Использование МПС физики с биологией при изучении раздела

  • Вид работы:
    Другое
  • Предмет:
    Другое
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    74,51 kb
  • Опубликовано:
    2012-03-30
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Использование МПС физики с биологией при изучении раздела

кафедра физики и теории обучения физике

 «___ »________ 2005год.

Использование МПС физики с биологией при изучении раздела "Квантовая физика"

Выпускная квалификационная работа

                                                              

                                                                

                             Оглавление.

Введение…………………………………………………………………………..3

Глава 1 Состояние проблемы МПС в педагогической науке и практике школьного обучения.

§1. Исторический аспект развития МПС в дидактике и практике школьного обучения………………………………………………………………………...…4

§2. Дидактические основы осуществления МПС………………………...……10

Глава 2 Методические основы осуществления МПС с биологией при изучение Квантовой физики.

§1. Анализ программ, учебных пособий и учебников по изучению квантовой физики……………………………………………………………………….……17

§2. Способы и средства реализации МПС с биологией при изучении квантовой физики………………………………………………………………………..22

§3. Методики проведения занятий по квантовой физике с использованием МПС с биологией………………………………………………………………..31

Заключение……………………………………………………………………….57

Библиография…………………………………………………………………….58












 
 

                                     Введение.

Цель: Проанализировать биофизический материал  в разделе” Квантовая физика”. Привести примеры применения биологических процессов при изучении квантовой физики.

Объект исследования: Состояние раздела ”Квантовой физики” на использование межпредметных связей физики с биологией.

Выбор этой темы заинтересовал меня так как в наше время полученные объеденные  знания  помогут молодому человеку  создать единый взгляд на мир.

В сознании человека об окружающем мире во многом формируют отношение человека к миру, влияют  на  его  на его нравственные качества. Не только знание о природе, а глубокое проникновение в тайны природы, помогает ученику раскрыть обаяние науки, что имеет  воспитательную силу, может  помочь ученику  полюбить идею  и истину ,помогает ставить духовные наслаждения выше телесных , духовные достоинства выше случайных преимуществ.

В первой главе я рассматривала состояние проблемы МПС пед. науке  и практике, историю развития МПС в школьном обучении дидактические основы осуществления МПС.

Вторая глава посвящена непосредственному  использованию МПС , способам и средствам  ее осуществления ,анализу учебной литературы и методике проведения учебных занятий по квантовой физике с использованием  межпредметной связи физики с биологией.




Глава 1 Состояние проблемы МПС в пед. науке и практике школьного обучения.

§1. Исторический аспект развития МПС в дидактике и практике школьного обучения.

Выявление тенденций развития исследуемого объекта возможно при анализе его становления и развития в органической связи с порождающими их условиями.

Выделено семь периодов методики преподавания физики в России в работе Турышева.

1. Предыстория, предшествующая основным периодам (1631 – 1745) характеризующая возникновением преподавания физики в первых школах России. Русской методики преподавания тогда еще не было.

2. Период становления методической мысли по физике от Ломоносова до 60- годов XIX (1746 – 1856). Это был первоначальный этап (период) оформления русской методики физики.

3. Оформление методики физики в научную дисциплину в период борьбы за реформу русской школы и преподавания физики во второй половине XIX века (1856 – 1899).

4. Развитие русской методики физики в дооктябрьский период XX века (1900 – 1917).

5. Становление и создание основ советской методики физики в период перехода от капитализма к социализму (1917 – 1937).

6. Развитие советской методики физики в период развернутого строительства социализма и окончательной его победы (1938 – 1958).

7. Развитие советской методики физики в период развитого социализма и строительства коммунизма (начат с 1959 года и продолжается в настоящее время).

Создавая периодизацию Турышев И. К. основывался на следующих основных требованиях к ней.

1. Поскольку методика физики – педагогическая (т. е. общественная) наука, то при построении периодов ее развития должен найти отражение социально – экономический принцип. Анализ развития прогрессивных методических идей необходимо рассматривать в тесной связи с общим развитием системы народного образования в стране, с учетом специфики исторических условий.

2. В каждом периоде развития методики физики должно содержаться что-то значительное, существенное и характерное в постановке преподавания физики в средней школе, особенно в развитии методической мысли. Это особенное для данного периода не должно быть определяющим для других периодов.

3. В периоде должно содержаться два или несколько важных этапов развития физики и физики как учебного предмета.

4. В каждом периоде, по возможности, должно найти отражение несколько крупных достижений науки – физики, которые оказали прогрессивное влияние на преподавание физики.

5. Для каждого периода характерным является наличие выдающихся методистов – физиков, педагогов, деятельность и труды которых оказали положительное влияние на развитие методической мысли.

В докторской работе В. Я. Синенко периоды исторического развития методики преподавания физики переработаны и предложена следующая классификация исторического развития методики преподавания физики, с которой мы совершенно согласны и на которую, в дальнейшем будем ссылаться.

1. Предшествующий период (1 половина XVII века – середина XVIII века).

2. Период зарождения и первоначального становления (середина XVIII века – середина XIX века).

3. Эмпирический период (середина XIX века – начало XX века).

4. Период научного становления (1930 – 1970).

5. Период генерализации (с 1970 – по настоящее время).

В. Я. Синенко в своей работе объясняет объединение некоторых периодов развития методики преподавания физики, предложенных И. К. Турышевым, следующим образом. С середины XIX века до двадцатых годов нынешнего столетия методика преподавания физики носила эмпирический характер, так как во-первых, она отражала соответствующий уровень познания в науке физике этого периода, а во-вторых, сама методика преподавания физике основывалась на опыте отдельных учителей и преподавателей физики, тематика которых актуальна и весьма разнообразна.

В плоть до 1970 года развитие методики преподавания физики шло на основе устоявшихся содержаний и структуры школьного курса физики, заложенных в трудах вышеуказанных авторов. Это и позволяет период с 1930-1970 гг. считать периодом научного становления методики преподавания физике.

Реформа образования по физике, переход на новое содержание обучения (1968 – 1973) и последующие усовершенствование программы и учебников осуществлялись на основе идей, кардинально отличающихся от идей «классической» методики преподавания физики предшествующего периода. Основной идеей является генерализация знаний, заключающихся в их обобщении на уровне фундаментальных физических теорий физической картины мира, обеспечивающая возможность теоретического представления учащихся в процессе овладения физикой. Это позволило перейти от эмпирического уровня познания школьной физики к теоретическому уровню, создавая благоприятные условия для использования ее развивающихся возможностей. Есть все основания современный период развития методики преподавания физики с 1970 г. – по настоящее время считать периодом генерализации.

История преподавания физики в России насчитывает более 300 лет и ведет свое начало с основания Киевской духовной академии (1631 г.).

Однако до второй половины XVIII века физика преподавалась как часть философии, а не была самостоятельным учебным предметом. Первые попытки преподавания физики и механики как реальных предметов были предприняты в Петровскую эпоху. Хотя о физике как о реальном предмете упоминается еще некоторых ранних проектах школьной системы, например в проекте Ф. С. Салтыкова (1712 г.) и в «Духовном регламенте» Феофана Прокоповича (1712 г.).

В первый период развития МПФ в России не было своих учебников по физике. В начале XVIII века широко применялись переводные учебники. Например, учебник Дюзагюлье «Курс физики», изданный в 1725 г. на английском языке, в Лондоне. Уже в этом учебнике было обращено внимание на необходимость осуществления МПС физики с математикой. «…Мы обязаны призывать на помощь геометрию и арифметику, если не хотим ограничиться только простым описанием и обсуждением вокруг и около». Интересным является то, что в немецких и американских учебниках физика излагалась в курсах философии почти до середины XIX века.

Первые методические рекомендации и указания о преподавании физики в школах России мы находим в учебниках физики XVIII века. Начало таким методическим работам положил М. В. Ломоносов своей работой «Вольфианская экспериментальная физика», которая была посвящена, в основном, осуществлению демонстрационного эксперимента.

В книге М. Е. Головина «Краткое руководство по физике» впервые дается упоминание о связи физики с химией: «Присовокупили к  физике сокращенные понятия о химии, уверен будучи, что оно для всякого любителя физики необходимо нужно». Во второй период развития методики преподавания физики – период зарождения и становления методики физики.

В конце декабря 1868 г. и в начале января 1869 г. на съезде учителей Кавказского учебного округа, собравшихся в Тифлисе, была составлена программа физики и космографии с пояснительными к ней записками, которые были опубликованы.

В 70-х годах по вопросам программ по физике много ценного внес известный русский педагог Я. И. Ковальский. Он предлагал кроме обязательного для всех учебника физика создать хрестоматию для чтения. В ней должно содержаться живое описание наиболее важных примеров практического применения научных знаний, сведения по истории науки, статьи, показывающие связь учебного курса физики с явлениями окружающей жизни.

В 1848 г. вышла в Москве книга «Арифметический самоучитель геометрии, механики, физики и астрономии».

Третий период развития МПФ характеризуется работами выдающихся теоретиков и практиков XIX – XX вв.: Н. И. Новикова, В. Ф. Одоевского и многих других. Большой вклад в развитие идеи МПС внес великий русский педагог К. Д. Ушинский.

В 1913 г. вышел в свет задачник А. В. Цвингера – «Задачи по физике». Это одно из замечательных отечественных школьных учебных пособий.

К числу первых методических пособий по физике для преподавателей средних учебных заведений XIX в. принадлежит книга Ф. Ф. Эвальда «Первые уроки из физики». В книге «Выработана способность в небольшой сфере сравнивать видимое, систематизировать понятное, составлять заключение о необходимости связи между однородными предметами и о возможном сближении между равноправными».

В 1907 г. вышла в свет книга В. В. Лермонтова «Методика физики и содержание приборов и исправности». В. В. Лермонтов критиковал русскую школу за отрыв ее от жизни. Ученики не знают, что и как происходит в природе, школа на первое место ставит слова, книжное изучение науки.

В советской дидактике также интенсивно разрабатываются теоретические основы МПС, накапливается опыт по их реализации в практике обучения, высказываются различные мнения о перспективах дальнейшего решения этой проблемы. Значительное внимание вопросу взаимосвязи учебных предметов в преподавании уделяла в своих работах Н.К. Крупская. Она подчеркивала необходимость этой взаимосвязи для отражения целостной картины мира, для создания истинной системы знаний и правильного миропонимания.

Большое внимание проблеме реализации МПС в процессе обучения уделяется и в других странах. Например, о необходимости осуществления МПС физики с биологией пишет в своей книге «Общая физика с биологическими примерами» американский физик и педагог Дж. Мерион. Автор предпринимает новаторскую попытку обеспечить «привязку» общего курса физики к интересам будущей специальности студентов путем включения в текст удачно подобранных примеров из биологии на которых демонстрируется возможности использования законов физики. Главная цель обучения в зарубежных школах – интеллектуальное развитие учащихся.

