"На перекрестках физики и биологии", учитель Удалова Т.М.

Урок – конференция
«На перекрестках физики и
биологии»
Цель урока: доказать единство развития живой природы на примере взаимодействия биологии
и физики.
Задачи урока:
Образовательные - закрепить знания по физике об основных законах и закономерностях;
- расширить знания по биологии по основным биологическим объектам
позвоночных и беспозвоночных животных;
Развивающие
- развивать навыки исследовательской работы;
- развитие навыка устанавливать причинно-следственные связи природных
явлений;
-развитие навыка работы с дополнительной литературой.
Воспитательные
-
формирование познавательных интересов в изучении предметов
естественно-научного цикла;
- бережное отношение к природе родного города
Предполагаемые формы и методы работы:
- доклады
- сообщения
- эксперименты
- рассказ учителя
- презентация
- работа с интерактивной доской
Оборудование: - плакаты, приборы для демонстраций, проектор, компьютер, интерактивная
доска.
Ход урока.
Перед началом мероприятия гостям вручаются эмблемы конференции.
Учитель. - Ребята, начиная с 5 класса, мы говорим о том, что биология –
широкая, комплексная наука. Что это значит? (биология тесно связана с
таким науками как физика, химия, география…)
- Как объяснить, что такие, на первый взгляд разные науки, связаны между
собой? ( это естественные науки, т.е. науки о природе)
- Я просила вас подобрать к сегодняшнему уроку интересные высказывания
на заданную тему. (Учащиеся выходят по очереди к доске, вешают
плакаты с высказываниями и выразительно читают)
- Теперь понятно, почему живая природа развивается по законам физики, а
физические закономерности приложимы к живым объектам. На границе
взаимодействия этих наук родилась наука бионика, занимающаяся
изучением строения и функционирования живых организмов, чтобы
использовать их для решения инженерных задач, создания новых приборов
и механизмов. Бионика (что в переводе означает «ячейка жизни») – этот
термин впервые прозвучал 13 сентября 1960 года в Дайтоне на
американском национальном симпозиуме «Живые прототипы – ключ к
новой технике». Действительно, мы, уже давно привыкшие к мобильным
телефонам и компьютерам, не перестаем удивляться творениям живой
природы. Чего только нет в ее «патентном бюро»!
Гидравлический привод? Пожалуйста, у паука. Пневматический отбойный
молоток? Вот он, у земляной осы. Ультразвуковой локатор? У летучей мыши.
Реактивный двигатель? У кальмара. Точный барометр? У лягушки.
Запахоанализатор, способный различать 500 тысяч запахов? У обыкновенной
дворняжки. Поистине «на выдумки природа таровата!
Праотцом бионики считается Леонардо да Винчи, который в свое время
представил чертежи и схемы летательного аппарата, разработанного на
основе строении крыла птицы.
Сегодня мы с вами проводим конференцию, основной задачей которой
является подтверждение взаимосвязи биологии и физики.
План проведения конференции (висит на доске, учитель обращает на
него внимание участников конференции и напоминает, что выступление
учащихся должно быть наглядным)
1. Доклады
Физические
понятие
Тема доклада( сообщения)
Наглядность
Закон диффузии
Дыхание – вот это жизнь!
фотографии, рисунки
Сила трения и
сопротивление
1.Кожа - скороход
1-фотография, схема, опыт
с детскими игрушками
Сила Архимеда
фотографии
Звуковые
колебания
Живые локаторы
фотографии, схемы
Законы
гидравлики
1-Живая гидравлика
Фотографии
2-Живые ракеты
2-фотографии, опыт с
воздушными шариками
Аэродинамика
Как хочется летать!
схема, фотографии, опыт с
искусственным крылом и
феном
Между выступлениями учащихся звучит музыка, несколько секунд, как
разделительная полоса между докладами.
2.Защита проекта.
3.Викторина по теме конференции.
Учитель. Ребята! Конечно, проект, который вы сегодня представляли,
является несколько фантастическим. Но вы показали, что умеете
фантазировать, умеете применять знания различных школьных дисциплин.
Мы видим, что вам не безразлична судьба нашего города. И поэтому, я
уверена, что когда вы подрастете, багаж ваших знаний станет еще больше,
вы сможете участвовать в реальных проектах по социализации нашего
города…
Приложение.
1сообщение. «Дыхание – вот это жизнь»
(Сначала учащиеся формулируют закон диффузии)
Мы считаем наиболее ярким проявлением этого закона - процесс дыхания,
который характерен для большинства живых организмов.
Вот у самого берега возле стебля тростника повис вниз головой жукплавунец. Что он высматривает на дне? Возле него расположились какие-то
личинки также вниз головой, выставив над водой свои «хвостики». Конечно
ни жук, ни личинки ничего не рассматривают на дне, они запасаются
кислородом. Жук высовывает из воды конец брюшка и, приподняв
надкрылья, набирает воздух в дыхальца – отверстия в брюшке ( у личинок
они находятся в «хвостиках», от них отходят трахеи – трубочки – к каждому
органу жука. В воздухе кислорода много – 21%, а в клетках тела – мало, т.к.
