авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

««Наномир» в содержании интегрированных и бинарных уроков естественнонаучной направленности Из опыта работы учителей лицея 179 Санкт-Петербурга ...»

-- [ Страница 3 ] --

ситуацию в загрязнённой окружающей среде. Более того, может быть, Результаты исследований показывают, что наночатицы железа остаются в недалёком будущем он и вас вдохновит на поиски новых способов активными в течение 4–6 недель, т. е. до тех пор, пока не распределятся в очистки от загрязняющих веществ. Следует отметить, что метод Чжана грунтовых водах до достижения естественной концентрации железа в приро гораздо дешевле и эффективнее, чем раскопки загрязнённой почвы и де. На свойства наночастиц железа не влияют кислотность, температура или её полная переработка обычными методами.

содержание питательных веществ в почве. Крошечные размеры (1–100 нм, Ещё ряд примеров. В области защиты окружающей среды особое что в 10–1000 раз меньше бактерии) позволяют наночастицам легко и бы внимание привлекают нанопористые материалы и мембраны, позволя стро перемещаться между частицами почвы. Лабораторные и полевые ис ющие значительно увеличить эффективность очистки стоков, что, в свою пытания показали, что благодаря наночастицам железа уровень загрязнения очередь, скажется на качестве почвы.

возле места их введения значительно падает уже за 1–2 дня и снижается Разработаны наноматериалы, позволяющие отфильтровать бакте практически до безопасного уровня за несколько недель. Результаты этих рии, вирусы, что имеет огромное значение для переработки бытовых и исследований показывают, что наночастицы железа остаются активными в промышленных стоков. Нанофильтры очищают воду от пестицидов, гер течение 4–6 недель, то есть до тех пор, пока не распределятся в грунтовых бицидов и углеводородов.

водах до достижения естественной концентрации железа в природе.

86 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ Предполагаемые вопросы учеников:

Приложение. Пример проведения Вопрос: Насколько безопасны наночастицы железа для человека? Извест релаксационной паузы ны ли особенности влияния наночастиц на живые организмы?

Ответ: Из-за малых размеров (1–100 нм) наночастицы обладают высо Звучит музыка. Учитель ровным голосом читает текст:

кой проникающей способностью, проходя через биологические ткани и стен ку кровеносных сосудов (тканево-кровяной барьер). Затем наночастицы по- Поплавок и море падают в органоиды клетки (митохондрии, ядро и др.). Таким образом, может Представьте себе солнечный берег и спокойное, почти застывшее быть повреждена иммунная система деятельности органов и систем. море. На поверхности — неподвижный поплавок. Поплавок — это вы. Вы Что касается токсичности наночастиц железа. Были поставлены опы- маленький поплавок в огромном океане. У вас нет цели, компаса, карты, ты: наночастицы железа вводились животным через дыхательные пути ин- руля, вёсел. Вы движетесь туда, куда несёт вас ветер и океанские волны.

галяционным способом. Воздействие наночастиц оксида железа размерами Вы замечаете спокойную небольшую волну. Она поднимает поплавок.

22 и 280 нм на лабораторных крыс в дозах 0,8 и 20 мг/кг вызывало индукцию Снова поплавок неподвижен. Пытайтесь ощутить эти толчки и выныри активных форм кислорода в клетках. Был отёк и разрастание тканей лёг- вания. Ощутите движение волны, тепло солнца, капли дождя, подушку моря под вами, поддерживающую вас. Посмотрите, какие ещё ощуще ких, нарушение систем свёртывания крови. Однако дозы 20–40 мкг/кг (опыт ния возникают у вас, когда вы представляете себя маленьким поплавком длился 90 дней) никаких изменений в организме не вызывали. Интересно, что в большом океане. Волнение усиливается и растёт. Близится шторм. По при дозах от 2 до 6 мкг/кг наблюдается стимулирование роста животных, плавок — это вы — поднимают и захлёстывают волны. Но вы — поплавок повышается бактерицидная активность сыворотки крови.