Рассмотренный исторический аспект развития МПС подтверждает, что проблема МПС физики с другими предметами школьного обучения еще далека от решения. Данная проблема до сих пор актуальна, несмотря на многочисленные публикации, работы психологов, дидактов,  методистов, и требует дальнейшего исследования.         


 


§2. Дидактические основы осуществления МПС.

Перед рассмотрением дидактических основ осуществления МПС познакомимся с существующими классификациями МПС.

МПС, как дидактическое условие, проявляется наиболее часто в информационном и временном аспектах. Впервые временной и информационный критерии для классификации МПС использовала В.Н. Федорова. Впервые к временному и информационному критериям были добавлены деятельностный критерий для классификации МПС А.В. Усовой.

 

Таблица 1

Классификация межпредметных связей

№ п/п

Автор классификации

Классификация МПС

1

Е.Е. Минченков

- на основании законов и теорий

- по методам исследования          мировоззренческого характера

- расчетно-измерительного характера

2

Н.А. Лошкарева

- по содержанию учебных дисциплин

- по формируемым понятиям

- по методам обучения

3

В.Н. Федорова

- информационные (понятийные, теоретические, фактические)

- временные (предшествующие, сопутствующие, последующие)

4

А.В. Усова

- хронологические

- информационные

- деятельностные

5

Н.Н. Кузьмин

- хронологические

- содержательно-информационные

- деятельностные

6

В.Н. Максимова

- содержательно-информационные

- организационно-методические

- операционно-деятельностные


Проанализировав работы и публикации за основу возьмем классификацию Н.Н. Кузьмина, который выделяет хронологические, содержательно-информационные и деятельностные связи.

Хронологические МПС включают в себя: предшествующее, сопутствующие и последующие, примеры которых представлены нами далее в данной работе.

Содержательно-информационные связи включают в себя: фактические, обеспечивающие углубленное и расширенное восприятие учащимися фактического материала; понятийные, обуславливающие комплексное формирование научных понятий; теоретические, отражающие осознанное усвоение теорий, входящих в содержание каждой изучаемой естественно – научной дисциплины; по методам научного исследования, общим для естественных наук, цель их реализации – показать общность и взаимосвязь методов исследования, применяемых различными науками.



Таблица 2.

Содержательно-информационные МПС

Фактические

Понятийные

Теоретические

По методам исследования

Накопление фактов:

-теоретических

-эксперимен-тальных.

Установление связей между фактами и понятиями при рассмотрении:

-структурных форм материи;

-свойств тел, вещества, полей;

-явлений и процессов;

-величин характеризующих свойства тел и явлений;

-приборов и машин.

Соотношение и анализ фактов, понятий, закономерностей в рамках теории:

-теория классической механики;

-молекулярно – кинетической теории;

-электронной теории вещества;

-теории электро– магнитного поля;

-квантовой теории.

Электрические:

-наблюдение;

-измерение;

-эксперимент;

-метод моделирования;

Теоретические:

-анализ;

-синтез;

-функциональный и системный подходы;

Социологические: -тестирование;

-опросы;

-анкетирование.

 

 Взаимосвязь физики и биологии проявляется уже в том, что все живые объекты – это часть природы и потому они подчиняются всем основным физическим законом (закон сохранения массы, закон сохранения энергии, закон термодинамики и др.). Кроме того любой биологический объект как высшая форма по отношению к низшей, физической, содержит в себе эти последние. Потому в любую биологическую систему физическая форма движения материи входит как необходимый составляющий элемент, который можно выделить для целей изучения.

Взаимосвязь физических и биологических знаний на современном этапе научного познания осуществляется различными путями и в различных формах.

Во-первых, это межнаучное взаимодействие по объектам исследования, характерной особенностью которого является процесс взаимного проникновения физических и биологических знаний.

Во-вторых, результатом интеграции и дифференциации знаний является образование комплексных наук, таких как биофизика и бионика.

В-третьих, процесс взаимодействия биологии и физики затрагивает область конкретных физических методов, используемых для исследований.

Таким образом идет процесс взаимообогащения физической и биологической наук.

При реализации МПС мы выделяем общие для естественных дисциплин понятия, законы. Кроме того, содержание изучаемого материала предопределяет и деятельность учащегося на уроке. Определяется деятельность учителя по формированию умений, необходимых при изучении данного материала. Отсюда возникает необходимость взаимосвязи между «содержательными» и «деятельностными» видами МПС.

Рассмотрим деятельностную основу МПС.

При обучении учащиеся вооружаются рядом умений и навыков, которые являются общими для естественно-научных дисциплин. К ним относятся: вычислительные, измерительные, графические и другие, а также умения познавательного характера, которые дают возможность планировать, организовывать, контролировать самостоятельное приобретение знаний. Целью данного вида связей является развитие и приобретение практических, познавательных умений и навыков, общих для цикла естественно – научных дисциплин.

Формирование межпредметных познавательных действий особенно эффективно на материалах таких учебных дисциплин, которые включают в свое содержание частные проявления одних и тех же закономерностей.

Поскольку физика и биология имеют единый объект изучения – природу и общие методы ее исследования, то применительно к этим учебным предметам правомерно выделение общих и специфических приемов.

Учебная деятельность имеет тенденции развития в учебно-познавательную, в деятельность синтетической природы, объединяющей в учебные и познавательные целевые установки. В дидактических исследованиях широко используется термин «учебно-познавательная» деятельность.

Исследования в области формирования МПС обнаружим взаимодействие общих, особенных и единичных компонентов действий в умениях разного уровня обобщенности, что позволяет в процессе переноса общих действий из одного предмета в другой формировать межпредметный уровень умений. Межпредметность умений (и знаний) – это их функциональное качество, приобретаемое в процессе переноса общих действий из разных учебных предметов. Межпредметность знаний и умений, учащихся на основе важнейших современных требований к результатам воспитывающего обучения в условиях его предметной структуры.

К первому компоненту МПС – теоретическим знаниям относят: понятия, законы, теории, общие для циклов дисциплин, и общенаучные понятия, такие как материя, движение, причины, следствия и т. д.

Примерами законов, общих для цикла естественнонаучных дисциплин, являются: закон сохранения массы, закон сохранения и превращения энергии, закон сохранения электрических зарядов, определяющий электростатическое взаимодействие, химические реакции, законы термодинамики.

Из теории, область применения которых простирается на физику, химию и биологию, теорий, позволяющих объяснять и предсказывать многие из свойств тел живой и неживой природе, является электронная теория строения вещества и квантовая теория света.

Вторым компонентом МПС являются познавательные умения и общеучебные умения. Общеучебными являются: умение читать, работать с учетной и дополнительной литературой, писать, говорить логично, последовательно, аргументировано излагать свои мысли, планировать свою деятельность. Примером умений, общих для многих учебных дисциплин являются: вычислительные, измерительные, графические, умения наблюдать, самостоятельно ставить опыты.

Координация учебных дисциплин на основе МПС должна обеспечить такое расположение учебных предметов в учебном плане, при котором достигалось бы непрерывное развитие теоретических знаний, интеллектуальных умений и навыков.

Третьим компонентом МПС являются методы научного познания: наблюдение, эксперимент, мысленное моделирование, теоретический анализ и теоретическое обобщение.

Умение анализировать, обобщать, сравнивать, сопоставлять знания полученные при изучении различных дисциплин, устанавливать связи между явлениями и процессами являются основой формирования профессиональных умений, определяют способность быстро и квалифицировано делать выбор действия на основе различной информации.

Четвертым компонентом связей являются практические умения обращаться с приборами, измерительные и вычислительные умения и навыки, общие для циклов учебных дисциплин.

Дидактические функции МПС.

В повышении эффективности осуществления МПС в учебном процессе важное значение имеют дидактические функции.

Дидактические функции МПС – это функции обеспечивающие процесс обучения и проявляющие себя в результатах обучения.

Дидактические функции МПС в процессе обучения определяются следующими основными элементами:

- целью обучения,

- дидактическими принципами обучения,

         - спецификой межнаучных взаимодействий и отражением этой специфики в особенностях МПС,

- целями, содержанием и структурой смежных дисциплин.

Дидактическое значение МПС заключается:

         - в формировании целостной картины мира за счет раскрытия взаимосвязей между различными формами движения материи;

         - в координации учебного материала и обеспечение преемственности в изучении различных дисциплин.

        - в обеспечении прочности знаний, умений и навыков за счет применения знаний в различных ситуациях и новых условиях;

        - в обобщении знаний на межпредметном уровне и на этой основе формирование мировоззрения и целостной личности;

          - в создании возможностей широкого переноса знаний из одного предмета в другой;

            - в убеждении истинности знаний через показ их практической значимости, через возможность их применения в различных ситуациях;

            - в обобщение и систематизации знаний, умений и навыков;

            - в обеспечении разностороннего раскрытия связей между предметами и явлениями, изучаемыми в разных дисциплинах;

           - в развитии познавательной активности и самостоятельности обучаемых;

            - в развитии познавательных и профессиональных интересов.

Но также необходимо еще добавить осуществление экономического образования учеников.

Глава 2 Методические основы осуществления МПС с биологией при изучение Квантовой физики.

§1. Анализ программ, учебных пособий и учебников по изучению квантовой физики.

В этой главе я проанализировала ряд программ:

Первая программа для вечерней (сменной) средней общеобразовательной школы. Москва «Просвещение» 1988 г. На световые кванты, действия света в этой программе выделено (12(10)ч.). При изучении действия света используют значение о биологическом действии света, влиянии рентгеновских лучей и мутации клеток, воздействии ультракрасного и ультрафиолетового излучений на живые организмы. При изучении темы: Атом и атомное ядро выделено (22(20)ч.). Здесь используется МПС с биологией, а в частности мутационное воздействие ионизирующей радиации.

Просмотрев программу, Физика для общеобразовательных учреждений 10-11 классы. Автор программы Г.Я. Мякишев. На квантовую физику выделено 32ч. Этот раздел состоит из следующих глав:

- Световые кванты.

- Атомная физика.

- Физика атомного ядра.

- Значение физики для понимания мира и развития производительных    сил.

          

Но к сожалению, не уделено времени, на межпредметные связи физики с биологией.

В программе средней (полной) школы «Физика для школ с гуманитарным продлением обучения 10 – 11 классы». Автор программы: А.Н. Мансуров, Н.А. Мансуров. На раздел Квантовая статистическая картина мира выделено 46 часов. Но в этой программе не уделено внимание межпредметным связям биологии с физикой.

Затем я проанализировала учебник Физика 11 кл. под редакцией Г.Л. Мякишева, Б.Б. Буховцева. В этом учебнике раздел «Квантовая физика» разделен на четыре главы:

Глава 8.   Световые кванты.

Глава 9.   Атомная физика.

Глава 10. Физика атомного ядра.

Глава 11. Элементарные частицы.

В главе «Световые кванты» лишь только в одном параграфе §71 Химическое действие света. Фотография есть МПС физики с биологией объяснение явления фотосинтеза.

