Внеклассное мероприятие по физике в 10 (11) классе. Познай себя

Внеклассное мероприятие по физике
в 10 (11) классе
Познай себя

            На уроках физики из-за нехватки времени практически не уделяется внимания на физические параметры, характеризующие Человека. Однако у учащихся можно отметить повышенный интерес к изучению физики человека в связи с изучением вопросов психологии, моделирования процессов, происходящих в живых организмах.

         При проведении данного мероприятия учащиеся могут в какой-то мере удовлетворить свои образовательные потребности, получить навыки исследовательской деятельности, познакомиться с методами исследования в физике и биологии, получить краткие данные о медицинской и биологической аппаратуре. Навыки, полученные при работе с измерительными приборами, выполнение практических работ и постановка эксперимента пригодится в дальнейшей научно-технической деятельности. Объяснение некоторых процессов, происходящих в человеке, на основе физических законов поможет им установить причинно-следственные связи, существующие в живой и неживой природе, сформирует интерес не только к физике, но и биологии.

         Мероприятие имеет  практико-ориентированный характер с элементами научно - исследовательской деятельности, используется интеграция предметов – «физика + биология + химия + математика».

         Цель мероприятия - показать учащимся единство законов природы, применимость законов физики к живому организму, перспективное развитие науки и техники.

         Задачи мероприятия:

- способствовать формированию познавательного интереса к физике, развитию творческих способностей у учащихся;

- развивать интеллектуальную компетентность учащихся;

-  формировать навыки выполнения практических работ,  ведения исследовательской деятельности;

- развивать познавательную активность и самостоятельность, стремление к саморазвитию и самосовершенствованию;

- совершенствовать навыки работы со справочной и научно-популярной литературой, информационными технологиями.

  Планируемый результат.

После выполнения индивидуального задания учащиеся должны знать и уметь:

 - какие физические законы можно использовать при объяснении процессов, происходящих в организме человека;

- особенности своего организма с точки зрения законов физики;

- работать с различными источниками информации,

- наблюдать и изучать явления, описывать результаты наблюдений.

При предоставлении отчета в виде «Физико-технического паспорта Человека» возможно оценивание.

Вступление.

«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.

         «Nosce te ipsun» Сократ. «Познай себя»,- говорил ещё Сократ. Сегодня мы попробуем взглянуть на себя со стороны, основываясь на фактах. Как вы знаете,  человек – существо многогранное: он покорил высочайшие горные вершины, опустился в самые глубокие точки Мирового океана, побывал на Луне, расщепил атомное ядро. Но чаще всего мы не задумываемся, а что же мы представляем собой, что мы можем сделать, какими возможностями и ресурсами обладаем? (фрагмент 0.19 – 1.37 из фильма «Эволюция жизни»)

         Характерной приметой нашего времени является взаимопроникновение различных наук, рождение комплексных отраслей знаний и их бурное развитие. Например, 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. В настоящее время Человек является предметом  изучения многих наук (назовите их) – Философия, История, Антропология, Биохимия, Бионика и т.д. Для своих исследований ученые применяют физические методы в биологии, медицине, бионике и т.д.

         Законы физики едины и применимы к живому организму, в частности и к организму человека. В том числе и основной закон природы – закон сохранения и превращения энергии. Первым его сформулировал, и наверно не случайно, врач-естествоиспытатель Майер. Какие превращения энергии происходят в живом организме? (отгадывание кроссворда):

         ? нервные клетки – химическая энергия в электрическую

         ? внутреннее ухо – звуковая энергия в электрическую

    ? сетчатка глаза – световая энергия в электрическую

         ? мышечные клетки – химическая энергия в механическую

         ? органы вкуса и обоняния – химическая энергия в электрическую

         Какой вид энергии звучал чаще всего? (электрическая энергия) Получается, что тело способно накапливать электрический заряд. Но в учебнике «Физика 10» мы найдем информацию об одном из приборов (на стр. 280), способном также накапливать заряд. Его первое название – лейденская банка (конденсатор).

