Разработка урока по теме 'Механика человека'

Разработка урока по физике

«Механика человека»

Пояснительная записка.

Урок физики по теме «Механика человека» можно проводить в 9 и 10 классах после изучения курса физики, на уроках повторения и обобщения полученных знаний. Данный урок является интегрированным (физика - биология).

Прогрессивные педагоги разных эпох и стран, Я.А. Каменский, К.Д. Ушинский, А.И. Герцен, Н.Г. Чернышевский, подчеркивали необходимость взаимосвязи между учебными предметами для отражения целостной картины природы в голове ученика, для создания истинной системы знаний и правильного миропонимания, а также необходимость обобщенного познания и целостности познавательного процесса.

Интеграция - это обобщенное отношение между структурными компонентами целостного образования. Такими компонентами могут быть различные виды знаний одного учебного предмета, обобщенные компоненты знаний межпредметного характера, обобщенные умения, сформированные на основе усвоения связей между способами учебно-познавательной, учебно-производственной и практической деятельности.

Интегрированный урок - особый тип урока, на котором изучается взаимосвязанный материал двух или нескольких предметов. Такие уроки используются в тех случаях, когда знание материала одних предметов необходимо для понимания сущности процесса, явления при изучении другого предмета.

На данном уроке привлекаются фрагменты с использованием биологии, истории. Данный материал используется для обогащения образного мышления у учащихся, может побудить у школьников интерес к предмету, расширить знания и кругозор, лучше понять физику и другие предметы.

При подготовке к уроку у учащихся формируются умения работать с дополнительной литературой, со справочной литературой. На уроке учащиеся применяют знания из других предметов для объяснения явлений, наблюдаемых в природе, в окружающей жизни через решение задач.

Проведение такого урока активизирует деятельность учащихся, развивает их творческие возможности, помогают связать полученные знания на других предметах с физикой.

На данном уроке можно широко использовать компьютерные технологии, плакаты, иллюстрации, таблицы и наглядные пособия. Но при этом урок не должен потерять физической сущности.

При подготовке данного урока были использованы материалы из книг учителя физики и астрономии СОШ № 11 г. Ейска Краснодарского края Семке А.И.:

1. Уроки физики в 9 классе. Развернутое планирование. Ярославль, Академия развития, 2004 г.

2. Нестандартные задачи по физике для классов естественнонаучного профиля. Ярославль, Академия развития, 2007 г.

Урок по физике по теме: «Механика человека».

Цель урока: показать связь между физикой и биологией через сообщения и решение задач по механике.

Задачи:

1. образовательные: продолжить работу по формированию навыков анализа источников информации; закрепление знаний и умений по решению задач.

2. воспитательные: воспитание мировоззренческих понятий - причинноследственных связей в окружающем мире; о познаваемости окружающего мира и человечества; воспитание самостоятельности и ответственности.

3. развивающие: развитие самостоятельности мышления и интеллекта; развитие грамотной устной речи; развитие умения переносить и обобщать знания из разных предметов; закрепление навыков практической работы.

Оборудование и ТСО: компьютер, проектор, экран, электронная презентация, часы с секундной стрелкой; таблицы по анатомии: «Строение мышц», «Кровеносная система», «Сердце», «Ухо»; модель скелета человека.

Выставка книг: А.С. Енохович «Справочник по физике», Детская энциклопедия т.6 «Человек», энциклопедия «Аванта+»: «Человек», «Физика», Б.Б. Баландин «10 000 вопросов для очень умных»и др.

ХОД УРОКА.

1. Начало урока. Введение в тему. Вступительное слово учителя.

Человека как высшую ценность нашей цивилизации, изучает ряд научных дисциплин: биология и психология, история и антропология и т.д. Однако создание целостного представления о феномене человека невозможно без физики.

Человек - существо многогранное: человек, покорил все высочайшие горные вершины мира, опустился в са­мые глубокие точки мирового океана, покорил небо, по­бывал на Луне, расщепил ядро. Но чаше всего мы не задумываемся, а что мы представляем из себя, что мы можем сделать и какими возможностями, ресурсами мы с вами обладаем?

И сегодня мы с вами узнаем о человеке совсем с другой стороны: связав знания по биологии и по физике через сообщения и решение задач.

2. Основная часть урока. Теория - практика.

