Цель урока: обобщить и расширить знания учащихся об электрических явлениях в живой природе.
Задачи:
- развивать монологическую речь, все виды памяти, логическое мышление, наблюдательность, работать с дополнительной литературой, развивать способность анализировать и обобщать полученные данные;
- формировать коммуникативную и эмоциональную культуру, способствовать расширению кругозора;
- продолжать показ взаимосвязанности явлений в окружающем мире.
Оборудование: процессор, проектор, интерактивная доска, презентации учащихся, коллекция спилов стволов деревьев, таблицы: "Строение кожи человека", "Электрические органы рыб", электрофорная машина.
Оформление доски: тема урока-конференции, дата, цитата.
"Физика не только может, но и должна глубоко вторгаться в биологию, как своими средствами исследования,
так и свойственными ей теоретическими представлениями".
Академик Л.А.Арцимович
План конференции:
а) вступительное слово учителя физики;
б) доклады учащихся и комментарии к ним учителя физики и биологии;
в) выводы и обобщения учащихся.
Подготовка к конференции: за 2 недели до проведения конференции ученикам класса предлагаются на выбор темы предполагаемых докладов, учащиеся изучают вопрос, подбирают с помощью учителя физики и биологии необходимую литературу и иллюстрированный материал, создают презентации, оформляют доклад по заданной теме и выступают на конференции.
Ход конференции
Конференция проводится в кабинете физики. Проводят конференцию учащиеся 8 класса. Присутствуют все желающие.
Учитель физики. Характерной приметой нашего времени является взаимопроникновение различных наук, рождение комплексных отраслей знаний и их бурное развитие. Например, буквально на наших глазах возникли такие науки, как биофизика, бионика, биохимия. Биофизика - это наука о физических и физико-химических явлениях, протекающих в живых организмах и лежащих в основе жизненных процессов, а также о действии физических факторов на живые организмы. Ребята, вы, конечно, слышали о научных конференциях, которые проводят ученые, специализирующие в различных областях науки. На конференциях встречаются ученые из разных стран, знакомятся и обмениваются опытом и идеями. А доклады, с которыми выступают ученые из разных стран, информируют всех о последних достижениях науки и о пока еще не решенных проблемах. Конечно, мы с вами пока не являемся учеными. Мы просто изучаем науки о природе, поэтому тема нашей конференции - "Электрические явления в живой природе". (Слайд 1)
Учащиеся записывают тему в тетради.
Учитель физики. Молния и гром - это одно из грозных, но величественных явлений, с которыми человек был знаком еще с древности. Разбушевавшаяся стихия, обрушивалась на него в виде ослепляющий гигантских молний, грозных громовых ударов, ливня и града. В Страхе перед грозой люди обожествляли ее, считая орудием богов. Но человек, наблюдая, накапливал свои знания и благодаря самоотверженному труду, таинственный покров с грозы был снят. Сейчас известно электрическое происхождение этих грозных явлений.
Какие бывают молнии? К чему приводит их действие? Как защитить себя от молний? Сейчас мы послушаем доклад о молниях. (Слайд 2)
Доклад ученицы. Момлния - гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно происходит во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. (Слайд3) Молнии также были зафиксированы на Венере, Юпитере, Сатурне и Уране. Ток в разряде молнии достигает 10-20 тысяч ампер, поэтому мало кому из людей удается выжить после поражения их молнией. (Слайд 4) Электрическая природа молнии была раскрыта в исследованиях американского физика Б. Франклина, по идее которого был проведён опыт по извлечению электричества из грозового облака. Широко известен опыт Франклина по выяснению электрической природы молнии. В 1750 им опубликована работа, в которой описан эксперимент с использованием воздушного змея, запущенного в грозу. Опыт Франклина был описан в работе Джозефа Пристли. (Слайд 5)
Средняя длина молнии 2,5 км, некоторые разряды простираются в атмосфере на расстояние до 20 км. Молнии - серьезная угроза для жизни людей. Поражение человека или животного молнией часто происходит на открытых пространствах т.к. электрический ток идет по кратчайшему пути "грозовое облако-земля". Часто молния попадает в деревья и трансформаторные установки на железной дороге, вызывая их возгорание. Поражение обычной линейной молнией внутри здания невозможно, однако бытует мнение, что так называемая шаровая молния может проникать через щели и открытые окна. Обычный грозовой разряд опасен для телевизионных и радиоантенн расположенных на крышах высотных зданий, а также для сетевого оборудования.
