Интегрированный урок посвящен актуальным проблемам, рассматриваемым как с биологической, так и с физической точки зрения. Подготовка к уроку предполагает проектную деятельность учащихся при подборе материалов, как в открытой печати, так и в интернет, и их оформление. Презентацию работы осуществляют учащиеся на уроке. Учителя физики и биологии освещают соответствующие этапы урока совместно. В презентации представлены материалы по чернобыльской трагедии.
Цели урока:
обучающая: обобщить и актуализировать знания учащихся о явлении радиоактивности и его влиянии на биологические объекты;
развивающая: расширить знания учащихся о различных сторонах проявления радиоактивности и проблемах ее использования в мирных целях;
воспитательная: сформировать правильное отношение к данной проблеме как одной из сторон взаимодействия человека и природы.
План урока:
- история открытия радиации;
- источники радиации;
- виды радиационного излучения;
- допустимые дозы;
- радиационные эффекты облучения человека;
- влияние радиации на другие живые организмы;
- экологические радиационные катастрофы;
- защита от радиации;
- мирное использование радиационного излучения;
- заключение;
- подведение итогов урока.
Ход урока
I. Организационная часть.
II. Основная часть.
Вступительное слово учителя.
Ребята! Сегодняшний урок необычен. Проходить он будет в кабинете физики, но тема нашего урока охватывает не только материал курса физики, но и биологии. Поэтому вести его совместно со мной будет Куприянова Наталья Борисовна – учитель биологии. Урок посвящен биологическому действию радиации. Наша цель - обобщить и актуализировать знания о явлении радиоактивности и его влиянии на биологические объекты. Все вы готовились к нему, подбирали и изучали материал, готовили презентации, работая над большим проектом “ Невидимая угроза”. Сегодня мы подводим итоги.
Начнем мы защиту проекта с истории открытия радиации (Приложение 1).
Слайд 4. Радиоактивные элементы входили в состав Земли с начала ее существования и продолжают присутствовать до настоящего времени. Однако само явление радиоактивности было открыто всего сто лет назад.
Слайд 5. В 1896 году французский ученый Анри Беккерель случайно обнаружил, что после продолжительного соприкосновения с куском минерала, содержащего уран, на фотографических пластинках после проявки появились следы излучения. Позже этим явлением заинтересовались Мария Кюри (автор термина “радиоактивность”) и ее муж Пьер Кюри. В 1898 году они обнаружили, что в результате излучения уран превращается в другие элементы, которые молодые ученые назвали полонием и радием.
Слайд 6. Радиация, или радиоактивное излучение – это излучение энергии в виде частиц или электромагнитных волн, прохождение которых через вещество приводит к ионизации и возбуждению атомов и молекул среды. Ионизация – это процесс отрыва электронов. В результате ионизации из нейтральных атомов или молекул образуются положительно заряженные ионы и свободные электроны.
Слайд 7. Источники радиационного излучения. Источники радиоактивного излучения весьма разнообразны, но их можно объединить в две большие группы: естественные и искусственные (созданные человеком). Причем основная доля облучения (более 75% годовой эффективной эквивалентной дозы) приходится на естественный фон.
Слайд 8. К естественным источникам радиации относятся космические лучи, земная кора, строительные материалы и др.
Слайд 9.
- Естественные радионуклиды делятся на четыре группы: долгоживущие (уран-238, уран-235, торий-232); короткоживущие (радий, радон); долгоживущие одиночные, не образующие семейств (калий-40); радионуклиды, возникающие в результате взаимодействия космических частиц с атомными ядрами вещества Земли (углерод-14).
- Разные виды излучения попадают на поверхность Земли либо из космоса, либо поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре, причем земные источники ответственны в среднем за 5/6 годовой эффективной эквивалентной доз, получаемой населением, в основном вследствие внутреннего облучения.
- Уровни радиационного излучения неодинаковы для различных областей. Кроме того, чем больше удаление от земной поверхности, тем интенсивнее космическое излучение.
- Уровни земной радиации также распределяются неравномерно по поверхности Земли и зависят от состава и концентрации радиоактивных веществ в земной коре. Так называемые аномальные радиационные поля природного происхождения образуются в случае обогащения некоторых типов горных пород ураном, торием, на месторождениях радиоактивных элементов в различных породах, при современном привносе урана, радия, радона в поверхностные и подземные воды, геологическую среду.
- По территории России зоны повышенной радиоактивности также распределены неравномерно и известны как в европейской части страны, так и в Зауралье, на Полярном Урале, в Западной Сибири, Прибайкалье, на Дальнем Востоке, Камчатке, Северо-востоке.
