Підбір матеріалу який можна використовувати на уроках фізики пов'язаний з екологічним вихованням учнів.

Екологічне виховання учнів на уроках фізики Актуальність проблеми екологічного виховання зумовлена необхідністю зламати неправильне уявлення про невичерпність природних багатств, подолати споживацький підхід до природи, виховати відповідальність у кожного за свою землю перед майбутніми поколіннями. Проблема екологічного виховання надає можливість школярам оцінити екологічні наслідки технічних рішень людини, використовувати набуті фізичні знання для активного захисту навколишнього середовища, усвідомити значення природи для суспільства і людини. І. Швидкість. Розрахунок шляху і часу руху. В основі процесів, які приводять автомобіль у рух, лежить горіння палива, що неможливе без кисню. У середньому сучасний автомобіль для спалювання 1 кг бензину (приблизно 10-15-кілометровій пробіг машини) використовує близько 15 кг повітря, або близько 2500 л кисню, (людина у середньому споживає 500 л кисню на добу) Легковий автомобіль за 1-1,5 тис. км пробігу споживає річну норму кисню однієї людини. Якщо врахувати, що середній річний пробіг автомобіля становить 10000 км, то він щороку поглинає з атмосфери 2,5 млн літрів, або близько 4 тонн кисню. Перед учнями ставлю задачу: Скільки чоловік позбавляє кисню автомобіль, що протягом 4 год рухається із швидкістю 90 км/год?(Добову норму кисню однієї людини він споживає на ділянці шляху 2,5 см). ІІ.Пристосування живих істот до дії атмосферного тиску, архімедової сили та вагового тиску. Почнемо з атмосферного тиску. Особливе значення він має для сухопутних тварин. Під дією атмосферного тиску в їхніх організмах відбуваються різні процеси. Розглянемо організм людини. Іноді, коли в людей болить голова (особливо перед зміною погоди або після знач¬ного навантаження), вони згадують про тиск. Це артеріальний тиск. Підвищений або знижений артеріальний тиск — це, мовою фізики, неврівноваженість тиску крові в судинах з атмосферним тиском. Як ми дихаємо? Під час розширення грудної клітки утворюється розріджене повітря. Під дією атмосферного тиску повітря надходить у легені через ніс і рот. Цей тиск можна відчути, якщо закрити рот і ніс та зробити вдих. Видих спричиняє збільшення тиску в легенях унаслідок їх стискання. Як ми п'ємо? Чому рідина тече нам у рот, коли ми втягуємо її? Коли людина п 'є, вона розширює грудну клітку, внаслідок чого повітря в роті розріджується. Під дією атмосферного тиску рідина піднімається в рот за законом сполучених посудин. Навпаки, якщо охопити губами горлечко пляшки, то ніякими зусиллями не можна втягнути з неї воду в рот, оскільки тиск повітря в роті і над водою однаковий. Отже, ми п 'ємо не тільки ротом, а й легенями. Як використовує атмосферний тиск лось? Лось живе в лісі. Йому часто доводиться ходити болотами. Що допомагає йому не грузнути? Це його роздвоєна ратиця, яка має міцну перетинку. Коли ратиця грузне в болоті, вона розширюється. При підніманні ноги ратиця звужується, під неї легко заходить повітря. Якби в лося замість ратиці було копито, то при підніманні ноги, утворювалося б розріджене повітря між копитом і багном, і атмо¬сферний тиск притискав би копито до болота, лосю важко було б там ходити. Атмосферний тиск допомагає і комахам. Наприклад, чому муха не падає, коли лізе по стелі чи похилій площині? У неї на кінчиках ла¬пок є присоски, які утримують муху завдяки дії атмосферного тиску. Атмосферний тиск використовують також павуки і комарі. Деякі види павуків, що живуть біля водойм, будують для себе бу¬диночки, що мають форму ковпака, наповненого повітрям і відкрито¬го знизу. Вода не затоплює цей будиночок, бо тиск повітря в ньому дещо вищий