не можете утонуть, переворачиваетесь и, ныряя, вы снова оказываетесь Вопрос: Какой метод лежит в основе нанофильтрации? на поверхности. Буря затихает, уменьшаются волны. Море затихает, вы Ответ: Нанофильтрация — физический метод разделения сред. слышите спокойное шуршание гальки. Поплавок неподвижен. Под лу Приведите доказательства, что нанотехнологии позволяют решить чами солнца он высыхает и становится тёплым. Вы ощущаете это тепло, проблемы экологической защиты почв и способствуют выполнению её сани- покой и неподвижность.

тарной функции.

Постепенно, каждый в своем темпе, возвращайтесь в наш класс. Ощутите прикосновение тела к полу. Сделайте вдох, выдох. Потянитесь. Медленно от ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ крывайте глаза.

• Ещё раз поработать с таблицей. Попытайтесь проявить техническое Маяк мышление и представить своё видение применения нанотехнологий Представьте маленький скалистый остров вдали от континента.

в очистке почвы. Например, использование принципов функциониро На вершине острова — высокий, крепко поставленный маяк. Вообразите вания жгутиков кишечной палочки (жгутиковые моторы) для очистки себя этим маяком, стоящим на скалистом острове. Ваши стены такие тол почвы.

стые и прочные, что даже сильные ветры, постоянно дующие на острове, не могут покачнуть вас. Из окон вашего верхнего этажа вы днём и ночью, в хорошую и плохую погоду посылаете мощный пучок света, служащий ориентиром для судов. Помните о той энергетической системе, которая поддерживает постоянство вашего светового луча, скользящего по океа ну, предупреждающего мореплавателей о мелях и являющегося симво лом безопасности для людей на берегу. Теперь постарайтесь ощутить внутренний источник света в себе, — света, который никогда не гаснет.

88 СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ Список литературы, использованной для подготовки представленных методических материалов по экологии 1. Алексеев С. В. Экология человека / Алексеев С. В., Пивоваров Ю. П., Янушанец О. И.

— М.: Икар, 2002. — 770 с.

А. С. Обуховская 2. Алексеев С. В. Экология. 10–11 кл. / С. В. Алексеев. — СПб.: СМИО Пресс, 2001. — 240 с.

3. Иванов В. П., Обуховская А. С., Кричевская И. Е. и др. Экология человека: учебное Атмосфера — внешняя пособие. — СПб.: СПбГМА, 2010.

4. Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Экология: учебник для 10–11 кл. — М.: Дрофа, оболочка биосферы.

2007.

5. Павлов Г. В., Желанкин Р. В. Введение в нанотехнологии и нанобиологию: учебное Загрязнение атмосферного пособие. — М., 2011.

6. Роговая О. Г., Яковлев Ю. Б. Основы экологической химии: учебное пособие. — воздуха СПб.: Изд-во РГПУ им. Герцена, 2000.

7. Сыч В. Ф., Дрождина Е. П., Санжапова А. Ф. Введение в нанобиологию и нанобио УРОК ЭКОЛОГИИ В 9-ОМ КЛАССЕ ПО АВТОРСКОЙ ПРОГРАММЕ технологии: учебное пособие. — СПб.: Лема, 2011.

8. Уильямс Л., Адамс У. Нанотехнологии. — М.: Эксмо, 2010. «ЭКОЛОГИЯ И ЧЕЛОВЕК»

9. Фундаментальное ядро содержания общего образования. Стандарты второго по коления / Под ред. В. В. Козлова, А. М. Кондакова — М.: Просвещение, 2009.

10. Здоровьесберегающее образовательное пространство. Вып. 2. Материалы семина На изучение темы отводится 2 часа.

ра «Гигиенические критерии рациональной организации урока». — СПб, 2008.

Цель первого урока: развивать знания учащихся о составе и значимости атмосферы.

Цель второго урока: формировать экологическое мировоззрение. Стимулировать развитие когнитивного, технического и изобретательского мышления.

Тип урока: итегрированный — интеграция содержания экологии — химии — медицины — нанотехнологий.

Педагогические технологии:

• на 1-ом уроке — case-study;

• на 2-ом уроке — мозговой штурм с использованием ИКТ и здоровьесберегающих элементов урока.

