Квест «Давление в физике и биологии»

1.   Основные цели и задачи игры

Основная методическая и дидактическая цель – обобщить и расширить знания, полученные на уроках, показать их использование в жизни, пробудить в учащихся стремление к творчеству, выработать у них умение мыслить, проявлять находчивость в трудных ситуациях. 

Основные задачи квеста:

•      Получить общую картину усвоения знаний, умений и навыков учащихся, комплексного их применения на практике;

•      Содействовать формированию идеи познаваемости окружающего мира

•      Выработать умения работать в коллективе

•      Развивать самостоятельность мышления по применению знаний на практике

2.   Организация и подготовка квеста

Организация и подготовка квеста ведется по следующим направлениям:

•      разработка программы, содержания и структуры квеста в соответствии с поставленными целями

•      формирование команд и выбор капитанов

•      выбор помощников ведущего из учащихся старших классов  подготовка учащихся к проведению квеста.

•      в роли ведущего выступает учитель, он тщательно следит за игрой, объясняет ее участникам правила, помогает игрокам

Задания для квеста комплектуются из ряда физических задач практического содержания по следующим темам курса физики 7-го класса:

•      Первоначальные сведения о строении вещества.

•      Взаимодействие тел.

•      Давление твердых тел. Атмосферное давление.

Квест проводится на территории школы. Он начинается с линейки всех команд, на которой ведущий (учитель) объясняет правила игры и капитанам команд выдается карта с указанием маршрута их движения. В соответствии с этим маршрутом команда должна пройти 8 этапов.

На одном из этапов используется цифровая лаборатория по физиологии человека, которая входит в состав оборудования «Точек роста». При её отсутствии можно воспользоваться медицинским тонометром.

Для проведения квеста нужен барометр-анероид, портрет Э.Торричелли, изображения ртутного и водного барометров.

3. Ход мероприятия:

Ученые никогда не оставляли попытки научиться предсказывать погоду. Они хотели добиться возможности определять метеопрогнозы на ближайший период времени. Одним из основных факторов, влияющих на изменение погоды, является атмосферное давление.

1   этап. 

Мы привыкли воспринимать наличие атмосферы как факт, но атмосферный воздух только кажется нам невесомым. На самом деле, воздух обладает весом, которым он давит на Земную поверхность, следовательно, оказывает давление. Это давление называют атмосферным. Вычислите вес воздуха в объёме 1 м3 вблизи поверхности Земли, если его плотность вблизи поверхности Земли равна 1,29 кг/м3. 

(Р=m•g –формула для расчета веса тела известной массы m=ρ•V, где ρ=1,29 кг/м3 – плотность воздуха. Вес 1 м3 воздуха: Р=1,29кг/м3•1м3•9,8Н/кг ≈ 13

Н)               

2   этап.

 Здесь скрыт прибор, при помощи которого можно определить атмосферное давление. Первым изобретателем, предложившим идею создания этого устройства, был Галилей. Однако создать прибор по его принципу удалось лишь в 1644 году. И сделали это знаменитые ученики Галилея Винченцо

Вивиани и Эванджелисто Торричелли. Что это за прибор?             (Барометр) 3 этап.

 В отличие от данного типа барометра,  барометр изобретённый итальянским математиком и физиком Эванджелисто Торричелли, имел другой принцип действия. Это была тарелка с налитой в неё жидкостью и пробиркой, поставленной отверстием вниз. Когда атмосферное давление повышалось, жидкость поднималась в пробирке, когда же оно понижалось - она опускалась. Первый в истории барометр был сконструирован после данного эксперимента. Опыт, который провел в 1643 году Торричелли, стал началом научной метеорологии. Благодаря тому, с какой высокой точностью его барометр мог измерить атмосферное давление, он быстро нашел широкое применение в метеорологии. Единственным его недостатком считается то, что у него высокая вероятность вытекания жидкости. Какая это была жидкость?                                                          (Ртуть)   

В такой трубке ртуть поднимается на высоту около 760 мм., уравновешивая давление атмосферного воздуха. Такое атмосферное давление называют нормальным. Но, наряду с этим,

отмечены колебания атмосферного давления в пределах 684 —  809 мм рт.ст.

Из-за неудобства такая конструкция перестала применяться и уступила место барометру-анероиду, но метод, по которому такой барометр был изготовлен, стал применяться в термометрах.

4   этап. 

История изобретения жидкостного барометра продолжилась в 1657 году благодаря ученому Отто фон Герике. Его прибор представлял собой длинную медную трубку, нижний конец которой был погружен в сосуд, наполненный водой, а верхний со стеклянной трубкой имел специальный кран и соединялся с воздушным насосом. После откачки воздуха вода в трубке поднялась до высоты в 19 локтей, затем изобретатель закрывал кран, а сам барометр отсоединял от насоса. Отто заметил зависимость между состоянием погоды и высотой воды в трубке. В 1660 году ему удалось предсказать сильную бурю в Магдебурге за 2 часа до того, как она началась, что вызвало изумление местных жителей. На какую максимальную высоту в миллиметрах

поднимался столб воды, если 1 локоть=0,42 м?                  (7980 мм)                              

5   этап.