В организме пострадавших людей от молнии отмечаются такие же патологические изменения, как при поражении электротоком. Жертва теряет сознание, падает, могут отмечаться судороги, часто останавливается дыхание и сердцебиение. На теле обычно можно обнаружить "метки тока", места входа и выхода электричества. В случае смертельного исхода причиной прекращения основных жизненных функций является внезапная остановка дыхания и сердцебиения, от прямого действия молнии на дыхательный и сосудодвигательный центры продолговатого мозга. На коже часто остаются так называемые знаки молнии, древовидные светло-розовые или красные полосы, исчезающие при надавливании пальцами (сохраняются в течение 1 - 2 суток после смерти). Они - результат расширения капилляров в зоне контакта молнии с телом.
При поражении молнией первая медицинская помощь должна быть неотложной. В тяжелых случаях (остановка дыхания и сердцебиения) необходима реанимация, её должен оказать, не ожидая медицинских работников, любой свидетель несчастья. Реанимация эффективна только в первые минуты после поражения молнией, начатая через 10 - 15 минут она, как правило, уже не эффективна. Экстренная госпитализация необходима во всех случаях.
Учитель физики. Теперь молнию люди научились побеждать - это уже не загадочное явление. Человек может отвлечь молнию от своих жилищ с помощью высоких, заземленных, металлических стержней - громоотводов, правильнее - молниеотводов.
И в школе можно наблюдать молнию (миниатюрную), и мини-гром можно услышать, используя электрическую машину. (Демонстрационный эксперимент: разряд между кондукторами электрофорной машины, шарики - мини-тучи).
Если человек отвлекает молнию, то растения, животные и птицы беззащитны перед молниями. Кого же поражает молния? От чего это зависит? Куда ударит молния? ( Ответы учащихся).
Учитель биологии. Высокие деревья - частая мишень для молний.(Слайд 6) На реликтовых деревьях-долгожителях легко можно найти множественные шрамы от молний. Считается, что одиночно стоящее дерево чаще поражается молнией, хотя в некоторых лесных районах шрамы от молний можно увидеть почти на каждом дереве. Сухие деревья от удара молнии загораются. Чаще удары молнии бывают направлены в дуб, реже всего - в бук, что, по-видимому, зависит от различного количества жирных масел в них, представляющих большое сопротивление электричеству. Молния проходит в стволе дерева по пути наименьшего электрического сопротивления, с выделением большого количества тепла, превращая воду в пар, который раскалывает ствол дерева или чаще отрывает от него участки коры, показывая путь молнии. В следующие сезоны деревья обычно восстанавливают поврежденные ткани и могут закрывать рану целиком, оставив только вертикальный шрам. Если ущерб является слишком серьезным, ветер и вредители в конечном итоге убивают дерево.
Каково различие в строении срезов стволов у хвойных и лиственных деревьев? ( Работа учащихся с коллекцией образцов древесины).
Учитель биологии (подводит учащихся к выводу: уязвимость при поражении молниями связана с плотностью дерева). У смолистого дерева, например, сосны, сопротивление сердцевины значительно больше, чем коры и подкоркового слоя. Поэтому в сосне электрический ток проходит главным образом по наружным слоям ствола, не проникая вовнутрь. ( Работа с коллекцией образцов древесины).
Деревья являются естественными громоотводами, и, как известно, обеспечивают защиту от удара молнии для близлежащих зданий. Посаженные возле здания, высокие деревья улавливают молнии, а высокая биомасса корневой системы помогает заземлять разряд молнии. Из деревьев, пораженных молнией, делают музыкальные инструменты, приписывая им уникальные свойства.
