Конспект урока с презентацией по теме 'Тепловые явления в живой природе'

Интегрированный урок (физика + биология)

по теме "Тепловые явления в живой природе"

Цели урока:

1. Закрепление знаний учащихся по теме "Тепловые явления в живой природе" на примере природных, биологических и физиологических явлений. Объяснение их с точки зрения физических теорий.

2. Реализация предметных и межпредметных связей для целостного восприятия единой картины мира.

3. Развитие навыков решения физических задач, умения самостоятельно делать выводы, выдвигать гипотезы.

4. Воспитание интереса к изучаемым предметам, умение видеть взаимодействие и взаимосвязь физических и биологических явлений.

Оборудование: карточки с тест-заданиями, компьютер, презентация тест - заданий по теме "Тепловые явления в живой природе".

Ход урока

I. Организационный момент.

Объявление темы урока.

II. Повторение и закрепление знаний по теме "Тепловые явления".

1). Вводная беседа

Сегодня мы еще раз убедимся, что "физика - основа и опора всех без исключения наук". На стыке физики и биологии родилась наука бионика, которая помогает инженерам и конструкторам создавать новые машины, конструкции, совершенствовать технические изобретения. Как много интересных явлений в живой природе можно объяснить, опираясь на знания, полученные при изучении темы: "Тепловые явления".

2). Вопросы

Отвечая на вопросы, заполним кроссворд.

1. Изменение внутренней энергии тела без совершения работы.

2. Изменение внутренней энергии путем трения, ударов и т.д.

3. Теплообмен, при котором происходит непосредственная передача энергии, от частиц более нагретой части тела к частицам его менее нагретой части.

4. Теплообмен, при котором энергия переносится лучами.

5. Теплообмен, при котором энергия переносится потоками вещества.

6. Физическая величина, являющаяся мерой средней кинетической энергии молекул тела.

7. Прибор для измерения температуры.

8. Шведский ученый, предложивший использовать стоградусную шкалу температур.

9. Сосуд для хранения при неизменной температуре помещаемых в него пищевых продуктов.

10. Процесс, сопровождающийся выделением большого количества энергии.

г

т

о

т

е

м

п

е

р

а

т

у

р

а

п

е

л

н

т

е

р

м

о

м

е

т

р

т

и

п

е

т

р

т

е

п

л

о

о

б

м

е

н

ц

р

в

е

м

о

и

з

л

у

ч

е

н

и

е

о

д

ь

с

н

с

к

о

н

в

е

к

ц

и

я

с

й

р

а

б

о

т

а

ь

III. Решение задач по теме урока

1. Все птицы - теплокровные животные. Температура тела у них постоянна. Она выше, чем у млекопитающих, и равна примерно 42 ⁰С, а у некоторых видов - 45 - 45,5 ⁰С. Тело покрыто перьями, а передние конечности превратились в орган полета - крылья.

Вопрос: Какую роль играет сезонное изменение длины и густоты оперения?

Отв. (роль терморегуляции организма).

2. Термотаксис у амебы обыкновенной отрицательный; она перебирается из более теплой в менее нагретую часть водоема.

Вопрос: Объясните поведение амебы?

Отв. (амеба реагирует на температуру воды).

3. Мышка дрожит не только от холода, но и для того, чтобы согреться. При дрожании скелетных мышц тепла выделяется уж не так и много, но биохимические реакции выделения тепла резко ускоряются. Подрожит мышка, постучит зубками и запустит на полную мощность свою отопительную систему.

Вопрос: А почему изменяется внутренняя энергия мышки?

Отв. (Механическая энергия мышки превращается во внутреннюю энергию).

4. Прижился на архипелаге Шпицберген, завезенный сюда в 1920 годах из Гренландии овцебык. Стадо этих могучих приземистых копытных, покрытых густой и длинной, до земли, шерстью, заметно выросло за последние годы, благо на Шпицбергене нет их главных врагов- волков. В суровые зимы самки овцебыков прячут маленьких детенышей у себя под брюхом, где в любую пургу тепло и уютно в пологе из шерсти. Сейчас овцебыков на Шпицбергене больше сотни, а ведь вначале было всего 17.

Вопрос: Почему же малышам под брюхом матери тепло и уютно, несмотря на отрицательную температуру воздуха?

Отв. (Шерсть плохо проводит тепло).

5. Холод влияет на физическую активность работоспособность человека. Цепенеют не только мышцы, но и мозг, воля, без которой любая борьба обречена на поражение. Поэтому в зоне низких температур, например в Арктике, деятельность человека начинается с мер по защите от холода: строительства убежищ, разведения костра, приготовления горячей пищи.