• Сообщение 1. Двигательная система человека. «Движение - это жизнь», - заметил Вольтер. Действительно, а может быть, и «приговорен» природой к движению. Люди не могут не двигаться и начинают это осознанно уже на четвертом месяце после рождения - тянуться, хватать различные предметы. Благодаря чему же мы перемещаемся в пространстве, бегаем, прыгаем, ползаем, плаваем, совершаем каждый день многие тысячи разнообразных выпрямлений, сгибаний, поворотов? Обеспечивает все это костно-мышечная система, или опорно-двигательный аппарат. Он включает кости, связывающие их соединительные ткани и мышцы. Кости черепа, конечностей и туловища образуют твердый остов тела, или скелет (от греческого «скелетос» - буквально «высохший»).

Мышцы и соединительнотканные образования: хрящи, фасции, связки, сухожилия - мягкий остов, или гибкий скелет, человеческого тела. Твердый остов выполняет разные функции, главная из которых опорная - он удерживает в определенном положении все органы, принимает на себя всю тяжесть тела. И вместе с гибким остовом дарит нам способность двигаться. Кроме того, кости, мышцы, связки служат надежным панцирем для скрывающихся в теле внутренних органов.

Задание. По Владимиру Далю - «Движение - состояние движимого и движущегося чего-либо, а также двигать, двигнуть, двинуть, двигивать, движити, пихать, переть, толкать, совать, таскать, волочить, перемещать вещь, приводить в движение, шевелить, колебать, возмущать.

Вопрос1: Правильно ли толкование В. Даля? Что мы понимаем под движением? Ответ: Правильно. Движение - перемещение тела в пространстве с течением времени.

Задача. Определить среднюю скорость движения ученицы 11 класса при сдаче зачета по бегу на дистанции 1000 м (высокий уровень - что соответствует отметке «5» составляет 4 мин 33 сек).

Вопрос 2: На уроках физической культуры обязательным элементом урока является разминка и, проводя разминку, вы совершаете бег по залу против часовой стрелки. Специалисты считают, что легкоатлетический бег по кругу не случайно происходит против часовой стрелки. По их мнению, во всем виновата правая рука. Как вы думаете почему?

Ответ: Она тяжелее и сильнее и, следовательно, лучше противостоит центробежной силе.

• Сообщение 2 . О костях человека. Кость - композиционный материал и состоит из двух совершенно различных компонентов - коллагена и минерального вещества. Известным примером композиционного материала служит стеклопластик, представляющий собой смесь стеклянных волокон и смолы. Как это ни удивительно, но кость по своей прочности уступает только твердым сортам стали и оказывается гораздо прочнее ставших образцами прочности гранита и бетона.

Прочны ли наши кости? В начале XX века на одной уральской каменоломне произошел несчастный случай: гранитная глыба массой около полутоны придавила рабочему ногу. Врач был уверен, что кости раздроблены. Однако он обнаружил, что у пострадавшего все кости целы, хотя глыба всей своей тяжестью надавила на большую берцовую кость - одну из двух костей голени. Столь благополучный исход этого несчастного случая объясняется необычной прочностью костей. Бедренная кость, поставленная вертикально, может выдержать давление груза в 1,5 тонны, большая берцовая кость - до 1600-1800 кг, т.е. в 20 раз больше веса человека.

Задача. Каков коэффициент жесткости берцовой кости, если масса человека 80 кг, а кость сжимается на 0,3 мм?

• Сообщение 3. О мышцах человека. Самые сильные мышцы у человека те, что расположены по обе стороны рта и отвечают за сжатие челюстей. Они способны разви­вать усилие 700Н. Согласно исследованиям французских невропатологов, у плачущего человека задействовано 43 мышцы лица, в то время как у смеющегося - всего 17. Таким образом, смеяться энергетически выгодно. Смейтесь, ведь, как сказал Роберт Орбен, американский юморист: «С кем можно вместе смеяться, с тем можно вместе работать».

Задача. Среднее значение силы мышц правой руки мальчика в возрасте 16 лет равна 447 Н, левой - 481 Н. У девочек, соответственно, сила мышц правой руки - 305 Н, а левой - 278 Н.

Рассчитайте среднюю массу груза, которую вы, можете поднять сначала правой рукой, а затем левой рукой. Решите задачу, если груз поднимаем равномерно, а затем с ускорением 1 м/с², ускорение свободного падения для удобства расчетов примем за 10 м/с² .

