Формирование познавательного интереса учащихся посредством гуманитаризации курса физики.

Формирование познавательного интереса учащихся посредством

гуманитаризации курса физики.

Спиридонова Любовь Вячеславовна, учитель физики

ГБОУ СОШ № 172 Санкт- Петербурга

I. Актуальность проблемы.

Физика занимает особое место среди школьных дисциплин. Как учебный предмет она составляет главное содержание научной картины мира.

Являясь основой научно-технического прогресса, физика показывает гуманистическую сущность научных знаний, подчеркивая ихособую нравственную ценность. Физика формирует творческие способности учащихся, их мировоззренческие взгляды и убеждения, т.е. способствует воспитанию высоконравственной личности.

Величие современной физической науки, широчайший охват ею практически всех явлений природы, связь с философией и гносеологией, многочисленность, многоплановость и эффективность ее применений на практике – все это делает нелепым даже сам вопрос:

«Для чего нужно изучать физику?»

Педагогические цели обучения физике направлены на:

сообщение учащимся знаний основ физической науки;
ознакомление их с основными методами физики;
формирование научного мировоззрения;
формирование ряда экспериментальных умений;
формирование умений самостоятельно приобретать знания, наблюдать и объяснять физические явления
развитие творческих способностей учащихся.

Осознав эти цели, учитель воздействует на мотивы учащихся, используя для этого содержание уче6ноrо материала, свои личностные особенности, различные формы и методы организации деятельности учащихся, а также особенности класса и каждого ученика.

Задачей учителя является превратить объективно заложенную познавательную цель в субъективный познавательный мотив деятельности ученика. В этом случае ученик, как и учитель, становится субъектом деятельности. Этим и объясняются главные функции интереса к учению, которым следует придавать максимум значения.

Формировать всесторонне развитую личность, что является конечной целью школы - значит обучать ее знаниям, умениям, творческому мышлению и адекватному социальным требованиям эмоциональному восприятию всей деятельности. Но основная цель обучения может быть достигнута только тогда, когда в процессе обучения будет сформирован интерес к знаниям, так как только при условии, если ученику интересно на уроке, можно достигнуть эффекта сопереживания, пробуждающего определенные нравственные чувства и суждения учащихся.

Поэтому обучение физике должно строиться так, чтобы ученик понимал и принимал цели, поставленные учителем, был активным участником их реализации – субъектом деятельности.

Тогда учебный предмет, в том числе и физика, оказывается той сферой, осваивая которую человек в процессе своего развития становится образованной высокоразвитой личностью.

Физика, как одна из фундаментальных наук о природе, имеющая богатую историю становления и развития, является частью всей современной культуры и имеет многочисленные связи с другими науками. Это обуславливает возможность использования этих связей в процессе обучения физике для всестороннего развития всех познавательных интересов учащихся. И самое главное, позволяет показать учащимся единство законов природы, значение физики для объяснения явлений природы, раскрыть в новой ситуации, изучаемые в физике явления и тем самым расширить кругозор учащихся и повысить интерес не только к физике, но и к другим предметам школьного курса.

Один из способов осуществления межпредметных связей заключается в использовании на уроках физики материала гуманитарного содержания. Наполнение курса физики проблематикой гуманитарного содержания позволяет акцентировать внимание учащихся на гуманистическом аспекте научного мировоззрения и служит решению общеобразовательных, общекультурных и нравственных задач. А такжедаёт учащимся возможностьузнать о философских аспектах связей человека и природы, познакомиться с тем, как физика отвечает на «вечные вопросы »человечества.

Вместе с темгуманитаризация курса физики способствует более убедительной мотивации изучения физики путем рассмотрения физических возможностей человека, его места в окружающем мире и роли,которая ему отведена в эволюции Вселенной. Полученные учениками знания помогут им более осознано применять на практике физические законы, оптимально и безопасно для жизни действовать в реальном мире.

II. Методы формирования познавательного интереса учащихся при обучении физике.

Развитие познавательных интересов и склонностей учащихся осуществляется, прежде всего, в учебном процессе. При изучении физики, как и любого учебного предмета, у учеников формируется общий кругозор, необходимый для осознанного выбора будущей профессии.

Очень часто молодой человек, заканчивающий школу, плохо знает себя и свои возможности и зачастую не может решить, «в какую из многих Прекрасных Дам он влюблен по-настоящему: в юную многообещающую Биологию или переживающую вторую молодость физику? А может быть, в старую, как мир, но вечную и прекрасную Математику или обновленную Химию?» Возможность заниматься любимым делом является главным и непременным условием счастья человека. Вот почему задача учителя состоит в том, чтобы сделать достижения науки максимально доступными для школьников, то есть облегчить их восприятие. Нужно воспитывать у ребенка увлечение предметом: от изумления и любопытства – к удивлению, от него – к активной любознательности и стремлению узнать, а от них – к прочному знанию и научному труду.

В связи с этим, очень важно правильно использовать ресурсы, заложенные в структуре личности ученика: многообразие интересов, психологические особенности специальной деятельности - теоретические, экспериментальные, комбинированные. Необходимо так строить процесс обучения, чтобы каждый ученик мог реализовать в нем свои возможности. Обучение в школе призвано, не только распахнуть увлекательные горизонты учебных предметов, сформировать стойкий интерес к ним, но и раскрыть способности и возможности ученика, помочь ученику осознать эти способности и сознательно развивать их. Другими словами, учителю необходимо найти пути реализации в процессе обучения таких основных принципов педагогики, какучет индивидуальных особенностей и воспитание с опорой на положительное. Именно в этом, проявляется единство образовательной и воспитывающей функций обучения.

Для успешности учебной работы необходимо наличие у детей положительных мотивов учения. В школьные годы у многих учащихся складываются стойкие познавательные интересы к определенному учебному предмету. Нередко это положительное само по себе явление сопровождается негативными проявлениями. Основное из них заключается в становлении у некоторых учащихся своеобразного «предметоцентризма», состоящего в глубоком уважении к интересующей школьника науке. И одновременно в столь же глубоком пренебрежении к другим, «неважным» для совершенствования в избранном предмете, наукам. Последствия такого явления для развития личности отрицательны, прежде всего, потому, что сужают общеобразовательный кругозор учащегося, тормозят развитие творческих способностей личности. Задача учителя заключается в доказательстве важности того общеобразовательного уровня, который формируется в средней школе, для успешной работы в любой области человеческой деятельности.

Деятельность школьника – учение – является важнейшей сферой развития личности. Особенность учения заключается в том, что для того, чтобы оно стало деятельностью, необходимо возникновение положительных мотивов учения. Для формирования иразвития этих мотивов чрезвычайно большое значение имеет организация «воспитания успехом» каждого ученика, т.е. каждый ученик в процессе учения должен испытать радость познания, которая стимулирует веру в собственные силы, стремление преодолеть трудности.

Таким образом, межпредметный характер познавательного интереса имеет двухстороннюю направленность:

с одной стороны, учащиеся, интересующиеся физикой, должны проявлять интерес и к другим предметам,
с другой стороны – учащиеся со стойким познавательным интересом к гуманитарным предметам будут находить для себя интерес и на уроках физики.

Для создания эмоционального настроя учащихся на уроках физики, при ориентации на интерес к учению, существует много путей:

использование внутренних возможностей содержания предмета;
разнообразие форм и методов содержания урока;
проблемное обучение;
использование межпредметных связей, в частности использование материала гуманитарного содержания;
развитие творческих способностей учащихся;
использование на уроках художественной и научно-популярной литературы;
связь классных и внеклассных занятий по физике и др.

Из всех возможных путей создания эмоционального настроя учащихся на уроках физики, при ориентации на интерес к учению, наиболее результативным путем, с моей точки зрения, является использование межпредметных связей. Межпредметные связи, вызывая интерес к познанию, активизируют мысленную деятельность ученика, осуществляют перенос знаний и способов действий. Это рождает успех учения, укрепляя интерес к знаниям по различным предметам.

III. Гуманитаризация курса физики как источник возникновения и развития познавательного интереса учащихся.

Частным случаем реализации межпредметных связей является использование на уроках физики материала гуманитарного содержания. Причем этот материал должен быть ориентирован на то, что бы дать учащимся возможность предопределить человека (в том числе и себя) как объекта физического познания. Что, в свою очередь,

позволяет показать учащимся многообразные связи физики и человека;
дает возможность раскрыть диалектику связи человека и природы;
дает возможность определить место человека в окружающем мире;
раскрывает суть процесса познания человеком природы и себя как ее составной части;
показывает антропоцентрический характер процесса познания.

