«Физические законы в человеческом организме»
« Сейчас нельзя обойтись без знаний физики,
если ты хочешь достигнуть ясности
относительно физиологических вопросов»
Р. Майер
Цель: Создание условий для развития индивидуальных и творческих способностей учащихся, расширение представлений о целостной картине мира. Расширить общие знания о строении организма человека и доказать, что работа органов и систем внутренних органов подчиняется законам физики
Задачи:
- Образовательные: знать строение организма человека (органы и системы органов), уметь объяснять,
как проявляются законы физики в работе организма человека. Продолжать обучение умению выделять
существенное в изученном материале, путем физических и биологических явлений.
- Развивающие: формировать у учащихся умение сравнивать явления, делать выводы, анализировать и
обобщать факты на основе знаний, уметь выражать правильно и конкретно свои мысли. Развивать
умения учащихся мыслить креативно, сравнивать, сопоставлять изученные факты и явления.
- Воспитательные: показать причинно - следственные связи в явлениях, осознанно достигать
поставленной цели. Воспитывать бережное отношение к своему здоровью.
Методы: частично - поисковый, словесно - наглядно – практический.
Тип урока: урок повторения и открытия новых знаний.
Технология построения урока: развивающее обучение, здоровье сберегающие технологии, технология развития мышления.
Оборудование: ПК, проектор, экран, дидактический материал
Ход урока
1. Организационный момент (проверка отсутствующих и внешнее состояние класса).
2. Повторение и изучение новой темы
У. ф Все естественные науки используют законы физики и в этом мы убедимся сегодня на уроке! Законы физики едины и применимы к живым организмам, в частности – к организму человека, Сегодня на уроке мы изучим небольшой аспект биофизических связей.
У. б Физические методы исследования ученые применяют в биологии, медицине, бионике. Вспоминаем, какие органы, и системы внутренних органов имеет наш организм? (смотрим на экран и называем) (слайд №9-10)
У. ф Задача 1. Общая площадь тела человека примерно равна 2 м2. Выразите площадь тела человека в см2. (слайд №11)
У. ф Человек и его органы — это часть природы, поэтому всё, что в нём происходит, подчиняется законам природы, изучением которых занимаются многие науки. (слайд №3) Слова эпиграфа написаны человеком, который впервые сформулировал «Закон сохранения энергии и превращения энергии». Немецкий учёный Роберт Юлиус Майер в 1940 году был судовым врачом. При подходе к острову Ява его поразил яркий цвет крови человека, а в северных широтах кровь становилась темнее. Он сделал вывод, что работа организма связана с разностью температуры его тела и температуры окружающей среды или количества кислорода, потребляемого при переработке пищи. При исследовании законов функционирования организма человека, у Майера возник вопрос: «не изменится ли количество теплоты, выделяемое организмом при переработке пищи, если он при этом будет совершать работу?» ответ:Если количество теплоты не изменилось бы, то из этого количества пищи можно было бы получить больше тепла путём перевода работы в тепло (например, через трение). Если же количество теплоты изменится, то работа и тепло должны быть как - то связаны между собой и с процессом переработки пищи.
Вывод: Наш организм - «механизм» подчиняется законам физики. Он постоянно работает, превращая одни вещества в другие, образуя энергию для жизни. Энергия, полученная при переработке пищи, идёт на количество теплоты и на совершение работы организмом.
1)
У. б – Какие же превращения энергии происходят в живых организмах (в человеке)?
Ответ:Химическая энергия в электрическую (нервные клетки).Звуковая энергия в электрическую (внутреннее ухо).
Световая энергия в электрическую (сетчатка глаза). Химическая энергия в механическую (мышечные клетки).
– Химическая энергия в электрическую (органы вкуса и обоняния).
У. ф. Что является источником энергии при работе мышц человека?
