Механика и человек. Интегрированный урок. 9 класс

МЕХАНИКА и ЧЕЛОВЕК.
( интегрированный урок : физика + анатомия )
9 класс .
Этот урок целесообразней проводить как повторение и закрепление материала по механике . К уроку дети готовят сообщения по следующим темам: "Сила мышц человека", " Слуховой аппарат человека ".Урок рассчитан на 40 минут .

Цель урока: показать связь между предметами физика и биология через решение задач по механике, воспитать у школьников самостоятельность и ответственность.

Оборудование урока: часы с секундной стрелкой, звуковой генератор с громкоговорителем, таблицы по анатомии :" Строение мышц", "Кровеносная система .Сердце ", " Ухо", карточки с задачами.



Познай себя и ты познаешь
МИР.

Сегодня на уроке мы попробуем взглянуть на себя со стороны, основываясь на фактах. Как вы знаете, 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 чаще всего мы не задумываемся , а что мы представляем из себя , что мы можем сделать и какими возможностями , ресурсами мы с вами обладаем?
Сообщение 1. Самые сильные мышцы у человека , это те , что расположены по обе стороны рта и отвечают за сжатие челюстей .Они способны развивать усилие около 70 кг. Согласно исследованиям французских невропатологов, у плачущего человека задействованы 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 ."

Итак ,за работу . Решим с вами задачу . Среднее значение силы мышц правой руки мальчика в возрасте 15 лет равна 430 Н , левой 380 Н. У девочек соответственно сила мышц правой руки 300 Н , а левой 280 Н. Рассчитайте среднюю массу груза , которую вы можете поднять с начала правой рукой , а затем левой рукой ( мальчики и девочки считают для своих значений сил мышц). Решите задачу, если груз поднимаем равномерно, а затем с ускорением 1 м/с2,ускорение свободного падения для удобства расчетов примем за 10 м/с2. (ответы : для мальчиков при равномерном поднятии груза правой рукой можно поднять груз 43 кг,левой 38 кг,с ускорением 1 м/с2 правой рукой 39 кг, левой 34.5 кг ; для девочек при равномерном поднятии груза правой рукой можно поднять груз 30 кг, левой 28 кг, с ускорением 1 м/с2 правой рукой 27 кг, левой 25 кг.)

Сообщение 2.Вообще в организме человека насчитывается около 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 Гиннеса". Конечно, некоторые рекорды достигаются длительной подготовкой, так некий Эрден Чемпен из США в 1980 году бросил виноградину на расстояние 97.43 метра и попал точно в рот своему партнеру. Альпинист из Швейцарии Жан-Марк Цано в 1981 году совершил восхождение на вершину горы высотой 2186 метров за 2 часа 30 минут на ходулях.
Сколько примеров еще можно приводить . Но мы остановимся не на рекордах , а на самых обычных примерах . Решим задачу . Оказывается, что коэффициент полезного действия мышц человека равен 20 % , то есть остальные 80 % расходуются человеком на тепловые потери.
Вопрос : а какую энергию вы затрачиваете при поднятии груза сначала левой, а затем и правой рукой равномерно на высоту 50 см ?( воспользуйтесь данными из 1 задачи)
( ответ: мальчики затрачивают при поднятии груза правой рукой на высоту 50 см 1075 Дж энергии , а левой рукой 950 Дж энергии ; девочки при поднятии груза правой рукой 750 Дж , левой рукой 700 Дж.)

Сообщение 3.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 года предел слышимости доходит до 22 000 Гц,а вот у стариков он понижается до 10 000Гц (старые люди часто не слышат стрекотание кузнечиков , сверчков)
[ здесь можно продемонстрировать диапазон звуковых волн от 10 000 Гц до 20 000 Гц , то есть те частоты , которые мы в старости можем и не слышать, используя звуковой генератор и динамик].

Итак, мы подошли еще к одной особенности человеческого организма. Давайте попробуем рассчитать диапазон длин волн , который слышат малыши, но не воспринимаем мы , а также диапазон длин волн , который не слышат старики, но мы с вами воспринимаем .Для удобства скорость звука примем за 340 м/с.
( ответ : мы не воспринимаем звуки частотой от 20000 Гц до 22 000 Гц, но малыши эти звуки воспринимают, диапазон длин волн соответствует 15.4*10^-3 до 17*10^-3 м. Старики не воспринимают звуки частотой от 10 000 до 20 000 Гц , но мы эти звуки воспринимаем , диапазон длин волн соответствует 17*10^-3 до 34*10^-3 м.)