Главное назначение деятельности учителя состоит в том, чтобы всемерно способствовать активности и самостоятельности ученика, становлению его как субъекта деятельности, отвечающего как за решение поставленных перед ним учебных задач, так и за благоприятное протекание общей учебной работы. В связи с этим решающим фактором для формирования интереса в процессе обучения является содержание учебного материала, которое определяет характерное для того или иного раздела курса физики способы взаимодействия учителя и учащихся по овладению содержанием, т.е. методы обучения.

В этом плане интересна и характерна притча Плутарха о тачке.

Писатель встретил на дороге трех людей, с большим усилием везущих тяжело груженые камнями тачки, и задал им один и тот же вопрос:

«Что ты делаешь?»

- «Везу проклятую тачку», - ответил первый.

- «3арабатываю себе на жизнь», - сказал второй.

- «Строю прекрасный храм», - воскликнул третий.

Содержание учебного предмета - в руках учителя и от него в первую очередь зависит, выступит ли оно стимулом познавательного интереса или нет.

С методической точки зрения такой подход предполагает разработку в рамках учебного процесса специальных заданий и ситуаций, в которых учитываются особенности интеллектуальной и эмоционально-волевой сфер деятельности личности, т.е. индивидуальные особенности личности, которые реализуются при наличии познавательного интереса в учебной деятельности.

Использование на уроках физики материала гуманитарного содержания, не только пробуждает познавательный интерес, но и служит средством запоминания особо трудного материала, средством переключения внимания и разрядки напряженной обстановке в классе, средством повышения эмоционального тонуса учебной деятельности. А так же способствует доступности сообщаемых знаний, обостряет эмоциональное отношение к предмету познания и обеспечивает лучшее протекание познавательных процессов.

Главная цель, использования материала гуманитарного содержания, состоит в том, что бы возбудить деятельность научного воображения, научить мыслить в духе физической науки, создать в памяти многочисленные ассоциации явлений со всем тем, с чем мы обычно входим в соприкосновение.

Привлечение на уроки физики материала гуманитарной направленности дает возможность учащимся продвинуться по пути познания человеком самого себя, лучше понять его природу и оценить свой потенциал, поскольку человек – часть и продукт мира, объяснить который призвана физика. По сравнению с другими науками физика позволяет «увидеть» этот исключительно важный в современную эпоху объект исследования с новой точки зрения и дополнить психобиологическое представление о человеке физической причинностью.

Применение материала гуманитарной направленности на уроках физики только тогда станет движущей силой формирования познавательного интереса, когда учитель будет его рассматривать как средство развития познавательного интереса, а не как мотив деятельности учащихся.

Для того чтобы добиться максимального эффекта при использовании материала гуманитарного содержания, он должен удовлетворять следующим требованиям.

· При отборе гуманитарного материала необходимо учитывать возрастные особенности учащихся и уровень их интеллектуального развития. В 7 – 9 классах подросткам свойственно стремление к необычности, расширению сферы интересов, не связанных с учебным предметом, стремление к общению. Более всего интересна для них поисковая, исследовательская деятельность, работа с дополнительными источниками информации (в частности «Интернет»), а так же та, где предполагается свободный выбор задания, т.к. чаще всего именно в этом случае учащиеся достигают успеха.

· Материал гуманитарной направленности должен привлекать внимание ученика постановкой вопроса и направлять мысль на поиск ответа. Используя на уроке этот материал, учитель должен обязательно поставить вопросы: как? почему? зачем? Только в этом случае материал гуманитарного содержания не станет развлекательной иллюстрацией к уроку, а вызовет познавательную активность учащихся, поможет им выяснить причинно-следственные связи.

· При выборе того или иного дополнительного материала, для использования его на уроке, учителю следует учитывать увлечения и интересы учащихся. Это имеет двоякую цель. Во-первых, дает возможность формировать интерес к физике через имеющийся интерес к другому предмету; во-вторых, помогает сделать особенно интересными повторительно-обощающие уроки, на которых ученики приводят примеры использования физических законов в интересующих их областях.

· Использование материала гуманитарной направленности должно требовать минимума временной затраты, быть ярким, эмоциональным моментом урока. Разумнее привести на уроке один-два примера, чем перечислять ряд интересных и эффективных фактов, которые своей многочисленностью не только не решат поставленной задачи, но, наоборот, отодвинут ее на второй план.

Задача учителя физики - использовать на уроках материал гуманитарной направленности так, чтобы, затратив на него немного времени, помочь всестороннему усвоению основного материала физики. Однако реализация этой задачи требует специальной подготовки учителя, в первую очередь он должен сам хорошо знать и понимать этот материал. Труд учителя окупится многократно, так как использование материала гуманитарного содержания на уроках значительно увеличивает эффективность обучения физики, повышает интерес к предмету. Кроме того, важно выбрать тот метод обучения на данном уроке, который будет способствовать более успешному усвоению, как гуманитарного материала, так и, в первую очередь, основного материала физики.

При использовании материала гуманитарного содержания на уроках физики необходимо стремиться к разнообразию методов его преподавания, конечно, с учетом содержания целей урока и возрастных особенностей учащихся.

В связи с этим наиболее приемлемыми методами обучения для данной возрастной категории будут следующие:

рассказ, включающий материал гуманитарного содержания;
иллюстрация рассказа таблицами, которые содержат параметры окружающего нас мира;
проблемное изложение гуманитарного материала;
эвристическая беседа;
работа учащихся с дополнительными источниками информации;
выполнение практических заданий;
проведение наблюдений в окружающей жизни;
решение задач, освещающих с гуманитарной точки зрения традиционное содержание курса физики.

При изложении вопросов, определяющих место человека в окружающем мире, нельзя обойтись без астрономической проблематики. Поэтому при изучении таких тем, как «Механическое движение», «Оптика», «Тепловые явления» и т.д., надо показать тесную взаимосвязь физики и астрономии, а через нее конкретизировать в сознании учащихся место человека во Вселенной.

Многообразные связи физики и человека будут более наглядными, если на уроках физики включать материал, позволяющий показать учащимся:

место человека в окружающем мире;
роль среды в возникновении жизни на Земле;
диалектику связи человека и природы;
экологию природы и «экологию» человека;
применимость законов физики к живому организму;
физические возможности человека.

Теоретический материал гуманитарной направленности необходимо проиллюстрировать физическими задачами качественного и количественного содержания.

Это задачи:

при решении, которых у учащихся формируется представление о физических параметрах окружающего мира;
в которых рассматриваются процессы, происходящие в организме человека;
в которых человек является перемещающимся или взаимодействующим объектом;
позволяющие оценить физические возможности человека;
дающие представление о том, как оптимально и безопасно для жизни действовать в реальном мире.

Умелое привлечение на урок межпредметных связей, в частности материала гуманитарной направленности, создает условие для самоутверждения личности ученика. Это меняет его позицию в коллективе, повышая активность и интерес к знаниям.

При правильном использовании на уроках материала гуманитарного содержания осуществляется педагогика сотрудничества: каждый ученик является участником событий и рассуждений, может ответить на определенный вопрос, стать ассистентом учителя. Все это способствует активизации познавательной деятельности в процессе усвоения материала, который изучается в данный момент на уроке.

IV. Материал гуманитарной направленности

с методическими рекомендациям для уроков физики в 7 – 9 классах.

7 класс

Механическое движение.

Мы постоянно встречаемся с движением тел в повседневной жизни, в технике и науке. Движение (покой) тела можно рассматривать по отношению к любымдругим телам. В качестве примеров, позволяющих понять относительность движения (покоя), можно предложить учащимся следующее:вначале рассмотреть пространство внутри кабинета, а затем представитьсебе пространство города; поверхность Земли; Солнечную систему; нашуГалактику; Вселенную. Потом рассмотреть движение этих тел по отношению друг к другу. Этот пример, способствуетвыработке у учащихся способности ощутить себя частицей огромногоцелого - мира, в котором мы живём.

Окружающий нас мир можно охарактеризовать множеством разнообразных параметров, но что бы ни происходило вокруг, все происходит где-то и когда-то. Поэтому самыми главными параметрами, определяющими положение человека в этом мире, являются пространство (расстояние, линейные размеры) и время. В связи с этим необходимо дать учащимся понятие о линейных размерах и времени, встречающихся в мире. Интересным для них будет и тот факт, что параметры человека находятся примерно в середине пространственной и временной шкал.

