Т.В.БОКАРЕВА, Л.Н.ЕЛЮТИНА, О.Б.МЕРКУЛОВА,
МОУ СОШ № 51, г. Воронеж

Биологическое действие ионизирующего излучения

Открытый интегрированный урок физика + биология + информатика. 11-й класс

Цель урока: повторить, обобщить и систематизировать знания о природе и свойствах ионизирующего излучения; научить глубже разбираться в физических свойствах ионизирующих излучений и их воздействиях на вещество, уметь применять знания при обосновании полезных и вредных воздействий на биологические структуры; ознакомить с наиболее актуальными проблемами, стоящими перед обществом и наукой; использовать компьютер для показа отдельных страниц урока и для решения задач с построением гистограмм.

Задачи урока: обобщение знаний об электромагнитных излучениях, электромагнитном спектре; расчёт энергии электромагнитных волн и энергии ионизации атома водорода с выделением диапазона ионизирующего излучения; повторение химического состава клетки, показ связи ионизации вещества с процессами, происходящими в живой клетке; систематизация знаний, полученных на уроках физики и биологии по УФ-излучению: а) обобщение природы и свойств; б) анализ графиков зависимости биологических процессов от длин волн; в) демонстрация принципа действия газоразрядной лампы бактерицидного действия, изготовленной учеником; систематизация знаний, полученных на уроках физики и биологии по рентгеновскому излучению: а) обобщение природы и свойств излучения; б) обоснование применения свойств рентгеновских излучений в медицине; систематизация знаний, полученных на уроках физики и биологии по -квантам, -, -частицам и нейтронам: а) обобщение природы и свойств излучений и элементарных частиц; б) демонстрация зависимости свойств излучения от физической природы излучения; в) изучение механизма воздействия ионизирующего излучения на биологические объекты; г) анализ зависимости биологических эффектов облучения от способностей тканей и органов поглощать радиацию; д) показ практического значения изучения радиобиологических эффектов; обсуждение последствий аварии на атомной станции в Чернобыле, формулировка актуальных проблем, связанных с использованием ядерной энергетики; выяснение реалий мирного атома для воронежцев (на материалах по ВАСТ, пос. Шилово).

Ход урока

1. Постановка вопроса

Учитель физики. Земля со своей атмосферой постоянно находится под электромагнитным душем и душем из элементарных частиц. Человек не чувствует радиацию, но ежесекундно находится под её воздействием. С самого начала исследователи столкнулись с отрицательными эффектами. Так, помощник Рентгена В.Груббе получил радиационный ожог руки при работе с рентгеновскими лучами, а французский учёный А.Беккерель, открывший радиоактивность, – сильный ожог кожи от излучения радия.

Английский поэт Александр Поп говорил: «Полузнание – опасная штука». Сегодня мы постараемся восполнить наши знания. Цель нашего урока – повторение, обобщение, систематизация знаний о природе и свойствах ионизирующего излучения, – позволит нам обосновать его полезные и вредные воздействия на биологические структуры. При исследовании информационных моделей мы использовали компьютерные технологии, подбирали материалы, иллюстрации, прибегали к помощи интернета, создавали презентации.

I. Опрос

Учитель физики. Проведём сейчас фронтальный опрос. Два ученика получают индивидуальное задание по физике и выполняют его на компьютере.

Задача 1. Вычислите энергию кванта различных диапазонов электромагнитного спектра. Выделите ионизирующие излучения для атомов водорода. Используйте для наглядности диаграмму.

Задача 2. Сколько ионов азота может создать при неупругом столкновении с атомами квант ультрафиолетового, рентгеновского и -излучения? Покажите с помощью гистограммы процесс многократной ионизации атомов.

Итак, приступаем к фронтальному опросу (вопросы задают попеременно учителя физики и биологии).

По каким признакам шкала разделена на диапазоны излучения? Есть ли четкие границы между диапазонами волн? Как вы считаете, чем объяснить наличие резких границ диапазона видимого света? Назовите способы генерации излучений, представленных на шкале электромагнитных волн. Какая наблюдается зависимость длины волны от частоты излучения? С чем это связано? Какая зависимость между частотой и энергией излучения? С чем это связано? Какие два взгляда существуют на природу излучения? Что такое ионизация атома? Нужна ли энергия для ионизации атома? На что она расходуется? Какую минимальную энергию надо сообщить электрону, чтобы оторвать его от атома?

Учитель физики. Вопросы к учащимся, выполнявшим индивидуальные задания: после анализа излучений по энергиям, что вы можете сказать о том, какие виды излучений в большей степени проявляют квантовые свойства, т.е. свойства, присущие потоку частиц? Как меняется проникающая способность излучения с увеличением частоты?

Учитель информатики. Учащиеся решали задачи с помощью табличного процессора Excel. Для чего предназначен табличный процессор? Какой мастер помогает производить табличные расчёты? Какую ещё возможность даёт нам табличный процессор? Какой мастер помогает нам реализовать деловую графику?