         В 1912 г. было обнаружено, что внутри человеческого организма протекают токи, хотя и очень слабые. Исследователи доказали, что любой процесс внутри человека: работа сердца и мозга, прохождение нервных сигналов, мышечные сокращения - сопровождаются биологическими электрическими сигналами. Тело человека представляет собой по своим электрофизическим свойствам соленый раствор (раствор электролита). Разные ткани тела человека характеризуются разной концентрацией раствора электролита и разным его составом, вследствие чего различаются по своим диэлектрическим свойствам. Как любой проводник тело человека можно охарактеризовать его электрической емкостью. Приближенно емкость любого проводника может быть рассчитана как емкость шара, имеющего такую же площадь поверхности.

         Исследовательское задание  №1 – Какова приблизительно емкость тела человека? Примите, что площадь поверхности тела человека равна площади поверхности шара.

                                                         С=4πεε₀R,

где   ε = 81 (для воды или см. таблицу) – диэлектрическая постоянная,  ε₀= 8,85^.10^-11 Ф/м электрическая постоянная. Площадь поверхности тела можно определить двумя способами – 1) рассматривать тело как совокупность геометрических тел или 2) по массе тела и росту человека (см. приложение - номограмма).

Электрические характеристики тканей тела человека

Выполнение задания – 3 мин. Сравнение результата, н-р, с емкостью имеющихся в кабинете конденсаторов.

Решим задачку на расчет электроемкости нерва (заранее один-два учащихся) Средняя плотность нервных клеток по всему мозгу в целом, по самым грубым подсчетам, находится в пределах 10¹³-10¹⁴ клеток на 1 дм³, а в отдельных центрах она составляет 10²⁰ клеток на 1 дм³. Кроме того, надо иметь в виду, что живая клетка как функциональный элемент эквивалентна тысячам и даже десяткам тысяч радиоэлектронных элементов. Рассмотрим жировую (миелиновую) оболочку нерва в качестве плоского конденсатора с площадью обкладок 1 см² , толщиной 2 мкм и  ε  = 49. Рассчитаем его электроемкость.

Существует  множество заболеваний, связанных с расстройством функций нервной системы. Я попросила бы специалистов по космической экологии (выбрать из учащихся) осветить вопросы, связанные с лечением и профилактикой подобных заболеваний.

         Первый космоэколог. Уже в XIX в. благодаря развитию естественных наук на Земле были сделаны первые удачные попытки использования законов физики и химии при врачевании болезней. Но наибольших результатов в диагностике и лечении медики достигли тогда, когда научились использовать физические приборы. Например, мы уже знаем, что «биологическое электричество» является неотъемлемым свойством всей живой материи. Оно возникает при функционировании нервной системы, при работе желез и мышц. Определенные нарушения работы мозга вызывают определенные изменения биотоков. Регистрируя биопотенциалы, сравнивая форму сигналов определенного участка организма в здоровом и больном состоянии, легко установить причину заболевания. Для регистрации - биопотенциалов можно использовать осциллографический метод.

(Чтобы учащимся было понятно, можно показать осциллограмму звука, присоединив микрофон к осциллографу, поясняя, что биопотенциалы мозга отводятся при помощи электродов, накладываемых на различные точки кожи головы. Эти сигналы электроэнцефалограмма - фиксируются на экране электроэнцефалографа или на ленте самописца.)

         Второй космоэколог. Часто неврастения сопровождается головными болями (мигренями) и потерей сна. Как же снять головные боли? Этого можно достигнуть путем воздействия на мозг импульсами электрического тока через электроды, прикладываемые к коже. Метод позволяет сократить, а иногда и полностью исключить применение химических обезболивающих препаратов, избавить больного от их побочных действий. Например, в аппарате «Скат» импульсы переменного тока попеременно подаются с трех пар электродов, укрепленных на голове больного. Благодаря этому под воздействием оказываются практически все структуры мозга, ответственные за блокаду болевого раздражения. Частота импульсов меняется в интервале 400-1500 Гц, а амплитуда силы тока достигает 300 мА.

         Третий  космоэколог. Человек примерно треть жизни проводит во сне. Полное лишение сна люди переносят гораздо тяжелее, чем голодание и скоро погибают. В процессе сна клетки мозга восстанавливают свою работоспособность, активно усваивают питательные вещества, накапливают энергию. Сон восстанавливает умственную деятельность, создает чувство свежести, бодрости, вызывает прилив энергии. Поэтому для лечения заболеваний центральной нервной системы используют электросон. Он используется при снижении работоспособности, повышенной утомляемости, головных болях и бессоннице. Импульсный ток 2-8 мА через глаза по зрительным путям воздействует на подкорковые образования ЦНС. При этом вырабатываются вещества, вызывающие обезболивание, активизируются процессы тканевого обмена, улучшается снабжение тканей мозга кислородом, активизируется белковый и жировой обмен, повышается работоспособность, устойчивость к нагрузкам физического и эмоционального характера. Аппарат «Электросон» - это ламповый генератор импульсов напряжения постоянной полярности с периодом следования от 0,5 до 0,008 с. Длительность импульсов 1-4 с. Этот метод вполне заменяет снотворные, которые в той или иной мере вредны.