Линейные размеры окружающего нас мира.

Радиус видимой части Вселенной	10²⁶ м
Расстояние до ближайшей галактики	10²² м
Расстояние до ближайшей звезды	10¹⁷ м
Размеры Солнечной системы	10¹³ м
Расстояние от Земли до Солнца	1,5 • 10¹¹ м
Самая протяженная река (Нил)	7 • 10⁶ м
Самая глубокая впадина (Марианская)	10⁴ м
Самая высокая гора (Джомолунгма)	8,9 •10³ м
Длина синего кита	33 м
Мировой рекорд по прыжкам в длину	8,95 м
Рост самого высокого человека в мире	2,72 м
Размер амебы	5 • 10^-4м
Толщина волоса	10^-4м
Диаметр вируса гриппа	10^-8м
Диаметр атома	10^-10м
Диаметр протона	10^-15м

Время в природе.

Возраст Вселенной	10¹⁷сек
Возраст Земли	10¹⁶ сек
Время существования человечества	10¹³ сек
Среднее время жизни человека	10⁹ сек
1 год	10⁷ сек
Периодичность дыхания человека	2,5 сек
Промежуток времени меду ударами пульса человека	1 сек
Продолжительность моргания	0,1 сек
Период колебаний звуковой волны	10^-2 сек
Период колебаний радиоволн	10^-5 сек
Период колебаний световых волн	10^-14 сек
Время, за которое свет проходит расстояние, равное размеру атома	10^-19 сек

Явление инерции. Масса тела.

Массы некоторых физических тел

Вселенная	10⁵³ кг
Наша Галактика	10⁴²кг
Солнце	10³⁰ кг
Земля	10²⁴ кг
Луна	10²² кг
Водная оболочка Земли	10²² кг
Человек	10² кг
Капля воды	10^-5кг
Молекула воды	10^-26кг
Электрон	10^-30кг

Таблица «Массы некоторых физических тел» даёт возможность показать учащимся соотношение между массами основных физических тел, определить место человека как физического объекта, который наравне с объектами другой природы совершает перемещения, участвует в силовых взаимодействиях и подвергается влиянию различного рода полей.

Плотность вещества.

Одним из параметров, описывающим распределение вещества в пространстве, является плотность. Интервал плотностей разных видов вещества во Вселенной очень велик: от плотности Вселенной после Большого Взрыва (10⁹³ кг/м³) до плотности вещества в межгалактическом пространстве (10^-30 кг/м³). Особенное место в этом диапазоне принадлежит значению плотности тела человека и животных. В связи с этим можно предложить учащимся решить задачу следующего содержания:

«Определите среднюю плотность тела человека, имеющего массу 50 кг, если объём его тела равен 75дм³». Ответ: ~ 1067 кг/м³

Плотность тела человека и животных почти совпадает с плотностью воды. Говоря, что человек состоит из воды, мы подчёркиваем, что вода в качестве жизненной среды «победила» в процессе эволюции газы и твёрдые тела, так как с энергетической точки зрения «химия» растворов оказалась более выгодной, чем «химия» других физических веществ. На поверхности нашей планеты с большим количеством водоёмов живые существа с плотностью, большей плотности воды, не могли бы плавать, и погибли бы, попав в любую подходящих размеров впадину с водой.

Рассмотренные выше примеры приводят к выводу, о том, что значения физических величин, характеризующих человека, лежат примерно посредине между областями, относящимися к мега - (Вселенная) и микро - (ядро) мирам.

В качестве количественной меры познающий природу человек выбрал себя. Именно человек сумел ощутить, а затем осознать устройство мира. Он смог продвинуться в познании природы почти на одинаковое количество порядков как «вглубь», так и «вширь».

Сила. Явление тяготения.

При введении понятия силы хорошим подспорьем может послужить таблица, в которой приведены численные значения некоторых сил, встречающихся в природе.

Сила тяготения между Землей и Солнцем	10²³ н
Сила тяготения между Землей и Луной	10²¹ н
Сила тяги двигателей ракеты	10⁶ н
Сила удара футболиста по мячу	10⁴ н
Сила удара боксера	10³ н
Сила руки человека, сжимающего динамометр	10² н
Сила тяготения между Землей и каплей воды	10^-2 н

Познавательным для учащихся будет обсуждение следующих вопросов:

· Какую наибольшую силу может развить человек своим телом?

· Как можно увеличить значения сил, развиваемых человеком?

Ответ на эти вопросы может звучать так: человек может приложить силу, по меньшей мере, равную своему весу, а развить силу, больше его веса, можно находясь в ускоренно движущемся вверх лифте, при толчках, ударах, приземлениях после прыжков.

Сила упругости.

Историю жизни на нашей планете можно трактовать как историю активного преодоления силы тяжести – постоянно действующего физического фактора. Впервые отчетливо проблема борьбы с гравитацией встала перед живыми организмами при выходе из моря на сушу, второй раз – при переходе предка человека к прямохождению. Прямохождение резко повысило требования к механической прочности опорно-двигательной системы человека, которую составляют скелет и мышцы. Кроме обеспечения механической прочности, эта система создает основу для поддержания тела человека в пространстве, для перемещения его по поверхности планеты, для организации сложных движений.

Опорно-двигательная система человека должна противостоять большим нагрузкам, обусловленным, во-первых, действием собственного веса и, во-вторых, ускорениями и торможениями, которые всегда сопровождает любое движение. Особенно сильные, хотя и кратковременные, нагрузки наш скелет испытывает во время ударов, падений, прыжков, в аварийных ситуациях. Действующие при этом на скелет силы могут в 15 – 30 раз превосходить собственный вес человека.

Кость человека занимает достойное место среди других материалов.

Например, тазобедренная кость, поставленная вертикально, способна выдержать груз весом 50 кН (вес автомобиля «Волга»). Бедренная кость выдерживает нагрузку 15 кН, что в 25 – 30 раз превышает вес самого человека. Особого восхищения заслуживают прочностные характеристики зубов: зубы могут (при правильном уходе!) разгрызать орехи в продолжение примерно 40 лет. Даже суперсовременные зубные цементы несравненно слабее и более хрупки, чем материал зубов. Интересно, что, чем большие нагрузки испытывает растущий организм, и в частности его кости, тем прочнее они становятся.

Несмотря на то, что человек состоит из довольно прочного биологического материала необходимо всегда помнить о том, что нельзя подвергать организм человека большим нагрузкам, т.к. это может привести к переломам костей, растяжению связок, изнашиванию зубной эмали и т.д.

Упругие характеристики материалов.

Материал	Прочность, н/м²
Кость	15 000 – 23 000
Сухожилие	600
Хрящ	24
Мышечная ткань	8 - 10
Зубы (эмаль)	20 000
Сталь	200 000
Бетон	30 000
Алюминий	70 000
Дерево (вдоль волокон)	10 000 – 12 000
Дерево (поперек волокон)	500 - 1000

Говоря о прочности костей можно обсудить с учащимися следующие вопросы:

· «Почему при приземлении после прыжка необходимо сгибать ноги в коленях?»

· «Почему самые крупные животные на Земле морские?»

Сила трения.

Тема «Сила трения» предоставляет богатые возможности для иллюстрации гуманитарных идей. Трение – неизбежный спутник множества окружающих человека явлений, и в первую очередь такого важного, как перемещение тел. Поскольку существование людей связано с движением по земле, воздуху и воде, наличие трения откладывает отпечаток на все виды человеческой деятельности, играя то полезную, то вредную роль. В частности, трение поразительным образом помогает перемещаться человеку в пространстве. Но все нарастающие скорости перемещений заставляют его расплачиваться за них все более чудовищными расходами энергии и топлива. Кроме того, трение всегда сопровождается выделением теплоты, что на заре цивилизации позволило людям сделать одно из важнейших изобретений: научиться добывать огонь. И, наконец, изнашивание машин и оборудования, безусловно, самое разорительное и неизбежное порождение трения, наносящее большой ущерб человеческому хозяйству.

Человеческая ходьба – неотъемлемое условие его существования. При ходьбе человек ставит ноги на землю таким образом, что они должны были бы скользить назад, если бы трения не существовало. И в самом деле, при попытке идти по гладкому льду, ноги человека проскальзывают, движение становится небезопасным и может окончиться падением. При ходьбе по скользкой поверхности надо «семенить» ногами, походка должна становиться похожей на походку Чарли Чаплина, так будет легче удержаться на ногах.

