Интегрированный урок (биология + физика) по теме "Дыхание – это жизнь". 8-й класс

Цель урока: расширить и закрепить функции органов дыхания в соответствии с законами физики, которые едины для органического и неорганического мира.

1. Раскрыть физические закономерности процессов голосообразования, механизмов вдоха и выдоха, легочного и тканевого газообмена.
2. Развивать умения применять законы физики для объяснения физиологических процессов в организме
3. Воспитывать у обучающихся стремление вести здоровый образ жизни.

Оборудование: компьютер, проектор, презентация, 2 воздушных шара, измерительная лента

I. Организационный момент:

Сообщение темы, цели, задач.

Учитель биологии. Без пищи и без воды человек может жить несколько дней, а без воздуха человек не выдержит и десяти минут. Воздух поступает в организм в процессе дыхания.

(3 слайд) “Пока дышу, надеюсь” – сказал римский поэт Овидий. Откройте тетради, напишите тему урока.

(4 слайд) Что такое дыхание? Найти ответ поможет загадка. Топится печка, а огня нет. Куда воздух входит, оттуда и дым выходит. Что это такое? (Кто это?)

(5 слайд) Это человек! Лёгкие человека – это очаг печки. Воздухоносный дыхательный путь – труба печки. Клетки организма человека – кирпичики печки. Кирпичики печки всегда тёплые, потомучто в них идёт процесс горения (биологического окисления).

Так что такое дыхание?

(6 слайд) Дыхание – это совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода, использование его в биологическом окислении органических веществ и удаление из организма углекислого газа.

(7 слайд) Перечислите воздухоносные пути.

(8 слайд) Почему так важно дышать носом? (Ответы обучающихся)

(Cлайд 9) “При дыхании носом мы получаем на 15% больше кислорода, нежели дыша ртом”. Если бы мы научили всех детей дышать носом, то одно поколение правильно дышащих людей возродило бы человечество. (Йог Рамачарака)

(Слайд 10) В дыхательном пути особое место занимает гортань. Почему? Каковы функции гортани? Какие органы участвуют в голосообразовании? (Ответы детей).

(Слайд 11) А что такое звук с точки зрения физики? Учитель физики. Ребята, все вы слышали звуки, которые издают при полете комар и муха. Чем они отличаются? (комар – пищит, а муха – жужжит, то есть звук, издаваемый мухой более низкий). А как вы думаете, из-за чего муха жужжит при полете? (она летит благодаря взмахам крылышек вверх-вниз, т.е. совершает колебания, но по сравнению с комаром не так часто). То есть, звук идет по воздуху от места колебания за счет взаимодействия молекул воздуха. Комар маленькими крылышками колеблет чаще, получается более высокий звук; у мухи крылья больше – колебания реже, т.е. частота колебания меньше – звук ниже. Частота колебаний измеряется в герцах. Далее опыт со струной. Звук возникает в голосовой щели в результате сопротивления сомкнутых голосовых складок давлению выдыхаемого воздуха, что вызывает их колебание. Пропустив порцию воздуха, складки снова смыкаются в силу эластичности, затем цикл повторяется. В результате возникают периодические порывы (толчки) воздуха, т. е. звуковые колебания определённой частоты. Частота колебаний воспринимается как высота звука.

(Слайды 12-13) Учитель биологии. Из гортани через трахею и бронхи воздух поступает в лёгкие. Какие мышцы обеспечивают вдох? Дыхательные движения происходят благодаря работе дыхательных мышц. Найдите в тексте учебника каковы механизмы процесса вдоха и выдоха. (В процессе беседы выясняется механизм дыхательных движений). Почему легкие, не имея мышц, следуют за движением грудной клетки? Что такое атмосферное давление? Обратимся за помощью к науке физике.

Учитель физики. Легкие окружены и защищены двухслойной оболочкой плевры. Между ее слоями имеется узкий просвет или плевральная полость, содержащая небольшое количество жидкости. Как вы думаете, для чего эта жидкость? (Жидкость служит смазкой, не допускающей трения легких о грудную клетку при каждом вдохе). Почему, если плевра пострадает при ранении, человек погибает почти сразу? (Внутри плевры давление всегда гораздо ниже атмосферного, поэтому под действием атмосферного давления в нее устремится воздух, чтобы сравнятся с наружным давлением и следующий вдох невозможен). А что такое атмосферное давление? (Ответ дают дети)

(Слайд 14) Пока давление внутри плевральной полости остается ниже атмосферного, размеры легких точно следуют за размерами грудной полости. При сокращении межреберных мышц и диафрагмы, объем грудной клетки увеличивается, что ведет к расширению легких, так как легкие следуют вслед за движением грудной клетки, давление в легких уменьшается и становится ниже атмосферного. Из-за разности давлений воздух устремляется в легкие. Происходит вдох.

Затем дыхательные мышцы расслабляются и лёгкие, имея массу, под действием силы тяжести возвращаются в положение, предшествующее вдоху. Происходит выдох.

(Слайд 15) Учитель биологии. Почему диафрагму называют “вторым сердцем” человека?

Диафрагма, подобно куполу парашюта, полностью покрывает внутренние органы брюшной полости, отделяя её от грудной клетки. При дыхании животом, при глубоком вдохе и выдохе, диафрагма приводит к улучшению кровообращения во внутренних органах, ликвидируя венозный застой. Поэтому диафрагму называют “вторым сердцем” человека.

Учитель физики. При спокойном вдохе и выдохе дыхательный объем лёгких составляет 500-600 мл. Мы же измерим жизненную емкость легких. К доске приглашаются 2 мальчика и 2 девочки.