А знаете ли Вы, что … рассказ-вставка Эффект Кирлиан (приложение 5)

А знаете ли Вы, что … рассказ-вставка Рекорды голоса

А знаете ли Вы, что … рассказ-вставка Исследования Ньютона по изучению глаз

Знаешь ли ты об интересных особенностях нашего организма? Информация на карточках – ученики по очереди  зачитывают:

1.       При улыбке у человека "работают" 17 мускулов.

2.       Почти половина всех костей человека находятся в запястьях и ступнях.

3.       Кости человека на 50% состоят из воды.

4.       Каждый палец человека за время жизни сгибается примерно 25 миллионов раз.

5.       В состав человеческого организма входит всего 4 минерала: апатит, арагонит, кальцит и кристобалит.

6.       Человеческий глаз способен различать 10 000 000 цветовых оттенков.

7.       Чихнуть с открытыми глазами невозможно.

8.       В  течение жизни мы опускаем и поднимаем веки около 250 миллионов раз.

9.       Человеческий волос  толще мыльной пленки примерно в  5000 раз.

10.   Поверхность легких - порядка 100 квадратных метров.

11.   Взрослый человек делает примерно 23 000 вдохов (и выдохов) в день.

12.   Площадь поверхности человеческих легких примерно равна площади теннисного корта.

13.   Во рту человека около 40 000 бактерий.

14.   Человеческий мозг генерирует за день больше электрических импульсов, чем все телефоны мира вместе взятые.

15.   С момента рождения в мозгу человека уже существует 14 миллиардов клеток.

16.   В головном мозге человека за одну секунду происходит 100 000 химических реакций.

17.   Человек - единственный представитель животного мира, способный рисовать прямые линии.

18.   Длина волос, отращиваемых в среднем человеком в течение жизни - 725 км.

19.   Мелкие кровяные сосуды-капилляры в 50 раз тоньше самого тонкого человеческого волоса.

20.   В молодой коже содержится невероятное кол-во воды - 8 литров.

21.   36 800 000 - количество сердцебиений у человека за один год.

22.   Нервные импульсы в человеческом теле перемещаются со скоростью примерно 90 м/с.

23.   Желудочный сок человека содержит 0,4% соляной кислоты (HCl).

24.   Общий вес бактерий, живущих в организме человека, составляет 2 кг.

25.   Человек, который выкуривает пачку сигарет в день, выпивает полчашки смолы в год

Спасибо за информацию. Пополнить её можно, используя справочник по физике, автор А.С. Енохович.

    А сейчас  я предлагаю каждому начать заполнять свой «Физический паспорт человека». В течение учебного года при изучении нового материала мы вместе будем пополнять новыми данными Ваши паспорта и использовать их при решении задач. Желающие могут это делать самостоятельно на оценку как исследовательскую работу.

    Нашу встречу я хочу закончить словами Паскаля: «Все тела,  небесный свод, звезды,  Земля и ее царства  не идут в сравнение с самым низким из умов, ибо ум несет в себе знание обо всем этом, тела же не знают ничего.»

 Развитие наук, технический прогресс.  Наши знания определят Наше будущее.

(Фрагмент из фильма «2057 год. Серия 1. Тело» 00.00-00.50)

Спасибо за внимание!

Приложение 1  - номограмма

Номограмма для определения площади поверхности человека

Приложение 2

Задачка  на расчет электроемкости нерва.  Средняя плотность нервных клеток по всему мозгу в целом, по самым грубым подсчетам, находится в пределах 10¹³-10¹⁴ клеток на 1 дм³, а в отдельных центрах она составляет 10²⁰ клеток на 1 дм³. Кроме того, надо иметь в виду, что живая клетка как функциональный элемент эквивалентна тысячам и даже десяткам тысяч радиоэлектронных элементов. Рассмотрим жировую (миелиновую) оболочку нерва в качестве плоского конденсатора с площадью обкладок 1 см², толщиной 2 мкм и  ε  = 49. Рассчитать его электроемкость.