Спортсмены – фигуристы также используют это обстоятельство. Стоит спортсмену, до того вполне надежно державшемуся на льду, сильно раздвинуть ноги и он легко переходит в положение шпагат. Для улучшения «сцепления» поверхности обуви с поверхностью льда служат специальные приспособления на ботинках альпинистов для ходьбы по ледникам.

Трение важно для человека не только потому, что без него не возможно перемещение. Без него невозможно преобразование движения мышц во вращательное движение конечностей в суставах. Суставы человека и животных близки по своим функциям к шарнирам. Вся поверхность сустава, испытывающего трение, покрыта особой хрящевой тканью, пропитанной особой жидкостью. При периодической внешней нагрузке, например при ходьбе, жидкость выдавливается из капилляров хряща и, действуя, как смазка, обеспечивает ничтожно малое трение.

С вопросом о трении, как факторе, обеспечивающем, в конечном счете, способность людей и устройств к перемещению, тесно связана проблема безопасности автомобильного движения. Необходимо привлечь к ней внимание учащихся, сформировать правильное отношение к ней, воздействуя на их рассудок и чувства. Полезно рассказать о масштабах гибели людей в автокатастрофах и обсудить их причины. Автомобильные катастрофы ежегодно уносят 180 тысяч жизней, а число раненных при этом исчисляется миллионами.

Следует обратить внимание учащихся и на так называемый человеческий фактор: как быстро сможет отреагировать водитель и насколько правильными будут его действия.

Давление в жидкостях.

Известно, что каждый живой организм с достаточно высокой степенью справедливости и строгости может рассматриваться как водный раствор. Вода составляет значительную часть каждого организма: 40% в сухих растениях, 70% в теле человека и животных. В морских животных – медузах – ее содержание равно 95%. У десятидневного человеческого эмбриона содержание воды достигает 95%, у новорожденного – 72%, а у взрослого человека – в среднем 60%. Практически все процессы, обеспечивающие жизнедеятельность живых организмов, - это процессы в водных растворах.

Сейчас около 3/4 (71%) поверхности Земли покрыто морями и океанами. В них сосредоточено 97% мировых запасов воды, остальные 3% приходятся на долю пресной воды, 3/4 которой сосредоточено в полярных шапках.

А как ощущает человек давление воды? Само по себе давление воды не причиняет человеку никакого вреда (по крайне мере, на тех глубинах, которые ему доступны без снаряжения), т.к. полностью уравновешивается гидростатическим давлением жидкости в тканях организма человека.

Больше всего испытывают давление полости, заполненные воздухом: легкие, внутреннее ухо и т.д. Уже на глубинах, больших 1,5 м разность между давлением воды, сжимающей грудную клетку, и давлением воздуха внутри ее так возрастает, что мы уже не можем увеличивать объем грудной клетки при вдохе. Даже при нырянии на глубину 1 м чувствуется боль в барабанных перепонках из-за перепада давлений по разные стороны от мембраны.

Особенно опасны резкие изменения окружающего давления, происходящие при быстром подъеме из воды или спуске под воду. Баротравма легких – грозное заболевание водолазов. На глубинах, больших, чем 1,5 м, необходимо дышать только воздухом, сжатым до давления, равно давлению воды на этой глубине. Однако в сжатом воздухе увеличивается концентрация газов, его составляющих. При этом он превращается в опасный наркотик, вызывающий глубинное опьянение, похожее на алкогольное. Человек теряет над собой контроль и может погибнуть. Как полагают, «заслуга» в этом принадлежит азоту. Для дыхания сейчас применяют специальные газовые коктейли, в которых азот заменяют гелием.

Но самое страшное подстерегает ныряльщика или водолаза при возвращении с глубины. При слишком быстром подъеме человека с глубины газ, которым были насыщены кровь и мягкие ткани тела, начинает из них выделяться. Пузырьки газа попадают в кровь, вызывая закупорку кровеносных сосудов. Так проявляет себя бич всех водолазов – кессонная болезнь. Но кессонную болезнь можно предотвратить, если не торопиться с подъемом. При этом давление снижается постепенно и пузырьки не образуются.

Глубины погружения человека.

Нетренированный человек	20 м
Водолаз в жестком скафандре	300 м
Атомная подводная лодка	550 м
Батисфера	800 м
Исследовательская подводная лодка	3 000 м
Батискаф	10 500 м
Наибольшая глубина океана	10 900 м

Существуют и другие ныряльщики - профессионалы. Это знаменитые японские девы «ама», которые уже более 2000 лет ныряют на глубину от 15 до 24 м; ловцы жемчуга с островов Тихого океана, опускающиеся на глубину до 42 – 45 м; греческие охотники за морскими губками, уходящие за своей добычей в бездну на 55 – 60 м. Для обычных нетренированных людей врачи считают предельной глубину погружения около 20 м. За этим барьером происходит растяжение правых полостей сердца и отек легких, вызывающий потерю сознания и гибель человека.

При изучении этой темы можно обсудить с учащимися следующие вопросы.

( 10 глубина океанадреериб сердце использовать артериб на ноге?"тром, надевается на руку примерно на уровне сердца?имерно « Болеют ли кессонной болезнью морские млекопитающие?»

Не болеют, так как ныряют с пустыми легкими и перестают дышать под водой. Их ткани, таким образом, не накапливают газы, пока животные погружены в воду.

Ныряльщик из Монако Пьер Фролла установил новый мировой рекорд погружения без акваланга. Фролла с 28-килограммовым грузом смог, задержав дыхание, нырнуть на глубину 123 метра. На поверхность он поднялся при помощи ног и ласт на ногах.

«Какое давление воды испытывал Пьер Фролла при погружении на рекордную глубину (123 м) без акваланга?»

Атмосферное давление.

Давление атмосферы – важный параметр окружающей среды, оказывающий влияние на физическое состояние человека.

«С какой силой давит атмосфера на человека массой 60 кг и ростом 1,6 м, если поладь его тела равна 1,65 м²?»

Эта сила составляет 167 000 н.! Человек привык к этой постоянно действующей силе и в нормальном, здоровом состоянии ее не ощущает.

Выдерживать атмосферное давление организму помогает уравновешивающее его давление жидкостей, заполняющих сосуды тела. Перенесение организма на другой уровень вызывает расстройство его функций из-за деформации стенок сосудов, рассчитанных на определенное давление снаружи и изнутри. Другой причиной является уменьшение количества кислорода в воздухе.

Зоны переносимости человекомвысоты над уровнем моря.

Высота, м	Зона и ее характеристики
Более 8 000 м Джомолунгма	Смертельная зона:человек может находиться на этой высоте без дыхательного аппарата только 3 мин., на высоте 16 000м – 3 сек. После чего наступает смерть.
6 000 – 8 000 м	Критическая зона:серьезные функциональные расстройства жизнедеятельности организма.
4 000 – 5 000 м Эльбрус	Зона неполной компенсации:ухудшение общего самочувствия.
2 000 – 4 000 м	Зона полной компенсации:некоторые нарушения в деятельности сердечнососудистой системы, органов чувств и др., которые благодаря мобилизации резервных сил организма быстро исчезают.
1 500 – 2 000 м Ай-Петри	Безопасная зона: не наблюдается каких-либо существенных изменений физиологических функций человека.

8 класс

Электрические явления. Электризация тел.

Урок на эту тему можно начать с вопроса: «Где живет электричество?» Конечно, все учащиеся прекрасно знают, где оно живет: в проводах линии электропередач, в комнатной электропроводке, в батарейке карманного фонарика, в аккумуляторе сотового телефона и т.д. Но все это электричество домашнее, ручное. Человек его изловил и заставил работать на себя. Оно накаляет электроплиту и утюг, сияет в лампочке, гудит в электродвигателе, весело распевает в плеере.

А есть на свете электричество дикое, неприученное. Такое, которое живет само по себе?

Да, есть. Оно вспыхивает ослепительным зигзагом в грозовых тучах. Оно светиться на мачтах кораблей в душные тропические ночи. Тихое, незаметное, оно живет всюду. Мы часто держим его в руках и об этом не знаем. Но его можно обнаружить.