від атмосферного, який і зрівноважує тиск води на даній глибині. Запас повітря поповнюється за рахунок бульбашок повітря, які павук приносить з поверхні води на своєму тілі. У горизонтальному положенні личинка комара анофелеса біля плівки поверхневою натягу води тримається за допомогою особливих паль-моподібних волосків. Коли личинка занурюється у воду, пелюстки цих волосків стуляються і захоплюють із собою деяку кількість бульбашок повітря, які допомагають їй повертатися до поверхні води. Живим організмам доводиться присто¬совуватися й до вагового тиску. Наприклад, чому висота дерев обмежена і чому на суші немає тва¬рин, більших від слона? ( Тому що стовбур дерева не витримав би його ваги , а скелет твари¬ни не витримав би ваги самої тварини). Розглянемо ще два приклади. Спочатку порівняємо, як працює серце космонавта на Землі та в умовах невагомості. Серце космонавта в умовах невагомості працює з меншою за¬тратою енергії, ніж на Землі. Це відбувається тому, що в умовах невагомості відсутній ваговий тиск, який доводиться долати в зем¬них умовах. Ваговий тиск шкодить не тільки серцю. Наприклад, немовля півро¬ку постійно лежить у ліжечку без жодних ускладнень. Але досить на тривалий час злягти дорослій людині, як у неї можуть з'явитися про¬лежні. Чим це пояснити? (Під дією вагового тиску порушуються біологічні процеси в кліти¬нах шкіри.) Давайте поміркуємо, чому гинуть кити, викинуті під час шторму на берег? (Вони роздавлюються під дією власного вагового тиску.) Що ж допомагає китам жити у воді? (Архімедова сила.) Чому найбільші тварини живуть у воді і чому риб називають космонавтами водних стихій? Густина тіла рибини близька до 1 г/см3. За законом Архімеда виштовхувальна сила рідини, що діє на занурене в неї тверде тіло, спря¬мована вертикально вгору й дорівнює вазі рідини, витісненої тілом. Отже маємо, що вага витісненої води дорівнює вазі рибини, тобто будь-яка рибина у воді майже невагома. Тому риби — це своєрідні космо¬навти у водній стихії. Яку роль у житті риб відіграє плавальний міхур? Плавальний міхур — це певною мірою пристосування, що ре¬гулює середню густину рибини під час її переміщення на ту чи іншу глибину. За допомогою плавального міхура рибина зберігає рівно¬вагу у воді. Заглиблюючись, рибина зберігає об'єм плавального міхура сталим. Вона підтримує в ньому тиск, який дорівнює на¬вколишньому тиску води, для чого безперервно підкачує у міхур кисень з крові. Під час спливання, навпаки, кров інтенсивно вби¬рає кисень з плавального міхура. Таке підкачування і вбирання — процеси досить повільні. Таке спрощене уявлення про призначення плавального міхура риб було висловлене італійським ученим Бореллі в 1685 р. Протягом май¬же 200 років воно сприймалося без заперечень, і лише завдяки пра¬цям дослідників Моро і Шарбонеля була виявлена суттєва неточність у цій теорії. Міхур лише допомагає перебувати рибині на певній глибині, — саме на тій, де вага витісненої рибиною води дорівнює вазі самої рибини. Коли ж рибина, працюючи плавниками, опускається ниж¬че від цього рівня, тіло її під дією тиску стискується, здавлюючи міхур, вага витісненої води зменшується, і рибина неухильно падає вниз. Чим нижче вона опускається, тим більшим стає тиск води, тим більше стискується тіло рибини і тим стрімкіше вона продов-жує опускатися. Якщо рибина з глибини, де вона перебувала в рівно-вазі, працюючи плавниками , переміщується на меншу глибину, тіло її, звільнившись від частини зовнішнього тиску, роздувається зсе¬редини плавальним міхуром. Унаслідок цього рибина піднімаєть¬ся, і чим вище, тим більше роздувається її тіло, щодалі стрімкіше вона спливає. Перешкодити цьому рибина не може, оскільки стінки плавального