• Сообщение 4. О силе человека. Вообще в организме человека насчитывается более 600 различ­ных мышц. Если бы все мышцы человека, напряглись, они бы вызвали силу давления, равную примерно 250 кН. Оказывается, что 60 % кислорода, поступающего в организм человека, потребляют именно мышцы. Но когда мы говорим о возможностях человека, трудно не заглянуть в «Книгу рекордов Гиннесса». Конечно, некоторые рекорды достигаются длительной подготовкой: так, не­кий Эрден Чемпен из США в 1980г. бросил виноградину на рас­стояние 97,43 метра и попал точно в рот своему партнеру. Альпинист из Швейцарии Жан-Марк Цано в 1981 г. совершил восхождение на вершину горы высотой 2185 метров за 2 часа 30 минут на ходулях.

На заметку: Силомер - прибор для измерения мускульной силы руки.

Вопрос 1: Женщины восточноафриканского племени луо носят на голове грузы до 70% от веса тела без видимых усилий, а груз 20% от веса тела вообще не требует у них дополнительных расходов энергии. Какое физическое правило они используют с таким успехом?

Ответ: При перемещении груза с постоянной скоростью по горизонтальной поверхности работа не совершается. А походка этих женщин отличается плавностью.

Вопрос 2: Совершает ли работу спортсмен, держащий в руках гири.

Ответ: Механической работы нет: есть действие мускульной силы человека, удерживающего в руках гири, но нет перемещения гирь. Но спортсмен устает с течением времени, даже стоя с ними неподвижно. Но совершает он не механическую работу, а физиологическую работу.

Задача. Речь пойдет о многократном победителе мировых, региональных, российских, а затем всесоюзных чемпионатов по классической борьбе среди супертяжеловесов Хаджи-Мукане Мунайтпасове (1871-1948). Родившись в бедной крестьянской семье в ауле Карауткель (Акмолинской области), Мукан с ранних лет приобщился к тяжелому наемному труду. Работая у купца О. Масликова, как-то зимой по велению хозяина он поехал за сеном. На обратном пути степь внезапно завьюжила, и начался сильный буран. Дорога отяжелела, лошади выбились из сил, а одна, не устояв даже на ногах, упала и больше не вставала. Тогда Мукан погрузил ее на сани поверх сена, а вторую привязал сзади, сам же, впрягшись вместо тягловой силы, приволок все вместе домой. Тогда юноше было 18 лет от роду.

Какую силу прикладывал Мукан к саням, если масса саней с сеном 500 кг, масса лошади 500 кг, а коэффициент трения полозьев о снег равен 0,02?

• Сообщение 5. О слухе и голосе человека. Ухо - орган слуха у человека. Звук улавливается ушной ракови­ной, вызывает вибрацию барабан­ной перепонки и затем через систе­му звуковых косточек передается воспринимающим клеткам.

Частот­ный диапазон звуков, воспринима­емый человеком, от 16 до 20 000 Гц. Но вот что удивительно: у детей в возрасте 2-3 лет предел слышимо­сти доходит до 22 000 Гц, а вот у стариков он понижается до 10 000Гц (старые люди часто не слышат стре­котание кузнечиков, сверчков). Высота голоса человека зависит от длины и натяжения голосовых связок. Так, у мужчин длина голосовых связок составляет 18-25 мм, у женщин - 15-20 мм. Женский голос сопрано имеет диапазон длин волн 137-34 см, а мужской голос баритон - 324-86 см.

Задача. Рассчитайте диапазон длин волн, который слышат ма­лыши, но не воспринимают мамы, а также диапазон длин волн, который не слышат старики, но мы с вами воспринимаем. Скорость звука принять за 340 м/с.(Мы не воспринимаем звуки частотой от 20000 Гц до 22 000 Гц, но малыши эти звуки воспринимают. Старики не воспринимают звука часто­той от 10 000 до 20 000 Гц, но мы эти звуки воспри­нимаем).

• Сообщение 6. О сердце человека. Самый удивительный двигатель, созданный природой, - это наше сердце. Оно начинает работать, когда мы еще не родились и последним прекращает свою работу. Так, наше сердце в среднем за сутки сокращается 100 000 раз и перекачивает при этом 10 000 литров крови. В течение минуты оно выбрасывает в аорту 4 литра крови. Полный же оборот крови через оба круга кровообращения совершается за 21 секунду.