Если взять пластмассовую расческу и провести ею по чистым сухим волосам, можно услышать слабое потрескивание. Причесываясь в темноте, можно даже увидеть крошечные электрические искорки. Затем, поднося расческу к маленьким клочкам бумаги, можно наблюдать, как они будут притягиваться к ней. Что изменилось? Только одно: расческа наэлектризовалась (волосы то же – можно проверить). Значит притяжение вызвано электричеством.

«Вспомните, когда вы еще сталкивались с подобными явлениями?»

Велика роль статического электричества, возникающего при трении, в производстве и быту:

· на текстильных фабриках наэлектризованные нити прилипают к гребням и при этом путаются и часто рвутся; для борьбы с этим явлением в цехах создают повышенную влажность воздуха;

· электризация наблюдается и при трении между жидкостями и твердыми телами, поэтому бензовозы должны быть заземлены;

· электризация искажает показания измерительных приборов.

Наряду с этим статическое электричество имеет ценные практические применения:

· ксерокс;

· электрофотография;

· очистка зерна;

· смешение разнородных металлов;

· напыление порошков и т.д.

Электрическое поле Земли.

Среда обитания человека, представляющая собой поверхность нашей планеты, характеризуется многими параметрами: температурой, освещенностью, обусловленной рассеянным солнечным светом, газовым составом атмосферы и т. п. Одним из важнейших ее параметров является электрическое поле.

Электрическое поле Земли образовано зарядом поверхности и зарядами, сосредоточенными на некоторой высоте в атмосфере Земли. Поверхность земного шара несет отрицательный заряд, по модулю равный 6 • 10⁵ Кл.

Насколько велик электрический заряд нашей планеты? Для сравнения можно рассчитать:

«За какое время через обычную лампу накаливания мощностью 60 Вт, включенную под напряжение 220 в, протекает электрический заряд, численно равный по модулю заряду Земли?» Ответ: 25 суток – получается, что этот заряд не очень велик.

«Определите количество избыточных электронов, создающих заряд поверхности земного шара»

«Насколько уменьшилась бы масса Земли, если бы было возможно удалить с ее поверхности весь электрический заряд?» Ответ: всего лишь на 6 мг.

Отрицательный заряд нашей планеты непостоянен. Сток заряда с ее поверхности в атмосферу происходит за счет хорошей проводимости приземного слоя воздуха, а в возвращении заряда на поверхность большую роль играют молнии – красивое и небезопасное явление природы.

В середине XVIIIв. великий русский ученый М.В. Ломоносов с помощью опыта доказал, что грозовые облака несут в себе большие электрические заряды и что молния есть гигантская искра. Ломоносов построил «громовую машину», которая заряжалась атмосферным электричеством посредством провода, конец которого был поднят на высоком шесте. Во время грозы можно было рукой извлекать из «грозовой машины» искры.

Разные части грозового облака несут заряды различных знаков. Если два облака сближаются разноименно заряженными частями, то меду ними проскакивает молния. Однако грозовой разряд может произойти между облаком и Землей, если они имеют противоположные заряды. Напряжение при этом может достигать сотен миллионов вольт. Ежесекундно над Землей вспыхивает около сотни молний, причем каждая молния несет заряд, равный 10 – 50 Кл. Молния может поразить людей и привести к пожару зданий.

Недооценивать опасность, возникающую при вспышке молнии, нельзя.

Например, от разряда молнии при проведении опыта погиб профессор Рихман, работающий совместно с Ломоносовым. После этого возникла идея устройства громоотвода (правильнее молниеотвода). Громоотводы быстро вошли в практику.

Масштабность и опасность красивейшего явления природы – молнии, можно проиллюстрировать с помощью следующих задач и вопросов:

«Длительность молнии примерно 0,001 сек., при этом она несет заряд, равный 30 Кл. Определите силу тока в молнии» Ответ: 30 кА

«Заряд, переносимый на Землю разрядом молнии при напряжении 40 Мв, составляет 40Кл. Сколько при этом выделяется энергии? Какое количество воды, взятой при 0^оС, можно было бы довести до кипения за счет этой энергии?» Ответ: 3 800 кг

«Живое» электричество.

Оказывается, что все функции нашего организма обеспечиваются электрическим взаимодействием. Работа мышц, в том числе дыхательных и сердца, контролируется электрическими токами. Информация, полученная разными органами чувств, передается в мозг с помощью электрических сигналов. Основную роль в возникновении «живого» электричества играют мембраны (оболочки) клеток. Они представляют собой жидкие пленки толщиной 7 – 15 нм, состоящие из жироподобных веществ. На поверхности мембраны клетки существует двойной слой зарядов. Мембраны обладают избирательной пропускной способностью: они пропускают ионы одного вещества и не пропускают ионы другого, в результате чего устанавливается динамическое равновесие, так называемый потенциал покоя.

Электрические сигналы, поступившие в тело человека, распространяются вдоль аксонов – длинных выростков нервных клеток (нейронов). При воздействии на аксон механическим, химическим или электрическим способом, он приходит в возбужденное состояние. За доли секунды увеличивается проницаемость мембраны для положительных ионов, что приводит к нарушению равновесия и возникновению нервного импульса.

Можно рассчитать среднюю скорость передачи сигналов в теле человека. Среднее время реакции человека составляет 0,1 – 0,2 секунды. Это время складывается из времени передачи информации от какого-либо рецептора в мозг и времени передачи командного импульса мышцам. У человека средняя длинна пути, по которому идет сигнал к мозгу и обратно, составляет примерно 2 м. Тогда скорость будет равна 20 м/с. Этот результат показывает, почему было трудно бороться за существование гигантским животным нашего мира – динозаврам. Ведь при их размерах сигнал, идущий с такой скоростью, шел бы слишком долго, информация об опасности сильно запаздывала.

Электричество можно попробовать «на вкус», коснувшись языком клемм батарейки на 1,5 В. Какой ток будет проходить при этом через вас? Почему это происходит?

Слюна человека хорошо проводит электрический ток. Изготовленные из разных металлов коронки зубов человека могут сыграть роль электродов гальванического элемента, слюна – роль электролита. Такой необычайный источник тока может питать микроприемник радиоволн, вмонтированный в дупло зуба. Преимущество такого устройства – оно всегда будет с вами.

Сила тока в несколько миллиампер может вызвать болевые ощущения, но редко бывает, опасна для здоровья.

Одной из опасных разновидностей электротравм является поражение так называемым шаговым напряжением, которое возникает в зоне оборвавшегося провода линий электропередач высокого напряжения, и может действовать на расстоянии сотен метром от упавшего провода. Шаговое напряжение относительно Земли составляет 50 кВ и больше.

Электротравмы со смертельным исходом составляют 10 – 15% от общего количества травм с тяжелым исходом. Общее количество погибших от электрического тока в год в среднем оценивается в 22 – 25 тысяч человек. Чтобы предохранится от поражения электрическим током, надо знать, какую опасность он представляет, а также выполнять, в общем-то, несложные правила безопасности.

Эффекты действия токов на организм человека.

До 0,5 мА	Отсутствует.
0,5 – 2 мА	Потеря чувствительности.
2 – 10 мА	Боль, мышечные сокращения.
10 – 20 мА	Разрушающее воздействие на мышцы, некоторые повреждения.
16 мА	Ток, выше которого человек уже не может освободиться от электродов.
20 – 100 мА	Дыхательный паралич.
100 мА – 3 А	Смертельные желудочковые фибрилляции (необходима немедленная реанимация).
Более 3 А	Остановка сердца (если шок был кратким, сердце можно реанимировать). Тяжелые ожоги.

· Приняв сопротивление тела человека равным 43 000 Ом, вычислите силу тока через тело человека, случайно прикоснувшегося руками к осветительным проводам, находящимся под напряжением 220 В.

При силе тока 10 мА происходит резкое сокращение мышц, и человек может оказаться не в состоянии освободиться от источника тока. В этом случае возможна остановка дыхания; сделанное своевременно искусственное дыхание может вернуть человека к жизни.

Если ток свыше 70 мА проходит в области сердца, сердечная мышца начинает беспорядочно сокращаться, нарушается нормальное кровоснабжение. Это явление называется фибрилляцией сердца; вовремя не прекращенная фибрилляция приводит к смерти. Начавшуюся фибрилляцию очень трудно остановить. Однако иногда более значительная сила тока (порядка 1 А) к смертельному исходу не приводит. При поражении сильным током происходит полная остановка сердца; после прекращения действия тока нормальная деятельность сердца возобновляется.