он там постоянно расходуется на химические реакции. Вот и срабатывает
закон диффузии. Кислород проникает в каждую клеточку организма. По
тому же принципу углекислый газ, который все время накапливается в
клетках, проникает в трахеи, а затем выводится наружу.
Совсем близко к берегу подплыла рыбка, вы видите ее темную спинку, и
замечаете, как периодически движутся ее жаберные крышки – так она
прогоняет через жаберные щели воду, которая омывает жаберные лепестки,
пронизанные капиллярами (тончайшими сосудами). Через их стенки
кислород из воды диффундирует в кровь, а из крови в воду – углекислый
газ.
Возле листьев кувшинки раздался слабый всплеск, над водой появилась
голова лягушки. Лягушка пялит на вас глаза, будто в самом деле пытается
разглядеть. Присмотритесь и вы к ней. Это очень интересное животное. Хотя
бы потому, что живет в воде и не пьет ее, на суше дышит легкими и кожей, а
в воде только кожей. Основа этого процесса – та же диффузия.
Пока мы размышляли, паук – серебрянка построил себе дом. Как красив этот
воздушный замок – настоящий водолазный колокол. В нем паук сможет
спокойно провести зиму: кислород, который всегда есть в воде, по закону
диффузии будет проникать через пленку колокола и таким же путем
выходить углекислый газ… Если вы увидите эту удивительную постройку, то
не нужно ради любопытства разрушать ее. Паук более двух часов трудился
только над тем, чтобы сплести паутину, натянуть ее между стеблями трав.
Потом много раз поднимался на поверхность, нырял под воду с пузырьками
воздуха между волосками на теле и под паутиной снимал ее с себя. Вот они
собрались под паутиной в один большой пузырь, благодаря выталкивающей
силе паутина прогнулась, поэтому форма дома получилась в виде колокола.
Вот так закон диффузии проявляется в мире животных, хотя проявление
этого закона гораздо более широкое.
2 сообщение 1) «Кожа – скороход»
Известно, что жидкости, применяющиеся для уменьшения трения (масло,
деготь и др.), всегда обладают значительной вязкостью. Также и в живом
организме: жидкости, служащие для уменьшения трения, в то же время
очень вязкие.
Кровь, например,— жидкость, более вязкая, чем вода. При движении по
сосудистой системе она испытывает сопротивление, обусловленное
внутренним трением и трением о поверхности сосудов. Чем сосудьг тоньше,
тем больше трение и тем больше падает давление крови.
Малое трение в суставах объясняется их гладкой поверхностью и особой
жидкостью в суставе, которая играет роль смазки.
Роль смазки при проглатывании пищи играет слюна.
Значительное трение существенно для рабочих поверхностей органов
движения. Необходимым условием перемещения является надежное
«сцепление» между движущимся телом и «опорой». Сцепление достигается
либо заострениями на конечностях (когти, острые края копыт, подковные
шипы), либо мелкими неровностями, например, щетинками, чешуйками,
бугорками и т. п. Необходимо значительное трение и для хватательных
органов. Интересна их форма: это либо щипцы, захватывающие предмет с
двух сторон, либо тяжи, огибающие его (по возможности, несколько раз).
У многих растений и животных имеются различные органы, служащие
для хватания (усики растений, хобот слона, цепкие хвосты лазающих
животных и др.). Все они имеют форму, удобную для навивания, и
шероховатую поверхность для увеличения трения.
Среди живых организмов распространены приспособления, благодаря
которым трение получается малым при движении в одном направлении и
большим — при движении в противоположном направлении. (шерсть,
щетина, чешуйки, шипы, расположенные наклонно к поверхности), На этом
принципе основано движение дождевого червя. Щетинки, направленные
назад, свободно пропускают тело червя вперед, но тормозят обратное
движение. При удлинении тела головная часть продвигается вперед, а хвостовая остается на месте, при сокращении — головная часть задерживается, а
хвостовая подтягивается к ней.
Известно. Что чем меньше сила трения, тем больше скорость
передвижения.
Лучшие пловцы — рыбы, дельфины. Скорости многих рыб достигают
десятков километров в час, например, скорость голубой акулы около 36 км/ч.
Такую скорость рыбы могут развивать благодаря обтекаемой форме тела,
конфигурации головы, обусловливающей малое лобовое сопротивление
Интерес специалистов привлекла способность дельфинов двигаться в
воде без особых усилий с большой скоростью (вблизи носа корабля 55— 60
км/ч, свободно плывущие — 30—40 км/ч). Было замечено, что дельфины,
играючи, обгоняют любой корабль. Сначала большую скорость дельфина
объясняли наличием мощного «хвостового двигателя» и обтекаемой формой
тела. Мы знаем, что сопротивление зависит от формы тела. (опыт).