Вопрос: Как изменяется внутренняя энергия организма при переохлаждении?

Отв. (Уменьшается, понижается температура человеческого тела, а, следовательно, замедляются все функции организма).

6. Лохматая шубка позволяет шмелям собирать нектар и пыльцу даже в Заполярье.

Под такой одежкой тело шмеля при усиленной работе мышц нагревается до 40 градусов. И чем севернее летает шмель, тем он крупнее и лохматее. В тропиках шмелей нет - перегреваются.

Вопрос: Почему шубка спасает шмелей от вымерзания?

Отв. (Защитный покров шмеля задерживает конверсионные потоки, замедляя теплоотдачу и лучеиспускание)

7. Загорать муравьиному народу некогда - все дни в трудах. И только ранней весной, когда растает снег, можно увидеть их на крыше муравейника "загорающими", вяло копошащимися и, кажется, никуда не спешащими. Но это только кажется.

Оказывается, другая часть муравьев в это время спускается по коридорам в нижние этажи подземелья. Поостыв, они снова бегут наверх погреться. Так и циркулируют, муравьи навстречу друг другу.

Вопрос: Объясните поведение муравьев ранней весной?

Отв. (Так муравьи греют, или правильно сказать, нагревают муравейник).

8. Белого медведя часто называют неутомимым скитальцем Арктики. Чаще всего его можно увидеть неспешно бредущим среди бескрайних снежных полей или ледяных торосов. У этого громадного зверя железные мышцы. От холода его укрывает толстый слой жира и белая или чуть золотистая шкура с густой шерстью. Даже подошвы лап защищены мехом. Зверь способен вплавь в ледяной воде открытого океана покрывать расстояния в десятки километров.

Вопрос: Что спасает белого медведя от замерзания в условиях Арктики?

Отв. (Шерсть обладает плохой теплопроводностью, а вместе с рыхлым подкожным жиром - это просто идеальный вариант теплозащиты).

9. В состоянии покоя и на голодный желудок человеческое тело вырабатывает за сутки столько энергии, что ее хватило бы для нагревания 20 л. воды от 10 ⁰С до кипения. Тепла, выделяющегося при работе дровосека в течение 8 ч., достаточно, чтобы нагреть до кипения 100 л воды.

Вопрос: Какую энергию вырабатывает человеческое тело в покое и при 8-часовой рубке дров?

На экране условия задачи оформлены в виде двух вариантов:

I-вариант

II-вариант

Дано:

V=20л.=0,02 м³

ρ=1000 кг/м³

t₁₌10 ⁰С

t₂₌100 ⁰С

с= 4200 Дж/кг·⁰С

Дано:

V=100л.=0,1 м³

ρ=1000 кг/м³

t₁₌10 ⁰С

t₂₌100 ⁰С

с=4200 Дж/кг·⁰С

^Q₁=?

^Q₂=?

Решение задачи по вариантам. Решение показывают на доске.

I-вариант

II-вариант

Решение

Q₁=c·m·(t₂-t₁)

m=ρ·V

Q₁=c·ρ·V·(t₂-t₁)

[Q₁]= Дж/кг·⁰С· кг/м³· м³·⁰С=Дж

Q₁=4200·1000·0,02·(100-10)=7.560.000 Дж=

=7560 кДж

Ответ. Q₁=7.560 кДж

Решение

Q₂=c·m·(t₂-t₁)

m=ρ·V

Q₂=c·ρ·V·(t₂-t₁)

[Q₂]= Дж/кг·⁰С· кг/м³· м³·⁰С=Дж

Q₂=4200·1000·0,1·(100-10)=37.800.000 Дж=

=37.800 кДж

Ответ. Q₂=37.800 кДж

10. Среди необычных растений выделяется неопалимая купина. Поднесите к ней горящую спичку, и куст вспыхнет ярким пламенем. Вспыхнет и тут же погаснет. Листья при этом останутся нетронутыми огнем. Секрет "неопалимой" давно раскрыт - это эфироносное растение. Листья его выделяют летучие вещества, которые вспыхивают и горят, словно порох. А если вы прикоснетесь к этим листьям голой рукой, то мелкие эфирные капельки обожгут кожу. Горящее и не сгорающее растение, конечно же, почиталось как чудесное, священное. Недаром о неопалимом кустарнике рассказывает Библия.

Вопрос: Объясните, почему при горении эфирных веществ листва неопалимой купины не подвергается термическим ожогам.

Отв. (Эфир сгорает очень быстро и теплообмен не происходит).