Устройство для дефибрилляции при разрядке от напряжения 500 В создает в области сердца шок. Сопротивление тела между электродами прибора 475 Ом. Какой будет сила тока в начале разрядки прибора?

На теле человека существуют области наиболее уязвимые к току: тыльная сторона кисти, шея, висок, плечо, спина. При прохождении тока через них смерть наступает от нарушения мозгового кровообращения.

Электромагнитные явления.Магнитное поле Земли.

В первом приближении магнитное поле Земли подобно полю гигантского магнитного диполя, расположенного в центральной части земного шара. Ось магнита не совпадает с осью вращения Земли: она наклонена к последней на 11⁰. Вследствие этого Южный магнитный полюс расположен на севере Канады на острове Элсмир ( 81⁰ с.ш. и 85⁰ з.д.), а Северный – на Земле Уилкса в Антарктиде ( 75⁰ ю.ш. и 120⁰в.д.).

Природа земного магнетизма объясняется тем, что ядро Земли состоит из двух частей: внешняя часть находится в жидком состоянии и обладает электропроводностью, а внутренняя часть – твердая. При вращении Земли вокруг собственной оси жидкий слой внешней части позволяет мантии и твердой коре вращаться быстрее внутреннего ядра. В результате электроны в ядре движутся быстрее электронов в мантии и коре. Это и создает магнитное поле, аналогичное полю катушки с током.

Магнитное поле Земли непостоянно во времени. Примерно каждые 200 тыс. лет у него изменяется полярность на 180⁰. Северный магнитный полюс становится Южным и наоборот.

Долгое время считалось, что магнитное поле Земли распространяется во все окружающее Землю пространство и исчезает на бесконечно большом расстоянии от планеты. Однако полеты спутников и космических ракет показали, что это не так. Сторона магнитосферы, обращенная к Солнцу, простирается всего лишь на 6 – 8 радиусов Земли, поскольку подвергается непрерывному «обжигающему» воздействию солнечного ветра – огромным потокам заряженных частиц, летящих от Солнца. С противоположной – ночной – стороны магнитосфера простирается примерно на расстояния до 1000 радиусов планеты, где перемешивается с межпланетным магнитным полем. В области магнитных полюсов Земли образуются нейтральные точки, вокруг которых существуют воронкообразные области слабого магнитного поля – полярные каспы.

Магнитное поле Земли, как гигантская ловушка, удерживает в ближайшем от планеты космическом пространстве огромные потоки заряженных частиц, пришедших от Солнца или даже из далекого космоса. Эти частицы могут просачиваться внутрь магнитосферы, образуя так называемые, радиационные пояса. Чем больше энергия частиц, тем дальше внутрь магнитосферы они проникают.

Частицы движутся в радиационном поясе – перемещаются или дрейфуют вокруг земного шара: положительно заряженные частицы - на восток, а отрицательно заряженные – на запад. В результате в магнитосфере возникает ток, который оказывает влияние на магнитное поле Земли.

Астрофизические исследования, особенно осуществленные с помощью космических аппаратов, показали, что почти у всех планет Солнечной системы, кроме Венеры и Луны, имеются сильные магнитные поля. Также было установлено наличие магнитных полей у многих звезд.

Небольшое магнитное поле есть и у Солнца. Сильные магнитные поля имеются лишь в активных областях Солнца – так называемых солнечных пятнах. Образование солнечных пятен связывают с выходом внутреннего магнитного поля светила на его поверхность.

Время существования пятен – несколько недель. Количество пятен, их положение и полярность на диске Солнца изменяются с периодом 11,2 года – периодом солнечной активности.

Экстремальным проявлением активности Солнца являются хромосферные вспышки, возникающие в результате быстрой перестройки магнитных полей. Вырывающиеся за пределы солнечной короны быстрые заряженные частицы создают так называемые корпускулярные потоки. Достигнув магнитосферы Земли, они вызывают многочисленные геомагнитные эффекты: магнитные бури, полярное сияние, нарушение радиосвязи и др.

Почему заряженные частицы, приходящие из космоса, чаще достигают поверхности Земли вблизи полюсов, чем в более низких широтах?

Уже очень давно, с XVIвека, известно, что вертикально стоящие железные оконные решетки с течением времени намагничиваются. Объясните это явление. На каком конце вертикального прута – верхнем или нижнем – возникает северный полюс, и на каком – южный?

В северном полушарии: внизу будет находиться северный полюс, наверху – южный.

В книге одного из известных исследователей земного магнетизма Джильберта описан следующий опыт. Если бить молотком по железной полосе, расположенной с севера на юг, то полоса намагнитится. Объясните это явление. Где будут расположены на полосе северный и южный полюсы?

На конце полосы, обращенной к северу, возникает северный полюс, на другом конце – южный.

Самопроизвольное намагничивание железных предметов в магнитном поле Земли было использовано для устройства магнитных мин, которые устанавливаются на некоторой глубине под поверхностью воды и взрываются при прохождении над ними корабля. Как действовали такие мины? Предложите способы борьбы с магнитными минами.

Оптика. Особенности зрения человека.

Одним из самых совершенных «приборов», которым природа снабдила человека и животных, является глаз. Большую часть информации ( 80% ) человек получает через глаза. Наши глаза специально предназначены для того, чтобы снабдить нас информацией о глубине, расстоянии, величине, движении и цвете. К тому же они способны двигаться вверх, вниз и в обе стороны, давая нам максимально широкий обзор.

Благодаря тому, что наш глаз обладает способностью быстро поворачиваться в глазной впадине, за очень короткое время, обегая все точки видимой поверхности рассматриваемого большого объекта, поле ясного видения человека составляет примерно до 150⁰ по горизонтали и до 120⁰ по вертикали. При этом человек оказывается способным воспринимать широкое поле с малым количеством деталей и небольшой участок поля с большим количеством деталей. Это обстоятельство очень важно с точки зрения безопасного существования человека, так как позволяет в каждый момент времени фиксировать внимание на большом количестве объектов, одновременно менее детально ориентируясь (не выпуская из поля зрения окружающие предметы). С возрастом поле зрения увеличивается. Особенно резко это происходит в детском возрасте: например, за период от 6 до 7,5 лет поле зрения ребенка возрастает в 10 раз.

Хотя само по себе зрение двумя глазами – норма для живого мира на Земле, у человека оно имеет специфическую особенность: за счет уменьшения расстояния между глазами происходит перекрытие их полей зрения, обеспечивающее, в конечном счете, стереоскопичность зрения человека. Благодаря этой возможности человек имеет возможность оценивать расстояние до наблюдаемого объекта.

С особенностью зрения двумя глазами связан эффект «борьбы полей зрения». Он заключается в следующем. Когда на идентичные участки сетчатки правого и левого глаз попадают различные изображения, человек видит лишь одно из них, а не суммарный эффект.

Вообще, процесс зрения представляет собой очень сложный акт, в ходе которого определенную роль играют память, восприятие других органов и т. д. В ряде случаев воспринимаемые геометрические соотношения между объектами не соответствуют их действительным геометрическим соотношениям.

Мозг как бы корректирует работу глаз, и это понятно: живое существо нуждается в правильном представлении об окружающем мире, а не в правильных оптических изображениях. В том, что мозговая корректировка существует, свидетельствуют также многочисленные примеры «ошибок», или «обманов зрения».

Важное свойство зрительного восприятия человека – видение в цвете – объясняет теория цветового видения. Эта теория исходит из того, что в глазу есть три типа светочувствительных приемников, отличающихся друг от друга разной чувствительностью к разным частям спектра – красной, зеленой и сине-голубой. Цветовое ощущение возникает в колбочках. Глаз обычного человека может различать около 160 цветов.

Тренированный глаз художника в состоянии различить свыше 10 000 цветных тонов. Встречаются люди (более 1% мужчин и около 0,1% женщин), зрение которых характеризуется отсутствием приемников одного из указанных выше типов. Еще реже (примерно один на миллион) встречаются люди, у которых есть приемники лишь одного типа. Первая группа людей – дихроматы – различают меньше цветов, чем люди с нормальным зрением; вторая – монохроматы – совсем не различают цвета.

Цвет многое значит в нашей жизни. Механизм цветового воздействия неясен, хотя накоплено множество интересных фактов. Известно, что красный цвет возбуждает, черный угнетает, зеленый успокаивает, желтый создает хорошее настроение.