міхура не мають м'язових волокон. Спостереження рибалок це підтверджують. Що відбувається з рибою на великій глибині? Згідно із законом Паскаля, тиск на однаковій глибині однаковий з усіх боків тварини. Тиск однаковий ззовні і всередині тіла. Тому ри¬бина, перебуваючи на великих глибинах, не відчуває зміни тиску так само, як і ми не відчуваємо атмосферного тиску на поверхні Землі. Ось коли людина піднімається на високу гору, зміна тиску відчуваєть¬ся й виражається у формі гірської хвороби: частішає пульс, з'являєть¬ся шум у вухах, починаються запаморочення, нудота, слабкість тощо. А горяни почуваються в цих умовах чудово. Отже, йдеться не стільки про абсолютне значення тиску, скільки про його зміну. У тварин, що живуть на великих глибинах, гідростатичний тиск лише змінює швидкість деяких біохімічних процесів ІІІ.Кiлькiсть теплоти Нагода продовжити ознайомлення учнів з температурою, як абіотичним фактором, i небезпекою, що може виникнути у зв’язку з зміною температурного режиму в природi, випадає вчителевi пiд час розв’язування задач на рівняння теплового балансу. Необхiдність цiєї виховної роботи викликана тим, що в майбутньому тепло, яке потрапляє в навколишнє середовище, стане одним з найнебезпечніших забруднювачiв. Про небезпеку, яку несе з собою цей вид забруднення, свiдчать такi факти: за 1880—1940 р. видобуто 50 млрд. т умовного палива. Це озвачає , що до атмосфери потрапило 1,465 1021Дж тепла, якого достатньо, щоб розплавити 4,8 км3льоду. Загальна площа снiгово-льодової ковдри Землi до середини нинiшнього століття зменшилась на 10 %. А це серйозно знизило вiдбивальну здатнiсть планети, що призвело до підвищення середньої температури поверхні. Щороку в свiтi спалюється до 5 млрд. т вугілля i 3,2 млрд. т нафти. Внаслiдок цього в атмосферу викидається поннад 18 млрд. т вуглекислого газу. Враховуючи данi про ступiнь забруднення атмосфери вуглекислим газом, одна група вчених висловлює думку, що тiльки з цiєї причини температура атмосфери може підвищитись ва 2°. А це призведе до танення льодових шапок планети. На підтвердження можливостi підвищення температури планети наводимо таку інформацію: за 1880—1940 р— середня температура Землi підвищилась на 0,7° проте в 1940—1 970 р. температура земної кулі зменшилась на 0,3° щоб такi зміни вiдбулися, поглинання тепла повинно перевищувати його виділення на 628 10 Дж. Оскiльки зелена маса не могла здійснити таке поглинання, бо кiлькiсть лiсів з кожним роком зменшується, вченi висунули гiпотезу, що поглинання енергiї Сонця вiдбулося за рахунок пiдсилення запиленостi атмосфери. Зменшення середньої температури Землi на 1°С може спричинити похолодання, а зниження температури на 2 °С — нове зледенiння. IV.Випаровування i конденсацiя Приступаючи до планування теми «Взаємні перетворення рiдин i газiв», учитель має змогу включити до уроку питання волого -, тепло- i масообміну в природi. Екологiчнна значимiсть цього матерiалу полягає в тому , що данi процеси розкривають iснуючi взаємозв’язки мiж елементами біосфери, їх характер i зумовленість змінами температури. Для з’ясування цих питань пропонуємо розв’язати задачi на зразок таких. 