Конкурс «Я иду на урок»

А.И.Сёмке,
школа № 11, г. Ейск, Краснодарский кр.

Механическое движение

Интегрированный урок ФИЗИКА+БИОЛОГИЯ+ГЕОГРАФИЯ

7-й класс. Естественнонаучный профиль

Образовательные цели урока: знакомство с новым материалом; продолжение работы по формированию навыков учащихся анализировать источники информации, ставить эксперимент, работать в группе; закрепление ранее полученных знаний и умений составлять задачи и решать их.

Ход урока

…Тот, кто идёт спокойно и тихо, упорно продвигается вперёд по правильно намеченному пути, скорее достигнет цели своего путешествия, чем тот, кто гоняется за всем встречным, хотя бы он мчался весь день во весь опор. Д.Локк, английский философ и педагог XVIII в.

1. Организационный этап (1–2 мин). Объяснение целей и задач урока, формирование групп (по желанию учащихся), раздача рабочего материала.

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. По В.Далю

2. Активизация (5 мин)

Учитель. Правильно ли толкование В.Даля? Что мы понимаем под движением? (Обсуждение, в результате которого составляется ответ.)

Учащиеся. Прав. Движение – перемещение тела в пространстве с течением времени.

ЗАДАНИЕ 1 (групповая работа). Даны физические величины: время, скорость, плотность, масса, сила, объём, перемещение. Распределите их по одинаковым свойствам.

Примерный ответ

Объём

ЗАДАНИЕ 2 (групповая работа). Даны обозначения физических величин. Составьте формулы.

Примерный ответ

F = mg; m = V; s = t; V = abc; = m/V.

ЗАДАНИЕ 3 (групповая и индивидуальная работа). Дана таблица с буквами. В течение 2 мин запомните её, а затем по памяти воспроизведите.

Дополнительное задание. Составьте из букв таблицы два физических термина.

Примерный ответ. Скорость, движение.

ЗАДАНИЕ 4 (индивидуальная работа). Из группы слов исключите лишнее слово:

– весы рычажные, стакан, мензурка, ареометр;

– масса, объём, плотность, сила;

– миллиграмм, тонна, литр, пуд;

– железо, вода, пробка, фарфор.

Примерные ответы. Стакан (лабораторное оборудование); сила (векторная величина); литр (единица объёма); вода (жидкость).

ЗАДАНИЕ 5 (групповая и индивидуальная работа). Найдите обобщающее понятие к данной паре терминов. Например: скорость, время – физические величины; Солнце, Вега – звёзды.

Динамометр, весы; сила, масса; сила трения, сила упругости; объём, плотность; литр, кубический метр; Ньютон, миллиньютон; скорость, сила.

Примерный ответ. Приборы; физические величины; электромагнитные силы; скалярные физические величины; единицы объёма; единицы силы; векторные физические величины.

ЗАДАНИЕ 6 (индивидуальная или групповая работа). Выберите из предложенного перечня слов более общее к данному:

– Масса: гири, инертность, весы, слон, физическая величина, килограмм.

– Динамометр: сила, деформация, Ньютон, прибор, пружина.

– Плотность: объём, масса, ареометр, золото, пробка, вещество, физическая скалярная величина.

– Бочка: объём, литр, тело, русская единица объёма, мензурка.

– Сила трения: молекулы, сила, соприкосновение, сила тяжести, электромагнитная сила.

Примерные ответы. Физическая величина; прибор; физическая скалярная величина; русская единица объёма; электромагнитная сила.

Чтобы идти вперёд, чаще оглядывайтесь назад, ибо иначе вы забудете, откуда вышли и куда нужно вам идти. Л.Н.Андреев

3. Информационный бой (10 мин)

Школьники в группах изучают источники информации, аккумулируют и обобщают её, после чего выносят на суд других групп. Параллельно проводятся экспериментальные работы.

Движение в живой природе. Мир живой природы наполнен движением. Оно происходит даже в организмах, внешне неподвижных. Движутся соки в растениях, перетекает протоплазма в растительных и животных клетках, циркулирует межклеточная жидкость… Что же говорить о свободно движущихся организмах! С помощью жгутиков и ресничек движутся одноклеточные и простейшие. Медленно поворачиваются к солнцу листья растений. Идут стада животных, летят стаи птиц. Сокращаются сердца, гоня кровь по сосудам, машут крылья, бегут лапы и ноги, энергично работают хвосты. Движутся отдельные организмы, их части и органы… Не будет преувеличением сказать, что одно из важнейших свойств живого – движение – возникло одновременно с самой жизнью. По мере эволюционного «взросления» видов изменялись и совершенствовались способы и формы движения организмов, а также обеспечивающие его органы и системы.