. Ответ: Источником энергии при работе мышц являются органические вещества (белки, жиры, углеводы), подвергающиеся клетках распаду и окислению, в результате чего освобождается скрытая в них внутренняя энергия.
У. б. Обмен воздуха между легочными пузырьками и внешней средой осуществляется в результате ритмичных дыхательных движений грудной клетки. Объясните, каков механизм процесса дыхания у человека? (слайд №12)
. Ответ: При вдохе объем грудной клетки и легких увеличивается, при этом давление в них понижается и воздух через воздухоносные пути (нос, горло) входит в легочные пузырьки. При выходе объем грудной клетки и легких уменьшается, давление в легочных пузырьках повышается и воздух с избыточным содержанием оксида углерода (углекислого газа) выходит из легких наружу.
Задача 2: После глубокого вдоха человек может выдохнуть 3500 мл воздуха (средняя жизненная емкость легких). Выразите жизненную емкость легких в мм3, в л, в м3. ? (слайд №13)
У. ф. Какой же газовый закон физики здесь применим?
Ответ:Здесь проявляет себя закон Бойля-Мариотта, то есть зависимость давления от объема.
2)
У. б: А теперь мы поговорим о работе сердца. Кровеносная система. Чем обусловлено движение крови по сосудам? Ответ: Движение крови по сосудам обеспечивается: созданием давления мышечным органом - сердцем (его работа сравнима с работой поршневого жидкостного насоса), разностью давления в кровеносных сосудах, эластичностью стенок сосудов, сокращением мышц.
Вывод: Кровь за счёт разности давления течёт из области более высокого давления в область более низкого давления.
У. б: От чего зависит скорость движение крови по сосудам? ответ: Скорость движения крови по сосудам зависит от сопротивления кровеносных сосудов. Поперечное сечение аорты = 5 см2, капилляров = 2 200 см2
У. ф. Сердце, которое представляет собой удивительный насос, который работает безостановочно всю жизнь человека и прокачивает за 1 секунду – 0,1 л крови. А тогда сколько же литров крови прокачивает сердце человека за один год? ? (слайд №16)
Задача 3: Рассчитайте, сколько литров крови прокачивает сердце человека за один год?
Дано: Решение:
t = 1 год=365* 24ч * 3600= 32 млн. с V=V 1* t ;
V(1) =0,1 л/с V= 0.1 л/с * 32 млн. с = 3,2 млн. л!!!
_______________________________
V - ? Ответ: V=3,2 млн. л ( крови прокачивает сердце за 1 год)
.
Вывод: Скорость крови в сосудах обратно пропорциональна общей площади их поперечного сечения, так как поперечное сечение аорты меньше, чем суммарное поперечное сечение капилляров, скорость крови в аорте больше, а в капиллярах меньше. Движение крови по сосудам подчиняется законам гидродинамики.
У. б: Сердце человека располагается в грудной клетке. Это четырехкамерный мышечный орган, бессменно работающий в течение всей жизни. По форме сердце напоминает уплощенный конус и состоит из двух частей – правой и левой. Каждая часть включает предсердие и желудочек. Масса сердца в среднем 300 г. Между сердцем и околосердечной сумкой находится жидкость, увлажняющая сердце и уменьшающая трение при его сокращениях. Мышечная стенка желудочков значительно толще стенки предсердий. Это объясняется тем, что желудочки выполняют большую работу. Сердце работает относительно нервной системы автономно. В самой сердечной мышце возникают импульсы, которые заставляют сокращаться предсердия, а потом желудочки. В ритмичном состоянии работы и покоя сердца – источник его неутомляемости. Расслабляясь, сердце отдыхает. Можно сказать, что у человека в возрасте 60 лет сердце 30 лет отдыхало. Человек еще не создал такую машину, которая могла бы беспрерывно работать 70-80 лет и более. Сердце – двигатель огромной работоспособности. Сердечный цикл складывается из трех основных фаз: систолы предсердий, систолы желудочков и общей диастолы, или паузы сердца, равен 0,8 с.