Способность человеческого организма реагировать на цвет – основа одного из направлений натуртерапии – лечение природными средствами. Доказано, что черный цвет может замедлить течение инсульта и малярии, красный помогает при лечении бронхиальной астмы, кори, рожистых заболеваний кожи, голубой замедляет пульс и понижает температуру. Больным с глаукомой полезно носить очки с зелеными стеклами, а гипертоникам – с дымчатыми. Исследования показали, что при красном свете снижается слуховая чувствительность человека, а при зеленом отмечено ее повышение. «Холодные» тона стимулируют белковый обмен, а «теплые», наоборот, тормозят. Если школьный класс окрасить в белый, бежевый или коричневый тона, то улучшится успеваемость и дисциплина учащихся. В производственных помещениях, окрашенных в голубой и бежевый цвета, повышается производительность труда.

Глаз человека по-разному реагирует на свет различного цвета. Он обладает избирательной чувствительностью к цвету: максимум его чувствительности лежит в желто-зеленой области спектра. Источник фиолетового цвета должен быть в 2500 раз более мощным, чем источник желто-зеленого, чтобы создаваемые ими освещенности казались человеческому глазу одинаковыми. В той же ситуации источник красного цвета должен быть в 20 000 раз более мощным.

Ученые часто считают глаз выдвинутой вперед частью головного мозга, своего рода «окном» в сознание. С этим трудно не согласиться: ведь сетчатка и зрительный нерв представляют собой вещество со свойствами вещества мозга. Сеть кровеносных сосудов, питающих глаз, почти в 2 раза больше, чем в любом другом органе. Процесс создания зрительных образов начинается в глазу и продолжается в мозге человека.

Совершенство глаза как оптического прибора проявляется и в его размерах: столь сложное устройство разместилось в очень малом объеме - 6 • 10^-4м3.

9 класс

Законы движения и взаимодействия тел.

При изучении данной темы будет целесообразно использовать материал тем 7 класса (см. темы: «Механическое движение», «Явление инерции», «Масса тела», «Явление тяготения»).

Используя таблицы: «Линейные размеры, встречающиеся в мире», «Время в природе», «Массы, встречающиеся в природе», «Силы в природе», еще раз показать учащимся, что значения физических величин, характеризующих человека, лежат примерно посредине между областями, относящимися к мега - (Вселенная) и микро - (ядро) мирам. В качестве количественной меры познающий природу человек выбрал себя. Именно человек сумел ощутить, а затем осознать устройство мира. Он смог продвинуться в познании природы почти на одинаковое количество порядков как «вглубь», так и «вширь».

Необходимо напомнить учащимся, что человек живёт в мире, устроенном и функционирующем в соответствие с законами физики. Изучая природу, он познаёт окружающий мир и себя в этом мире. Происхождение человека, особенности, которыми он обладает, его будущее определяются физическими особенностями Вселенной. И изменяя и приспосабливая к своим потребностям окружающую среду, он должен стремиться, не нарушать с ней гармонического единства.

Введению понятия материальной точки – первого идеального объекта, следует уделить особое внимание. Это обусловлено особой ролью, которую играет идеализация в процессе познания природы человеком, становления физического знания.

Конструирование мысленных образов непосредственно связано с отражением в сознании человека многообразия предметов и связей реального мира, обусловленного неисчерпаемостью свойств материи. Охватить все эти связи и объекты невозможно не только в практическом, но и в теоретическом, принципиальном смысле. Поэтому в науке, и в частности в физике, принимают во внимание только существенные для данного круга явлений свойства и связи.

Встречаясь в повседневной жизни и практической деятельности с различными физическими объектами, явлениями, ситуациями и связями между ними, человек в своем сознании создает мысленный образ, воспроизводящий исследуемый объект в идеальной форме, учитывающий лишь существенные факторы.

Отражение окружающей действительности в мозгу человека осуществляется путем создания некой системы моделей. Задача физики как науки состоит в выработке наиболее адекватно отражающей окружающий мир модели – физической картины мира. Учащиеся могут получить представление о ней в процессе изучения физики, которая в свою очередь, является моделью процесса физического познания.

· В каких случаях человека удобно рассматривать как материальную точку, а в каких – нет?

Гуманитаризации преподавания курса физики может послужить практическая работа «Определение скорости движения игрушечного автомобиля». Организовать эту работу следует так, чтобы в качестве измерительных приборов для определения S и t учащиеся использовали частоту ударов собственного пульса и длину своей пяди (расстояние между большим и средним пальцами напряженной ладони). Учащиеся 9 класса проделывают эту работу с большим интересом, приобретая при этом полезные в некоторых ситуациях знания.

· «Похищенного рэкетирами» ребенка везут в автомобиле. Сквозь щель в кузове он замечает, что расстояние между двумя соседними километровыми столбами соответствует 40 ударам его пульса. С какой скоростью едет автомобиль?

Ускорение. Перегрузки.

В отличие от скорости, значение которой не ощущается человеком, ускорение – изменение скорости – может влиять на человека. Возрастание ускорения по сравнению с ускорением свободного падения g, которое испытывает человек, находясь на поверхности Земли, называется перегрузкой. Перегрузки, возникающие при движении с большим ускорением, опасны для жизни.

При перегрузках происходит замедление кровообращения. Уже при ускорении, несколько большем g, у человека нарушается зрение, и появляются галлюцинации. Определенный вклад в ощущение человеком перегрузки дает увеличение давления одних внутренних органов на другие.

При ускорении 5g, направленном вдоль тела в направлении ноги – голова, кровь утяжеляется настолько, что сердце вообще не может гнать ее к голове. Человек испытывает ощущение «черной пелены» перед глазами и теряет сознание. Если ускорение направлено в другую сторону (голова – ноги), перед глазами встает красная пелена, и наступает потеря сознания в результате прилива крови к голове.

Возникновение перегрузок обычно связывают со стартами космических кораблей, когда космонавт во время работы двигателей (порядка 5 сек.) испытывает перегрузки, равные 7 - 9g.

Большие перегрузки возникают при раскрытии парашюта, управляемом спуске космического аппарата, резком маневрировании на скоростном самолете, автомобильной аварии.

Методы борьбы с опасными перегрузками предложил К.Э. Циолковский. Один из них – помещение космонавта при старте и финише ракеты в жидкость с плотностью, равной плотности тела человека. Второй способ, подтвержденный многочисленными опытами и применяемый в современной космонавтике, заключается в расположении тел космонавтов так, чтобы ускорение было направлено перпендикулярно длинной оси человеческого тела. Последнее делается для того, чтобы, уменьшая размеры подвергнутых деформации кровеносных сосудов, свести к минимуму нарушение условий кровообращения.

При изучении данной темы очень важно обсудить с учащимися вопрос «экологии» человека – безопасность при авариях. При авариях человек испытывает большие перегрузки. Важно рассмотреть их значение и роль средств безопасности для выживания потерпевших.

В результате многочисленных экспериментов на манекенах и изучения статистики несчастных случаев на дорогах удалось выяснить, что реальные шансы выжить имеют те автомобилисты, чье ускорение при аварии не превышает 30g.

Свободное падение тел.

Ускорение свободного падения на других небесных телах.

Ускорение свободного падения является одной из основных характеристик окружающего человека мира. Значением ускорения свободного падения определяется высота гор и деревьев, размеры и форма тел животных и человека и т.д.

Живой интерес у учащихся вызывает рассказ о внешнем виде и физиологических особенностях гуманоидов – жителей планеты с другими по сравнению с Землей характеристиками, например с большим ускорением свободного падения. В соответствии с выражением p= ρgh при неизменных характеристиках состава вещества и структуры тела животные и человек на такой планете должны обладать меньшим ростом, но более развитой мускулатурой.

Последнее обстоятельство потребовало бы для наших гипотетических существ более крепкого телосложения, более коротких конечностей, более тяжелых костей при той же прочности материала, что и у жителей Земли. В мире больших ускорений свободного падения малый ребенок был бы предпочтительнее при беременности, что привело бы к уменьшению среднего веса взрослых людей. Большое ускорение свободного падения, означающее, что тела должны падать быстрее, потребовало бы от жителей этой планеты более быстрой и точной мускульной реакции. Случайные падения стали бы для них более опасными, вероятнее стали бы смертельные исходы и ушибы. Однако по скорости бега и дальности бросания жители этой планеты уступили бы землянам.

Практическая работа: «Определение времени реакции человека».