Изготовили хорошо отполированную модель, копирующую форму тела
дельфина, снабдили ее мощным двигателем, но оказалось, что скорость
модели в 10 раз меньше, чем у живого дельфина. По имени биолога загадка
получила название парадокс Грея. Но отгадка была в другом. Было замечено,
что вокруг движущегося дельфина возникает лишь незначительное струйное
(ровное, прямое) движение, не переходящее в вихревое (турбулентное).
Исследования позволили установить, что секрет «антитурбулентности»
дельфина скрыт в его коже. Она состоит из двух слоев — внешнего,
чрезвычайно эластичного, толщиной 1,5 мм, и внутреннего, плотного,
толщиной 4 мм.
Между этими слоями имеются выросты, или шипы. Ниже располагаются
густо сплетенные волокна, пространство между которыми в несколько
сантиметров заполнено жиром. Кожа становится упругой и устраняет
завихрения водяного потока. При резком возрастании скорости дельфина
сопротивление воды тоже должно увеличиваться. Тогда кожа дельфина сама
начинает колебаться, гася вихревые потоки вдоль тела. Кроме того, на коже
дельфина постоянно имеется тонкий слой специальной «смазки», вырабатываемой особыми железами. Благодаря этому уменьшается сила
трения.
С 1960 г. изготовляются искусственные покрытия, подобные по своим
свойствам «дельфиньей коже». И уже первые опыты с торпедой и катером,
обшитыми такой кожей, подтвердили возможность снижения сопротивления
воды па 40—60%.
Известно, что рыбки перемещаются косяками. Мелкие морские рыбки
ходят стайкой, похожей по форме на каплю, при этом сопротивление воды
движению стайки наименьшее.
2) «Живые ракеты»
Реактивное движение используется в самолетах, ракетах и космических
снарядах. По этому принципу передвигаются осьминоги, кальмары,
каракатицы и медузы. Они выбрасывают струю воды, а сами движутся в
противоположную сторону. Кальмаров называют биологическими ракетами.
При реактивном способе плавания животное производит засасывание
воды через широ открытую мантийную щель в мантийную полость. Сила,
вызывающая движение животного, создается за счет выбрасывания струи
через узкое отверстие, которое расположено на брюшной стороне кальмара.
Оно снабжено специальным клапаном, и мышцы могут его поворачивать.
Изменяя угол установки, кальмар одинаково хорошо плывет вперед, назад и
в сторону.
Инженеры уже создали двигатель, подобный двигателю кальмара. Его
назвали водометом. Почему же кальмар по-прежнему привлекает внимание
ученых?
У кальмара засасывание воды и ее выбрасывание происходит за счет
сокращения мышц, которые получают импульсы от нервной системы.
Известно, что у кальмара самые крупные в животном мире нервные волокна
(диаметр 1 мм); они проводят возбуждение со скоростью 25 м/с. Этим и
объясняется высокая скорость передвижения кальмара( до 70 км/ч). Поиски
инженеров направлены на создание конструкции такого гидрореактивного
двигателя, который бы, как и кальмар, не нуждался в дополнительном
засасывающем устройстве.
Сообщение «Живая гидравлика»
Все, наверное видели паука, но мало кто знает, сколько тайн хранит это
интересное существо. Пауки – прекрасные предсказатели погоды, они
чувствуют запахи, тончайшим образом определяют вибрацию и натяжение
паутинной нити.
Но самое паразительное у всех пауков – их конечности, совершенно
лишенные мышечных волокон. Тем не менее пауки бегают и довольно
быстро.
Ученые с удивлением установили, что ноги паука – это очень своеобразный
динамический привод, жидкостью для которого служит …. Кровь. Было
подсчитано, что за очень короткое время, почти мгновенно, паук может
повысить свое кровяное давление на пол-атмосферы. Это достигается тем,
что пауки очень резко сокращают объем полостей своих лапок, а из физики
известно, что при уменьшении объема увеличивается давление.
Человек не только стремится понять природу, он пытается подражать ей. Так
в Санкт-Петербурге, в институте авиационного приборостроения создан
вездеход-паук, который пройдет там, где не пройдет ни колесный, ни
гусеничный механизм. Все ее ноги усеяны датчиками. Лазерный глаз
оглядывает пространство и сообщает в управляющее устройство о поворотах
дороги и о препятствиях.
Машина-паук может найти применение при переноске грузов внутри здания,
обследовании сельскохозяйственных и лесных угодий, в поисковых
геологических экспедициях. Идея шагающих механизмов не нова. Еще в
прошлом веке русский ученый П.Л.Чебышев предложил конструкцию
шагающей машины, ноги у которой были точной копией ног кузнечика. В то
время его идея не нашла применения. В наше время шагающие механизмы
применяются во всем мире.