Интегрированный урок (физика + биология) "Прочнее гранита"

Цели урока:

1. Повторить основные характеристики костей, их строение и химический состав;
2. Выяснить какую роль для живых организмов играет прочность их опорно- двигательного аппарата;
3. Выявить характеристики костей, влияющие на прочность костей;
4. Познакомить учащихся с видами деформаций;
5. Учить обучающихся объяснять биологические явления с точки зрения физики;
6. Развивать умение обобщать, сравнивать при проведении опытов;
7. Учить выдвигать идеи и отстаивать свою точку зрения.

Оборудование: кости птицы, штатив, набор грузов по 100г, кусочки гранита, дерева, бетона, изделия из стали.

2. Повторение пройденного материала.

Беседа по вопросам.

• Каково строение опорно-двигательного аппарата? (скелет и мышцы)
• Из чего состоит скелет? (череп и скелеты туловища, верхних и нижних конечностей)
• Для чего служит скелет? (служит опорой телу, вместе с мышцами создает форму тела)
• Какова основная функция мышц? (осуществляют движение тела в пространстве)
• Почему кости имеют разные размеры и форму?

3. Актуализация темы.

Вступительное слово учителя.

Итак, каркасом тела служит скелет, состоящий примерно из 200 костей, большинство из которых соединено между собой таким образом, что при движении изменяется их относительное расположение. Кости приводятся в движение скелетными мышцами, каждая из которых прикрепляется к двум различным костям. При возбуждении мышцы ее длина уменьшается, и угол между соответствующими костями скелета изменяется.

Форма, размеры и внутренняя структура кости должна определяются ее функцией в скелете. Как любые строительные элементы кости скелета испытывают деформации. Что же такое деформация? Обратимся за разъяснением к физикам.

5. Обсуждение содержания видеофильма.

Какие виды деформаций испытывают кости нашего скелета при занятии спортом? (демонстрируются соответствующие иллюстрации)

• Тяжелая атлетика (штангист с поднятой штангой);
• Гимнастика (упражнения на перекладине, кольцах);
• Футбол (момент удара ногой по мячу);
• Фигурное катание.

В результате обсуждения обучающиеся приходят к выводу, что кости испытывают все виды деформаций. При этом нагрузки достаточно велики и, значит, кости должны быть прочными.

Учитель подводит итог обсуждения: “В основном кости нашего скелета работают на сжатие и растяжение или на изгиб.”

Учитель: Как вы думаете, какой из следующих материалов самый прочный: сталь, бетон, гранит, кость, дерево?

(Детям дают рассмотреть, попробовать на прочность кости, кусочки гранита, дерева, бетона, изделие из стали. Обращается внимание на то, что сталь, бетон придают прочность зданиям и различным конструкциям; о дереве говорят- крепок как дуб; а гранит считается самым прочным природным материалом(“гранитная скала”, “гранит науки” и т. д.)).

В результате рейтинг примерно таков: сталь, гранит, бетон, кость, дерево.

Физик (роль Физика может играть старшеклассник): Ученые провели опыты и установили следующий факт: (высвечивается следующая таблица)

Таблица №1

Механические характеристики различных материалов.

Учитель: Итак, кость очень прочный материал, прочнее гранита. Однако, самая опасная деформация для кости - это изгиб. Именно при изгибе ломаются кости. Рассмотрим, какую нагрузку могут выдержать дерево и кость.

Физик: они должны быть одного диаметра. (Проверяет штангенциркулем)

Проводится опыт. Кость птицы и деревянную палочку закрепляют горизонтально на штативе и к свободному концу подвешивают грузики по 100г. Фиксируют, при какой массе грузов ломаются данные тела.

При проведении опыта Физик задает вопросы, учитель записывает их на доске.

1. Какие силы действуют?
2. Как их можно рассчитать?
3. Как направлены эти силы?
4. Влияет ли на результат расстояние от точки от точки закрепления тела до точки подвешивания груза?

Выслушиваются все мнения. Правильные ответы обучающимся не сообщаются. Предлагается домашнее задание: найти ответы на данные вопросы в учебнике физики.

Учитель: Итак, опыт показал, что кости достаточно прочны. Что же им придает такую прочность? Причиной высокой прочности является ее композиционная природа. Кость состоит из минеральных и органических веществ. Твердость кости обеспечивается кристаллами минерального вещества. (Демонстрируется прокаленная кость, из которой удалены органические вещества. При малейшем ударе кость разрушается.) Что бы при ударах кость не разрушалась, она должна быть эластичной. Эластичность ей придает органическое вещество – коллаген.

(Демонстрируется декальцинированная кость, т.е. кость, выдержанную в 10? растворе соляной кислоты несколько дней. Предварительно кость надо хорошо выварить и высушить.)

Физик: Какой запас прочности у наших костей?

Задача: Плечевая кость человека имеет площадь поперечного сечения примерно 3,3 см². Груз какой массы может выдержать эта кость, находясь в вертикальном положении и работая на сжатие?

Обучающиеся решают задачу самостоятельно, а затем проверяют решение по записи на доске.

Решение:

3,3см²=330мм²

Используя данные таблицы, вычисляем нагрузку.

170Н/мм² • 330мм²=56100Н
56100Н/9,8м/с²=5724кг=5,724т

6. Закрепление изученного материала.

Разгадывание кроссворда. (Работа в парах)

1. Деформация, которую испытывают наши кости;
2. Орган, выделяющий гормон роста, который обеспечивает рост костей;
3. Вещество, обеспечивающее гибкость костей;
4. Тонкая оболочка, покрывающая кость снаружи;
5. Химический элемент, входящий в состав кости;
6. Составляющая опорно- двигательного аппарата;
7. Подвижное соединение костей.

Ответы:

1. Изгиб;
2. Гипофиз;
3. Коллаген;
4. Надкостница;
5. Кальций;
6. Скелет;
7. Сустав.

Учитель: По вертикали: название науки, которая изучает строение и жизнедеятельность организмов для создания новых приборов механизмов и совершенствования существующих.

7. Подведение итогов урока. Оценивание ответов обучающихся.