ε₀= 8,85^.10^-11 Ф/м электрическая постоянная.

C =ε₀εS/d

Приложение 3

«Nosce te ipsun»

Физический паспорт человека

Фамилия Имя Отчество

Возраст, лет

Пол

Рост, м

Масса, кг

Площадь поверхности тела, м²

Объем  тела, м³

Плотность тела, кг/ м³

Становая сила, Н

Определение дыхательного объема легких человека:

·     Дыхательный объем Vдых (спирограф) , л

·     Резервный объем выдоха Vр.выд, л

·     ЖЕЛ, л

·     Резервный объем вдоха Vр. вд. , л

·     ЖЕЛ, л (теоретическая)

·     МЛВ, л/мин

·     МЛВ, л/мин (теоретическая)

Давление крови человека, Па

Средняя  скорость движения, м/с

Коэффициент трения подошв

Средняя  мощность, развиваемая при приседании, Вт

Средняя  мощность, развиваемая при беге на дистанцию 60 м, Вт

Спектральная  характеристика уха человека на пороге слышимости

Время  реакции человека, с

Сопротивление  тканей человека, Ом

·      постоянному току

·      переменному току

Электроемкость, Ф

Параметры  зрения человека:

·       бинокулярность

·       «борьба полей зрения»

·       способность к аккомодации

·       размер слепого пятна глаза

·       острота зрения

Спектральные     границы чувствительности  глаза

Приложение 4

Определение остроты зрения.

Прикрепите к доске чертеж, изображенный на рисунке. Постепенно отходя от чертежа, определите расстояние OK , на котором обе линии перестанут восприниматься раздельно. Измерьте его. Измерьте расстояние между линиями чертежа AB. По формуле d =AB ^. OL / OK вычислите расстояние между двумя изображениями линий рисунка на сетчатке. OL=17см – расстояние от узловой точки глаза до сетчатки. Вычислите разрешающее угловое расстояние глаза по формуле ϑ = OL/d. Определите остроту своего зрения по формуле    k = x /d , где х=5*10-5 м - расстояние, соответствующее разрешающему угловому расстоянию нормального глаза, равному 1'. Повторите измерения и вычисления для другого глаза. Сделайте вывод, сравнив результаты для двух глаз.

Приложение 5

Фотография пальца руки в электрическом поле высокой частоты

В аппаратуре, используемой Кирлианом, процесс фотографирования происходит в темной комнате или при красном освещении. Конструкция для фотографирования представляет собой плоский электрод, на который подается напряжение в виде последовательности коротких биполярных импульсов амплитудой от 3 до 20 кВ с непрерывно/ступенчатой регулировкой. Поверх электрода располагается непроявленная фотопленка, к которой сверху прикладывается палец испытуемого. В современных приборах осуществляется цифровое фотографирование или видеозапись, для чего конструкция соответствующим образом модифицируется. Во время подачи высокого напряжения происходит газовый разряд, который проявляется в виде свечения вокруг объекта — коронный разряд, который засвечивает чёрно-белую или цветную фотобумагу или фотоплёнку.

Рекорды голоса

Человеческие голоса делятся по частотному диапазону так:

Мужские - бас, баритон, тенор;

·       Звуки самого низкого мужского голоса (баса) имеют частоту 60 - 350 Гц, хотя крупнейший певец XIX в. Каспар Феспер мог извлечь звук частотой 44 Гц!

·       Частота колебаний звука наивысшей ноты, которую могут брать мужчины, 500 Гц.

Женские - контральто, меццо-сопрано, колоратурное сопрано.

·       Самая высокая нота (ре четвертой октавы) взята французской певицей Мадо Робен, ей соответствует частота 2300 Гц.

Зачем Ньютон запускал себе в глаз инородный предмет?

         Исаак Ньютон интересовался многими аспектами физики и других наук, и не боялся проводить некоторые эксперименты на себе. Свою догадку о том, что мы видим окружающий мир из-за давления света на сетчатку глаза, он проверял так: вырезал из слоновой кости тонкий изогнутый зонд, запустил его себе в глаз и давил им на заднюю сторону глазного яблока. Возникшие цветные вспышки и круги подтвердили его гипотезу.