Учитель физики. Рассмотрим таблицу с работой ионизации атомов некоторых химических элементов.

Учитель биологии. Какое отношение имеют данные, приведённые в таблице, к процессам, протекающим в живой клетке? Мы уже знаем, что органические молекулы, входящие в состав органоидов клетки, состоят из тех же элементов, что и структура «неживой» природы. Более того, в клетке обнаружено 70 из 109 химических элементов таблицы Д.И.Менделеева.

Какие группы элементов выделяют в живой летке? Теперь обратим внимание на таблицу. Мы видим здесь данные о названных нами элементах. Какой вывод напрашивается в данном случае?

Работа ионизации

ВЫВОД. В основном из этих макроэлементов состоят 4 класса органических веществ: белки, липиды, углеводы и нуклеиновые кислоты, ионизация этих атомов приводит к структурным нарушениям на всех уровнях жизни организма.

Учитель физики. УФ-, рентгеновское, -излучение представляют собой электромагнитные волны. Между собой они отличаются только своим происхождением и энергией – их фотоны обладают разной энергией и, следовательно, разной проникающей способностью, поэтому оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма. Сравнивая энергию ионизации атомов с энергией квантов излучения, можно сказать, что: 1) УФ коротковолновое изчение выбрасывает электрон; 2) рентгеновское излучение «вышвыривает» электрон; 3) -излучение выбивает электрон, как хлыстом.

II. Проверка домашних заданий

Учитель физики. Накануне вы получили домашнее задание: составить обобщённую блок-схему ионизирующих излучений с целью обобщения и систематизации знаний.

Учитель информатики. Для иллюстрации вы подготовили презентации на компьютере. Лучшие презентации были нами выбраны и сейчас будут представлены. Это блок-схемы по УФ-излучению, рентгеновскому излучению, по -излучению, по -, -частицам и нейтронам, а также демонстрация работы прибора бактерицидного действия на основе УФ-лампы, который был собран учащимися во внеурочное время. (Обсуждение презентаций.)

III. Актуальные проблемы

Учитель физики. Наши эксперты подготовили материал по темам «Уроки Чернобыля» и «Так ли страшен мирный атом?». Проанализируйте их по группам и сделайте выводы.

Учитель информатики. Материал и рисунки для этого задания эксперты не только подобрали в интернете, но и систематизировали их. (Ученики работают с текстом и делают выводы.)

• «Уроки Чернобыля»: а) причина аварии; б) загрязнение окружающей среды радионуклидами; в) биологические последствия аварии.

• «Так ли страшен мирный атом?»: а) причины, по которым необходимо ввести в строй атомную станцию; б) причины, по которым нельзя вводить в строй атомную станцию.

(Организуется диспут по вопросу, вводить ли в строй атомную станцию теплоснабжения в пос. Шилово, Воронежская обл.)

III. Итоги урока

Учитель физики. Производимая в ядерных реакторах энергия составляет около 17% всего мирового производства энергии. В некоторых странах (Франция, Швеция) атомные электростанции дают более половины всей электроэнергии. Однако развитие атомной энергетики породило и общественные проблемы. Эти проблемы наиболее ярко проявились при Чернобыльской катастрофе. Выяснилось, что ядерный реактор может выйти из-под контроля. Чернобыльская беда ясно дала понять миру, что ядерная энергия не признаёт государственных границ. Надёжный контроль должны стать заботой всего человечества.

Учащийся (читает).

Нет человека, который был бы, как Остров,
Сам по себе, каждый человек есть часть Материка,
Часть Суши, и если Волна снесёт
                                          в море береговой утёс,

Меньше станет Европа, а также, если смоет край Мыса
Или разрушит Замок твой или Друга твоего;
Смерть каждого человека умаляет и меня,
Ибо я един со всем Человечеством,
А потому не спрашивай никогда, по ком звонит Колокол:
Он звонит по Тебе.

Джон Донн.

Учитель физики. Урок закончен. Спасибо всем.

Татьяна Васильевна Бокарева, учитель высшей квалификационной категории, окончила ВГУ в 1976 г. по специальности «Физика». Общий стаж 31 год, из них 16 лет работала в ВГУ, остальные – в школе. Имеет авторские свидетельства на изобретение, рационализаторские предложения, печатные работы, благодарности за хороший уровень подготовки учащихся к олимпиаде по физике, за организацию информационно-методической работы в районе, проведение районных и областных мероприятий, за добросовестную работу по повышению качества образования. Награждалась почётными грамотами за большой вклад в дело обучения и воспитания подрастающего поклонения. Выпускники успешно поступают не только в воронежские, но и в московские вузы (например, в МФТИ). Сын – доцент ВГТУ. Хобби – зимние и летние виды спорта.