Содержательные линии:

• Многокомпонентность атмосферы.

• Особенности химических процессов в атмосфере.

• Атмосферная влага.

• Загрязнение атмосферы.

• Химические экологические факторы и возможные нарушения здоровья.

• Обобщение материала.

• Нанотехнологии, их роль в защите атмосферного воздуха от загрязнения.

90 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ Здоровьесберегающие аспекты урока:

ПЕРВЫЙ УРОК.

• Создание доброжелательного микроклимата, снятие напряжения на уроке через Тема: Атмосфера — внешняя оболочка биосферы.

проблемные вопросы. Например, каким воздухом мы дышим, какой воздух выдыхаем и т. д. Предлагаем решить задачу.

• Стимулирование мотивации обучения, доказав значимость изучаемого материала Технология — кейс-стади (case-study) для каждого ученика, каждого жителя планеты.

• Смена видов деятельности.

Схема проведения кейс-стади:

• Снятие стрессовой ситуации благодаря работе в группах. Релаксационная пауза че • работа в группах с целью: определения проблемы;

рез 25–28 минут от начала урока. Гимнастика для глаз.

• развития познания;

Планируемые результаты:

• акцент делается не только на изучение предлагаемого материала, а на Предметные. Ученики смогут чётко структурировать материал, связанный с атмосфе его развитие и структурирование;

рой. Определят значимость процессов, происходящих в разных слоях атмосферы, смогут выбрать критерии и основания для доказательства значимости охраны атмосферного воз • выделение основных положений, идей;

духа. Осознают идею необходимости использования нанотехнологий для охраны окру • анализ подготовленного группой материала;

жающей среды.

Метапредметные (формирование надпредметных знаний). Ученики овладеют обоб- • обобщение, синтез выводов (от частного к общему);

щёнными способами действий, открывающими возможность в соответствии с целями и • разработка предложений по решению проблемы.

задачами анализировать экологический материал и данные, связанные с экологически ми проблемами, изучаемыми на предметах естественнонаучной направленности (химии, Работа в режиме кейс-стади помогает ученикам выделять главную, биологии, медицины). Сформируется комплексный подход для решения вопросов охраны основную информацию для реализации поставленной задачи, аргументиро атмосферного воздуха, в т.ч. с использованием нанотехнологий.

вано выдвигать предложения, заключения.

Универсальные учебные действия:

Личностные. Активизируется процесс познания и самообразования;

способность использовать знания в социально-коммуникативной деятельности (охране окружающей ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ ЭТАП УРОКА среды). Сформулируется мотивационно-ценностное отношение к своему здоровью, чему способствуют данные о влиянии угарного газа, оксидов, тяжёлых металлов на здоровье.

Учитель. Атмосфера — газообразная (газовая) оболочка планет.

Регулятивные. Смогут организовать свою работу во время урока и во внеурочное Атмосфера Земли состоит из смеси газов, водяных паров и мелких ча время при развитии знаний о нанотехнологиях, определят задачи своей работы на основе соотнесения того, что уже познали, усвоили, и того, что ещё необходимо узнать для реше- стиц твёрдых веществ.

ния поставленной проблемы. Масса атмосферы планеты Земля — одна миллионная массы Земли Познавательные. Ученики будут способны: самостоятельно выделять и формулиро (5,15 1018 т). Однако её польза в природных процессах биосферы огромна:

вать познавательные цели, связанные со значимостью атмосферы, влиянием её загрязне — наличие вокруг земного шара атмосферы определяет общий те ния на здоровье населения;

искать механизм охраны окружающей среды;

использовать пловой режим поверхности планеты, защищает её от вредных кос ИКТ для расширения информационного поля по теме урока;

интегрировать содержание мического и ультрафиолетового излучений;

предметов естественнонаучного блока для создания целостной картины изучаемого ма териала. — состав атмосферы определяет «бюджет» энергии атмосферы, кото Коммуникативные. Ученики будут способны к коллективной работе, коллективному рый в свою очередь оказывает влияние на местные климатические обсуждению материала и защите своей и общей точки зрения.