Сообщение 4.Самый удивительный двигатель,созданный природой,- это наше сердце .Так наше сердце в среднем за сутки сокращается 100 тысяч раз и перекачивает при этом 10 тысяч 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. Как сказал американский писатель Уайт : " Не беспокойтесь о своем сердце , пока оно не остановилось". 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.]
Когда мы говорим о возможностях сердца, хочется привести некоторые удивительные факты. Так даже смертельно раненое сердце показывает в некоторых случаях поразительную живучесть . Известны случаи , когда со смертельной раной сердца человек мог еще пробегать расстояния до 200 метров! Имеются факты, когда рана в сердце зажила сама собой.
Сообщение 5.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 году 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 7 тысяч литров воздуха.

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?
( ответ : за сутки легкие совершают работу равную 23*10^4 Дж, при этом мощность равна 2.7 Вт.)

Сегодня на уроке мы познакомились с тем, 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 я предлагаю вам обратиться к книгам , в которых вы найдете ответы на некоторые вопросы.
1.Чудеса.Популярная энциклопедия,том 1. Главная редакция Казахской советской энциклопедии ,1990 год. [ В этой книге вы узнаете о том, что может человек , о вундеркиндах , о резервах человеческого организма , о загадках , которые преподносит нам человек .]
2.Биология .Занимательные факты.Паритет. Санкт-Петербург,1999 год. [В этой книге подобраны факты из научных и популярных источников, не слишком известных нам.С этой книгой вы можете взглянуть на себя со стороны .]
3.Енохович А.С. Справочник по физике . Москва " Просвещение " 1990 год.[В этом справочнике приведены данные о перегрузках ,которые может испытывать человек , о силе мышц рук человека , о слуховом аппарате человека, а также некоторые электрические и оптические параметры человека .]
4.Ильченко В.Р. Перекрестки физики , химии и биологии .Москва "Просвещение " 1986 год .[ В этой книге вы найдете не просто знания о природе , а объяснение удивительных явлений с точки зрения биологии, физики и химии .]

Закончить наш урок хочется словами Александра Николаевича Радищева: "Только тогда станешь человеком , когда научишься видеть в другом ЧЕЛОВЕКА ."

Задачи для продвинутых групп.
1.Пульс человека в экстремальных условиях достигает 240-300 ударов в минуту. Определите частоту сокращений сердца , а также период работы сердца.
( ответ : 0.25-0.2 с , 4-5 Гц )

2.В течение минуты сердце выбрасывает в аорту около 4 литров крови, при этом по аорте кровь движется со скоростью 0.5 м в секунду .Полный оборот крови через оба круга кровообращения совершается за 21-22 минуты. Скорость движения крови по венам составляет 0.5 мм в секунду. Определите путь и перемещение , которое проходит кровь за один полный оборот.
( ответ: путь равен примерно 630-660 м, перемещение равно 0)

3.Частота звуковых колебаний, к которым наиболее чувствительно ухо, составляет от 1500 до 3000 Гц . Определите диапазон длин звуковых волн, соответствующих этим частотам. Скорость звука принять за 340 м/с.
( ответ: 0.23 - 0.113 м)

4.Высота голоса у 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 342-86 см .Определите частотный диапазон этих голосов. Скорость звуке принять за 340 м/с.
( ответ: сопрано - 250-1000Гц , баритон - 100-400 Гц.)

5.Площадь барабанной перепонки составляет около 0.65 см2 .Интенсивность звука на пороге болевого ощущения составляет 100 Вт/м2. Определите звуковое давление на перепонку , если скорость звука в воздухе принять за 340 м/с.
( ответ: примерно 63 Па , это соответствует работе реактивного двигателя )

6. При катапультирование пилот самолета испытывает перегрузку, равную 16. При выполнении на самолете фигуры высшего пилотажа "петли Нестерова " до 6 единиц . Определите ускорение , с которым движется пилот в этих случаях . Ускорение свободного падения принять за 10 м/с2 .
( ответ: 150 м/с2 -при катапультировании , 50 м/с2 -при выполнении "петли Нестерова ")

Сайт создан в системе uCoz