11. Сколько энергии выделится при сгорании 1 г эфира, и какую массу воды можно нагреть на 20 ⁰C этим количеством теплоты?

Дано:

m₁=1 г

q = 2 · 10⁶ Дж/кг

t = 20 ⁰С

с = 4200 ^Дж/_{кг ·}^o_C

СИ

0,001 кг

Решение

Q₂=c·m₂·t Q₁=q·m₁

т.к. Q₁= Q_2, то c·m₂·t=q·m₁

m₂= q·m₁/c·t

[m₂]= Дж/кг· кг·/ ^Дж/_{кг ·}^o_C·⁰С = кг

m₂=2 · 10⁶·0,001/ 4200·20=0,024 кг

m_{2 -} ?

Ответ. m₂=0,024 кг

IV. Закрепление знаний по теме.

Тест-контроль

1. Когда организм переохлаждается, мышцы начинают дрожать. Какие превращения энергии при этом происходят?

а) внутренняя энергия превращается в тепло;

б) механическая энергия превращается во внутреннюю;

в) внутренняя энергия превращается в механическую.

2. Как изменяется внутренняя энергия человека при переохлаждении?

а) изменяется незначительно;

б) увеличивается, т.к. идет теплообмен с окружающей средой;

в) уменьшается энергия, снижается обмен веществ и замедляется деятельность мозга.

3. Почему густая шерсть верблюда защищает его от холода и жары?

а) между шерстинками есть воздух, который обладает плохой теплопроводностью;

б) шерсть хорошо отражает тепловое излучение;

в) у верблюда большая жировая прослойка.

4. Почему "шубка" спасает шмелей от вымерзания?

а) "шубка" задерживает конвекционные потоки, замедляет теплоотдачу и лучеиспускание;

б) нет конвекционных потоков;

в) нет теплообмена с окружающей средой.

5. Для обогрева жилища в Арктике используют все, что горит (жир тюленей, моржей, белых медведей, карликовые деревца, торфяной дерн, сухую траву). Торфяной дерн нарезают брикетами и подсушивают, сухую траву связывают в пучки. Во сколько раз при горении торфа выделяется больше тепла, чем при горении сухой травы той же массы? (q_торфа=14 · 10⁷ Дж/кг; q_травы = 14, 3 · 10⁷ Дж/кг)

а) в 3 раза больше;

б) примерно одинаково;

в) в 1,5 раза меньше.

5. Сколько сухих дров нужно сжечь, чтобы нагреть воду в аквариуме, где разводят тритонов? Объем воды 100 литров, вода нагревается на 5 ⁰С. (q_дров=1 · 10⁷ Дж/кг)

а) 0,21 кг;

б) 2,1 кг;

в) 0,021 кг.

5. За сутки человеческий организм получает в среднем 10900 кДж энергии, а теряет теплопроводностью и конвекцией 2260 кДж; излучением 3390 кДж; испарением 1880 кДж. Какое количество энергии остается для нормального функционирования организма?

а) 2370 кДж;

б) 0 кДж:

в) 3370 кДж.

5. Даже в тропиках, где температура океанской воды относительно высокая (22 ⁰С), длительное пребывание в воде ведет к переохлаждению организма, и человек погибает. Какое количество теплоты теряет человек массой 70 кг, если организм его остывает за час на 0,03 ⁰С? с_ч=3350 Дж/кг·⁰С

а) 7035 Дж;

б) 4,2 кДж;

в) 1 кДж.

5. Если в жаркий день лист растения приложить к щеке (совсем необязательно его срывать), то можно почувствовать, что он прохладный. Почему?

а) растения поглощают тепло из окружающей среды,

б) растение испаряет в окружающую среду воду, из-за этого внутренняя энергия листа уменьшается и уменьшается его температура,

в) лист растения плохо проводит тепло.

5. Для чего киту толстый слой жира?

а) жир не дает киту утонуть;

б) жир спасает от переохлаждения, т.к. у него плохая теплопроводность;

в) рыхлая жировая ткань ускоряет процесс теплообмена.

Ключ к тесту

Номер вопроса

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Вариант ответа

б

в

а

б

б

а

в

а

б

б

V. Итоги урока.

- Какие виды теплопередачи мы сегодня рассмотрели?

- Приведите свои примеры теплопередачи в живой природе.

- Как вычислить количество теплоты при нагревании и охлаждении тела?

- О чем говорит знак «-» при вычислении количества теплоты?

- Как найти количество теплоты, выделяющееся при горении топлива?

VI. Домашнее задание.

1. § 1-11

2. Подготовиться к к/р