- Среди естественных радионуклидов наибольший вклад (более 50%) в суммарную дозу облучения несет радон и его дочерние продукты распада (в т.ч. радий).
Слайд 10. К искусственным источникам относятся радиоактивные осадки после ядерных испытаний и взрывов на АЭС, медицинские рентгеновские лучи, захаранения ядерных отходов.
Слайд 11. На данной диаграмме указана доля радиоактивного облучения от естественных и искусственных источников радиации.
Слайд 12. Познакомимся с видами радиоактивного излучения. Различают корпускулярное излучение, состоящее из частиц с массой, отличной от нуля, и электромагнитное излучение.
Слайд 13. Электромагнитное излучение. Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц. Этот вид излучения обладает высокой энергией и большой проникающей способностью – задерживается слоем воздуха толщиной около 100 метров и глубоко проникает в человеческое тело. Рентгеновское излучение также представляет собой электромагнитное излучение, возникающее при торможении быстрых электронов в веществе. Его энергия и проникающая способность зависит от того, для каких целей оно применяется (например, диагностика или лечение различных органов).
Слайд 14. Корпускулярное излучение. Альфа-излучение представляет собой ядра гелия, которые испускаются при радиоактивном распаде элементов тяжелее свинца или образуются в ядерных реакциях. Альфа-частицы обладают высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью: полностью задерживаются слоем воздуха толщиной несколько сантиметров или листом обычной бумаги. При облучении человека они проникают лишь на глубину поверхностного слоя кожи. Бета-излучение – это поток электронов или позитронов, которые образуются при бета-распаде различных элементов от самых легких (нейтрон) до самых тяжелых. Бета-излучение способно проходить до полного ослабления несколько сантиметров в воздухе или 1 – 2 см в воде, а в человеческом теле – до двух сантиметров. Нейтронное излучение – это поток ядерных частиц, не имеющих заряда. Нейтроны образуются в ядерных реакциях.
Слайд 15. При нахождении биологических объектов в зоне облучения необходимо регистрировать полученную дозу излучения.
Энергия ионизирующего излучения, поглощенная облучаемым веществом (в частности, тканями организма) и рассчитанная на единицу массы, называется поглощенной дозой излучения (D)
D = E/m
СИ [D] = 1Гр = 1 Дж/кг
Слайд 16. Также вводится термин - поглощенная и эквивалентная дозы
Поглощенная и эквивалентная дозы зависят от времени облучения (то есть от времени взаимодействия излучения со средой). При прочих равных условиях эти дозы тем больше, чем больше время облечения, то есть дозы накапливаются со временем
Слайд 17. И такие термины как коэффициент качества и эквивалентная доза.
Коэффициент качества K показывает, во сколько раз радиационная опасность от воздействия на живой организм данного вида излучения больше, чем от воздействия гамма-излучения (при одинаковых поглощенных дозах).
Для оценки биологических эффектов была введена Эквивалентная доза (Н)
Н = D*K
СИ [Н] = 1Зв (Зиверт)
А теперь мы рассмотрим с точки зрения биологии, как влияет радиация на биологические объекты.
Слайд 18. Эффекты воздействия радиации на человека обычно делятся на две категории
1) Соматические (телесные) - возникающие в организме человека, который подвергался облучению.
2) Генетические - связанные с повреждением генетического аппарата и проявляющиеся в следующем или последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки человека, подвергшегося облучению.
Слайд 19. Радиационные эффекты облучения человека. Соматические эффекты. Генетические эффекты. Лучевая болезнь. Генные мутации. Локальные лучевые поражения. Хромосомные аберрации. Лейкозы. Опухоли разных органов
Слайд 20. Хромосомные аберрации - мутация, изменяющая структуру хромосом. Разделяют делеции, инверсии , дупликации, транслокации. Хромосомные аберрации носят как правило патологический характер, нередко приводя к летальности организма с аберрацией
Слайд 21. На слайде показан механизм хромосомных мутаций и аберраций.
Слайд 22. В приведенной таблице указано число случаев на 100 000 человек при индивидуальной дозе облучения 10 мЗВ.
Слайд 22. Чувствительность к радиации разных систем и органов человека различна.
Слайд 23. Лучевая болезнь - заболевание, возникающее от различных видов ионизирующих излучений, действующих на значительные области тела и вызывающих гибель преимущественно делящихся клеток организма
Слайд 24. В данных таблицах указано число случаев заболевания раком на 100 000 человек при индивидуальной дозе облучения 10 мЗВ..