А сейчас предоставляется слово докладчику, который продолжит рассказ об электрических явлениях в растениях.
Доклад ученика. Первые бесспорные доказательства существования электрических процессов в растительных тканях были получены в середине ХIХ в. Так называемые токи повреждения, ранее обнаруженные у животных, обнаружились и в различных растительных тканях. Срезы листьев, стебля, клубней всегда заряжены отрицательно по отношению к нормальной ткани. Стали накапливаться сведения об электрических явлениях, сопровождающих фотосинтез, дыхание. Выяснилось, что в момент гибели некоторых растительных тканей их потенциал резко возрастает. Индийский исследователь Бос, соединил внешнюю и внутреннюю части зеленой горошины с гальванометром и затем нагрел ее до температуры 60 С. При этом был зарегистрирован электрический потенциал 0,5 В! (Слайд 7) Способность многих цветов и листьев складываться или раскрываться в зависимости от времени суток связано с электрическими сигналами. В природе это цветы - часы. Закрытие листьев можно стимулировать искусственно с помощью электрического раздражения. Оказалось, что при механическом раздражении некоторых частей цветка возникают электрические импульсы, передающиеся по железистым клеткам в проводящие пучки, и, достигая нектарника, стимулируют его деятельность.
Общеизвестны фантастические способности пчел за многие километры отыскивать медоносные цветки и безошибочно угадывать свой домик из тысячи таких же других. Полезные для человека свойства пчел способствовали изучению их биологических особенностей лучше других насекомых. Мы знаем, что у пчел имеется множество рецепторов чутко воспринимающих различные изменения погодных условий. Американский ученый Э.Эриксон недавно обнаружил, что пчела несет на себе электрический заряд, и вполне возможно, как полагает ученый, что электрический заряд, величина которого зависит от степени солнечной радиации помогает пчелам узнавать о приближении непогоды. И не случайно, очевидно, пчелы при хорошей погоде, по наблюдениям пчеловодов, иногда не вылетают из ульев, а сидят там и гудят, что является признаком приближения дождя. А иногда, наоборот, небо в тучах, гремит даже гром, но пчелы энергично работают. Пчеловоды довольны - будет хорошая погода. Кроме того,
вылетающая из улья пчела несет слабый отрицательный электрический заряд. В ходе полета она создает вокруг себя электрическое поле, а заряд сменяется на положительный и усиливается до 1,5- 1,8 вольт, особенно в ясную погоду. Разность потенциалов между цветком и пчелой необходима для магнитного притяжения пыльцевых зерен к волосяному покрову пчелы. Электрический заряд вернувшейся в улей пчелы вместе с тем служит своеобразной информацией о местонахождении источника медосбора, расстоянии до него.
Учитель биологии. Есть ли еще животные, у которых вырабатывается электрический ток в организме? А сейчас давайте послушаем доклад об электрических рыбах.
Доклад ученика. Электрические рыбы существуют на Земле уже миллионы лет. Их остатки найдены в очень древних слоях земной коры - в силурийских и девонских отложениях. (Слайды 8,9,10) На древнегреческих вазах встречаются изображения электрического морского ската торпедо. В сочинениях древнегреческих и древнеримских писателей-натуралистов немало упоминаний о чудесной, непонятной силе, которой наделен торпедо. Врачи древнего Рима держали этих скатов у себя в больших аквариумах. Они пытались использовать торпедо для лечения болезней: пациентов заставляли прикасаться к скату, и от ударов электрического тока больные будто бы выздоравливали. Даже в наше время на побережье Средиземного моря и атлантическом берегу Пиренейского полуострова пожилые люди бродят иногда босиком по мелководью, надеясь излечиться от ревматизма. У мормирид соотношение веса мозга к весу тела достигает 1:50 - это почти как у человека и гораздо больше, чем у неэлектрических рыб. (Слайды 11,12) Объекты, отличающиеся по электропроводности от воды, искажают поле, которое создает рыба во время разряда. Электрорецепторная система воспринимает эти искажения и таким образом обнаруживает и различает предметы. У электрочувствительных животных рыла, на которых электрорецепторы расположены особенно густо, могут иметь причудливые формы. Как правило, это отражается в названиях животных. (Слайд 13)
Учитель физики. Электрические органы у рыб стали прообразами первых источников тока, однако все начиналось с опытов Луиджи Гальвни. (Слайд 14)
Доклад ученика. Итальянский врач Луиджи Гальвани (1737 - 1798) обнаружил, что если к обезглавленному телу лягушки подвести электрическое напряжение, то будут наблюдаться сокращения ее лапок. Так он показал воздействие электрического тока на мышцы. Поэтому его по праву называют отцом электрофизиологии. Русский ученый Василий Владимирович Петров в 1802 году изготовил огромную батарею: она состояла из 4200 медных и цинковых кружков, между каждой парой которых были картонные кружочки, пропитанные раствором нашатыря. Напряжение на зажимах этой батареи составляло 650-1700В. Это был первый в истории источник постоянного тока сравнительно высокого напряжения.