Движение у простейших. Самый, пожалуй, простой и древний способ перемещения организмов в пространстве был «изобретён» амёбой. Она перетекает с места на место, выпячивая временные выступы на своём одноклеточном теле. Пригодилась эта форма движения и высшим организмам: подобно амёбам, движутся по кровеносной системе лейкоциты (белые кровяные клетки) позвоночных.

Следующим по сложности, но тоже имеющим почтенный возраст, является движение с помощью ресничек и жгутиков. Обладают этими приспособлениями многие бактерии и ядерные (эукариотические) одноклеточные организмы. Благодаря биению ресничек и волнообразной работе жгутиков снабжённые ими клетки быстро перемещаются.

Движение у многоклеточных. Пригодились реснички и возникшим позже многоклеточным. Кольчатым червям они помогают выводить продукты обмена из организма. У млекопитающих с их помощью передвигаются яйцеклетки в яйцеводах, удаляется вместе со слизью пыль из дыхательных путей и т.д. Незабытыми оказались и жгутики. Именно они помогают передвигаться мужским половым клеткам – сперматозоидам. Реснички и жгутики имеют довольно сложное строение (причём у бактерий и эукариотических клеток оно разное), но все они включают длинные, способные сокращаться молекулы белков. Именно сократительная способность белков и легла в основу дальнейшей эволюции способов движения. Важным этапом на этом пути стало появление мышечной ткани, из которой сформировалась мышечная система. Все мышцы состоят из множества удлинённых клеток – мышечных волокон, способных сокращаться и расслабляться. Первой возникла гладкая мышечная ткань. У большинства беспозвоночных животных и некоторых моллюсков она образует всю мускулатуру тела. У позвоночных организмов гладкая мускулатура входит в состав оболочек внутренних органов и многих желёз. Её сокращения регулируют величину просвета кровеносных сосудов, активность сокращений кишечника, диаметр зрачка и т.д. Гладкие мышцы способны довольно медленно сокращаться, не уставая, долго находиться в этом состоянии, затрачивать относительно мало энергии, чтобы его поддерживать. Управляет движениями гладкой мускулатуры вегетативная нервная система. Сознательно регулировать её работу позвоночные животные (в том числе и человек) не могут.

Более «молодой» по сравнению с гладкой мускулатурой является поперечно-полосатая. Ею обладают насекомые, некоторые моллюски и все позвоночные животные. Сравнивая стремительный манёвренный полёт стрекозы с медлительным движением улитки, можно заключить, что поперечно-полосатые мышцы сокращаются намного быстрее гладких, а управляет их работой (опять же в отличие от гладких мышц) непосредственно мозг. Правда, деятельность поперечно-полосатой мускулатуры и энергии требует больше. Однако совершенная мышечная система даёт своим обладателям такие преимущества в поиске пищи и спасении от опасностей, в скорости и силе, что эти дополнительные затраты, безусловно, оправдываются.

Движение и скелет. Когда древнегреческий учёный Архимед воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я переверну мир!», – он вряд ли думал о том, как двигаются животные. Но в существовании опоры нуждается любое движение; нашлась опора и в мире живого. Ею стал скелет. Какие же функции выполняет скелет в организме? Прежде всего действительно опорные. Он играет роль жёсткого и одновременно упругого каркаса, который помогает телу сохранять форму, например, защищая его от сжатия.

Учёные различают три основных типа скелетов: гидростатический, экзоскелет и эндоскелет. Обладателями гидростатического скелета являются животные с мягкими телами. В мышечных стенках тел находится жидкость, оказывающая давление на мышцы. Она помогает животному сохранять размеры и форму тела. В свою очередь мышцы, сокращаясь, преодолевают давление жидкости и перераспределяют её внутри всего тела или внутри отдельных его сегментов. Возникающие при этом волнообразные движения помогают организму перемещаться. Именно такой скелет поддерживает тело хорошо всем известного дождевого червя.