Выполняется следующим образом: один из учащихся прижимает вертикально расположенный деревянный метр к стене так, чтобы середина метра находилась на уровне отметки на стене. Затем, отвлекая внимание партнера, отпускает метр в свободное падение. Второй участник должен остановить падение метра, прижав его к стене, так быстро, как сможет. Отметив новое положение середины метра, измеряют длину его пролета h по расстоянию между метками. Затем вычисляют время реакции t по формуле t²= 2h/g.

· Какова предельно допустимая скорость приземления парашютиста, если человек может безопасно прыгать с высоты 2 м?

· Ускорение свободного падения на Луне примерно в 6 раз меньше, чем на Земле. На какую высоту взлетит тело на Луне, если на Земле его удалось подкинуть вверх на 30 м?

Также можно воспользоваться материалом темы: «Сила. Явление тяготения.» (см. 7 класс)

Колебания и волны. Биоритмы.

Колебательные, или периодические, процессы играют важную роль в жизни человека. Мы живем на поверхности планеты, чье положение относительно других членов Солнечной системы периодически изменяется за счет особого характера движения. Периодически изменяются положения любой точки на поверхности планеты относительно Солнца вследствие вращения Земли вокруг своей оси. Сезонные изменения на планете, смена дня и ночи, пульсации электрического и магнитного полей Земли, активность Солнца, изменение климата – Важнейшие факторы эволюции земной жизни. Периодичность свойственна и процессам в организме человека: вдох-выдох регулирует поступление необходимого для жизнедеятельности кислорода. Ритмичная работа сердца обеспечивает бесперебойное снабжение тканей организма питанием и т.д.

Циклические процессы происходят и в биосфере Земли. Из-за того, что вещество биосферы ограниченно, оно используется живыми существами и растениями неоднократно. Различают биохимические циклы воды, углерода, азота и других жизненно важных веществ. Например. По оценкам учёных, вода, участвуя в вечном природном круговороте, каждые 2 млн. лет проходит через живые организмы биосферы.

Следующим по масштабу периодическим процессом является одиннадцатилетний цикл солнечной активности. Она проявляется в появлении на его поверхности пятен, изменений магнитного поля. Активность Солнца непосредственно влияет на характер многих происходящих на Земле процессов.

Биосфера Земли и все живые организмы приспособились к вращению планеты. Множество растений и животных точно следует циркадным (околосуточным) ритмам. Причем этот ритм очень устойчив: он сохраняется у организма при попытках его изоляции от окружающей среды, при создании тех или иных помех.

Кроме циркадного, сейчас обнаружены и другие циклы жизнедеятельности человека: трехлетний цикл у спортсменов, семилетний цикл творческой активности у деятелей науки, искусства, литературы.

Звуковые волны.

Звуковые волны играют важную роль в жизни человека и других существ, живущих на поверхности нашей планеты. Чем определяется отданное природой звуку предпочтение перед волнами других диапазонов? Несмотря на гораздо меньшую (на 5 порядков) скорость распространения и способность быстро затухать в воздухе, звук как средство восприятия и особенно передачи информации имеет ряд преимуществ по сравнению со светом. Звук хорошо распространяется в темноте, в тумане, в лесу, в горах, в воде, в земле, способен преодолевать преграды, недоступные свету. Звуковые волны требуют гораздо меньших энергетических затрат на излучение. Ненаправленность звуковых волн вместе со способностью к дифракции делает их незаменимым средством коммуникации при отсутствии прямой видимости. Быстрое затухание не является при этом недостатком, поскольку дальность распространения оказывается достаточной для целей коммуникации. По сравнению с упругими волнами других диапазонов звук имеет то преимущество, что его длины волн соизмеримы с размерами тела человека и окружающих его предметов. А известно, что «видеть» с помощью волн можно лишь тогда, когда длина волны не превышает размеров исследуемого объекта.

Наша планета характеризуется чрезвычайным разнообразиеми изменчивостью акустического ландшафта. Одни звуки возникают в результате взаимодействия различных сил природы (движения воды, воздуха, атмосферного электричества), другие - как своеобразное проявление жизнедеятельности живых существ. Для живых существ звуковая картинамира является одним из важнейших источников информации обо всем, что происходит вокруг. Охотники по треску хрустнувшей ветки издалека узнавали о приближении врага или добычи. Аборигены Австралии, прикладывая ухо к земле, получали довольно точную информацию о передвижениив округе людей и животных. А «язык» тамтамов задолгодо изобретения радио и телевидения играл роль средства массовой информации в джунглях Тропической Африки.

В процессе эволюции у человека выработалась способность воспринимать звуки как сигналы о процессах, происходящих в окружающей среде, как средство ориентации и приспособления к ее изменениям, как необходимое условие ее жизнедеятельности. Слух играет в жизни человека второстепенную по сравнению со зрением роль. Но одновременное существование слухового и зрительного каналов восприятия у живых существ значительно повышает надежность и точность передачи и приема информации об окружающей среде.

Качества уха как звукоулавливающего прибора – благодарная тема для обсуждения на уроках физики. Физические объективные качества звука, воздействуя на акустический анализатор человека – ухо, вызывают в нем физиологические ощущения высоты, громкости и тембра звука.

Установлено, что восприятие звуков предельной частоты ( 16 Гц и 20 000 Гц) доступно лишь очень молодым людям. Мужчины начинают утрачивать восприятие высоких звуков раньше, чем женщины. Большинство мужчин среднего возраста не могут воспринимать звуки, более высокие, чем 12 000 Гц. После 50 лет как мужчины, так и женщины утрачивают способность воспринимать большую часть верхней области звукового спектра из-за потери эластичности барабанной перепонки.

В процессе изучения темы: «Звуковые волны» можно предложить учащимся определить границы воспринимаемого ими диапазона акустических волн при помощи звукового генератора.

Воспринимает ли человек ультра- и инфразвук?

Воздействия ультразвука на акустический анализатор человека не воспринимаются им как звуковые ощущения, хотя и не остаются для него без последствий.

Инфразвук также находится вне пределов слышимости человека, но оказывает на него физиологическое воздействие. С частотой инфразвука совпадают колебания ритма биотоков человеческого мозга и биений сердца. Инфразвуковые волны вызывают резонанс внутренних органов. В частности, сердце под воздействием колебаний частотой 1 Гц начинает биться с все возрастающей силой. При этом кровеносные сосуды лопаются, не выдерживая возрастающего давления. И наоборот, подобрав соответствующим образом частоту и фазу инфразвука, можно добиться остановки сердца. Вдали от резонанса с внутренними органами (при частоте, примерно равной 13 Гц) инфразвук оказывает влияние на психическое состояние человека, вызывает у него ощущение неясной тревоги, безотчетного страха и т.д.

Некоторые ученые объясняют действием инфразвука на людей факты обнаружения в океане судов без команд, так называемых «летучих голландцев». По одной из гипотез, море является природным источником инфразвуковых волн, в этом случае их называют «голос моря». Двигаясь со скоростью, намного превышающей скорость волн на море, инфразвуковой «голос моря» служит предвестником шторма для некоторых животных, а для людей - сильным источником дискомфортного состояния. Желание избавиться от неприятных ощущений и заставляет людей бросаться в море. Искусственными источниками инфразвуковых волн могут служить, например, необычно большие музыкальные инструменты. Они так же, какобычные музыкальные инструменты, воздействуют на человека, но при этом порождают неуверенность, страх, панику. Считают, что упоминаемая в Библии иерихонская труба была как раз таким инструментом. Известны предложения, использовать инфразвук в качестве оружия, воздействующего на психику противника.

V. Заключение.

Многообразие представленных в моей работе материалов дает возможность учителю выбрать из них наиболее близкие своему образу мыслей и собственному видению процесса гуманитаризации обучения физике. Широкий диапазон рассматриваемых идей позволяет использовать этот материал для организации процесса обучения учащихся с любыми наклонностями. Системы примеров, иллюстрирующие физические закономерности, и задачи повышенного уровня будут интересны детям с физико-математическими способностями. Учащимся с гуманитарным складом ума получат много новой информации о физической основе работы живых организмов, об обусловленности их свойств физическими условиями окружающей среды, узнают философских аспектах связей человека и природы. Кроме того, таким учащимся будет любопытны физические задачи, решение которых направлено на изучение «самого себя» тематики.

Все это открывает новые и эффективные возможности для более убедительной мотивации изучения физики.