В главе «Атомная физика» выяснилось, что МПС физики с биологией вообще нет.

После просмотра главы «Физика атомного ядра», я обнаружила два параграфа с использованием МПС физики с биологией это: §91 Получение радиоактивных изотопов и их применение. В нем идет речь о применении радиоактивных изотопов в биологии и медицине.  §92 Биологическое действие радиоактивных излучений.

В главе «Элементарные частицы», как оказалось МПС, тоже нет.

Итак, проанализировав весь раздел «Квантовая физика», я пришла к такому выводу, что в этом учебнике МПС физики с биологией в этом разделе очень мало, а в некоторых главах она вообще отсутствует.

Анализ учебника Физика 11 автор В. А. Касьянов издательство Дрофа 2003 г. В данном учебнике раздел «Квантовая физика» представлен в трех главах.

Глава 7. Квантовая теория электромагнитного излучения вещества.

Глава 8. Физика атомного ядра.

Глава 9. Элементарные частицы.

В 7 главе в § 80 Лазер. При объяснении материала применение лазера используется МПС с биологией.

В 8 главе § 86 Использование энергии деления ядер. Ядерная энергетика в пункте Ядерная безопасность АЭС используется связь с биологией.

§ 87 Термоядерный синтез .В данном параграфе рассматривается негативное влияние термоядерного синтеза на окружающую среду.

§ 88 Ядерное оружие – угроза существованию общества.

§ 89 Биологическое действие радиоактивных излучений.

В этом параграфе широко представлено воздействие радиоактивного излучения на вещество. Естественный радиационный фон.

В 9  главе Элементарные частицы МПС с биологией нет.

Проанализировав учебник Касьянова В. А. Физика 11, я выяснила, что в данном учебнике внимание уделяется МПС с биологией гораздо больше, чем в издававшихся ранее учебниках. Хотя в главе Элементарные частицы о связи с биологией не упоминается.

Анализ учебника Физика 11 автор Анциферов Л. И. издательство Мнемозина 2001.

В этом учебнике раздел Квантовая физика разделен на пять глав.

Глава 17 Фотонная (корпускулярная) теория света.

Глава 18 Корпускулярно – волновая природа света и вещества.

Глава 19 Атомное ядро.

Глава 20 Использование ядерной энергии.

Глава 21 Элементарные частицы.

Просмотрев 17 главу, я убедилась в отсутствии МПС с биологией в данной главе.

В главе 18, § 18.7 Лазеры. При рассмотрении применения лазера уделено небольшое внимание МПС.

В § 19.3 Радиоактивность. Рассматривается влияние γ – квантов на организм.

В главе 20 § 20.3 Использование радиоактивных изотопов. И их влияние на живые организмы.

В § 20.4 Ионизирующие излучения. Рассматривается биологическое действие на организм ионного излучения.

В § 20.5 Экологические проблемы ядерной энергии (влияние на живые организмы).

В 21 главе МПС физики с биологией нет.

Данный учебник содержит МПС физики с биологией в достаточной мере, однако, в некоторых главах раздела Квантовой физики связь с биологией отсутствует.

Учебник Г. Н. Степанова Физика 11.

Данный учебник предназначен для углубленного изучения физики. Изучив учебник я обнаружила следующее: Квантовая физика здесь представлена двумя разделами:

Основы Квантовой физики. Атомное ядро и элементарные частицы.

Связь физики с биологией можно увидеть лишь в нескольких параграфах в частности при объяснении фотоэффекта, ядерной энергии (использование ядерной энергии человеком, термоядерный синтез, биологическое действие радиоактивных излучений).

Проанализировав учебник, я убедилась в том, что очень мало уделено внимания связи физики с биологией.

Физика 11 класс авторы Н. М. Шахмаев, С. Н. Шахмаев, Д. Н. Шодиев. Просвещение 1993 г.

Квантовая физика в данном учебнике представлена в пяти главах.

Глава 9 Элементы квантовой физики.

Глава 10 Атом.

Глава 11Атомное ядро.

Глава 12 Физические основы Атомной энергетики.

Глава 13 Элементарные частицы.

В 9 главе § 56 Фотохимические явления, присутствует связь физики с биологией при рассмотрении реакции фотосинтеза.

В 10 главе МПС физики с биологией отсутствует.

В 11 главе § 61 посвящен теме: Биологическое действие и защита от излучений.

В 12 главе § 69 Ядерный реактор. Атомная электростанция. Рассматривается вопрос: Опасны ли атомные электростанции?

В главе 12 Элементарные частицы, как и в ранее рассмотренных учебниках, МПС физики с биологией нет.

Изучив ряд учебников для 11-х классов различных авторов и разных редакций, с целью обнаружения МПС физики с биологией, я выяснила, что действительно связь прослеживается, где-то ей больше уделено внимание, где-то меньше, но в целом учебники составлены с учетом связи физики с различными дисциплинами. Так как моя ВКР связана с использованием МПС физики с биологией, я уделяла внимание именно этой проблеме, и выяснила, что ее не так много, как хотелось бы.

 

  

    

§2. Способы и средства реализации МПС с биологией при изучении квантовой физики.

Рассмотрим сейчас, какие же пути и способы можно использовать для реализации МПС в школьной практике на занятиях по физике.

Выделены следующие способы осуществления МПС:

- актуализация изученных ранее на уроках по другим предметам вопросов ученого материала, на знание которых необходимо опираться при изучении нового материала         ;

- постановка проблемных вопросов       и задач на основе знаний, приобретенных при изучении других предметов;

- углубление знаний, приобретенных учащимися ранее на уроках по другим смежным предметам;

- сравнение учебного материала для выработки единства трактовки понятий; - формирование обобщенных учений в работе с общим учебником, оборудованием;

- применение методов одной науки при изучении другой;

- осуществление единого подхода к формированию учебных знаний, умений, общих для цикла учебных дисциплин, на уроках по различным предметам.

Применение методов одной науки при изучении другой (раскрытие общности методов исследования в физике и биологии).

Метод данной науки – это не что иное как общий способ постижения адекватного и всестороннего предмета исследования, раскрытие его сущности, познание его законов. В методике исследования выражено само содержание изучаемой науки, ее внутренняя природа. Герцен писал, что «…метод данной науки – эмбрион, если хотите». Вместе с тем метод играет подчиненную роль по отношению к предмету науки и всецело определяет природой последнего. Например, как в биологии, так и в физике используются такие методы исследования как наблюдение и эксперимент.

Наблюдение – относительно длинное, целенаправленное восприятие предметов и явлений окружающей действительности, метод познания действительности на основе непосредственного восприятия.

Организация наблюдений учащихся в процессе обучения преследует три цели:

1.   Развитие у школьников наблюдательности как черты личности, умения видеть явление окружающей среды.

2.   Ознакомление учащихся с особенностями наблюдения как метода научного познания и подготовки их к введению научных наблюдений.

3.   Изучение свойств тел, явлений природы и общества, а целью развития познавательных способностей учащихся.

Общим методам познания физической и биологической наук является эксперимент. Под экспериментом понимают «научно поставленный опыт, наблюдение исследуемого явления в точно учитываемых условиях, позволяющих следить за ходом явления и воссоздать его каждый раз при повторении этих условий».

Для успешного формирования естественнонаучных понятий с применением МПС необходимо знать не только способы, но и средства реализации связей на занятиях по физике.

К средствам реализации МПС на занятиях по физике относят: беседу, рассказ, сообщение биофизических сведений учителем, качественные вопросы и задачи, вычислительные задачи по физике живой природы, работа со справочной литературой, рефераты и доклады учащихся, изготовление наглядных пособий, демонстрация экранных и наглядных пособий, проведение опытов и другие.

Одним из способов реализации МПС физики с биологией является решение задач с межпредметным содержанием.

        Особенностями обучения учащихся умению решать задачи МПС являются:

1. Формирование умения по восприятию задач межпредметного содержания, выделение данного вида задач из всех других.

2. Выделение в задачах явления природы, изучаемых в биологии.

3. Определение конкретных дисциплин, в которых формировались знания о выделенном явлении природы.

4. Выделение знаний смежных дисциплин для объяснения описанного в задаче явления.

5. Обнаружение причинно следственных связей, изучавшихся в различных предметах.

Примеры задач межпредметного содержания физики с биологией при изучении квантовой физики.

Задача №1. Какие лучи вызывают загар и ожоги на теле?

Ответ: Ультрафиолетовые лучи, оказывают сильное воздействие на живые организмы, оно связано с фотохимическими реакциями возникающими при их поглощении, проникающая способность которых от 0,1 до 1 мм. при этом вызывая покраснения, загар.

Задача №2. Почему врачи – рентгенологи при работе пользуются перчатками, фартуками, а также очками, в которые введены соли свинца?

Ответ: Тем самым они защищают свой организм от прохождения рентгеновских лучей.

 Задача №3. Почему в тени дерева всегда прохладнее?

Ответ: Листва не пропускает солнечные лучи, поэтому воздух в тени дерева не нагревается за счет излучения.

Задача №4. При рентгенодиагностике желудочно-кишечного тракта больному дают "бариевую кашу". Для чего это делается?

Ответ: Сернокислая соль бария поглощает рентгеновские лучи и делает видимыми мягкие ткани тела человека.

Задача №5. Почему высоко в горах легко получить ожоги солнечными лучами?

Ответ: Пройдя меньший слой воздуха ультрафиолетовые лучи солнца обладают большей интенсивностью.

Задача №6. Почему на снимках, сделанных в инфракрасных лучах, зеленая растительность получается белой.

Ответ: Зеленая растительность не поглощает инфракрасных лучей, а отражает и рассеивает их.

Задача №7. Почему люди загорают особенно быстро на берегу моря?

Ответ: У моря, помимо прямого, действует и рассеянное морем излучение.

Таких задач крайне мало и пока проблема еще не решена. Эти задачи помогут развить у учащихся навыки самостоятельного установления взаимосвязи между предметами, будут способствовать целостному восприятию картины окружающего мира.

Примеры использование дополнительного материала содержащего МПС физики с биологией.

Ниже представленные примеры можно использовать в качестве дополнительного материала  при объяснении таких тем как : Атомная энергетика, Радиоактивность. Ребятами будет материал усваиваться легче и с интересом.

Атомная электростанция внутри организма.

Известно, что одним из очень неприятных заболеваний сердца является так называемая аритмия — нарушение регулярности сер­дечного ритма. Радикальный способ борьбы с аритмией заключается во вживлении в организм больного электрического стимулятора, работающего от батарей. Стимулятор вырабатывает периодические электрические импульсы, частота которых соответствует нормаль­ному ритму здорового сердца. Эти импульсы через специальные электроды поступают в сердечную мышцу и заставляют ее сокращать­ся с правильной частотой.

