Цель урока:

Повторить и обобщить знания по теме: «законы физики и организм человека» (основные понятия, формулы, законы).

Осуществить интеграцию предметов физика, биология, информатика.

Показать применение знаний на практике.

Задачи урока:

Образовательная: научить применять законы физики для объяснения различных процессов в организме человека.

Развивающая: развивать интерес учащихся к установлению связи смежных наук, развитие компьютерной грамотности, развитие мышления, умения делать выводы, анализировать.

Воспитательная: выработка навыков коллективного труда, развитие самостоятельности.

ХОД УРОКА

Учитель физики. Все естественные науки используют законы физики. В этом мы убедимся сегодня на уроке. Законы физики едины и применимы к живому организму, в частности к организму человека.
Физические методы исследования ученые применяют в биологии, медицине, бионике. Сегодня на уроке мы изучим небольшой аспект биофизических связей.
Основной закон природы - закон сохранения и превращения энергии. Он применим и для живых организмов. Майер первым его сформулировал с позиций врача- естествоиспытателя.
– Какие же превращения энергии происходят в живых организмах (в человеке)?

Ученики:
– Химическая энергия в электрическую (нервные клетки).
– Звуковая энергия в электрическую (внутреннее ухо).
– Световая энергия в электрическую (сетчатка глаза).
– Химическая энергия в механическую (мышечные клетки).
– Химическая энергия в электрическую (органы вкуса и обоняния).

Учитель физики. Что является источником энергии при работе мышц человека?
Ученики. Источником энергии при работе мышц являются органические вещества (белки, жиры, углеводы), подвергающиеся  клетках распаду и окислению, в результате чего освобождается скрытая в них внутренняя энергия.
Учитель биологии. Обмен воздуха между легочными пузырьками и внешней средой осуществляется в результате ритмичных дыхательных движений грудной клетки. 
– Объясните, каков механизм процесса дыхания у человека?

Ученики. При вдохе объем грудной клетки и легких увеличивается, при этом давление в них понижается и воздух через воздухоносные пути (нос, горло) входит в легочные пузырьки. При выходе объем грудной клетки и легких уменьшается, давление в легочных пузырьках повышается и воздух с избыточным содержанием оксида углерода (углекислого газа) выходит из легких наружу.

Учитель физики. Какой же газовый закон физики здесь применим?

Ученики. Здесь проявляет себя закон Бойля-Мариотта, то есть зависимость давления от объема.

Учитель биологии.  Одним из основных органов нашего тела является сердце, вернее, сердце-насос. Сердце представляет собой удивительный насос, работающий безостановочно всю жизнь человека. Он прокачивает за 1 с около 0,1 л крови.

Учитель физики. Давайте рассчитаем, сколько литров крови за 1 год прокачивает сердце человека?

Учитель биологии.  Объясните механизм процесса движения пищи по пищеводу человека. Какой физический процесс в данном  случае наблюдается?

Ученики. Пища, находясь в полости рта  человека , проталкивается в глотку , а затем к  пищеводу мышечными сокращениями  языка. Затем  происходит сокращение  мышц пищевода и пища проходит в желудок.

Учитель физики. А какова роль слюны в данном процессе?

Ученики.  Слюна, обволакивая пищевой ком, делает его скользким, что уменьшает силу трения, возникающую при его движении по пищеводу.

Учитель биологии.  В скелете животных и человека все кости,  имеющие некоторую свободу движения, являются рычагами. (кости конечностей, нижняя челюсть, фаланги пальцев и.т.д).

Учитель информатики. Задача 1

Учитель физики. Законы равновесия рычага применимы здесь.
Примером работы рычага является действие  стопы при подъеме на полупальцы.
Опорой 0 рычага, через которую проходит ось вращения, служат головки  плюсневых костей (рисунок).
Преодолевая  силу Р (вес всего тела человека), приложенную к таранной кости, мышечная сила F  осуществляет подъем тела. Действие этой силы передается через ахиллово сухожилие, и приложена эта сила к выступу пяточной кости.

Учитель биологии. На теле человека можно проследить все виды деформации.

Учитель физики. Каким же видам деформации подвергнуто тело  человека.

Ученики.