условия, перераспределение солнечной энергии над поверхностью, и, как следствие, влияет на режим рек, почвенно-растительный по кров и на процессы рельефообразования;

— атмосфера служит нам источником жизненно важных ресурсов. Без воздуха человек не проживёт и нескольких минут. Каждый из нас делает примерно 14 вдохов за минуту. За сутки человек пропускает через свои лёгкие 14–15 кг воздуха. Поэтому качество воздуха, ко торым мы дышим, имеет для людей непосредственное значение.

92 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ Атмосфера включает ряд сфер: примыкающий к Земле слой — тропо- инертные газы, а также азот, до нескольких лет в атмосфере могут находить сфера, высота верхней его границы изменяется от 8 км в полярных широтах ся СО2, СН4, от нескольких недель до нескольких дней — Н2О, NH3, H2S. Мно до 16–18 км над экватором. Следующий слой — стратосфера — высота до гие из органических и неорганических составляющих атмосферы входят в 25 км;

мезосфера — высота до 80 км, затем термосфера — слой атмосферы состав аэрозолей — взвесей твёрдых и жидких частиц в газообразной среде.

от 60 до 500 км — в ряде областей знаний получил название ионосфера. Примерами аэрозолей являются пыль, дым, туман, облака. Наиболее сильное влияние на человека оказывают тонкодисперсные аэрозоли.

По ходу изучения темы мы будем отвечать на вопросы: В состав атмосферных аэрозолей входят:

1. Какие газы и в каких количествах относятся к основным компонен- • соли (органические и неорганические);

там атмосферного воздуха? Их роль? • кислоты (серная, сернистая, азотная и др.);

2. Какой воздух мы вдыхаем? • оксиды почти всех элементов периодической таблицы, в основном 3. Какой воздух мы выдыхаем? антропогенного происхождения;

4. Как в атмосфере изменяются температура в зависимости от вы- • химические соединения внеземного происхождения (метеоритная соты? пыль);

5. Какие вещества входят в состав аэрозолей? Какова роль аэрозолей • органические соединения;

в атмосферных явлениях? • вещества биологической природы;

6. Перечислите особенности химических процессов в атмосфере. • радионуклиды — радиоактивные изотопы, образующиеся под воз действием космического излучения (22Na, 7Be, 32Р, 33Р, 14С и др.), а 7. Какие компоненты воздуха принимают участие в химических про цессах в тропосфере? Приведите уравнения реакций или схемы также изотопы искусственного происхождения, являющиеся про дуктами ядерных взрывов и промышленности (14С, 3H, 131J, 90Sr, 137Сs, процессов.

Се, 95Zr и др.).

8. Приведите примеры взаимодействия между основными и загряз няющими компонентами атмосферы.

Аэрозоли, попадающие в верхние слои атмосферы, представляют боль 9. Концентрация каких химических веществ изменяется в воздухе, шую опасность по двум причинам. Во-первых, токсичные органические сое выдыхаемом человеком? Где и почему это нужно учитывать?

динения часто характеризуются весьма продолжительным временем жизни.

Например, один из первых хлорорганических пестицидов, так называемый «дуст», сохраняется в верхних слоях атмосферы от двух до пяти лет. Во ПРОБЛЕМНО -ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ ЭТАП вторых, влияние некоторых аэрозолей не локально, а охватывает всю пла нету. Велика роль сульфатов, образующих аэрозоли, т.к. их частицы служат Работа с информацией. Осмысление учениками информации. Структу ядрами конденсации, определяющими условия и микроструктуру облаков и рирование материала, выделение ключевых положений. Учитель работает с туманов. Вклад антропогенных выбросов в общий баланс аэрозолей со вре каждой группой, поддерживает дискуссию, задает проблемные вопросы.

менем увеличивается. Общее число только основных загрязняющих атмос феру аэрозольных веществ исчисляется уже несколькими сотнями. Кроме Материал для работы первой группы. Современный газовый состав ат того, сажа (твёрдый углерод) не только токсична для человека и животных, мосферы — результат длительного исторического развития земного шара. Он но и поглощая солнечную и земную радиацию, оказывает существенное вли представляет собой газовую смесь азота (78,09%), кислорода (20,95%), арго яние на термический режим климата планеты.

