нормального функционирования организма?

а). 2370 кДж;

б). 3370 кДж:

в). 0 кДж.

Отв. (в)

 Даже в тропиках, где температура океанской воды относительновысокая ( 22oС), длительное пребывание в воде ведет к переохлаждению организма , и человек погибает. Какое количество теплоты теряет человек массой 70 кг., если организм его остывает за час на 0,03oС?

Сч=3350 Дж/кгoС

а). 4,2 кДж;

б) 7035 Дж;

в). 1 кДж.

Отв.(б)

Для чего киту толстый слой жира?

а). жир не дает киту утонуть;

б). жир спасает от переохлаждения, т.к.у него прохая теплопроводность;

в). рыхлая жировая ткань ускоряет процесс теплообмена.

Отв. (в)

Задача:

Все птицы – теплокровные.Температура тела у них постоянна. Она выше, чем у млекопитающих, и равна примерно 42oС, а у некоторых видов- 45 – 45,5oС. Тело их покрыто перьями, а передние конечности превратились в орган полета – крылья.

Какую роль играет сезонное изменение длины и густоты оперения?

Отв. ( Роль терморегуляции).

V. Итоги урока.

а). Вопросы по теме урока:

- Какие виды теплопередачи мы сегодня рассмотрели?

- Приведите свои примеры теплопередачи в живой природе

б). Выстапвление оценок.

VI. Домашнее задание.