Слайд 25. И воздействие различных доз облучения на человеческий организм.
Слайд 26. Выбросы радиоактивных отходов в атмосферу и гидросферу приводят к заражению человека.
Слайд 27. При попадании элементарных частиц (? -кванты, электроны, протоны и нейтроны) в ядро происходит ионизация молекул воды, которые нарушают химическую структуру ДНК. В этих местах происходят разрывы ДНК, что приводит к возникновению дополнительных, индуцированных радиацией мутаций.
Слайд 28.Причины мутаций воздействие разнообразных факторов окружающей среды, включая радиацию и ряд химических соединений, приводит к увеличению частоты мутаций.
Слайд 29. Благодаря, радиационной генетике мы теперь знаем, что при попадании элементарных частиц (электроны, протоны и нейтроны) в ядро происходит ионизация молекул воды, которые нарушают химическую структуру ДНК. В этих местах происходят разрывы ДНК, что и приводит к возникновению радиационных мутаций.
Слайд 30-31. После аварии на ЧАЭС вокруг нее была выделена 30-км зона, в которой встречаются мутировавшие животные и растения.
Слайд 32. Опухоль- процесс аномального разрастания ткани, в которой изменения генетического аппарата клеток приводят к нарушению регуляции их роста и дифференцировки.
Слайд 33. Лейкоз (Рак крови) - это быстро развивающееся заболевание костного мозга, при котором происходит бесконтрольное накопление незрелых белых клеток крови в костном мозге, периферической крови и различных внутренних органах.
Слайд 34. На данном слайде показано образование раковых клеток и рак легкого
Слайд 35. Генная мутация - процесс изменения последовательности нуклеотидов какого-либо гена и, как следствие, всего генотипа организма.
Слайд 36. Эти заболевания и изменения в живых организмах происходят в результате экологических и радиационных катастроф. Самой страшной по своим последствиям стала Чернобыльская.
Слайд 37. Чернобыльская АЭС расположена на Украине вблизи города Припять, в 18 километрах от города Чернобыль, в 16 километрах от границы с Белоруссией и в 110 километрах от Киева.
Ко времени аварии на ЧАЭС использовались четыре реактора РБМК-1000 (реактор большой мощности канального типа) с электрической мощностью 1000 МВт (тепловая мощность 3200 МВт) каждый. Ещё два аналогичных реактора строились. ЧАЭС производила примерно десятую долю электроэнергии Украины.
Слайд 38. . Примерно в 1:24 26 апреля 1986 года на 4-м энергоблоке Чернобыльской АЭС произошёл взрыв, который полностью разрушил реактор. Здание энергоблока частично обрушилось. В различных помещениях и на крыше начался пожар. Впоследствии остатки активной зоны расплавились. Смесь из расплавленного металла, песка, бетона и частичек топлива растеклась по подреакторным помещениям. В результате аварии произошёл выброс радиоактивных веществ, в том числе изотопов урана, плутония, йода-131, цезия-134, цезия-137, стронция-90.
Слайд 39. Схема Чернобыльской АЭС.
Слайд 40. Причины аварии.
В современном изложении, причины аварии следующие:
- реактор был неправильно спроектирован и опасен;
- персонал не был проинформирован об опасностях;
- персонал допустил ряд ошибок и неумышленно нарушил существующие инструкции, частично из-за отсутствия информации об опасностях реактора;
- отключение защит либо не повлияло на развитие аварии, либо не противоречило нормативным документам.
Среди специалистов существует консенсус по вопросу о главных причинах аварии, некоторые детали до сих пор остаются неясными.
Слайд 41. Карта загрязнения местности.
Слайд 42-43 – последствия аварии
Слайд 44. Израильские и украинские ученые обнаружили новые доказательства того, что катастрофа на Чернобыльской АЭС в 1986 году привела к генетическим мутациям у детей, родители которых подверглись облучению.
Слайд 45..Последствия аварии.
Слайд 46. В результате аварии из сельскохозяйственного оборота было выведено около 5 млн га земель, вокруг АЭС создана 30-километровая зона отчуждения, уничтожены и захоронены (закопаны тяжёлой техникой) сотни мелких населённых пунктов.
Загрязнению подверглось более 200 000 км2, примерно 70 % — на территории Белоруссии, России и Украины. Радиоактивные вещества распространялись в виде аэрозолей, которые постепенно осаждались на поверхность земли.
Значительному загрязнению подверглись леса. Из-за того, что в лесной экосистеме цезий постоянно рециркулирует, а не выводится из неё, уровни загрязнения лесных продуктов, таких как грибы, ягоды и дичь, остаются опасными.