Для определения ЖЕЛ мальчик и девочка делают самый глубокий вдох, и как можно глубже – выдох в воздушный шарик и закрутят его. Затем измерительной лентой определяем длину окружности. По формуле рассчитаем объем: V=4/3ПR?; L=2ПR; R=L/2П; V=L?/6П?. (Считают за партой самостоятельно, затем проверить).

Получилось, что ЖЕЛ мальчика больше, чем у девочки. Это не случайные результаты, а закономерность, которую вы объясните вместе с учителем биологии.

Учитель биологии. Анатомическое строение грудной клетки юноши и девушки различны. Скелет плечевого пояса юноши шире, чем у девушки, и объём грудной клетки юноши больше от природы. Значит, больше и дыхательный объём, и ЖЕЛ.

Учитель физики. Решим задачу. (Работа у доски по желанию).

Задача 1: Сколько воздуха израсходует на дыхание наш класс за урок, если один человек делает в среднем 16 вдохов в минуту, забирая с каждым вдохом 500см? воздуха?

Задача 2: Объем воздуха, поступающего при вдохе, около 2 литров. Плотность воздуха – 1,29кг/м?. Сколько молекул участвуют в нашем вдохе, если молярная масса воздуха – 0,029кг/моль?

Оценивается решение задач у доски.

(Включить проектор)

(Слайд 16-17) Учитель биологии. Какова судьба воздуха в лёгких? Как строение лёгких взаимосвязано с выполняемой функцией?

Стенки альвеол и кровеносных капилляр образованы из одного слоя эпителиальных клеток, что обеспечивает газообмен между альвеолярным воздухом и венозной кровью за 0,8 секунды. Внутренняя поверхность альвеол выстлана тонким слоем поверхностно активного вещества сурфактантом. Это вещество увеличивет поверхностное натяжение стенок альвеол.

(Запись в тетради) Сурфактант – это вещество, которое тонким слоем выстилает альвеолы изнутри и не даёт альвеолам спадаться.

Учитель биологии. При дыхании количество кислорода в легких уменьшается, а углекислого газа увеличивается. Кислород из воздуха, находящегося в альвеолах, переходит в кровь, а углекислота переходит из крови в альвеолярный воздух. Почему и как это происходит? Чтобы объяснить этот процесс, мы должны обратиться к физике, потому что переход газов из окружающей среды в жидкость и из жидкости в воздух подчиняется физическим законам.

Воздух представляет собой смесь газов, в которую входят азот, кислород, углекислый газ, аргон и другие газы. Воздушная масса атмосферы оказывает на нас давление, равное примерно 760 мм. рт. ст. В смеси газов каждый газ оказывает независимое давление, которое называют парциальным давлением данного газа. Согласно законам физики, если две жидкости разделены проницаемой для газов мембраной, то газы будут диффундировать (диффузия – проникновения молекул одного вещества между молекулами другого), от места большего давления к месту меньшего до тех пор, пока не установится динамическое равновесие – равенство прямого и обратного потоков газов. Условия для газообмена в легких настолько благоприятны, что данный процесс приводит к равновесному состоянию примерно за 1 с. Смотря по таблице можно ответить куда идет диффузия. Газообмен в тканях протекает по тем же физическим законам.

(Запись в тетради). Газообмен в лёгких и в тканях происходит по законам диффузии, согласно которым газ распространяется из среды с высоким парциальным давлением в среду с меньшим давлением.

(Слайд 19) Обязательным условием нормального дыхания являются определенные концентрация кислорода в воздухе и величина атмосферного давления. Эти показатели меняются, если человек поднимается в горы или опускается под воду.

(Сообщения обучающихся о горной и кессонной болезнях)

Чем выше поднимается человек в горы или чем выше поднимает его самолет, тем более разреженным становится воздух. На высоте 5,5 км над уровнем моря атмосферное давление уменьшается почти вдвое; в той же мере снижается и содержание кислорода. Уже на высоте 4 км нетренированный человек может заболеть, так называемой, горной болезнью. Низкое парциальное давление кислорода в атмосфере приводит к гипоксии (кислородное голодание), появляются одышка, кровотечения из носа и горла, головокружение, головная боль, рвота. Сердечная недостаточность. Следует принимать лимонную или аскорбиновую кислоту. Для устранения болезненных ощущений при полётах в самолётах можно применять сосание леденцов, питьё какой-либо жидкости мелкими глотками, жевание жвачки.

Водолазы и те, кто трудится в кессонах — особых камерах, применяемых при постройке мостов и других гидротехнических сооружений, вынуждены работать при повышенном давлении воздуха. На глубине 50 м под водой водолаз испытывает давление почти в 5 раз выше атмосферного, а ведь ему иногда приходится опускаться под воду на 100 м и более. В крови и тканях увеличивается парциальное давление кислорода и растворяется азот. При быстром подъеме азот “вскипает” (пузырьки азота закупоривают сосуды и разрывают ткани), что приводит к ломоте в суставах, параличу рук и ног, общей слабости, возможен летальный исход.

1. Почему жители Тибета не болеют горной болезнью? 2. Источником энергии для организма является глюкоза. В лёгких источником энергии служат жиры. Какое это имеет значение? 3. Решить задачу: Зная, что выдыхаемый воздух содержит 4 % углекислого газа, определите, сколько ученик выделяет СО2 в 1 минуту, в 1 ч, в сутки.

Выводы по уроку и оценка работы обучающихся.

1. Строение и функции органов дыхания взаимосвязаны.
2. Голосообразование, механизм вдоха и выдоха, газообмен в лёгких и тканях происходят в соответствии с законами физики, которые едины для органического и неорганического мира.

Рефлексия.

Презентация