на (0,93%), углекислого газа (0,03%) и незначительное количество инертных газов (неон, криптон, гелий, ксенон), аммиака, метана, озона, диоксидов серы Одним из наиболее важных компонентов атмосферы является кислород.

и др. По данным ряда учёных, у поверхности Земли массовая доля (в %) азо Он способен взаимодействовать практически со всеми компонентами, со та 75,52, кислорода 23,15, оксида углерода 0,046. Наряду с газами в атмос ставляющими атмосферу.

фере содержатся твёрдые частицы, поступающие с поверхности Земли. Это В последние десятилетия кислород всё больше расходуется челове продукты горения, вулканической деятельности, частицы почвы. Из космоса ком: энергетика, транспорт, различные производства. Пока ещё стабильная — космическая пыль. Различные газовые составляющие атмосферы имеют концентрация О2 обеспечивается фотосинтезирующими природными си и разное «время жизни». К долгоживущим (до 10 лет и более) относятся стемами, но опасные симптомы начинают появляться. Ряду промышленно 94 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ развитых стран уже не хватает «собственного» кислорода, произведённого Одним из важных процессов, протекающих в верхних слоях атмосферы, на их территории. В целом, сейчас на антропогенную деятельность в мире является диссоциация кислорода.

расходуется столько кислорода, сколько хватило бы для дыхания 50 млрд h O2 O + O* (где О* — атом кислорода в возбуждённом состоянии).

человек.

Верхняя граница атмосферы, где происходит рассеивание газов в меж- h О* + O2 O3 (основной процесс в стратосфере — образование озона планетное пространство, находится на высоте около 1000 км над уровнем на высоте 30—50 км).

моря. А 99% массы заключено в слое толщиной 40 км. В приземлённом слое толщиной 5,5 км сосредоточена половина всей воздушной массы. Характер С понижением высоты скорость образования озона увеличивается, а изменения температуры в различных слоях зависит от особенностей хими затем уменьшается из-за поглощения излучения с длиной волны 240 нм ческого состава воздуха. Уменьшение с высотой концентрации Н2О является и распада молекул озона, что определяет наличие максимума содержания одной из причин понижения температуры в тропосфере. На тепловой режим озона на высоте 25 км.

стратосферы оказывает влияние повышенное содержание в ней озона, ко h торый поглощает УФ радиацию Солнца, способствуя повышению темпера- O3 O2 + O;

O + O3 2O туры.

Процессы фотодиссоциации O2 и O3 приводят к почти полному погло В мезосфере по сравнению с термосферой и стратосферой меньше кон щению солнечного излучения с длиной волны менее 300 нм на высоте центрация озона и практически нет молекул воды. Поэтому температура в тропосферы, поэтому основные компоненты атмосферы в фотохимических мезосфере ниже, чем в тропосфере и стратосфере. В термосфере из-за ма реакциях не участвуют (они не взаимодействуют с излучением при длине лой концентрации атомных и молекулярных частиц можно говорить только волны 300 нм).

о так называемой кинетической температуре, которая закономерно растёт с Следует отметить, что для более прочно связанных молекул азота их кон высотой.

центрация мало зависит от жёсткого УФ и монотонно меняется с высотой.

Однако при грозовых разрядах в атмосфере могут протекать реакции и В атмосфере проходят химические процессы, к их особенностям следует с основными компонентами атмосферы:

отнести следующие:

— большинство химических реакций инициируется фотохимически N2 2N;

2N + O2 2NO;

2NO + O2 2NO (при взаимодействии квантов света, полученных в результате из В результате взаимодействия оксида азота (IV) c атмосферной влагой лучения Солнца);

образуется азотная и азотистая кислота 2NO2 + H2O HNO2 + HNO3. Следу — преобладают окислительно-восстановительные реакции (за счёт ет отметить, что такие реакции в тропосфере не доминируют. В ней преоб содержащегося в атмосферном воздухе О2);

ладают окислительно-восстановительные процессы с участием радикалов.