Самое интересное, что около 50 % крови у человека находится в покое в печени и селезенке, откуда в случае необходимости она выбрасывается в кровяное русло. Сердце - это орган, имеющий массу 300 г. С 15 до 50 лет оно бьется со скоростью 70 раз в минуту. В период между 60 и 80 годами оно ускоряет свое движение, достигая примерно 79 ударов в минуту. В среднем это составляет 4,5 тысячи пульсаций в час и 108 тысяч в день. Сердце велосипедиста может быть вдвое больше, чем у человека, не занимающегося спортом, - 1250 кубических сантиметров вместо 750. В обычном режиме этот орган перекачивает 360 литров крови в час, а за всю жизнь - 224 миллиона литров. Столько же, сколько река Сена во Франции за 10 минут!

Общая длина кровеносных капилляров в организме человека примерно 100 тысяч км, что в 2,5 раза превышает длину экватора, а общая внутренняя площадь - 2400 метров квадратных. Кровеносные капилляры имеют толщину в 10 раз меньшую, чем волос. Работа сердца очень значительна. Так, при 1 ударе совершается работа, с помощью которой можно поднять груз в 200 г на высоту 1 м. За 1 минуту сердце подняло бы этот груз на 70 м, т.е. на высоту 20 этажного дома. Если бы можно было использовать работу сердца, то за 8 ч удалось поднять человека на высоту Московского государственного университета (240 м), а за месяц - на вершину Джомолунгмы (Эверест), высочайшую точку земного шара (8848 м)! Вот как грандиозна работа этого маленького органа величиной с кулак!

Как сказал американский писатель Уайт: «Не беспокойтесь о своем сердце, пока оно не остановилось».

Когда мы говорим о возможностях сердца, хочется привести некоторые удивительные факты. Так, даже смертельно раненное сердце показывает в некоторых случаях поразительную живучесть, Известны случаи, когда со смертельной раной сердца человек мог еще прибегать расстояния до 200 метров! Имеются факты, когда рана в сердце зажила сама собой.

Примером возможности сердца является марафонский бег («Из истории марафонского бега» - сообщение).

Задача. Сердце является хоро­шим примером колебательного движения. Давайте попробуем рассчитать частоту и период сокращений нашего сердца, для этого воспользуемся часами с секундной стрелкой и посчитаем пульс за 10 секунд (учащиеся определяют пульс и рассчитывают персональ­но каждый для своих значений частоту и период работы сердца).

• Сообщение 7. О легких человека. Нельзя на нашем уроке не упомянуть и еще об одном интерес­ном органе - о легких. Мы знаем, что человек может прожить без пищи и воды длительное время (рекорд - 18 дней), а вот без воздуха прожить человек не может. Известны факты, когда в 1986 г. двухлетняя девочка провела под водой 66 минут и после этого она полностью выздоровела. Но это редкий и удивительный случай.

Если мы находимся в относительном покое, то примерно в минуту совершаем 16 - 20 дыхательных движений, при этом через легкие проходит около 6-8 литров воздуха, а при мышечной работе (40-45 раз) до 100 литров. В среднем человек выдыхает 3500 см³ воздуха. У людей с хорошо развитой грудной клеткой, особенно у спортсменов, жизненная емкость легких достигает 500 - 5500 см³. При каждом вдохе человек совершает значительную работу. Этой работой можно поднять 1 кг груза на высоту 8 сантиметров.

Если эту энергию можно было использовать, то за 1 час груз массой 1 кг был поднят на 86 метров, а за ночь (около 8 часов) - на 690 метров.

На заметку: Ловцы жемчуга остаются под водой пять - семь минут. А мы можем задерживать дыхание на тридцать - пятьдесят секунд. Спирометр - прибор, который устанавливает жизненную емкость легких.

Задача. Если рассчитать среднюю работу легких за 60 лет обычной жизни, то оказывается, что такую же работу проделал бы человек, если бы поднял от уровня моря до вы­соты 5000 метров камень массой 10 т. Определите, какую работу совершают легкие за сутки и какую мощность они при этом развивают?

Задача. Одна выкуренная сигарета сокращает жизнь человека на 15 минут. Кроме того, человек, выкуривающий каждый день 20 сигарет, получает такую же дозу облучения, как при ежедневном рентгеновском облучении легких. Какую дозу облучения получает курильщик за неделю, за месяц, за год? Превышает ли это значение среднее допустимое значение для человек?