В соответствии со своим названием экзоскелет (от греч. [экзо] – снаружи) действительно покрывает тела животных снаружи. Он характерен для беспозвоночных, а его форма и состав бывают самыми различными. У крохотных фораминифер это одиночные известковые раковинки или многокамерные «домики»; массивный скелет рифообразующих кораллов также сложен из карбоната кальция. А красочное разнообразие моллюсков просто не поддаётся описанию. Но самыми лёгкими, сложными и совершенными экзоскелетами обладают членистоногие – ракообразные, паукообразные и насекомые. Твёрдые щитки экзоскелета членистоногих крепятся друг к другу подвижно, с помощью мягких хитиновых плёнок, что помимо защиты обеспечивает хорошую подвижность. Недостатки такого скелета: вес и громоздкость по мере роста резко увеличиваются, жёсткий скелет ограничивает рост тела хозяина, во время линьки старый скелет сбрасывается, а новый некоторое время остаётся мягким и раздражимым.

Всех этих недостатков лишён скелет третьего типа – внутренний, или эндосеклет (от греч. [эндоc] – внутри). У простейших животных радиолярий это ажурная конструкция из кремневых иголочек – спикул. У некоторых головоногих моллюсков он представлен внутренней раковиной, но наиболее совершенным эндоскелетом обладают позвоночные. Образованный живой костной и хрящевой тканью, он растёт вместе с телом, что исключает потребность в линьке. Его жёсткие элементы подвижно связаны друг с другом с помощью особого рода шарниров – суставов, обеспечивающих телу гибкость, высокую подвижность и манёвренность.

Движение животных в пространстве

Обитатели водной среды двигаются по-разному. Например, водоплавающие птицы, водные черепахи и ластоногие перемещаются в воде с помощью видоизменённых гребных конечностей. Изгибая всё тело, плавают многие рыбы, а также хвостатые земноводные и змеи. Реактивным способом передвижения, выталкивая воду из полости тела, пользуются осьминоги, каракатицы и медузы. А многие мелкие животные, в частности, клопы-водомерки, не плавают, а ходят или бегают по поверхности воды.

Движение в воздушном пространстве. Летают некоторые насекомые, птицы и летучие мыши. А летучие рыбы используют возможности двух стихий: стремительно разогнавшись в воде, они продолжают движение в воздухе. Освоили воздушное пространство и некоторые другие бескрылые животные – отдельные виды лягушек и ящериц, белки-летяги, шерстокрылы и др. Они научились совершать планирующие прыжки, иногда на довольно значительные расстояния, правда, обзаведясь для этого соответствующими, поддерживающими их в воздухе приспособлениями: перепонками между удлинёнными пальцами, особыми складками кожи и т.п.

Движение по земле. По твёрдой поверхности можно ходить, бегать, прыгать, ползать, лазать и скользить. Перечислить тех, кто умеет ходить и бегать, просто невозможно из-за обширности списка. Замечательные прыгуны – это, бесспорно, кенгуру, лягушки, тушканчики, кузнечики, блохи и многие, многие другие. Безусловными чемпионами по ползанию являются змеи и безногие ящерицы. Но кроме чемпионов существуют и рядовые «ползуны» – гусеницы, морские звёзды. Среди лазающих животных выделяются прежде всего обезьяны. Однако заслуживает упоминания и австралийский сумчатый медведь коала, который всю жизнь проводит на эвкалиптовых деревьях. Прекрасно лазают по деревьям многочисленные белки, соболи и другие куньи, некоторые медведи, а также многие кошачьи.

Скользить умеют очень разные животные. Неторопливо несёт свой домик по ею же созданной слизистой дорожке улитка. Стремительно скользит на животе по плотному снегу житель Антарктиды пингвин. Прекрасные пловцы, эти нелетающие птицы ходят довольно медленно. Если по дороге на рыбную ловлю им встречается подходящий пологий склон, то, соскальзывая, они оказываются на берегу гораздо быстрее, чем перемещаясь пешком.

И наконец о тех, кому выпала нелёгкая доля передвигаться в толще земли. Самые, пожалуй, известные среди них – кроты. Многим знакомо и сильное роющее насекомое из семейства сверчковых – медведка. Живущие по всему миру многочисленные дождевые и земляные черви не только прокладывают в почве протяжённые ходы, но и значительно повышают её плодородие за счёт активного перекапывания и аэрации.