1. Як змiнюється внутрішня енергiя Світового океану під час випаровування води з його поверхні? Чому середня річна температура води в морях i океанах залишається сталою? Коментуючи задачу, додаємо, що швидкiсть кругообiгу води в атмосферi визначається цифрою 16 млн. т/с. В середньому за рiк вода в атмосферi поновлюється 36 раз, тобто 36 раз атмосфера насичується парою i звiльняється вiд неї. Кожна молекула водяної пари перебуває в атмосфері протягом року в середньому 10 днiв. 2. Як впливає на процес випаровування води в океанi нафтова плiвка? Енергія, яка поглинається Свiтовим океаном, майже повністю втрачається на випаровування. Випаровування води, покритої плівкою нафти, зменшується вдвiчi. Тому вплив штучно утворених плівок на випаровування води стає відчутним для природи. Проте плiвки на поверхнi води можуть приносити і користь. Створення штучних водоймищ вiдiграло неабияку роль у погiршенi теплового обміну та загостренні проблеми прісної води. Справа в тому, що випаровується саме прiсна вода, запаси якої на Землi обмежені, а втрати дуже i дуже великi. Так, лише в південних районах нашої країни з поверхні водоймищ випаровується щорічно шар води товщиною 0,8 м. Проблема зменшення непродуктивних втрат прiснї води та випаровування має глобальне значення. Одним з розв’язків цiєї проблеми є покриття поверхні води плівкою. V. Вологiсть повiтря Про значення вологостi для організму людини йдеться в параграфі «Вологiсть повiтря», де, зокрема, вказується, що температура, тиск і вiдносна вологiсть є важливими показниками умов життя i працi людей. З метою формування в учнiв умiння давати екологiчну оцiнку умовам життя i працi людей пропонуємо залучити їх до розв’язування таких задач: 1. У створенні нормальних умов життя важливу роль вiдiграє вологiсть, Вологiсть, температура i швидкiсть руху повiтря визначаютъ так звані комфортнi умови. Для людини, що перебуває в станi спокою, комфортнi умови такi: температура 18 °С, вiдносна вологiсть 50%. Чому пiдвищена та знижена вологiсть повiтря погіршують умови? З’ясовуємо, що при пiдвищенiй вологостi повiтря порушується терморегуляцiя організму і вiн перегрiвається внаслідок зменшення випаровування поту i вiддачi тепла. Знижена вологiсть повiтря сприяє підсиленому випаровуванню поту, під час якого вiдбувається швидка вiддача тепла, внаслiдок чого органiзм переохолоджується. 2. Взимку вiдносна вологiсть повiтря в деяких приміщеннях не досягає 10 % Як можна пiдвищити вологiсть повiтря’? Способiв пiдвищення вiдносної вологостi два: додаткове випаровування води, або зниження температури приміщення. Практично застосовується перший спосіб. 3. Вiдносна вологiсть повiтря в майстерні об’ємом 100 м3 при температурi 15°С становить 30%. Скiльки води треба випарувати, щоб при цiй же температурi дістати відносну вологість 50 %? VI. Поверхневий натяг Теоретичнi відомостi з цiєї теми дають змогу вчителевi розглянути з учнями питання про утворення нафтових плiвок на поверхні води, їх вплив на умови життя мешканцiв водної стихiї. З цією метою пропонуємо розв’язати з учнями такi задачi: 1. Одна тонна нафти утворює на морськiй поверхні плiвку площею 12 км2. Визначити силу поверхневого натягу такої плями, вважаючи, що вона має форму кола. Коефiцiєнт поверхневого натягу для нафти дорiвнює ЗО мН/м. Щорiчно до океану потрапляє 5-10 млн. тон нафти. Один лiтр цієї розлитої рідини позбавляє кисню 40 000 л води, тому пiд нафтовою плвкого гинуть усi види зоопланктону. Для деяких мешканців водоймищ (водомiрка) коефiцiєнт поверхневого натягу є такою ж важливою умовою життя, як температура, вологiсть.. І якщо за якихось причин відбувається теплове або хiмiчне забруднення водоймища, цi представники живої природи гинуть. VII. Капілярнi явища. Залучити учнiв до пошукової дiяльностi пiд час вивчення явища змочування можна, запропонувавши їм для пояснення простий життєвий факт. Для очищення повiтря вiд пилу застосовують розбризкування води на дрiбнi крапеьки. А в шахтах з цією метою розбризкують не воду, а розчини мила. На чому грунтується цей спосiб очищення повiтря вiд забруднюючих речовин? Чому не у всіх випадках використовується вода? Штучне пiдвищення змочування призводить до загибелі качок та інших водоплавних птахів. Таке пiдвищення може