В настоящее время электрические стимуляторы очень широко применяются для лечения аритмии. Они спасли жизнь многим ты­сячам больных. Однако существенным недостатком этих устройств является необходимость в периодическом (примерно один раз в два года) хирургическом вмешательстве (для смены батарей). В связи с этим в настоящее время в разных странах разрабатывается спе­циальный изотопный источник тока, рассчитанный на работу внут­ри человеческого организма в течение десяти лет.

В конце 1968 г. во Франции была выпущена первая партия изо­топных источников с тепловой мощностью 75 МВт, в 1969 г. начались опыты по вживлению ядерных стимуляторов сердца в организм собак, а в 1970 г. был сделан первый удачный опыт на человеке.

В качестве источника тепла, необходимого для получения термо­электричества, в ядерном стимуляторе сердца используется особо чистый радиоактивный изотоп плутония Рu238, имеющий период полураспада 87,4 года. Это означает, что радиоактивность Pu238 -(а, следовательно, и тепловая мощность источника) убывает вдвое только через 87,4 года, т. е. за 10 лет она изменяется очень мало. Аналогичные изотопные источники тока для стимуляторов сердца изготавливаются в Великобритании. В феврале 1970 г. английские ученые успешно вживили изотопный стимулятор сердца в организм собаки, а летом того же года подобная операция была сделана 56-лет­ней женщине. В США для ядерных стимуляторов сердца, кроме Рu238, используется радиоактивный прометий.

Кроме тех требований, о которых мы уже говорили; ядерные стимуляторы сердца и блоки питания для протеза сердца должны удовлетворять еще одному очень важному условию: для них должна быть обеспечена полная гарантия от попадания в организм радио­активного излучения. Последнее условие требует не только абсо­лютной герметичности капсулы с плутонием, но и исключительной чистоты самого Рu238. Малейшая примесь легких элементов при­ведет к тому, что из их ядер под действием ά-частиц плутония будут испускаться нейтроны . Эти нейтроны свободно пройдут через стенки капсулы и попадут в организм. Столь же опас­на и примесь Рu236, дочерние продукты которого испускают прони­кающее радиоактивное излучение (β-частицы и γ-кванты).

В заключение приведем типичные параметры ядерных стимуля­торов сердца. Английский стимулятор имеет длину 5см диаметр 1см вес Рu238 — 0,4г, материал капсулы — нержавеющая сталь. Стимулятор был испытан на сжатие нагрузкой в 2т на нагревание до температуры 580° С и на внутреннее давление до 700атм. Фран­цузский стимулятор еще более миниатюрен. Его размеры не пре­вышают 2см вес Рu238 0,15г. Капсула изготовлена из тантала и платины. Она выдерживает температуру до 3000° С, не подвержена коррозии и не боится ударов.

Нет сомнения, что опыт, накопленный в процессе разработки. И применения изотопных стимуляторов сердца, будет использован для создания искусственного сердца. Но это гораздо более трудная задача. Ведь стимулятор своими электрическими импульсами толь­ко помогает живому сердцу наладить правильный ритм его работы. Для этого не нужна большая мощность. А искусственное сердце — это насос, который должен перекачивать в среднем  крови в ми­нуту. Для приведения в действие такого насоса нужен достаточно мощный источник энергии. Но с ростом мощности источника растут его размеры, вес, тепловыделение и радиоактивность. Естест­венно, что все это создает серьезные трудности для размещения искусственного сердца внутри человеческого организмами все же можно надеяться, что  мы с вами услышим о первом человеке с ядерным сердцем. Но, скорее всего это сердце будет у него не в груди, а в ... животе!


Как измеряют радиоактивность человека.

Все органические соединения, все растения, все животные содержат радиоактивный изотоп углерода С14 и, следовательно, обладают собственной радиоактивностью.   Человек,   конечно,   тоже   не   является   исключением.! «Полную» радиоактивность человеческого тела можно измерить с помощью специального сцинтилляционного счетчика. В результате  измерений  получается довольно большая  величина — около 200 000 распад/мин .Кроме углерода теле имеются еще уран, радий и его продукты распада; радиоактив­ный изотоп калия К40 и другие радиоактивные элементы. Так что число 200 000 не только не велико, а наоборот, явно занижено из-за поглощения значительной части излучения в тканях человеческого тела. Радиоактивность человеческого тела может колебаться. Ее чис­ленное значение зависит от местожительства человека (высота над уровнем моря, радиоактивность почвы), условий его работы, и, конечно, от того, проводятся или нет испытания ядерного оружия,

«Человеческий счетчик» позволяет измерять не только инте­гральную (общую) радиоактивность, но и выделять эффекты, обус­ловленные конкретными радиоактивными изотопами, например тем же К40. Применение счетчика дает возможность быстро опре­делять радиоактивность человека, побывавшего в особых условиях (в космосе, вблизи от реактора во время аварийной обстановки, в горючей химической лаборатории и т. п.), и сделать вывод о сте­пени его облучения.

В качестве курьеза отметим любопытный результат, который был получен при массовом измерении радиоактивности нескольких тысяч посетителей выставки, где демонстрировался прибор. Ока­залось, что в организме мужчины и женщины содержится раз­личное количество К40.                      

Диагностика злокачественных  опухолей.       

Диагностика злокачественных опу­холей основана на том, что клетки опухоли иначе накапливают радиоактивный препарат по сравнению с клетками здоровой ткани. Известно, например, что опухоль характеризуется повышенным накоплением радиоактивного фосфора по сравнению с нормальной тканью. По-видимому, это связано с тем, что соединения фосфора являются богатым источником химической энергии, избыток кото­рой необходим для биосинтеза белков быстрорастущей злокачествен­ной ткани.

Радиоактивный фосфор испускает 3-частицы со средним пробе­гом в ткани около 3 мм (максимальный пробег 8 мм). Поэтому Р32 используется в диагностике опухолей, расположенных вблизи от поверхности тела кожа, (мягкие ткани плеча и бедра), или в срав­нительно легкодоступных полостях (гортань, пищевод и др.). В этих случаях бета-счетчик (для полостей применяется специальный бета-зонд) можно расположить настолько близко к опухоли, что удается зарегистрировать гамма-излучение, испускаемое Р32.

Радиоактивные изотопы йода (I131) и золота (Au188) испускают γ-лучи, легко пронизывающие ткани человеческого тела. Поэтому они используются в диагностике опухолей внутренних органов (щи­товидная железа, мозг, печень и др.). Радиоактивный изотоп вво­дится внутривенно вместе с физиологическим раствором (Au198) или в составе специальных веществ (I131). Для печени таким веще­ством является уже упоминавшаяся органическая краска бенгалроз, для мозга—дииодофлоуресцеин и альбумин. (Эти вещества адсорбируются опухолевой тканью мозга охотнее, чем нормальной.)

γ-Излучение, испускаемое I131, регистрируется гамма-счет­чиком, защищенным свинцовым коллиматором с небольшим вход­ным отверстием. Такое устройство дает возможность регистриро­вать γ-излучение, приходящее в счетчик по определенному направ­лению. Меняя положение счетчика относительно исследуемого органа, можно получить топографию распределения в нем радиоизо­топа и в случае ее аномального характера высказать предположение о наличии опухоли. Для более точной локализации опухоли ис­следование можно проводить двумя гамма-счетчиками, располо­женными на некотором расстоянии и под углом друг к другу. Каждый счетчик с помощью свинцового коллиматора выделяет свое направ­ление, по которому приходит γ-излучение максимальной (или, на­оборот, минимальной) интенсивности. По точке пересечения двух таких направлений можно достаточно точно «запеленговать» место расположения опухоли внутри исследуемого органа.

В последние годы для радиоизотопного исследования внутрен­них органов применяются специальные автоматически действующие приборы —скеннеры. Главной частью скеннера является гамма-счетчик с коллиматором, которые с постоянной скоростью перемещаются над поверхностью исследуемого органа, последовательно просматривая каждый его участок и фиксируя испускаемое им у излучение. Результаты своей работы скеннер выдает в виде так называемой скеннограммы, т. е. фотопленки, степень почернения которой в разных местах соответствует интенсивности зарегистри­рованного γ-излучения (сравните с рентгенограммой). В некото­рых конструкциях интенсивность гамма-излучения отмечается на обыч­ной бумаге числом штрихов или точек на единицу пути, пройден­ного счетчиком. Скеннограмма дает представление о распределении радиоизотопа в организме. В частности, с ее помощью можно уточ­нить расположение органа, его размеры и форму, а также выявить места возможных опухолевых поражений. Так радиоизотопы осу­ществляют не только «радиопередачу», но и своеобразную «теле­передачу» из внутренних органов человеческого тела.

§3. Методики проведения занятий по квантовой физике с использованием МПС с биологией.

Из явлений, изученных в курсе биологии, при объяснении квантовых свойств света целесообразно рассмотреть фотосинтез, механизм зрения, наследственность и мутации. При этом учитель использует только те знания, которые непосредственно касаются изучаемого на уроке физики материала, например, ставит перед учащимися вопрос: почему фотосинтез происходит только днем, ведь инфракрасные лучи падают на листья растений и ночью? Обдумывание его приводит учеников к выводу о том, что кванты инфракрасных лучей имеют энергию, недостаточную для возбуждения молекулы  хлорофилла и возникновения цепи реакции фотосинтеза. Полезно также рассмотреть вопрос: почему именно кванты с большей энергией вызывают частые мутации? Обсуждение его приводит к заключению, что в микромире взаимодействие происходит «один на один» а именно: достаточно энергии только одного кванта, чтобы разорвать химические связи между какими-то атомами гена и изменить его конфигурацию. Кванты с энергией, меньшей энергии связи между атомами гена, не имеют структуры последнего; не могут также несколько квантов «собраться», чтобы одновременно подействовать на ген и сделать иной его конфигурацию. Здесь уместно поставить еще один вопрос: можно ли категорически утверждать, что кванты с энергией, меньшей, чем энергия связи атомов гена, не способны вызвать мутации? Поглощение геном кванта не большой (по сравнению с энергией связи атомов) энергии не способна изменить его конфигурацию, но энергия колебаний атомов гена увеличивается. Далее может быть две ситуации: либо поглощенная энергия излучается и ген возвращается в прежнее состояние, либо эта энергия остается и ген оказывается в состоянии с большим запасом энергии. Однако вероятность такого события очень мала.

Интересен старшеклассникам вопрос: почему мы не видим в инфракрасных лучах? Обдумывая ответ, они приходят к выводу, что зрение возникло в процессе эволюции как приспособление организмов к окружающей среде. Большинство организмов реагируют на длину волны, на которую приходиться максимум энергии излучения Солнца. Кванты энергии инфракрасных лучей не в состоянии «привести в движение» механизм зрения человека. В противном случае уже его собственный организм был бы постоянным источником инфракрасных лучей и воздействовал на органы зрения.

Конференция «Защита биосферы».

Цель: Развитие интересов, склонностей и способностей учащихся, прививание навыков работать с научно – популярной литературой; научить выявлять положительные и отрицательные стороны научных открытий и технологических достижений; продолжить формировать интерес к научным знаниям; закрепить, повторить и расширить знания учащихся; воспитывать гражданскую активность; учить грамотно и кратко излагать свои мысли.