Двигательная система человека. «Движение – это жизнь», – заметил Вольтер. Действительно, человек приспособлен, а может быть, и приговорён природой к движению. Люди не могут не двигаться, и начинают делать это осознанно уже на четвёртом месяце после рождения – тянуться, хватать различные предметы. Благодаря чему же мы перемещаемся в пространстве, бегаем, шагаем, прыгаем, ползаем, плаваем, совершаем каждый день многие тысячи разнообразных выпрямлений, сгибаний, поворотов? Обеспечивает всё это костно-мышечная система, или опорно-двигательный аппарат. Он включает в себя кости, связывающие их соединительные ткани и мышцы. Кости черепа, конечностей и туловища образуют твёрдый остов тела, или скелет (от греч. [скелетон] – высохший). Мышцы и соединительно-тканевые образования – хрящи, фасции, связки, сухожилия – мягкий остов, или гибкий скелет человеческого тела. Твёрдый остов выполняет разные функции, главная из которых опорная: он удерживает в определённом положении все органы, принимает на себя всю тяжесть тела. И вместе с гибким остовом дарит нам способность двигаться. Кроме того, кости, мышцы, связки служат надёжным панцирем для скрытых в теле внутренних органов и тканей.

Жить – значит непрерывно двигаться вперёд. С.Джонсон, английский поэт XVIII в.

4. Практическая работа в группах (по 10 мин на задачу)

• 1. Определение средней скорости движения человека.

Приборы и материалы: секундомер, измерительная лента (линейка).

ЗАДАНИЕ. Измерьте время, за которое исследуемый человек пройдёт (пробежит) определённое расстояние, и рассчитайте скорость его движения.

Ход работы

1. Составьте график перевода шагов в метры. С помощью измерительной ленты наметьте дистанцию 20–50 м. Проходя эту дистанцию обычным шагом, посчитайте количество шагов и постройте график. На оси ординат отметьте в масштабе 2 см : 10 м расстояние (в метрах), на оси абсцисс в масштабе 2 см: 10 шагов – количество шагов. Проведите прямую через 0 и полученную точку.

 

2. Измерьте дистанцию в 20 м, 30 м, 40 м, 50 м.

3. Измерьте время прохождения дистанции сначала пешком, потом медленным бегом, а затем с максимальной скоростью.

4. По этим данным рассчитайте среднюю скорость движения человека.

5. Результаты занесите в таблицу.

6. По этим данным делаем вывод.

• 2. Определение скорости течения реки.

Приборы и материалы: секундомер, компас, измерительная лента, лодка или байдарка, спасательный жилет, страховка.

ЗАДАНИЕ. Измерьте время, за которое исследуемый предмет проплывёт по течению реки фиксированное расстояние, и по этим данным рассчитайте скорость течения реки.

Содержание, метод и порядок выполнения работы (см. «Физику» № 5/04, с. 20–21)

3. Данные занесите в таблицу.

4. По данным измерения скорости течения реки сделайте вывод о характерной скорости течения.

• 3. Определение скорости ветра.

Приборы и материалы: секундомер, компас, измерительная лента.

ЗАДАНИЕ. Определите скорость ветра и его направление.

Содержание и метод выполнения работы

Скорость и направление ветра могут быть различными. При лёгком дуновении скорость перемещения воздуха 1–3 м/с, свежий ветерок означает скорость 5–10 м/с. Моряки и метеорологи определяют «силу ветра» в баллах по шкале Бофорта (см. «Физику» № 5/04, с. 19).

Порядок выполнения работы

1. Определите скорость и направление ветра, используя компас и измерительную ленту. Для этого определите стороны света и по стрелке компаса определите направление на север.

2. Подбросьте лёгкий предмет, например, комок ваты, определите направление его движения, расстояние, которое он пролетит, и время движения. Повторите попытку 3–4 раза и рассчитайте среднюю скорость движения комка ваты.

3. Занесите данные в таблицу.

4. По данным измерения скорости и направления ветра сделайте вывод о характере ветра в данной контрольной точке.

• 4. Изучение по карте траектории движения тела, измерение пути и перемещения тела

Приборы и материалы: карта известного масштаба, нить, линейка измерительная, иголки, курвиметр, копировальная бумага.

ЗАДАНИЕ. Измерить длину траектории движения, рассчитать перемещение.

Содержание и метод выполнения работы

Карты – замечательное изобретение человеческой цивилизации, один из самых удивительных способов познания окружающего мира. Английский писатель и путешественник Роберт Льюис Стивенсон сказал однажды: «Говорят, что есть люди, которым безразличны карты, но мне трудно в это поверить». Эти маленькие модели мира – удивительные творения разума и рук человеческих – привлекают замысловатыми узорами, своеобразной гармонией красок.