(Из справочника А.С. Еноховича: доза рентгеновского облучения легких - 0,00015 Гр, допустимая доза общего облучения человека за год составляет 0,05 Гр)

3. Завершение урока. Подведение итогов.

На уроке мы познакомились и вспомнили, какими ме­ханическими возможностями обладает человек. Конечно, невозможно охватить все аспекты жизнедеятельности человека, но, узнавая о себе, о том, что мы можем, мы познаем не только себя, но и окружающий нас мир.

Для того чтобы узнать еще больше, следует обратить­ся к книгам, в которых вы найдете ответы на некоторые вопросы. (Выставка книг)

1). Презентация - 15 слайдов

2). Рефлексия (опросы учащихся и ответы учащихся по карте самоконтроля):

- Настроение, с которым готовился и изучался данный материал?

- Что было сложным в подготовке и в самом уроке?

• Что-то для себя узнали нового?

Приложение.

Интересные факты.

1. Самым высоким человеком был американец Роберт Першинг Чодлоу (1922-1944). Рост его был равен 2,72 метра, а масса - 222,7 кг. За ним следует египтянин Мухаммед Гази (1901-1941) - 2,69 метра, американец Дэжон Керрол (1932) - 2,49м, финн Вяйно Мюлларине (1909-1963) - 2,47 метра. Самой высокой женщиной считается гречанка Василики Каллиянди (1882-1904) - 2,3 метра.

2. Самая крепкая связка человеческого тела, так называемая бертиниева связка, укрепляющая тазобедренный сустав, выдерживает нагрузку в 3,5 кН.

3. Все косточки нашего тела весят примерно 170 Н. Но в скелете ребенка не менее 300 костей. Некоторые кости «Спаиваются» в процессе его раста. В результате сохраняется минимум 198, а максимум 214. Такое отличие связано с тем, что некоторым людям природа добавляет шейные или поясничные позвонки, а у других остается «неспаянный» крестец. Кстати, в научных кругах первый шейный позвонок называют «атлантом» - по имени мифического героя, в чью задачу входило поддержание на своих плечах небесного купола.

4. Тканями, которые играют роль своеобразных пружин и могут запасать механическую энергию, являются мышцы конечностей и сухожилия, соединяющие их с костями. Сухожилия в большей степени, чем мышцы, годятся для хранения потенциальной энергии, так как силы внутреннего трения в них очень малы, и около 90 % этой энергии может быть обратно преобразовано в кинетическую энергию. Кроме того, сухожилия обладают большей жесткостью, чем мышцы, и могут быть растянуты на 6 % своей исходной длины без заметного повреждения, в то время как мышцы - только на 3 %.

5. Наш язык имеет массу всего 50 г, а его длина - 9 см. Но в нем не менее 17 мускулов. В процессе еды он производит 80 движений в минуту. При вкушении любого продукта 4000 осязательных пластинок с 50 рецепторами каждая передают в мозг полученную информацию.

6. Отмечено, что наиболее эффективно мышцы работают в 13 часов 30 минут. Современный спортсмен-тяжелоатлет за одну тренировку поднимает 40 - 60 тонн груза, что составляет более 4 тысяч тонн в год.

7. С возрастом масса мозга уменьшается. В 20 лет она в среднем равна 1,4 кг, в 70 лет - 1,3 кг, а в 80 лет - 1,2 кг. Однако никакой связи между размером мозга и умом нет. «Компьютер», принадлежавший Тургеневу, был особо крупных размеров - 2,012 кг, а у Анатоля Франса всего 1,017 кг. У М.Монро его масса составляла 1,422 кг. В головном мозге содержится три четверти всех нервных клеток организма. Он увеличивается до 15 лет и функционирует лучше всего, начиная с этого возрасти и до 25 лет. С 45 лет он начинает деградировать.

8. Считается, что при нормальных условиях работы человек может развивать мощность 70 - 80 Вт, однако, возможна моментальная отдача энергии в таких видах спорта, как толкание ядра или прыжки в высоту. Наблюдения показали, что при прыжках в высоту с одновременным отталкиванием обеими ногами некоторые мужчины развивают в течение 0,1 с среднюю мощность около №.7 кВт, а женщины - 2,6 к Вт. Коэффициент полезного действия мышц человека равен 20 %.