Фаза сокращения предсердий (систолы) равна 0,1 с. Фаза сокращения желудочков (систолы) равна 0,3 с.
Фаза расслабления (общей диастолы) равна 0,4 с.
Опыт: Сердце человека примерно равно его кулаку Определите размер своего сердца и укажите место, где этот орган проецируется.
Итак, сердечный цикл составляет 0,8 с, из которых 0,4 с вполне хватает для отдыха сердца, поэтому сердце является уникальным органом человеческого тела.
У. ф.Задача 4 (задача решается фронтально). (слайд №17)
За сутки человеческое сердце делает около 100000 ударов. При одном ударе совершается такая же работа, как при поднятии груза массой 1 кг на высоту 20 см. Вычислите работу, совершаемую человеческим сердцем за сутки.
Дано: Решение:
N = 105/ сут 1) А1 = mgh - работа сердца при одном ударе;
t = 1сут А1 = 1 кг * 10 Н/кг * 0,2м = 2 Дж;
m = 1 кг 2) А = А1 * N * t;
h = 0,2 м А = 2 Дж * 105 / сут * 1 сут = 2 * 105 Дж = 200 кДж
А - ? Ответ : А = 200 кДж
Поразительна выносливость сердца. Тренированный человек может, например за 2 часа подняться на несколько километров в гору или проплыть десятки километров. При большой нагрузке сердце усиливает свою работу.
У. б: На основании выше изложенного можно сказать, что тренированное сердца – это основа человеческого здоровья. Заботится о сердце – значит увеличивать его силы. Особенно подрывают его вино и курение. Алкоголь вызывает учащение сердечных сокращений и понижает их силу. Ожиревшее под влиянием алкоголя и переедания сердце менее работоспособно. Никотин ухудшает кровоснабжение сердечной мышцы, нарушает ритм её сокращений.
Интересно знать, что…(проецируется на экран). (слайд №18)
…за 8,5 часа лыжного пробега на 100км сердце спортсмена перекачивает 35 тонн крови.
…сердце за всю жизнь сокращается 2.5 млн. раз. Подсчитано, что этой работы достаточно, чтобы поднять поезд на гору Монблан.
…физиолог Вебер, живший в XIX веке, мог по своему желанию останавливать свое сердце. Во время одного из таких опытов перед студентами он довел себя до обморока.
…при тренировке мышечная стенка становится толще, и напряжение увеличивается, в ней повышается обмен веществ.
…на сердце ежегодно расходуется количество энергии достаточное для поднятия груза 900кг на высоту 14м.
3)
У. б. Объясните механизм процесса движения пищи по пищеводу человека. Какой физический процесс в данном случае наблюдается? (слайд №19)
Ответ. Пища, находясь в полости рта человека, проталкивается в глотку, а затем к пищеводу мышечными сокращениями языка. Затем происходит сокращение мышц пищевода и пища проходит в желудок.
У. ф. А какова роль слюны в данном процессе?
Ответ. Слюна, обволакивая пищевой ком, делает его скользким, что уменьшает силу трения, возникающую при его движении по пищеводу.
4)
У. б. В скелете животных и человека все кости, имеющие некоторую свободу движения, являются рычагами. (кости конечностей, нижняя челюсть, фаланги пальцев и. т.д). Что составляет опору нашего тела? Скелет и мышцы. У штангиста во время подъема штанги будут работать мышцы ног:
Икроножная, бедренная; Мышцы тазового пояса: (малая, средняя и большая ягодичные мышцы); Мышцы живота (брюшного пресса); Мышцы груди (малая и большая грудные мышцы); Мышцы плечевого пояса (дельтовидная);
Мышцы спины (трапециевидная, широкая и широчайшая); Мышцы рук (бицепсы и трицепсы, т. е. двуглавая и трехглавая); Мышцы предплечья.