бути викликане збiльшенням концентрації синтетичних миючих речовин у водоймищах. Цi речовини не тiльки змивають бруд, а й можуь рiзко збiльшувати здатність води змочувати і твердi тiла. На водоплавних птиць їх дiя проявляється в тому, що розчиняється жировий шар i вода дiстає доступ до тіла. Взимку це спричиняє загибель птиць. Для закріплення матеріалу i під час перевірки його засвоєння радимо вчителевi використати такі запитання: 1. На чому грунтується мотод лiкування i підживлення рослини розбризкуванням розчину антибiотика так, щоб він потрапив на поверхню листа? 2. Для гасiння тліючих пожеж у лiсi використовують воду з домiшками, що збiльшують змочування води. Чим зумовлена необхiднiсть застосування цих домішок? У вiдповiдi зясовуємо, що завдяки домішкам, вода покращує свої змочувальнi властивостi i глибше по капiлярах проникає всередину тліючої деревини. 3.Навесні поля орють і боронують. Чому це сприяє збереженню вологи в грунті? 4. Під час суховiїв на поверхні грунту утворюєгься тверда кiрка. Чи слiд її зберiгати для того, щоб попередити висихання шару землi? У процесi обмiрковування запитань 2, 3 i 4 учнi стикаються з капілярними явищами. Для поглиблення знань з цієї теми i з метою вироблення вмінь аналiзувати природні явища і передбачити можливі напрями протікання природних процесів, пропоную вдома провести такий дослiд: 1. Над склянкою з підфарбованою водою розмiстіть стрiчку фільтрувального паперу так, щоб одним кінцем вона доторкалась до поверхні води. Простежте за забарвленням паперової стрiчки. Пояснiть причини зволоження паперу. VIII. Електричне поле. Наша Земля має негативний заряд 570 000 Кл. І як навколо всякого зарядженого тiла, навколо неї iснує електричне поле. Людина i все живе на Землi розвивалось i тепер постійно перебуває в електричному полi Землi. Вiдсутність електричного поля або змiна його характеристик негативно впливає на людський органнiзм. Рiзноманітні електричнi пристрої, синтетичні килими та одяг змушують нас постійно перебувати в змiнених електричних полях. Живі організми реагують на штучно створені електричні поля. Осетровi пiд час мiграцiї вгору по Волзi затримуються в тих мiсцях, де високовольтнi лінії електропередачi перетинають річку. Що затримує прісноводних? Аналiз задач допомагає учням дiйти висновку, що навколо ЛЕП iснує електричне поле, яке впливає на поведiнку риб. IX. Потенцiал електричного поля. З метою закріплення знань про енергетичну характеристику електричного поля доцільно запропонувати розв’язати деякi задачі, які продовжать їх ознайомлення з полем Землi. 1.Заряд Землi створює поблизу її поверхні електричне поле, напруженість якого приблизно дорiвнює 130 В/м. Під якою напругою перебуває людина, якщо її зріст 2 м? 2. Як можа захистити людину від штучно створених електричних полів? X. Електричний струм. Сила струму.Актуальним при вивченні теми «Електричний струм» є повiдомлення про його дію на органiзм людини. Доцiльнiсть розповiді зумовлена насамперед тим, що в цьому вiці для учнів характерний підвищений інтерес до радіо- і електротехніки, прагнення самостійно відремонтувати побутові електричні прилади. Необережнiсть у поводженні з електрикою може призвести до важких травм і навiть загибелi. У зв’язку з цим доцiльно звернути увагу учнiв на те, що коли людина має справу з іншими видами енергії, в більшості випадків вона відчуває небезпеку. Електричне поле не спричиняє явно вiдчутної дії на органи чуття i лише при доторканнi до пошкодженого дроту людина вiдчуває дію струму. Людський органiзм чутливiший до змінного струму. Постійний струм він відчуває, коли його значення досягає 12- 15 мА, струм у 20-25 мА спричинює незначне скорочення мязів рук, параліч