Картография (от греч. [хартес] – бумага, карта, свиток папируса для письма – и [графо] – писать) – это наука об информационном моделировании и познании окружающего мира. В ней используется собственная система знаков, поэтому карту можно рассматривать и как модель, и как некий канал информации.

Карты моделируют местность, геологические структуры, ландшафты, экологические ситуации и многое другое, позволяя понять их «устройство» и прогнозировать дальнейшее развитие.

Масштаб – отношение длины линии на карте к длине соответствующей линии на земном шаре. Например, масштаб 1 : 1 000 000 означает, что 1 см на карте соответствует 1 000 000 см (10 км) на местности. На картах часто помещают не только числовой, но и линейный масштаб – отрезок масштабной линейки, удобный для проведения измерений. Длину любого объекта на карте можно измерить с точностью не более 0,1 мм. Это так называемая предельная точность, соответствующая толщине тонкой линии или диаметру отверстия, которое оставляет острая игла циркуля-измерителя.

Один из основных способов работы с картами – картометрия, т.е. измерение длин и расстояний, площадей, объёмов объектов, изображённых на картах, определение углов и направлений. Для получения точной количественной информации созданы специальные инструменты и приборы: большие геодезические транспортиры для точного измерения углов, циркули-измерители и курвиметры (от лат. сurvus – кривой) для подсчёта расстояний.

Порядок выполнения работы

Часть А

1. Перерисуйте обозначенные на картах объекты и масштаб этих карт в тетрадь.

2. С помощью курвиметра определите длину этих объектов (дорог, тропинок, путей сообщения и др.). Повторите измерения 3–4 раза. Рассчитайте средние значения.

3. Зная масштаб, рассчитайте реальную длину объекта.

4. Результаты занесите в таблицу.

5. С помощью линейки определите перемещение тела по этим траекториям.

Часть Б

1. Перерисуйте обозначенные на картах объекты и масштаб этих карт в тетрадь.

2. С помощью иголочек расположите нить по данным объектам и измерьте её длину. Повторите измерения 3–4 раза. Рассчитайте среднее значение.

3. Зная масштаб, рассчитайте реальную длину объекта.

4. Результаты занесите в таблицу (форма таблицы такая же, как в части А).

5. С помощью линейки определите перемещение тела по выбранным траекториям.

О том поразмысли, что ждёт впереди; Цель выбрав благую, к ней прямо иди. Фирдоуси, персидский и таджикский поэт (примерно Х в.)

5. Итог урока

Учитель. Подведём итоги нашего урока. За 45 мин сложно изучить все виды движения, которые происходят в природе и технике, но мы сделали попытку изучить разные виды движения в живой природе, объяснить, как движутся различные организмы, и измерить скорость движения человека, ветра, реки. Впереди вас ждут новые открытия. А для тех, кто хочет узнать ещё больше, предлагаю список литературы.

Литература

Енохович А.С. Справочник по физике. – М.: Просвещение, 1990.
Перельман Я.И. Знаете ли вы физику? – М.: ВАП, 1994.
Перельман Я.И. Занимательная механика. – М.: ВАП, 1994.
Энциклопедии для детей «Техника», «Астрономия», «Биология», «Человек». – М.: Аванта+.
Энциклопедии «Я познаю мир». – М.: Астрель, 2003, 2004.

Замечания наших читателей В № 10/05 помещена статья А.В.Сёмке «Астрономические задачи по литературным произведениям». Так вот, первые пять задач заимствованы почти дословно из популярного задачника «Астрономические олимпиады» под ред. В.Г.Сурдина. Многие методические материалы являются компиляциями, и это нормально, однако всё-таки надо бы указывать первоисточники. Н.Е. Шатовская, ТОЦ ДиЮТ, г. Железнодорожный, Московская обл. В № 20/04 в хорошей в общем статье Л.Ф.Качуры «Нестастандарный урок» проводится опыт 11: «... буду демонстрировать диффузию под песню “Дым сигареты с ментолом”». Неужели у автора не нашлось ничего другого? Ученики скорее обратят внимание не на процесс диффузии, а именно на дым сигарет. Надо более аккуратно вести борьбу с курением, пьянством, наркоманией и т.д. М.Бугровский, школа № 1, г. Сланцы, Ленинградская обл.