1) Деформация сжатия — позвоночный столб, нижние конечности и покровы ступни.
2) Деформация растяжения — связки, сухожилия, мышцы.
3) Деформация изгиба – позвоночник, кости таза.
4) Деформация кручения — шея при повороте головы, туловище в пояснице при повороте.

Учитель информатики. Задача 2

Учитель физики. Мышечная ткань имеет среднее значение модуля Юнга (модуль упругости) 08*10  Н/м, а предел прочности на растяжение  0,05 Н/м. определить абсолютное удлинение мышцы ноги, начальная длина,  которой 40 см.

Учитель физики. На тело человека, площадь поверхности которого при массе 60 кг и росте 160 см примерна равна 1,6 м действует атмосферное давление 10 Па.
– Определите силу, действующую на человека.

Учитель информатики. Задача 3

Учитель биологии. Каким же образом  человеческий организм выдерживает такие огромные нагрузки?

Учитель биологии.  А теперь поговорим о голосовом аппарате человека, который состоит из легких, гортани с голосовыми связками, глоточной, ротовой и носовой полости. Голосовые связки  являются звукопроизводящими частями  голосового аппарата. При разговоре голосовые связки напрягаются и приближаются друг к другу так, что между ними остается лишь узкий промежуток, так называемая голосовая щель. Когда воздух, выдыхаемый легкими, проходит через эту щель, голосовые связки начинают колебаться, причем частота колебаний может изменяться в зависимости от степени напряжения связок.  Изменяя форму резонатора (рта, языка, губ), мы можем произносить тот или иной звук.

(Устно) Учитель физики.  Частота колебания голосовых связок мужчины, говорящего басом, изменяется в пределах от 80 до 350 Гц.
– Какова длина излучаемой звуковой волны?

Учитель биологии. Слуховой аппарат человека состоит из звукопроводящей и звуковоспринимающей частей.
Ответ.  Звукопроводящая часть состоит из наружного слухового прохода, барабанной перепонки и связанных с ней трех сочлененных между собой слуховых косточек: молоточка, наковальни и стремечка, которые расположены в полости, называемой средним ухом. Стремечко связано с внутренним ухом, представляющим собой звуковоспринимающий аппарат.

Учитель биологии. Звуковые волны, достигающие уха человека, действуют на барабанную перепонку и через цепь слуховых косточек передаются основной мембране внутреннего уха. Звуковые колебания, достигают основной мембраны и расположенного на ней кортиева органа, приводит их в колебания с соответствующей частотой и амплитудой. Возникающие при этом нервные импульсы передаются в центральную нервную систему.

Учитель физики. Звуковые давления порядка 2*10   Н/м является порогов слышимости , сила звука при этом равна 10  Вт/м . Если человек разговаривает вполголоса , то звуковое давление составляет 2*10  Н/м , а сила звука 100 Вт/м. Болевые ощущения вызывает звуковое давление 62,5 Н/м и  сила звука 100 Вт/м.

Учитель физики. А теперь поговорим о другом важном органе-глазе. Действие электромагнитного излучения определенной длины волны на светочувствительные элементы сетчатки глаза вызывают ощущение света.

Учитель биологии. Сетчатка глаза состоит из светочувствительных  клеток  (палочек и колбочек). Колбочки сосредоточены в центральной части сетчатки, палочки расположены в периферических  частях сетчатки. Палочки более светочувствительны, а колбочки создают ощущение цвета.

Учитель информатики. Задача 4

Учитель физики. Фокусное расстояние глаза человека 16 мм.
– Какова оптическая сила глаза?

Учитель физики.  Чувствительность глаза к излучению различной длины волны  различна.  Наиболее чувствителен глаз к  излучению с длиной волны  0.5 мкм , что соответствует желто-зеленому цвету. Чувствительность его резко снижается  в сторону красной и фиолетовой части спектра.

Учитель физики. Тренированный глаз, длительно находящийся  в темноте, воспринимает свет длиной волны  0,5 мкм  при мощности  2.1*10   Вт. Сколько фотонов попадает в этом случае на сетчатку глаза за 1 секунду?

Учитель физики. Сегодня на уроке мы еще раз убедились в том, что существует тесная связь физики и биологии.