План:

                          1.Возникновение и роль нефтяной пленки на поверхности

                             морской воды.

                         2.Загадка Тунгусского метеорита.

                         3.Ядерная энергия.

                        4.Возможность ядерного терроризма.

         5.Мир после ядерной войны.

         6.Радиационное загрязнение среды: биологические эффекты и

             психологические последствия.

                        7.Борьба и защита человечества за сохранение жизни на земле.

Подготовительный этап:

1.   Проведение организационного собрания будущих ее участников, где утверждают тему конференции.

2.   Распределение обязанностей (тем докладов, выбор литературы для выставки, иллюстрации из журналов).

3.   Заранее пишется тема конференции на доске.

Ход конференции.

Ведущий. Люди всегда относились к природе прагматически. Именно этот подход привел к тому, что во второй половине, а особенно к концу XX века произошли глобальные изменения ,которые сделали реальной угрозу самоуничтожения человечества. Сегодня вы выслушаете своих одноклассников, которые выступят с докладами, узнаете много нового, сможете задать вопросы.

1.Нефтяная пленка на поверхности воды.

Плотность нефти 730 – 940 кг/м3. Ее поверхностное натяжение 0,023 – 0,024 Н/м. Огромные массы нефти транспортируются морским путем и при этом как в результате аварий, так и проливке резервуаров танкеров на поверхности воды оказываются значительные массы нефти, которая разливается тонким слоем. Так называемые нефтяные слики способны перемещаться неделями и даже месяцами. Более тяжелые фракции осаждаются и образуются эмульсии.

Такие нефтяные слики в значительной степени поглощают свет. Это обстоятельство особенно играет большую роль в прибрежных зонах, в скальных углублениях и лагунах, где в солнечные дни вода обычно перенасыщена кислородом вследствие фотосинтетической деятельности водорослей. Уменьшение кислорода может привести морских животных к гибели.

Нефть на берегу прилипает к биссусным нитям пендий, наружной, ровной оболочки раковин, к водорослям, растущих в прибрежной зоне. Нефть впитывается так же в пористую породу, особенно кораллового происхождения, скальные углубления, служащие для животных и растений убежищем, не приспособленных к условиям обитания на открытом берегу, покрываются пленкой нефти. При этом улитки теряют подвижность, мелкие водоросли покрываются пленкой, которая их утяжеляет, они обламываются под действием волн. Происходит раздражение эпителии жабр рыб, разрушаются ткани их кишечника, гибнут икринки рыб; от нефтяного затмения снижается скорость фотосинтеза фитопланктона. Гибнет мелкая рыба и другие плавающие животные. Пагубно влияет нефть и на птиц. В отличие от низших позвоночных (рыб) и беспозвоночных животных, у птиц сохраняется постоянная высокая температура тела. Их оперение создает ложную и прочную подвижную поверхность крыльев, а так же служит для теплоизоляции тела. Первый покров представляет собой слой, наполненный пузырьками воздуха, имеющий обтекаемую форму и являющийся снаружи водоотталкивающим. Хотя роль секреции копчиковой железы в водоотталкивании велика, наиболее важное значение имеет плотное сцепление микроструктур контурных крыльев. В отличие от большинства водных животных, их наружное покрытие является омофильным, т.е. нефть очень легко проникает к телу птицы. Достаточно небольшого количества нефти, чтобы вызвать нарушение структуры крыла. Вода заполняет пространство, в которых обычно заключен воздух, нарушает теплоизоляцию и плавучесть. Птица утежеляется, ее плавательные движения сковываются, она не может летать. Пятно нефти на груди птицы в несколько сантиметров в диаметре достаточно для ее гибели, особенно в холодных водах. Если же птицы не гибнут, то они начинают непрерывно чиститься, при этом нарушается структура их крыльев, они частично заглатывают нефть, что приводит к их заболеванию.

Для уничтожения нефтяных разливов их обрабатывают сольвенэмульгатарами, которые оказываются еще более токсичными, чем сама нефть.

Ведущий.Существует много предположений о происхождении Тунгусского метеорита сейчас вам будет предложена одна из гипотез появления столь загадочного метеорита

2.Загадка Тунгусского метеорита

Рано утром 30 июня 1908г в тайгу в районе реки Подкаменная Тунгуска(800км на северо-запад от озера Байкал) упал большой метеорит. Падение метеорита было видно на расстоянии до 700 километров в течении 2х месяцев после падения метеорита в Западной Сибири и Европе наблюдались белые ночи. Иркутская и другие обсерватории зарегистрировали барометрическую и сейсмическую волны, а так же возмущения магнитного поля Земли, сходное с наблюдавшимися впоследствии при атмосферных испытаниях ядерного оружия.

При обследовании места падения метеорита был обнаружен значительный вывал леса на площади со средним радиусом в несколько десятков километров и ожоги на деревьях, находящихся от эпицентра взрыва до двадцати километров. Детальное изучение вывала леса и ожогов показало, что на самом деле метеорит не упал, а взорвался в воздухе на высоте – 5 – 10 км.; взрыв характеризовался энергией порядка 1023 – 1024 эрг, значительная часть которой выделилась в форме излучения. Масса метеорита, вычисленная по его энергии и скорости, оказалась порядка сотен тысяч тонн.

При сопоставлении всех известных данных о Тунгусском метеорите возникает несколько недоуменных вопросов, на которые должны дать ответы каждая гипотеза, претендующая на объяснение природы метеорита.

1.   Почему метеорит не достиг Земли, а взорвался в воздухе?

2.   Почему при столь огромной массе метеорита от него не осталось осколков?

3.   Чем объясняется специфическая розетка вывала леса (свидетельствующая об отсутствии баллистической волны)?

4.   Почему так велика относительная доля энергии излучения?

Существует несколько гипотез о происхождении Тунгусского метеорита, каждая из которых отвечает на все эти вопросы. Мы не будем их рассматривать, а остановимся только на одной гипотезе (отнюдь не самой правдоподобной), которая имеет отношение к ядерной физике.

Если Тунгусский эффект 1908 года был вызван не падением метеорита, а аннигиляцией пуска антивещества в атмосфере, то этот процесс должен был сопровождаться появлением большого избыточного количества нейтронов. Нейтроны будут захватываться ядрами азота воздуха и образовывать радиоактивный углерод С14. Атомы С14 окисляются до углекислоты, которая сравнительно быстро разнесется потоками воздуха по земному шару и будет усваиваться растениями. Расчет показывает что аннигиляционный взрыв такого же масштаба, как взрыв Тунгусского метеорита, должен привести к увеличению содержания С14 в атмосфере на несколько процентов. В связи с этим древесные годичные кольца, выросшие в период, последовавший сразу за Тунгусским взрывом, должны обнаруживать повышенную радиоактивность.

В качестве детектора радиоактивности воздуха в давно прошедшие годы была использована 300 – летняя ель, срубленная в США. Из древесины годичных слоев этой ели, выросших за период 1870 – 1936 гг. был выделен углерод, который затем проанализировали на содержание радиоактивного углерода С14. в работе принимались все необходимые меры для того, чтобы обеспечить наивысшую точность измерений: для каждой пробы брали достаточно много (~20 г.) древесины; при изменении радиоактивности набирали большую (~90000 импульсов) статистику; вводили поправку на содержание С13 и эффект Зюсса. Результаты измерений показали увеличение радиоактивности годичного слоя сразу после Тунгусского взрыва (1909 г.). эти результаты находятся в качественном согласии с ядерной гипотезой происхождения Тунгусского метеорита.

Ведущий.Атомная энергетика - “ за” и ”против”. Сегодня мы постараемся обсудить положительные и отрицательные стороны ее применения.

3.Ядерная энергетика.

С развитием человеческого общества непрерывно увеличивалось потребление энергии. Так, если миллион лет назад она составляла на душу населения примерно 0,1 кВт в год, а 100 тыс. лет назад – 0,3 кВт, то в XV веке – 1,4 кВт, в начале XX века – 3,9 кВт, а к концу XX века – уже 10 кВт. Хотя сейчас почти на половину используется органическое топливо, ясно, что его запасы в скоре будут исчерпаны. Необходимы другие источники, и один из наиболее реальных – ядерное топливо.

Процесс получения энергии всегда связан с вредными для человека последствиями независимо от вида топлива, но  степень вредности разная. Ядерное топливо наиболее безопасно, да и запасы его велики. В настоящее время ядерная энергия вырабатывается в основном в реакторах на тепловых нейтронах, уже получили развитие бридеры (реакторы на быстрых нейтронах). Ядерные реакторы постоянно совершенствуются, уровень безопасности повышается. Придельной дозой считается такая, когда равномерное облучение в течении 70 лет не вызывает ухудшения здоровья, обнаруживаемого современными методами. Ежегодная доза излучений, которые приходят к нам из космоса и от других природных источников, составляет 2 МэВ. Персонал АЭС получает в год дозу облучения 4,4 МэВ. Излучение, выделяемое всеми АЭС, будет значительным.

Радиационную защиту реактора обеспечивают многие факторы: толстые стены, корпус из железобетона, замкнутый цикл и др.Стабильно работающий реактор не выбрасывает никаких радиоактивных изотопов в окружающую среду ,тогда как из труб тепловых электростанций  выбрасывается  достаточно  большое количество радиоактивных изотопов ,а очистка  от них  не предусматривается.

Наибольшую проблему представляет переработка и хранение отработанного топлива. Со временем эта проблема будет решена. Сейчас в нашей стране твердые радиоактивные отходы в стальных бочках со стенками толщиной 50 см закапываются глубоко в землю или в соляные пласты.

Как вы считаете, почему мебель, изготовленная в Белоруссии, на много дешевле? Ответ: в Белоруссии леса после аварии на Чернобыльской АЭС радиоактивно заражены. Населению платят за вырубку леса, из этой дешевой радиоактивной древесины изготавливают мебель и отправляют в другие районы. Она на много дешевле, но радиоактивна и наносит вред здоровью.

В настоящее время, к сожалению, нет источников электроэнергии, которые заменили бы АЭС. Но ученые постоянно ведут их поиски и разработки. В будущем человечество обойдется без АЭС.

Ведущий. Следующий доклад посвящен теме применения радиоактивности при лечении различных заболеваний.

4.Использование радиоактивности.

Использование меченых атомов позволяет произвести диагностику многих заболеваний: с помощью радиоактивного изотопа йода диагностируют заболевание щитовидной железы на ранней стадии, раковые новообразования сначала облучают радиоактивным кобальтом, затем уже удаляют больные ткани, заболевания легких распознают на ранней стадии благодаря флюорографии – моментальному рентгеновскому снимку.

