Урок "Атмосферний тиск. Вимірювання атмосферного тиску. Барометри. Дихання та газообмін у тварин. Значення процесів дихання для вивільнення енергії в клітині."

Зозуля Н.В., вчитель біології, спеціаліст вищої кваліфікаційної категорії, вчитель-методист Смілянського НВК «ЗОШ І ступеня – гімназія ім. В.Т. Сенатора», м. Сміли, Черкаської області.

Ковальчук Л.Г., вчитель фізики, спеціаліст вищої кваліфікаційної категорії, вчитель-методист, Смілянського НВК «ЗОШ І ступеня – гімназія ім. В.Т. Сенатора», м. Сміли, Черкаської області.

Тема: Атмосферний тиск. Вимірювання атмосферного тиску. Барометри. Дихання та газообмін у тварин. Значення процесів дихання для вивільнення енергії в клітині.

Мета:

• Формувати уявлення про атмосферний тиск, про способи його вимірювання; показати практичне значення знань про атмосферний тиск, продовжувати розширювати кругозір учнів.
• Розширити, поглибити знання учнів про будову органів дихання тварин, установити їх зв’язок з функціями, показати значення газообміну в легенях і тканинах, звернути увагу на значення дихання для підтримання життєдіяльності, показати, як відбувається ускладнення дихальної системи у тваринному світі — від найпростіших до вищих тварин;
• Розвивати логічне мислення, вміння спостерігати й аналізувати фізичні явища, формувати компетенції саморозвитку та самоосвіти.
• Розвивати вміння порівнювати, установлювати причиново-наслідкові зв’язки; формувати вміння працювати в групах.
• Виховувати допитливість, спостережливість, інтерес до фізики, техніки; етично-ціннісне ставлення до природи.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу.

Обладнання: пластикова пляшка з гарячою водою, скляна пляшка, варене куряче яйце, трилітрова банка, пластилін, піпетка, шприци та скляночки з водою (для фронтального досліду), барометр-анероїд, таблиця «Ртутний барометр», Модель легень, ілюстрації систем дихання різних груп тварин.

Хід уроку:

1.                   Актуалізація опорних знань

1.                   Розв‘язати кросворд:

1. Одиниця тиску в СІ.
2. Фізична величина, яка характеризує речовину і дорівнює відношенню маси суцільного тіла до його об‘єму.
3. Фізична величина, яка є мірою інертності.
4. Частинка речовини, що складається з атомів.
5. Фізична величина, що характеризує результат дії сили і дорівнює відношенню сили, що діє на поверхню, до площі цієї поверхні.
6. Зміна форми та розмірів тіла.
7. Органи дихання
8. Спеціальні органи дихання у комах
9. Назва тиску, що лежить в основі дифузії газів у легенях і тканинах

Бесіда

Учитель фізики

• Ми живемо на дні величезного повітряного океану. «Глибина» його становить приблизно 3000 км. Тільки в цього океану немає меж і берегів. Ім’я цього океану – … (атмосфера, в перекладі з грецької «пара» і «сфера»)
• Що ж таке атмосфера?
• Із чого вона складається?
• Чому існує повітряна оболонка Землі? (Молекули і атоми мають масу, тому вони притягуються Землею)
• Чому молекули, з яких складається атмосфера не падають на Землю? (Молекули газів перебувають у неперервному русі)

Учитель біології

• А чи всі живі організми дихають атмосферним повітрям?
• Хто із тварин пристосований до дихання на суші?
• Які пристосування мають тварини до дихання атмосферним повітрям?

ІІ. Мотивація навчальної діяльності. Повідомлення теми і мети уроку, проектування очікуваних результатів.

Дослід 1. Демонстрація досліду із пластиковою пляшкою з гарячою водою. Чому вона стискується після виливання гарячої води?

Дослід 2. Демонстрація досліду із моделлю легень.

Вчитель фізики, біології.

На вашу думку, що об’єднує ці досліди?

І не просто атмосфера…. Отож, тема інтегрованого уроку –

Атмосферний тиск. Вимірювання атмосферного тиску. Барометри

Дихання та газообмін у тварин. Органи дихання, їх різноманітність і функції. Значення процесів дихання для вивільнення енергії у клітині.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

Вчитель фізики

 За підрахунками Паскаля, атмосфера Землі має масу близько 5∙10¹⁸ кг. Під дією сили тяжіння верхні шари атмосфери тиснуть на її нижні шари, тому повітряний шар навколо поверхні Землі стиснутий найбільше, і відповідно до закону Паскаля, створює тиск на поверхню Землі й на всі тіла поблизу неї. Це і є атмосферний тиск. Позначається р _атм.

Як дізнались про існування атмосферного тиску? (Іще в давні часи люди знали про можливість використання всмоктувальних насосів.