Слайд 47. Особую угрозу представляют затонувшие подводные лодки.
№1. Норвежское море, глубина 1685 м АПЛ “Комсомолец”.
№2. Советский подводный ракетоносец "К-219" с 50 ЯБП на борту, затонувший в октябре 1986-го возле Бермуд на глубине 5500 м.
№3. Советская АПЛ "К-8", потерпевшая крушение в 1971 г. в Бискайском заливе.
№4. Советская дизельная подлодка "К-129", затонувшая в 1968 г. на глубине 6000 м у Гавайских островов.
№5. Российская АПЛ "Курск " - "К-141", затонувшая 12 августа 2000 г. в Баренцевом море.
Слайд 48. Список заметно расширится, если включить в него также иностранные подлодки с ЯБП, лежащие на дне Мирового океана.
"К-219" раскололся - и в Атлантический океан потекли радиоактивные вещества. А этот ракетоносец выделяет их в более высокой концентрации, нежели остальные затонувшие АПЛ.
К-8" заражает флору и фауну Бискайского залива.
Вялотекущая катастрофа планетарного масштаба уже стартовала.
Слайд 49. Защита от радиации. Удаление работающих от источника заражения на достаточно большое расстояние. Использование преград выполненных из материалов поглощающих излучение.
Слайд 49. Для регистрации радиоактивного излучения используют приборы- дозиметры.
Слайд 50. С их помощью можно измерять рентгеновское, гамма, бета излучения.
Но радиоактивное излучение может приносить не только вред, но и пользу при правильном его использовании.
Слайд 51. Использование радиоактивного излучения.
Слайд 52. В медицине - диагностика заболеваний; лечение онкологических больных;
стерилизация медицинских инструментов и материалов.
Слайд 53. В археологии - определение возраста геологических пород – урал-свинцовым методом оценен возраст Земли (около 4,5 млрд. лет);
- радиоуглеродный метод позволяет установить возраст предметов, имеющих биологическую природу, с точностью 50 лет в диапазоне 1000 – 50000 лет: например, на основе измерения содержания углерода в веревочных сандалиях, найденных в пещере в штате Орегон, был подтвержден факт существования 9000 лет назад доисторических людей на территории США;
Слайд 54. В сельском хозяйстве: предпосевная обработка семян, повышающая урожайность; обеззараживание стоков животноводческих ферм;
Слайд 55. Заключение.
После катастрофы Хиросимы и Нагасаки, аварии на Чернобыльской АЭС и прочих ЧС, связанных с распространением радиоактивных веществ в атмосфере, человек в полной мере ощутил на себе все ужасные последствия, вызванные взаимодействием радиационного излучения с окружающей средой и с живыми организмами, последствие которых до сих пор не изучено в полной мере. Дальнейшее исследование в этой области помогут человечеству сократить количество подобных катастроф и научиться использовать радиацию только на благо себе.
III. Подведение итогов урока. Награждение грамотами учащихся принявших активное участие в подготовке проекта и проведении урока.
Использованные материалы
1. Лисичкин В.А., Шелепин Л.А., Боев Б.В. Закат цивилизации или движение к ноосфере (экология с разных сторон). М.; “ИЦ-Гарант”, 1997. 352 с.
2. Тиллер Т. Жизнь в окружающей среде/Пер. с англ. В 3 т. Т.1. М., 1993; Т.2. М., 1994.
3. Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир. В 2 т./Пер. с англ. Т. 2. М., 1993.
4. Пронин М. Бойтесь! Химия и жизнь. 1992. №4. С.58.
5. Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания. В 4 кн. Кн. 3. Энергетические проблемы человечества/Пер. с англ. М.; Наука, 1995. 296с.
6. Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать?: Учебное пособие/Под ред. проф. В.И. Данилова-Данильяна. М.: Изд-во МНЭПУ, 1997. 332 с.
7. Экология, охрана природы и экологическая безопасность.: Учебное пособие/Под ред. проф. В.И.Данилова-Данильяна. В 2 кн. Кн. 1. М.: Изд-во МНЭПУ, 1997. – 424 с.
8. Т.Х.Маргулова “Атомная энергетика сегодня и завтра” Москва: Высшая школа, 1996 г.
9. http:// revolution. allbest.ru / ecology / 00007239_0. html
10. http://www.fos.ru/ecology/9947_2.html
11. http://www.dosimetr.info/deystvie-radiatsii-na-organizm-cheloveka/
12. http://www.bestreferat.ru/referat-10313.html