— в химических и фотохимических превращениях образуются неор Ключевую роль в тропосферных химических превращениях играет гидрок ганические и органические соединения, в ряде случаев токсичные;

сильный радикал.

— характерны цепные реакции, протекающие в несколько стадий с Насколько существенна роль гидроксильного радикала, иллюстрирует участием реакционно-способных радикалов;

схема процесса окисления углеводородов в атмосфере (например, метана).

— продукты реакций переносятся на дальние расстояния и длительное время сохраняются в атмосфере (например, в виде аэрозолей);

НО* НО* СН4 СН2О СО + Н2О2.

— начинаются химические реакции с высоты около250 км, когда кон Эти процессы являются каналом вторичного загрязнения атмосферы центрация газов азота и кислорода достигает величины 109 см3 и угарным газом, который количественно сравним только с поступлением СО становится заметным поглощение жёсткой УФ-составляющей сол от неполного сгорания ископаемого топлива.

нечной радиации.

Материал для работы третьей группы. Важную роль в химических ат Материал для работы второй группы. Область атмосферы, где проис мосферных процессах играет атмосферная влага.

ходят химические реакции, называют хемосферой. К ней относится тропо Одной из переменных по концентрации составляющих атмосферы явля сфера и нижняя часть стратосферы.

ется водяной пар. Содержание Н2О резко уменьшается с высотой вплоть до 96 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ тропопаузы. В стратосфере воды очень мало (ок. 10–6 oб.%). Значителен ши- Высокие концентрации кислорода также отрицательно сказываются на ротный разброс концентрации водяного пapa. B тропических районах кон- состоянии здоровья человека. При гипероксии наблюдается повреждение центрация Н2О доходит до 3 об.%, а в Антарктиде — всего до 2 10–5 об.%. клеточных мембран из-за окисления кислородом или образованными в тка Пары воды сильно поглощают ИК-излучение и играют важную роль в под- нях свободными радикалами ферментов и коферментов, содержащих SH держании температуры в ночное время, когда Земля излучает энергию группы.

в космическое пространство. Поэтому в пустыне, где концентрация Н2О в При некоторых воздействиях на организм, например, при охлаждении, атмосфере мала, днём жарко, а ночью холодно. Реакции, происходящие в происходит разобщение окисления и фосфорилирования. В результате на каплях влаги, достаточно эффективны, т.к. многие газовые компоненты об- блюдается рассеивание энергии, которая не фиксируется в виде фосфориль ладают высокой растворимостью (Н2О2, NН3, NO3, HCl, SO2 и др.). Примером ной связи молекулы АТФ, а рассеивается в виде тепловой энергии.

химических реакций в каплях является процесс образования дождевой вла- Азот — незаменимый биогенный элемент, входит в состав белков и ну ги с рН = 6—3 (кислотные дожди). клеиновых кислот. Атмосфера — неисчерпаемый резервуар азота, однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать 2SО2 + O2 2SO3;

SO2 + Н2О Н2SO3;

SO3 + H2O H2SO4.

этот азот. Основная часть азота поступает в воду и почву в результате его Следует отметить, что большинство реакций такого рода относится к биологической фиксации (сине-зелёные водоросли, азотфиксирующие бак экзотермическим процессам, что вносит свою лепту в характер изменения терии способны фиксировать азот атмосферы). Частично азот поступает из температуры в атмосфере. атмосферы в экосистемы в виде оксида азота, образующегося под влиянием Основные запасы кислорода сосредоточены в карбонатах, в органиче- электрических разрядов во время грозы. Круговорот азота тесно связан с ских веществах и оксидах, часть кислорода растворена в воде. Круговорот круговоротом углерода.

кислорода в биосфере сложен, т.к. с ним вступают в реакцию органические и неорганические вещества, водород. Физкультминутка. Релаксация Жизнь без кислорода невозможна, исключением являются анаэробные организмы. Образуя с гемоглобином и другими дыхательными пигментами непрочные соединения, кислород атмосферного воздуха транспортируется ОБОБЩАЮЩИЙ ЭТАП УРОКА в ткани организма и используется для процессов тканевого дыхания.