К настоящему времени выполнено 115 мирных ядерных взрывов – глубинное сейсмозондирование земной коры с целью поиска полезных ископаемых, интенсификация нефтяных и газовых месторождений, создание подземных емкостей для хранения газа и конденсата, гашение аварийных газовых фонтанов и многое другое. Достоверные данные о нанесении при этом ущерба жизни и здоровью хотя бы одного человека отсутствуют. Надо помнить, что абсолютно безопасных технологий не бывает.

Существует генетически модифицированные растения и продукты из них. Во многих странах сейчас применяют такие продукты. Они обладают заданными свойствами и высокой степенью усвоения. И хотя много говорят о том, что эти продукты вредны для человеческого организма, ни каких достоверных статистических данных пока нет.

Использование  радиоактивных изотопов так же не безопасно, они могут вызывать как внешнее так и внутреннее облучение. Например на часовых заводах стрелки и точки на циферблатах когда то покрывались светящейся краской, которая содержала радиоактивные соединения фосфора. Работницы делали это с помощью беличьих кисточек, которые они буквально облизывали, вещество попадало в внутрь и вызывало внутреннее облучение, развивался рак горла.

Достаточно часто человек за год получает дозу, которая значительно превышает допустимую. Особенно это опасность возросла в нашей стране после аварии на Чернобыльской АЭС, к нам попадают радиоактивно – зараженные продукты и материалы. Мы знаем, что радиоактивность – убийца невидимый, не вызывающий болезненных реакций во время облучения, но проявляющийся потом, когда излечение уже невозможно.



5.Возможности ядерного терроризма.

Одним из наиболее опасных противоречий современного мира является огромный и постоянно увеличивающийся разрыв между степенью развития технологий и уровнем жизнеобеспечения, культуры, морали и нравственности основной части человечества. На этой основе возник технологический терроризм. Существуют национальные границы и национальные интересы, жесткая экономическая и торговая конкуренция на мировых сырьевых технологических рынках. Одним из опаснейших видов технологического терроризма является ядерный. Реализовать это стремятся «молодые» члены «ядерного клуба», страны, руководство которых в большей или меньшей мере находятся под влиянием экстремистских политических и религиозных организаций. Привлечение к разработке и созданию ядерных взрывных устройств информации из Интернета или полученных в результате промышленного или научного шпионажа, владение огромными финансовыми возможностями делает вероятность ядерного терроризма достаточно высоко. Более вероятными является радиационный терроризм. Это подтверждает относительная простота нанесения с помощью радиоактивных материалов огромного материального ущерба при минимальной непосредственной угрозе здоровью и жизни людей. Вероятность поражения людей в помещении достаточно низко из-за четкой организации дезактивации. Более уязвимыми являются воздух и вода.  В этом случаи происходит внутренне облучение, а это обнаруживается не сразу, поэтому и является вероятным событием.

Также вероятны «утечки» радиоактивных материалов из научных лабораторий и институтов. Средства информации подтверждают, что число неучтенных безвозвратно утерянных изотопных источников излучения (особенно устаревших) значительно. Значит, велика вероятность того, что они могут попасть в плохие руки. А путь от получения радиоактивных материалов до практической возможности проведения террористической радиоактивной атаки, к сожалению довольно короток.

Возможно  ли создание ядерных взрывных устройств в кустарных условиях? Конечно это процесс длительный, но, приобретая готовый ядерный материал отдельные крупные агрессивные организации при поддержки финансистов вполне могут организовать производство и изготовление ядерных взрывных устройств – это сложнейший технологический процесс. Несмотря на то, что находятся желающие уничтожать других именно этим способом, ядерный терроризм невозможен. Во-первых, создание ядерных взрывных устройств – длительный процесс. Получить готовый плутоний-239, материал чисто «бомбовый», очень нелегко с учетом того, как организована охрана складов, арсеналов и перевозок. Здесь злодеям можно только почувствовать. Принцип действия ядерных взрывных устройств в наши дни общеизвестен, но без знаний деталей и подробностей он невозможен. Даже если удастся раздобыть плутоний, первую подножку подставит химия: создать давление с помощью химических взрывчатых веществ невозможно из энергетических соображений.

Тут же ставит подножку нейтронная физика: для создания малогабаритного ядерного взрывного устройства придется захватить «на дело» как минимум грузовик с лазерной аппаратурой плюс передвижную электростанцию.

Урановое взрывное устройство проще, намного компактнее, но для него требуется 4045 кг урана 235 (в чистом виде). Кроме того, существует достаточное количество «подводных камней», которые не дадут террористам его создать. Специалисты вряд ли пойдут на сотрудничество с террористами не только по моральным причинам, ведь они прекрасно понимают, что их в живых не оставят. Да ученые такого профиля и не работают в одиночку, обычно это сплоченный коллектив.

Обо всем этом следует помнить, когда в газетах или в эфире появляются жуткие рассказы о сборке ядерных взрывных устройств «двумя гениальными студентами в старом сарае по соседству с собачьей будкой под надзором террористов». На лицо вполне реальная, часто очень агрессивная радиофобия, охватывающая многие развитые страны. Именно такое положение дел является питательной средой психологического терроризма в сочетании с угрозой радиационного терроризма.

Но главное, что мы должны иметь в  виду при анализе проблем радиационного терроризма, - существенная замедленность негативных последствий воздействия радиации на человеческий организм. техническое обеспечение условий быстрого уничтожения человечества лежит за пределами возможностей террористов.

Был случай с «контейнерами Басаева»? «В Измайловском парке города Москвы находится защитный контейнер с небольшим количеством цезия-137», - и он не представлял никакой реальной угрозы. Главным здесь был не сам радиоактивный материал как таковой, а угроза террористического применения. Здесь можно говорить о психологическом, а не радиационном терроризме.

Ведущий. Что будет после ядерной войны? Вопрос конечно интересный,  давайте выслушаем доклад и узнаем ее последствия.

              6. Мир после ядерной войны.

В первые минуты войны непосредственно от ядерных взрывов гибнут сотни миллионов людей в тех странах которые подвергаются ядерным ударам. Тысячи уничтоженных городов и огромные площади земной поверхности со смертельными уровнями радиации – этого более чем достаточно, чтобы понять бессмысленность ядерной войны. Кроме того, климатические последствия ядерной катастрофы представляются лишь незначительным дополнением к той картине, которая была нарисована специалистами в области взрыва, о которой говорили медики. Считалось, что ядерные взрывы действуют на атмосферу примерно так же, как вулканы, которые, извергаясь, выбрасывают огромные облака пыли. Пыль, попавшая в район тропопаузы – границы, отделяющие тропосферы от стратосферы, - постепенно будет оседать за счет гравитации, вымывания дождями и конвективного движения воздуха, причем особо мелкие частицы (меньше 4 мкм) окажутся довольно упорными «долгожителями». Они могут год и более находиться в атмосфере и поглощать значительную часть солнечного света. Таким образом, пыль, закрывая доступ солнечным лучам, на какое-то время уменьшают получаемую Землей количество солнечной энергии. В результате температура земной поверхности и атмосферы упадет. Наиболее сильное извержение, которое было на памяти людей, - взрыв вулкана в Индонезии 1815 году, когда в атмосферу было сброшено более 100 км3 пыли. Но даже самое сильное извержение не способны понизить среднюю температуре планете больше, чем на полградуса-градус. Поэтому полагали, что существенные климатические изменения в результате ядерной войны не произойдут и ими можно пренебречь на фоне других катастрофических последствий – разрушений, всеуничтожающей радиации. В конце 70-х годов были проведены исследования которые показали, что не только пыль поднимается в атмосферу после ядерного взрыва, но и огромное количество сажи, что качественно изменило оценки последствий ядерной войны. Профессор показал, что высокие концентрации энергии при достаточном количестве горючего и доступа кислорода порождают самоподдерживающиеся пожары, получившие названия огненные торнадо. В Нагасаки и Хиросиме после ядерных взрывов и последующих пожаров шел густой черный дождь. И тем ни менее сажа довольно долго находится в воздухе. Сухая сажа, попав в верхние слои атмосферы находится там не менее 3-х месяцев. Эти факты заставили пересмотреть взгляды на то, что может ожидать человечество в результате ядерной катастрофы.

Наиболее вероятно считали атомную войну мощностью 5000 Мт – это примерно 400-500 тыс. хиросимских бомб. Такой сценарий называют базовым. Зная, сколько ядерного горючего надо затратить, чтобы вызвать огненное торнадо в крупном городе, нетрудно сосчитать, что около тысячи крупнейших городов Северного полушария подвергнутся разрушительному действию огненных смерчей. Сажа, которая поднимется в атмосферу образует под городами черные сажевые облака. Оказалось, что огромная территория Северного полушария уже в первые часы войны окажется под покровом практически непроницаемым для света сажевых облаков. Наступит «ядерная  ночь», ночь более темная, чем самая темная безлунная ночь. Продолжая изучать накопленное тепло и не получать солнечного света, Земля очень быстро начнет остывать под этими облаками. Наступит «ядерная зима». Очищение атмосферы происходит  очень медленно. Поэтому «ядерная зима» будет длится несколько месяцев. Кроме «ядерной ночи» и «ядерной зимы» нас ожидают и другие катаклизмы: штормы и ураганы в прибрежной зоне; пришедшие на смену «ядерной зиме» «ядерное лето» с интенсивным таянием ледников, и как следствие огромными массами низвергающейся воды; немыслемые  водопады сменят сверх жаркая и сухая погода. 

Погибнут  не только человечество, но и тропические леса и все, что живет под их пологом. У человечества нет ни малейших шансов на выживание, поскольку на всей поверхности материков температура окажется отрицательной, то все источники воды замерзнут, а урожай погибнет. К этому надо добавить еще и радиацию, интенсивность которой превзойдет смертельные дозу. В этих условиях человечеству не дано будет выжить… Но, может быть, удастся спасти человечество как вид, поместив отдельные группы людей в специальные бункеры, отселив часть в отдаленные районы планеты. Теперь стало ясно: ядерное оружие - уже не инструмент политики даже не инструмент войны.  Это инструмент самоубийства.

7.Радиационное загрязнение среды: биологические эффекты и психологические последствия

С момента зарождения жизни на Земле и по настоящее время живые системы вынуждены постоянно противостоять вредным и опасным воздействиям среды обитания, среди которых естественный радиоактивный фон всегда занимал важное место. Из космоса на Землю попадает ионизирующее излучение, естественные радиоактивные вещества присутствуют в атмосферном воздухе, почве, продуктах питания и самих организмах.

Биологический эффект радиации определяется прежде всего дозой ионизирующего излучения. При дозах не более 25 бэр клинических симптомов, связанных с облучением организма не обнаруживается. При дозе 25 – 50 бэр могут возникнуть отдельные  отклонения в составе крови, которые усиливаются и дополняются нарушениями функций нервной системы при возрастании дозы 50 – 100 бэр. Пороговой дозой для острого лучевого поражения принято считать одноразовую поглощенную дозу 1 Гр, смертельной для человека является экспозиционная доза 600 Р.