Фронтальний дослід зі шприцом

• Чому вода піднімається за поршнем?

(Атмосферний тиск більший, ніж тиск усередині балона шприца, тому вода спрямовується у зону меншого тиску)

Вчитель біології

• А чи відбувається щось подібне в організмах тварин, які живуть на суші?

(Атмосферне повітря надходить у легені під час вдиху за рахунок різниці атмосферного тиску та тиску у легенях) – повторюється дослід з моделлю легенів (учень-консультант).

Фізкультхвилинка – дихальна гімнастика

Вчитель

У середині VII століття у Флоренції під час спорудження фонтанів зіткнулись з незрозумілим явищем – виявилося, що вода, яку всмоктують насоси, не піднімалась вище за 10,33 м. Чому?

Повідомлення учня-консультанта (з використанням презентації)

Галілео Галілей запропонував розібратись у цьому своїм учням Еванжелісті Торрічеллі та Вінченцо Вівіані. Розв’зуючи цю проблему, Торрічеллі пояснив її існуванням атмосферного тиску, який не дає можливість воді піднятись вище. Щоб межа підняття рідини була меншою, він замінив воду на ртуть, густина якої у 13,6 разів більша за воду. Він використав скляну трубку завдовжки близько 1 метра, запаяну з одного кінця. Наповнив її ртуттю, щільно закрив отвір, перевернув трубку, опустив її у посудину зі ртуттю і відкрив отвір. Частина ртуті вилилась у посудину. У трубці залишився стовп ртуті приблизно 760 мм заввишки, а над ртуттю утворилась порожнеча. Досліди Торрічеллі виявили, що висота стовпа ртуті не залежить від довжини та товщини трубки, а залежить від погоди.

Вчитель фізики

• Чому ртуть не виливалась далі? 

(Тиск на поверхню ртуті з боку атмосфери і гідростатичний тиск стовпчика ртуті є однаковими, тобто тиск стовпчика ртуті дорівнював атмосферному.

Тиск, який створюється стовпчиком ртуті висотою 760 мм, називається нормальним атмосферним тиском. У цьому випадку за одиницю тиску прийнято 1мм.рт.ст. Подамо нормальний атмосферний тиск в одиницях СІ.

Р_атм.н. = ρ_рт. gh = 13 600 кг/м³ ∙9,8Н/кг∙0,76м =101325Н/м² =101325Па≈100кПа = 10⁵ Па = 1атм.

• Чому висота ртуті  змінювалась відповідно до погоди?

(Тому що змінювався тиск атмосфери на поверхню ртуті в посудині)

Вчитель біології

• А чи відбуваються зміни тиску всередині організмів тварин? Щоб дізнатися, опрацюємо інформацію про різні типи дихання у тварин та особливості газообміну.

Презентація результатів самостійної роботи I групи

Газообмін завдяки дифузії

Одноклітинні організми, або найпростіші (амеба, інфузорія-туфелька), не мають спеціальних органів дихання. Газообмін у них відбувається за рахунок дифузії внаслідок безпосереднього проникнення газів через поверхню клітини. У результаті процесу дихання, який відбувається в мітохондріях клітин, концентрація кисню в цитоплазмі знижується. Тому кисень проникає до клітини з навколишньої води, де його концентрація вища. Цей процес називають дифузією. Концентрація ж вуглекислого газу у клітині навпаки стає вищою, і він виходить назовні, у воду. Газообмін за рахунок дифузії притаманний також і для нижчих багатоклітинних тварин, наприклад для губок, кишковопорожнинних (гідра, медузи, корали), плоских (планарія молочно-біла) тощо.

Презентація результатів самостійної роботи II групи

Дихання за допомогою зябер

Багатоклітинні організми, які живуть у воді, дихають зябрами — тонкостінними виростами або зморшками, вкритими тонкою шкірою, яка має проникність. Уперше справжні зябра з’являються в багатощетинкових кільчастих червів — у вигляді тонких ниткоподібних або гребінчастих виростів на голові або на примітивних кінцівках — параподіях. Серед хребетних тварин зовнішні зябра трапляються лише в деяких риб, хвостатих амфібій та пуголовків багатьох жаб і ропух. У більших за розмірами і більш рухливих водяних тварин зябра заховані в особливій порожнині. Ця навколозяброва порожнина, як правило, має зв’язок з навколишнім водним середовищем і, крім того, має пристосування, які збільшують циркуляцію свіжої води навколо зябер, що також сприяє покращенню газообміну. Такі захищені зябра мають представники трьох великих груп високоорганізованих водяних тварин: — молюсків, ракоподібних і риб.