После рассказа учитель физики демонстрирует гальванические элементы.
Учитель биологии: "А может ли человек стать источником тока?"
Доклад ученика. Ткани живых организмов весьма разнородны по составу. Органические вещества, из которых состоят плотные части тканей, представляют собой непроводники электричества. Однако они содержат жидкость, растворы электролитов и поэтому являются относительно хорошими проводниками. Также проводниками являются роговой слой кожи, сухожилия и, особенно, костная ткань без надкостницы.
Электропроводность кожи, через которую ток проходит главным образом по каналам потовых и отчасти сальных желез, зависит от трещин и состояния ее поверхностного слоя. Тонкая и особенно влажная кожа, а также кожа с поврежденным наружным слоем эпидермиса хорошо проводит ток. Наоборот, сухая огрубевшая кожа - весьма плохой проводник. Электрический ток, проходя через организм человека, возбуждает живые ткани организма. Степень возникающих изменений зависит от силы тока и его вида (переменный или постоянный). (Слайд 15)
Ток 1мА считается безопасным для человека. Максимальные токи - до 13мА, при которых человек в состоянии освободиться от контакта с электродами, называются отпускающими токами; токи до 15 мА приобретают такую силу, что разжатие руки становится невозможным. Если ток от внешнего источника пропустить через сердце, то возникают нескоординированные сокращения желудочков. Этот эффект называется желудочковыми фибрилляциями (рассказ об использовании электрического тока для дефибрилляции - пропускать через сердце ток 10А за несколько секунд).
Посредством тока в организм можно ввести лекарственные вещества, эта процедура называется электрофорезом. В процессе жизнедеятельности в клетках, в тканях и в органах человека образуются разности электрических потенциалов, называемые биопотенциалами. Эту разность потенциалов можно измерить с помощью электродов, а затем усилить и записать на движущейся пленке регистрирующего устройства. Полученный таким образом график зависимости изменения биопотенциалов от времени позволяет проследить за работой того или иного органа.
Наверное, все вы слышали об электрокардиографии. Электрокардиография или ЭКГ - это регистрация биопотенциалов сердца человека. А график, полученный в результате ЭКГ, называется электрокардиограммой.
Медики широко используют электрокардиографию для диагностики заболеваний сердца. Сегодня врач скорой помощи за 15-20 минут, сняв ЭКГ, может определить, нет ли у больного инфаркта, и, в случае необходимости, оказав больному немедленную медицинскую помощь, доставить его в больницу.
Подведение итогов конференции. Беседа по вопросам. (Слайд 16)
Учитель физики. Казалось бы человеку сегодня все ясно с электрическими явлениями. Мы рассмотрели некоторые примеры в живой природе, которые помогли самым любознательным людям выяснить причину многих из них. Но! Окончательных побед в науке не бывает.
Учитель биологии. Итак, выслушав сообщения наших ученых, мы пришли к выводу, что живые организмы - это сложная биологическая система, которую необходимо изучать с точки зрения как биологии, так и других естественных наук.
Творческое домашнее задание. Выполнить рисунки, на которых будут изображены электрические рыбы.