Задача 5 1). Человек поднимает груз весом 5 кг на высоту 1 метр. Чему будет равна работа, которую совершают мышцы руки? Решение: Работу находим по формуле: А = F x s, следовательно, работа, совершаемая мышцами руки, равна 5 Дж 2).Я подхожу к стене и пытаюсь рукой сдвинуть ее с места, но результата нет. Чему будет равна работа, которую совершают мышцы моей руки? Ответ: Если нет результата, то работа равна нулю. 3). Совершает ли работу штангист, когда держит штангу над головой? Ответ: т. к.
Однако, с этим можно не согласиться, если обратиться к другой науке – биологии. Даже в отсутствии механической работы, мышечная работа совершается всегда за счет окислительно-восстановительных реакций белков, жиров и углеводов, в результате чего освобождается скрытая в них внутренняя энергия!
Все мышцы находятся в напряженном состоянии, следовательно, они совершают работу. Работа, выполняемая мышцами, может быть статической и динамической. Даже когда человек находится в неподвижном состоянии, мышцы всё равно выполняют работу!
У. ф. Строение скелета и работа опорно-двигательного аппарата подчиняется законам рычага. Рычаг обладает высоким коэффициентом полезного действия, так как в нём малы потери при трении. Сила трения, не будь её, предметы выскакивали бы из рук, человек не смог бы двигаться. К рычажному механизму относят все кости, имеющие свободу движения: фаланги пальцев, конечности, челюсть, череп.
Задача 6:1. Двуглавая мышца прикреплена к лучевой кости в точке, находящейся на расстоянии 3 см от локтевого сустава. Груз массой 2 кг находится на ладони руки на расстоянии 30 см от локтевого сустава. Какую силу развивает двуглавая мышца, если лучевая кость находится в горизонтальном обложении? (слайд №21-22)
Вывод: работа суставов подчиняется законам механики.
Знаете ли Вы, что… (проецируется на экран) слайд №23)
В каждом шаге принимает участие до 300 мышц и в одну мышцу в среднем поступает 20 импульсов в секунду.
Человек, совершая прыжки, взбегая по лестнице, совершает работу в 2628000 Дж за час, за секунду 730 Дж.
Мышцы человека на 1 см2 сечения развивают силу 158,8 Н.
В течение дня человек делает до 30000 шагов, т. е. около 10 км. За каждые 11 лет он незаметно проходит путь равный окружности экватора.
5)
У. б. На теле человека можно проследить все виды деформации. слайд №24)
У. ф. Каким же видам деформации подвергнуто тело человека.
Ответ.1) Деформация сжатия — позвоночный столб, нижние конечности и покровы ступни. 2) Деформация растяжения — связки, сухожилия, мышцы. 3) Деформация изгиба – позвоночник, кости таза. 4) Деформация кручения — шея при повороте головы, туловище в пояснице при повороте.
6)
У. б. А теперь поговорим о голосовом аппарате человека, который состоит из легких, гортани с голосовыми связками, глоточной, ротовой и носовой полости. Голосовые связки являются звукопроизводящими частями голосового аппарата. При разговоре голосовые связки напрягаются и приближаются друг к другу так, что между ними остается лишь узкий промежуток, так называемая голосовая щель. Когда воздух, выдыхаемый легкими, проходит через эту щель, голосовые связки начинают колебаться, причем частота колебаний может изменяться в зависимости от степени напряжения связок. Изменяя форму резонатора (рта, языка, губ), мы можем произносить тот или иной звук. слайд №25)
. Слуховой аппарат человека состоит из звукопроводящей и звуковоспринимающей частей.