Серед хребетних тварин зяброве дихання найкраще розвинуте в риб. Їхні зябра розташовані з країв бічних отворів, що ведуть до глотки. Таких отворів, або зябрових щілин, найчастіше буває чотири або п’ять по обидва боки від глотки. Відкриваючи та закриваючи рот, риба набирає воду до ротової порожнини, а потім завдяки скороченням м’язів глотки, перекачує її через зяброві щілини назовні. Зворотному плину води через рот запобігають м’які шкіряні зморшки, що оточують ротовий отвір. Тому вода рухається лише крізь зябра, віддаючи у кров розчинений у ній кисень. Ефективний обмін киснем і вуглекислим газом між кров’ю і водою забезпечується завдяки тому, що кров тече біля поверхні зябер у напрямку, прямо протилежному плину води, яка омиває зябра (це явище називають принципом протиплину).

Презентація результатів самостійної роботи III групи

Трахейне дихання

У тварин, що вийшли на суходіл, зяброве дихання в сухому повітрі, яке містить мало вологи, виявилося неможливим і тому змінилося на інші типи — легеневе і трахейне. Комахи та ряд інших членистоногих (наприклад, павуки) мають високоспеціалізований тип дихальної системи – трахейний. Її відмінність від інших систем полягає в тому, що кисень з повітря надходить по ній безпосередньо до клітин тіла, а не переноситься за допомогою крові. На декількох сегментах тіла (а точніше черевця) у комах є парні отвори, які називають дихальцями, — по одному на кожному сегменті. Вони ведуть до заповнених повітрям порожнин, від яких у глиб тіла йдуть невеликі трубочки — трахеї. Вони багаторазово розгалужуються доти, поки кінцеві трубочки, які називають трахеолами, не досягнуть діаметра, меншого за 1 мн. Трахеї та трахеоли заповнені повітрям. Вони проникають до всіх частин тіла комахи, особливо густо оплітаючи найбільш активні органи і тканини. У деяких випадках трахеоли проникають навіть до окремих клітин. Кисень і вуглекислий газ переміщуються по трахеях і трахеолах за допомогою дифузії.

Презентація результатів самостійної роботи IV групи

Легеневе дихання

Легені хребетних являють собою парні мішки, що відкриваються за допомогою довгого каналу на черевній стінці глотки гортанною щілиною. Дихальні шляхи, на відміну від самих легень, вистелені миготливим епітелієм. Гортанна щілина веде в гортань, яка переходить у трахею. Починаючи з рептилій, у хребетних трахея розділяється на два бронхи. Бронхи розгалужуються на бронхіоли, на кінцях яких знаходяться легеневі пухирці (альвеоли), у яких і відбувається газообмін.

В амфібій легеневе дихання має другорядне значення. Переважну роль відіграє шкірне дихання і дихання через слизову ротової порожнини і глотки. У вищих хребетних у зв’язку зі зроговінням покривів легені набувають значення єдиного органу дихання. Особливістю дихання птахів є наявність спеціальних повітряних мішків, розташованих між органами тіла.

Вчитель біології

• Який фізичний процес лежить в основі всіх типів дихання? (Різниця парціальних тисків газів)
• Закріпимо отримані знання: переглянемо відеоролик і підведемо підсумки (https://www.youtube.com/watch?v=XvOICXdCUWg).
• Про що розповів нам фільм?
• Звернемося за перекладом до учня-консультанта з англійської мови.

Вчитель фізики

• Протягом всього уроку ми говорили про атмосферний тиск, а як він вимірюється?
• Ртуть є небезпечною речовиною. Як тоді виміряти атмосферний тиск?

Повідомлення учня-консультанта (з використанням презентації) «Барометр-анероїд» (будова, принцип роботи)

• Які пристрої працюють завдяки атмосферному тиску? (піпетка, шприц, сифон, присоски)

V. Закріплення вивченого матеріалу

• Дослід з пляшкою та яйцем + (трилітрова банка, вата, спирт, сірники). Чому яйце падає у пляшку? Як його тепер витягти з пляшки не пошкодивши?
• Внаслідок чого створюється атмосферний тиск?
• Чому молекули газу, що складають атмосферу, не залишають Землю? Не падають на неї?
• Чому тиск атмосфери не можна обчислити так само, як тиск рідини?
• Як називається прилад для вимірювання атмосферного тиску?
• Найвищий атмосферний тиск було зафіксовано в Росії 1968р. – 815 мм рт.ст.; найнижчий – 645 мм.рт.ст. у 1988 р. під час урагану в Тихому океані.

«Розгадай ребуси»

Дифузія

Легені

2  = Я

Зябра

VI. Підсумок уроку.

VII. Домашнє завдання

Фізика:§ 27,  28 повторити § 26,   № №18.16; 18.19.

Біологія §36