Современная радиобиология накопила большое количество сведений о закономерности действия радиации на живые системы, прежде всего на клетку, детальное изучение относительной чувствительности отдельных органов и тканей живых организмов к радиационному воздействию позволило сделать вывод, что быстро делящиеся клетки более чувствительны к облучению чем клетки зрелых тканей, редко делящиеся или полностью дифференцированы, хотя радиация поражает весь организм, причиной гибели обычно является поражение какого-то одного, критического для данной радиации органа.

Радиация, по-видимому, единственный повреждающий фактор, действующий одновременно на все ткани организма, хотя величина дозы, необходимая для возникновения выявляемых поражений, зависит от физиологического состояния клетки и ее типа. Первичные реакции клеточного поражения вызывают множество гомеостатических и репарационных процессов, приводящих вторичным реакциям в тканях, избежавших первичного поражения. Иногда вторичные реакции, развивающиеся в не поля облучения, вызываются не прямыми эффектами. Другой тип вторичной реакции отмечен в случае радиационного поражения опорной и сосудистой ткани, приводящего к дегенеративным изменениям того или иного органа, что, в частности, важно для оценки радиационного поражения головного мозга.

Помимо повреждений проявляющихся в скоре после облучений в больших дозах ионизирующее излучение вызывает отдаленные последствия, которые могут возникать при любых дозах и характере облучения. Они могут проявляться через длительное время (10 – 20 лет). Наиболее общими отдаленными последствиями облучения являются сокращение продолжительности жизни и преждевременное старение организма как прямое следствие повреждения клеток малообновляющихся клеток, мутаций и хромосомных аберраций в клетках, нарушение нейроэндокринной регуляции, снижение приспособительных возможностей организма и т.д.

Облучение организма беременной женщины может вызвать нарушение развития плода в плоть до гибели, особенно грубые повреждения возникают при облучении первые 40 суток после зачатия. Влияние внешнего и внутреннего облучения родителей на состояние здоровья их потомства относительно хорошо изучено в опытах на лабораторных животных. Установлено, что пропорционально дозе радиации возрастает частота выкидышей, внутриутробной гибели плода, уменьшается масса тел новорожденных, увеличивается их ранняя гибель, возрастает частота уродств развития.

Исследования малых доз радиации  на биологические системы обнаружили инверсные реакции организма, противоположные тем, которые наблюдаются при действии более высоких доз. Так, прослеживалось увеличение интенсивности синтеза ДНК в клетках, облученных дозами 5-10 бэр, ускорение процессов клеточного деления, общее стимулирующее действие на организм животных, в частности, повышение устойчивости к действию бактериальных токсинов, усиление иммунитета. По данным отдельных исследований, малые дозы радиации (от естественного фона до биологического порога на уровне 25 – 50 бэр) могут вызывать у животных гермезис – увеличение продолжительности жизни. Однако радиация стимулирует не все жизненные процессы, а только те, которые изменяются в процессе жизнедеятельности ступенчато и поддаются регулированию со стороны нейрогуморальных структур. Это скорость деления клеток, синтез ДНК, РНК, белков, интенсивность дыхания и т.д. негативных последствий облучения малыми дозами радиации: генных мутаций и аберраций, риска возникновения лейкоза и опухолевых заболеваний, угнетения иммунной системы, сокращения продолжительности жизни и роста детской смертности – прослежено не было.

Согласно целостной гипотезе о биологическом эффекте действия малых доз радиации, он может быть связан с активацией мембранных рецепторов клетки и стимуляцией систем внутриклеточной репарации как следствия клеточного «биохимического шока» - общей неспецифической реакции клетки на любые повреждения. В этой концепции нашли реальное выражение данные современной радиобиологии о сложности, многофакторности механизмов биологического действия ионизирующей радиации и множественности защитных реакций организма, которые при действии малых доз радиации обеспечивают его относительную адаптацию к излучению – радиорезистентность.

При оценке биологических эффектов радиации необходимо иметь в виду, что различные организмы отличаются по радиочувствительности часто в сотни и тысячи раз. Кроме того, в одном и том же организме различные его органы, клетки и субклеточные структуры,  а также разные его функции имеют различную радиочувствительность.

8.Борьба и защита человечества за сохранение жизни на Земле.

Пока самым перспективным источником энергии остается ядерная, ее запасы не истощаются. Но атомная энергетика тоже ставит перед человечеством определенные проблемы. Это прежде всего утилизация радиоактивных отходов и последствия непредвиденных аварий. Главную опасность представляет радионуклиды, попадающие в организм человека. Самым распространенным путем является пищевая цепочка: радионуклиды из почвы переходят в кормовые растения, овощи и фрукты и в конечном счете – на наш стол (в том числе с молоком и мясом).

Природа так распорядилась, что если в организме живого существа не хватает какого-нибудь элемента, то происходит его восполнение за счет химического аналога, в том числе радиоактивного. В первые недели после аварии на Чернобыльской АЭС основным источником опасности (с медико – биологической точки зрения) были изотопы йода. Йод-131 активно включается в биологическую цепь (путем ингаляционного поступления или в виде солей йода по цепочке растения – молочно – продуктивный скот - человек). Поскольку он накапливается в щитовидной железе, радиоактивный йод прежде всего ее и поражает. Попав в щитовидную железу, он облучает окружающие клетки и может нарушить функцию жизненно важных органов, что приводит к замедлению роста, рождению недоношенных детей, развитию рака. Именно йод-131 обусловил дозовые нагрузки на щитовидную железу  людей и животных в течение первых двух месяцев после аварии.

После прекращения активных выбросов из реактора основное значение приобрели внешнее облучение, а также внутренне облучение вследствие попадания в пищевые продукты радионуклидов цезия и стронция. При недостатке в рационе калия и кальция происходит повышенное накопление в организме их аналогов – радиоактивных цезия и стронция в ряде мест были введены ограничения для использования сельхозугодий и продуктов сельского хозяйства. Сегодня основным источником облучения населения в зоне, пострадавшей от Чернобыльской аварии, является цезий- 137, который определяет около 90 % суммарной дозы.

26 апреля 1986 года слово Чернобыль, до тех пор практически ни кому не известное, стало синонимом чего-то страшного, связанного со словами Хиросима, атомная бомба, радиация, белокровие, мутации и т.п. В результате аварии на ЧАЭС в окружающую среду было выброшено 450 типов радионуклидов. Только йода – 131 (85% от всех радионуклидов) было выброшено 5*107 Ки (около 1,9*1018Бк). В настоящее время радиоактивная опасность определяется активностью радионуклидов цезия и стронция.

Авария заставила город Чернобыль медленно и мучительно умирать. Вот как его описывают: «Выглядит город как некое полусонное царство блеклых домов и улиц. Во многих окнах фольга или прозрачная пленка – хоть какая то защита от радиоактивной пыли. Городские краски стерты – ни чего яркого, примечательного. Все по-осеннему тусклое и серое, как будто смотришь черно-белый фильм. Ни одного светофора, еле ползают грузовики и автокраны. Правило передвижения для пешеходов одно, лучше соблюдать его не укоснительно: нельзя сходить на обочину. Иначе можно угодить в затаившееся радиоактивное пятно…

Живут в городе вахтовики, обслуживающие окончательно оставленные два года блоки злосчастной АЭС. График такой: две недели «в радиации», две недели дома. Работают в Зоне примерно 8 тыс. человек. Из них 4- на самой станции, 3- по линии МЧС, 600- милиционеров. Основная форма одежды – защитный комбинезон и тяжелые башмаки. Женщин совсем мало. Ни цветов, ни ароматов духов. Нет и уже, видимо, никогда не будет здесь загса, роддома, школ, техникумов… Но какие-то городские приметы сегодня сохраняются. Через почтовые отделение ежемесячно проходит около 2 тыс. писем. В основном для организаций. По адресам сельских самоселов, которые не захотели покидать свою радиоактивную родину, почтовый ручеек  скуден – 40-60 посланий. Их развозят не торопясь, раз в месяц, вместе с пенсиями. Сам Чернобыль словно бы исчез с географической карты. Все послания, переводы, газеты, поступают на почтовый индекс поселка Иванкова, который находится неподалеку, но за пределами 30- километровой Зоны.

Выходит в прокаженном городе своя газета – «Чернобыльский вестник». Работают железнодорожная касса, аптека, поликлиника, телеграф, сберегательная касса, кафе, несколько продовольственных магазинов. В каждой точке общепита установлены радиоприемники (они включены постоянно) и телефон экстренной связи на тот случай, если радиация вырвется из аварийного 4-го блока. Такая возможность не исключается, и поэтому над саркофагом, или, как его именуют, объектом «укрытие», предполагается возвести еще один гигантский колпак. Ни одного такси, ни одной веселой компании. Ни рекламы, ни афиш. Такое впечатление, что город заснул. Да и тишина здесь какая-то особенная. Давит так, словно давно находишься в замкнутом пространстве. Потом понимаешь, откуда возникает такое настроение. Во всем городе – ни одного ребенка. Не слышно детского смеха. Чернобыль – город напуганных взрослых, которые добровольно приходят «в радиацию». Чего ради – понятно. Здесь есть работа. За риск и вредность платят (средняя зарплата в Зоне – 150$), деньги не задерживают, АЭС хоть и закрыли, но еще надо успокоить ее плоть, окончательно вывести из эксплуатации сотни тонн ядерного топлива».

Ведущий. Андрей Дмитриевич Сахаров говорил: “Научно технический прогресс не принесет счастья , если не будет дополнятся чрезвычайно глубокими изменениями социальной, нравственной и культурной жизни человечества. Внутреннюю духовную жизнь людей, внутренние пульсы их активности труднее всего прогнозировать, именно от этого зависит в конечном итоге  и гибель, и спасение цивилизации”.

Спасибо, за участие в конференции, молодцы, что подготовились и выступили с докладами, задавали вопросы и отвечали на них. Я надеюсь вы узнали много полезного и интересного для вас. Теория фотоэффекта

Урок .11 класс. Базовый курс

Цели урока: продолжить формирование понятия фотоэффекта, обеспечить закрепление изученного материала, продолжить развитие функций общения на уроке как условие  обеспечения взаимопонимания , побуждения к действию, ощущения эмоционального удовлетворения, развитие познавательных способностей при взаимосвязи физики с биологией.

Оформление: Красочно написанные тема, портреты Г.Герца, А.Г.Столетова, А.Эйнштейна, правила поведения на уроке.

Ход урока

1.Организационный этап, комментарий домашнего задания(5 мин)

Учитель. Мы знаем что физика - наука о природе. У природы есте свой язык и мы должны его понимать. На каждом уроке  физики, при изучении любого явления мы научимся  этому языку , помня, что, если первое срубленное дерево явилось началом цивилизации, то последнее, будет означать ее конец.

Путь познания природы таков: открытие  исследование объяснение. При изучении нашей темы этим этапам можно сопоставить  три даты: 1887-1890-1905 гг. О каком событии идет речь? С именами каких ученых можно связать каждый этап ?