 Современный прибор для измерения атмосферного давления, в отличие от ртутного или водяного  барометра, действует без помощи жидкости. Идею создать такой барометр высказал в XVII веке Лейбниц – физик-математик из Германии. Но воплотить ее в жизнь ему не удалось. В 1847 г. французским инженером Люсьеном Види был построен первый подобный барометр. Главной его составляющей является запаянный металлический цилиндр, имеющий гофрированную поверхность. Из сосуда в определенном объеме был выкачан воздух, то есть внутри оставался разряженный воздух. Цилиндр сжимался, если давление повышалось, и, наоборот, расширялся, если оно понижалось. Как называется подобный барометр и что означает его название?                 

              («Анероид» в переводе с греческого – «безводный». Это значит, что в анероидном барометре отсутствует всякая жидкость.) 

 Точность измерения атмосферного давления анероидным барометром несколько ниже ртутного, но зато он безопасен, и его можно использовать в бытовых условиях.

А шкала барометра была создана известным английским ученым Робертом Гуком в 1670 году, низкое давление в которой указывало, что приближается дождь или шторм, а сухую и солнечную погоду предвещало высокое давление. Этот старинный предмет и есть прообраз современного комнатного барометра.

6 этап.

 В медицине, метеорологии и многих других областях деятельности человека для измерения давления применяются различные единицы его измерения.

Назовите максимальное количество единиц измерения давления.

(Паскаль (ньютон на квадратный метр)

Бар

Миллиметр ртутного столба (торр)

Микрон ртутного столба (10⁻³ торр)

Миллиметр водяного (или водного) столба

Атмосфера

Атмосфера физическая

Атмосфера техническая

Килограмм-сила на квадратный сантиметр, килограмм-сила на квадратный метр

Дина на квадратный сантиметр (бария)

Фунт-сила на квадратный дюйм (psi)

Пьеза (тонно-сила на квадратный метр, стен на квадратный метр)   

Метеочувствительность -    это   реакция      организма на      воздействие метеорологических (погодных) факторов. Погоду "чувствует" около трети жителей умеренных широт. Особенностью этих реакций является то, что они возникают у значительного числа людей синхронно с изменением метеорологических условий или несколько опережая их.

Информация о переменах именно атмосферного давления существенна для людей, которые страдают повышенным давлением крови.  Слежение за артериального давления жизненно важно для  них, по причине своевременного принятия лекарства, сохранения своей работоспособности и здоровья. В периоды критического изменения этого показателя такие люди подвержены ухудшению состояния здоровья.

7 этап.

 Итак, если атмосферного давление это сила, с которой воздух давит на земную поверхность и на поверхность всех находящихся в нем тел, то артериальное давление - это давление крови в крупных артериях человека. Различают два показателя артериального давления: верхнее артериальное давление (это уровень давления крови в момент максимального сокращения сердца) и нижнее артериальное давление (это уровень давления крови в момент максимального расслабления сердца). Как ещё называют эти

показатели АД?                                           (Систолическое и диастолическое)       

Артериальное      давление     больше       атмосферного.    Вспомните          типы кровотечений.  

Прибор, который замеряет показатели артериального давления, добавочного к атмосферному,называют тонометром. Создан первый тонометр, идентичный современному, был в 1896 году Сципионом Рива-

Роччи,          чьим          именем          называют          рукав          тонометра.

Его принцип действия состоит в том, что просвет артерий руки, на которо й проводят измерение, сначала пережимается, а затем постепенно открыва ется. Когда кровь проходит через узкий просвет сосуда, возникает турбулентность, что и создает слышимый шум. При полном расширении просвета сосуда ток крови становится линейным, и шум пропадает.

8 этап.

Кроме тонометра, для измерения АД можно воспользоваться цифровой лабораторией и датчиковые системой по биологии. Можно выполнить небольшую практическую работу.

Влияние физической нагрузки на артериальное давления человека (в предложенной группе выбирают тренированного человека и нетренированного). 

Найдите зависимость артериального давления от нагрузки человека с помощью цифровой лаборатории и сделайте вывод о том, как зависит АД от увеличении физической нагрузки человека. Инструкция к выполнению 

1.   Подключите датчик АД через USB порт к ПК. 

2.   Закрепите датчик на плечевой части руки. 

3.   Определите АД в спокойном состоянии. 

4.   Сделайте 10 приседаний и снова определите АД. 

По результатам работы сделайте вывод о том, как зависит АД от физической нагрузки. Постарайтесь объяснить такую зависимость.

Следует произвести измерение АД и сделать объяснение вывода.

4. Подведение итогов квеста.

На каждом этапе за правильные ответы команды получают от 1 до 2 баллов. Максимальное количество баллов - 10. Побеждает команда, набравшаа большее количество баллов.