дихання наступає при силі струму 90-110мА. Закон Ома для ділянки кола. Опiр. На якiсному рiвнi з iнформацiєю про дiю струму на людину учнi ознайомилися у 8—му класi. У 10—му є нагода розглянути причини цієї дії і обґрунтувати правила безпечної поведінки у відповідних приміщеннях. З цiєю метою тпропонуємо учням згадати, що сила струму, який проходить крiзь тіло людини, залежить вiд прикладеної напруги і опору тіла. Кістки, хрящі, жир і шкіра мають великий опір, а кров і м’язи — незначний. Найбiльший опір струму спричиняє верхнiй шар шкіри, але вiн дуже тонкий i вже при напрузi 250В руйнується. При сухiй неушкодженій шкiрi опiр тiла людини може мати значення вiд 40 Ом до 200 кОм. Якщо струм проходить по тiлу тривалий час, опiр тiла зменшується. А зменшення опору, згiдно iз законом Ома, зумовлює збільшення сили струму при незмінній напрузі. Внаслiдок цього небезпека ураження струмом зростає. Якщо пiд час доторкання до джерела напруги струм малий і людина вiдчуває лише легкi судороги, то з часом вони підсилюються i в зв’язку iз зменшенням опору і зростанням сили струму людина вже не може вiдiрвати руки вiд провiдникiв. Подальше зменшення опору супроводиться втратою дихання i загибеллю. Таким чином, дiя електричного струму на людину залежить від багатьох факторiв. Основнi фактори, що мають безпосередній вплив на стан організму можна умовно поділити на три групи: 1. Фактори, що характеризуються електричними параметрами електрообладнання (вид напруги, значення напруги, частота струму, тривалість дiї). 2. Фактори, що залежать від індивідуальних фізіологічних і психологічних особливостей людини (електричний опiр, шлях струму). 3. Фактори, що характеризують навколишнє середовище. Корисним з точки зору розуміння фiзичних процесів може бути з'ясування вiдповiдей на запитання: Чому до приміщень з підвищеною небезпекою відносять ті, для яких характерна наявність хоча б однієї з таких умов: а) відносна вологiстъ тривалий час перевищує 75 % ; б) струмопровідна підлога; в) висока температура (понад 35 °С); г) можливість одночасного доторкання до заземлених металоконструкцій з одного боку і до металічного корпуса електрообладнання — з другого. Чому ж такi умови вважаються небезпечними для життя? Поясніть. XI. Електричний струм у рідинах Приступаючи до вивчення цієї теми, вчитель повинен передбачити можливiсть включення до уроків матерiалу екологiчної спрямованості. Пропоную деякі приклади, що стосуються проблем збереження природних ресурсiв, очищення водоймищ, боротьби з бур’янами без хiмiкатів. Вирішення питання корозії металевих конструкцiй тiсно пов’язане з проблемою економiї природних ресурсiв. Щоб ознайомити учнів з деякими способами боротьби з корозiєю, пропонуємо їм розглянути такi запитання: 1. До якого полюса джерела струму треба приєднати труби залізного трубопроводу, щоб запобігти їх корозiї вгрунті? (До негативного, щоб негативнi іони ОН, якi окисляютъ залiзо, не могли досягти поверхні труб. 2. З якої причини рейцi трамваю надають негативного заряду? ( У цьому випадку з грунтової води, в якiй розчинено багато рiзних солей, на поверхню рейки потрапляють позитивнi iони, якi не вступають у хiмiчну реакцію iз залiзом). Цiкавим з точки зору вирішення проблеми харчових ресурсів є електроiскровий засiб боротьби з бур’янами. Той факт, що Земля має негативний заряд і в стеблах росли є гiдроiони, забезпечив можливiсть використання механізму електричного розряду в рiдинах для знищування бур’янів. Принципово цей процес можна описати так: горизонтальний електрод, вiдрегульований за висотою буряну, пiд час руху доторкається до його верхiвки. Стебло бур'яну проводить струм, величина якого для рослини виявляється згубною.