Какое значение имели их работы для квантовой физики?

Учащиеся.1887 г.-Г.Герц, открыл явление фотоэффекта.1890г.-А.Г.Столетов установил количественные закономерности фотоэффекта.1905г,-А.Эйнштейн  обосновал квантовую природу фотоэффекта и все его закономерности.

Учитель. А.Г.Столетов установил основные законы фотоэффекта. И только преждевременная смерть не позволила ему довести исследования  до конца  и установить, что является носителями фототока. Мы гордимся выдающимися научными трудами русского ученого.

Сегодня мы проведем не совсем  обычный урок  - на котором в игровой форме уточним  знания  по основным  вопросам  изученной темы « Теория  фотоэффекта» и закрепим их. Напоминаю правила поведения на уроке

-Краткость- сестра таланта.

-Знание-сила.

-Шепот слышнее крика.

-Критикуя- предлагай.

2.Решение задач

Учитель. Чтобы попасть в команду  необходимо решить задачи №1223-1226 из Сборника А..П.Рымкевича. Каждый  решает сам, первые решившие верно  получают звания «Знаток физики».Оценки за задачи:№1223,1224-«3», плюс №1225-«4», плюс №1226-«5». К доске  пойдут работать по карточкам двое(называет),контролировать их будут тоже двое(называет).

Задача 1.

В области наибольшей чувствительности глаза при дневном свете порогу зрительного  ощущения соответствует мощность света 4*10-14.Какое  количество фотонов в 1 с поглощается при этом. (ответ:101 фотон)

Задача 2.

Источником ультрафиолетовых лучей ,применяемых в медицине для лечебных целей служит аргоно-ртутно кварцевая лампа, дающая наиболее интенсивное излучение на волне 365 нм. Какой энергией обладают излучаемые фотоны?  (Ответ: 18*10-22 Дж.)

Проверяем вместе с контролерами  решения задач на доске и ответы задач, решенных в тетрадях. (Класс работает.)

Итак, звание "Знаток решения задач" присваивается(называет 5 фамилий) с вручением памятных медалей(вручает медали).

3.Фронтальный опрос.(6 минут)

·   Что называют фотоэлектрическим эффектом?

·   В чем состоит экспериментальное исследование, проведенное А.Г. Столетовым?

·   Сформулируйте законы внешнего фотоэффекта.

·   Какое напряжение называется задерживающим?

·   На что расходуется энергия фотонов при фотоэффекте?

·   В чем сущность гипотезы Эйнштейна в теории фотоэффекта?

·   Что такое фотон?

·   Что красная граница фотоэффекта?

·   Объясните явление фотосинтеза.

Молодцы! Звание "Знаток теории фотоэффекта" присваивается(называет 3 фамилии) с вручением памятных медалей.

4.   Закрепление материала(9 минут)

Учитель. Знаете ли вы, что такое парадокс? Парадокс – это неожиданное явление, не соответствующее обычным представлениям. Сейчас посмотрите учебник и найдите, в чем парадокс фотоэффекта.

Учащиеся. Парадокс состоит в том, что при увеличении потока падающего света заданной длины волны не происходит увеличения скорости фотоэлектронов, а свет длины волны не меньше порогового значения вообще не может выбить из металла электроны независимо от мощности светового потока.

Учитель. А теперь напишите мини-сочинение на тему "Фотосинтез".

5.   Тестирование.(3 минуты)

Учитель. А сейчас проведем тестирование по карточкам. Получившим оценку "5" присваивается звание "Великий знаток фотоэффекта" с вручением памятной медали. Оценка "5" ставится за 10 правильных ответов, "4" -  за 8,  "3" – за 2, тем, кто не за три минуты, оценка снижается.

1.   При каком облучении электроскоп, заряженный отрицательным зарядом, быстрее разрядится?

 а) При инфракрасном;

б) при ультрафиолетовом;

в) при рентгеновском.

2. Изменится ли скорость фотоэлектронов, если уменьшить частоту падающего излучения, не изменяя его общую мощность?

а) Уменьшится;

б) увеличится;

в) не изменится.

3. Изменится ли максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов при увеличении частоты света?

а) Не изменится;

б) увеличится;

в) уменьшится.

4. Фотоэффект практически безинерционен:

а) Всегда;

б) если длина волны падающего света больше соответствующей красной границы;

в) если частота падающего света больше или равна частоте красной границы.

5. Когда происходит фотосинтез?

а) Днем;

б) ночью;

в) ночью и днем.

6. Работа каких из перечисленных приборов основана на квантовых свойствах излучения?

а) Дифракционная решетка;

б) фотоэлемент;

в) микроскоп.

7. Какие из перечисленных параметров определяют положение красной границы фотоэффекта?

а) Свойства вещества катода;

б) площадь катода;

в) частота света.

8. По Эйнштейну, скорость света определяется только:

а) Интенсивностью;

б) частотой световой волны и работой выхода, зависящей от рода металла и состояния его поверхности;

  в) частотой световой волны.

9. Фотон – это элементарная частица:

а) не имеющая массы, не заряженная, обладающая энергией и импульсом;

б) не имеющая массы;

в) обладающая импульсом.

10. Свет обладает:

а) Волновыми свойствами;

б) корпускулярными свойствами;

в) дуализмом(двойственностью) свойств.

Учитель. Подведем итоги урока. Какое заключение можно сделать по проведенному уроку?

Учащиеся. Фотоэффект – явление вырывания электронов из вещества под действием света – подтверждает тот факт, что электромагнитная энергия поглощается отдельными порциями. если частота света меньше  красной  границы, фотоэффекта быть не может. Свет обладает дуализмом(двойственностью)свойств.

Домашнее задание

1.Подготовиться к самостоятельной работе по теме.

2.Написать мини-сочинение"как моя жизнь связана с физикой".

3.Решить задачи:

1.Работа выхода электронов из металла равна 4,1Эв.Определите минимальную задерживающую разность потенциалов при освещении поверхности фотонами энергией 5,3эВ.

2.Красная граница фотоэффекта для цезия 653нм.Найдите скорость фотоэлектронов ,выбитых при освещении цезия фиолетовым светом длина волны которого равна 400нм.Масса электрона 9,1*10-31кг.

Заключение

Цель моей ВКР  я считаю, достигнута. Это можно судить по результатам моей работы.

В частности  анализу  учебных программ и учебников я пришла к такому выводу, что  при изучении раздела “Квантовая физика”  авторами уделяется  не достаточно внимания МПС физики с биологией , очень мало задач межпредметного содержания.

Я считаю что нужно  больше уделять внимания  межпредметным связям , для этого нужно  использовать  дополнительную литературу, проводить  уроки и внеклассные мероприятия с использованием связи физики с биологией т.к.  в учебной литературе  по физике  вопросы осуществления МПС  рассматриваются поверхностно  и не систематически; учебники физики 11 класса  содержат крайне мало  заданий  и упражнений, направленных на комплексное применение знаний по физике и биологии. Следствием такого положения является низкий уровень сформированности у учащихся 11 классов межпредметных знаний и умений ими оперировать.

Объединение знаний учащихся по смежным дисциплинам  способствует у них  формированию  общего подхода к процессу приобретения знаний  и теоритического стиля  мышления – в этом проявляется интегративное качество научных знаний .

Осуществления МПС в процессе обучения сопряжено  с опасностью перегрузки занятий теоритическим материалом .поэтому прием  осуществления МПС, должен соответствовать доступному уровню знаний обучаемых.

Осуществлять МПС можно на всех этапах занятий. Наиболее полная реализация функции МПС в процессе обучения возможна при использовании различных форм работы.


Библиография

1. Биология: Растения, бактерии, грибы, лишайники.Учеб. для 6-7 кл. общеобразовательных учреждений /Серебрякова Т.И. и др.-2-е изд.М.: Просвещение,1996г./

2. Биология: Человек: учеб.для 9кл. общеобразовательных учреждений,

1994 г.

3. Богданов К.Ю. Физик в гостях у биолога.-Просвещение,1986 г.

4. Бугаев А.И. Методика преподавания физики в средней школе.-Изд.Просвещение,1981 г.

5. Ильченко В.Р. Перекрестки физики, химии и биологии. – Просвещение,1986 г.

6. Каменецкий С.Е.,Пурышева Н.С.Теория и методика обучения физики в школе. Общие вопросы.М:Академия-2000г.

7. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики.- Просвещение ,1988 г.

8. Ланина И.Я. Не уроком единым.- Просвещение, 1991 г.

9. Минченков Е.Е. Роль учителя в организации межпредметных связей //Межпредметные связи в преподавании основных наук  в средней школе: Межвуз. сб. науч.труд.-Челябинск,1982 г.

10. Мухин К.Н. Занимательная ядерная физика.-М.:Атомиздат,1972 г.

11. Программа средней (полной) школы (профильные программы).

12. Программа. Физика для общеобразовательных учреждений 10-11 классы.

13. Рымкевич А.П.Сборник задач по физике.-Просвещение,1991г.

14. Тульчинский М.Е. Качественные задачи по физике в средней школе.-Просвещение,1972 г.

15. Турышев И.К. История развития методики физики в России.Вып.1-Владимир,1974 г.

16. Турышев И.К. Основные проблемы истории развития дореволюционной и советской методики преподавания физики – Владимир,1981 г.

17. Физика 11//под ред. Мякишев Г.Я. Буховцев Б.Б.-М.:Просвещение 1997г-

18. Физика11//под ред. Анциферов Л.И.-изд.Мнемозина,2001г.

19. Физика11//под ред. Касьянов В.А.-изд.Дрофа,2003г.

20. Физика11//под ред. Степанова Г.Н.-изд. Дрофа,1999г.

21. Физика11/под ред. Шахмаев-М.:Просвещение,1993г.

22. //Физика в школе-1982-№5 Задачи  межпредметного содержания.

23. //Физика в школе-1985г.-№2 Кац Ц.Б. Методика использования биофизического материала на уроках физики.

24. //Физика в школе-1987г.-№3ТульчинскийМ.Е. Задачи по прикладной биофизике.

25. //Физика-2002 г. -№ 42.Задачи межпредметного содержания.

26. //Физика-2004г. -№ 43 Фабрикантова Е.В. «Мир после ядерной войны».

27. //Физика-2004г.- №12 Замкова Н.Н. Атомная энергия – «за» и «против».

28. //Физика-2004г.-№30 Екимова В.И. Радиационное загрязнение среды: биологические эффекты и психологические последствия.

29. //Физика-2005г.-№5 Ляхова Н.А. Экология. Безопасность. Жизнь.

30. Цузмер А.М.; Петришина О.А.Биология:Человек и его здоровье: учебник для 9 кл. сред.шк. :-М.:Просвещение, 1990 г.

    

Похожие работы на - Использование МПС физики с биологией при изучении раздела

 

Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу
Без плагиата!