Звуковые волны, достигающие уха человека, действуют на барабанную перепонку и через цепь слуховых косточек передаются основной мембране внутреннего уха. Звуковые колебания, достигают основной мембраны и расположенного на ней кортиева органа, приводит их в колебания с соответствующей частотой и амплитудой. Возникающие при этом нервные импульсы передаются в центральную нервную систему. слайд №26)
7)
У. ф. А теперь поговорим о другом важном органе-глазе. Действие электромагнитного излучения определенной длины волны на светочувствительные элементы сетчатки глаза вызывают ощущение света. слайд №27)
У. б. Сетчатка глаза состоит из светочувствительных клеток (палочек и колбочек). Колбочки сосредоточены в центральной части сетчатки, палочки расположены в периферических частях сетчатки. Палочки более светочувствительны, а колбочки создают ощущение цвета.
У. ф. Фокусное расстояние глаза человека 16 мм.
– Какова оптическая сила глаза?
Вывод:
У. ф. Сегодня на уроке мы еще раз убедились в том, что существует тесная связь физики и биологии.
Убедились, законы физики применимы к человеческому организму и объясняют процессы, происходящие в организме человека. Законы природы едины
Лист ученика (раздать каждому ученику, они в течении урока его заполняют)
Физический закон | Его применение в организме человека |
| Закон сохранения и превращение энергии | 1. Обмен веществ |
| Закон Бойля-Мариотта | 2. Дыхательная система |
| Закон равновесия рычага | 3. Опорно-двигательная |
| Закон Гука | 4.скелет, Опорно-двигательная |
| Закон Паскаля | 5.артериальное давление |
| Закон оптики | 6. Орган зрения |
| Закон акустики Законы гидродинамики | 7.орган слуха, голосовой аппарат 8.кровеносная и выделительная системы |
У. б. Человек – это Вселенная, это великое, неизведанное чудо, созданное природой. Познать самого себя, значит познать весь мир! Цифры и факты (слайд №5-8)
Наука биофизика позволила приоткрыть нам завесу в тайну исследований в области физики и биологии, а значит понять мир, в котором мы живем.
Домашнее задание
1. Задача. Во время тяжёлой физической работы сердце человека сокращается до 150 раз в минуту. При каждом своём сокращении оно совершает работу, равную поднятию груза массой 500 г на высоту 40 см. Определите мощность, развиваемую сердцем в этом случае.
2.Практическая работа №1 “Работа сердца”
Цели:
Определение работы сердца до и после дозированной физической нагрузки.
С помощью формул научиться рассчитывать работу сердца.
Сравнить полученные результаты.
Оборудование: секундомер, танометр, калькулятор.
Указания к выполнению:
1. Найдите пульс на запястье. Подсчитайте число ударов за 15 секунд, умножьте полученное число на 4.
2. Сделайте 10 приседаний и подсчитайте пульс по той же схеме.
№ опыта ЧСС (ударов/мин) МОК=СО*ЧСС(л/мин) Р=МОК*АД (ДЖ)
1.
2.
3. Используя все необходимые данные, рассчитайте работу сердца до и после нагрузки по формуле:
А - работа сердца за одну минуту. (килограмметр)
1 кгм=9,81 Дж
МОК – минутный объём крови. (л/мин)
АД – артериальное давление. (м. вод. ст.)
4. Оформите работу. Заполните таблицу.
Возраст (лет) СО, мл
Девочки Мальчики
13 47 56
14 57 64
15 59 64
Показатели систолического объёма крови (СО).
Сравните результаты. Сделайте выводы.
3. Практическая работа №2 “ Определение экономичности работы сердца”
Ход работы
1. Подсчитайте пульс за 1 минуту (В)
2. Сделайте 15 приседаний и вновь подсчитайте пульс (А)
3. Подсчитайте экономичность работы сердца по формуле:
Э = (В – А)/В*100%, где
А – пульс за одну минуту,
В - пульс за одну минуту после физической нагрузки.
4. Вывод: если результат не превышает 30%, то ваше сердце работает экономично.
5. Предложите комплекс мероприятий, направленных на повышение работоспособности человека.
РЕФЛЕКСИЯ
Спасибо всем за внимание! До новых встреч!!!