Клеточное или тканевое дыхание — совокупность окислительно- Учитель задает проблемные вопросы, помогает структурировать мате восстановительных процессов в клетках, органах, тканях, протекающих с риал, акцентировать внимание на наиболее значимых процессах, явлениях;

участием молекулярного кислорода и сопровождающихся запасанием энер- формулировать выдвигаемые группой идеи, осознавать значимость ответ гии в фосфорильной связи молекул АТФ. В результате клеточного дыхания ственности за предлагаемые выводы.

при участии ферментов в цикле трикарбоновых кислот происходит окисли тельный распад крупных органических молекул субстратов дыхания — до Предполагаемые ответы учеников:

более простых и в конечном счёте до СО2 и Н2О с высвобождением энергии, — Атмосфера является многокомпонентной системой, в которой, од которая запасается в молекулах АТФ. Незначительные колебания содержа- нако, для различных экосистем наибольшее значение имеет кис ния кислорода в атмосферном воздухе не оказывают заметного влияния на лород, азот и углекислый газ. Кислород в атмосферном воздухе человеческий организм. Однако, наблюдаются болезненные состояния в ре- появился в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих ор зультате снижения парциального давления кислорода при полётах (высот- ганизмов.

ная болезнь) и при восхождении на горы (горная болезнь). — Атмосфера — многослойная сфера, в каждой из сфер которой Низкая концентрация воздуха может создаваться при аварии на подво- определённая температура, специфические химические процессы.

дных лодках, в шахтах. У людей вырабатывается ряд приспособлений, по- Процессы в тропосфере непосредственно влияют на жизнедеятель зволяющих жить в горных селениях на высоте 3—5 км над уровнем моря. ность человека. Вода в тропосфере находится главным образом К ним относятся: увеличение количества гемоглобина и эритроцитов, интен- в виде водяного пара и его конденсата. Почти весь водяной пар сификация окислительных процессов в тканях за счёт усиления синтеза не- (90%) сосредоточен в нижнем слое атмосферы.

которых ферментов. — Чем выше температура воздуха, тем больше водяного пара он мо 98 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ жет содержать. Уменьшение с высотой концентрации воды является одной из причин понижения температуры в тропосфере. Азот — не- ВТОРОЙ УРОК.

заменимый биогенный элемент. Углекислый газ — необходим для Тема: Загрязнение атмосферного воздуха. Роль фотосинтеза и образования органических веществ.

нанотехнологий в охране окружающей среды — Наличие вокруг земного шара атмосферы определяет общий те пловой режим поверхности нашей планеты, защищает её от вред ных космического и ультрафиолетового излучений. Циркуляция Цель: формирование экологического мировоззрения. Стимулирование развития ког нитивного и технического мышления.

атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, Тип урока: интегрированный урок — интеграция содержания экологии-химии а через них — на режим рек, почвенно-растительный покров и на медицины-нанотехнологий.

процессы рельефообразования.

Педагогическая технология: мозговой штурм (см. приложение) с использованием ИКТ и здоровьесберегающих элементов урока.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ 1. Решить задачу.

ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ ЭТАП УРОКА Основными компонентами воздуха, которыми мы дышим, являются азот, кислород, углекислый газ.

В выдыхаемом воздухе количество азота не меняется, содержание СЛАЙД кислорода уменьшается до 15,8%, а количество углекислого газа уве личивается до 4%. Вы знаете процентное содержание перечисленных Источники загрязнения атмосферы газов в атмосферном воздухе, поэтому нетрудно подсчитать, как бы стро мы, находясь в закрытом помещении, начинаем повторно исполь зовать воздух, сколько в нём останется кислорода, и сколько накопится Искусственные (антропогенные) углекислого газа. Естественные (природные) Может быть, после этого понятие «атмосферный воздух» станет для Теплоэнергетика Промышленные вас более значимым и близким.

предприятия Разложение Пыльные бури 2. В настоящее время особое внимание уделяется инновационным тех- Отопление жилищ, детрита, (природные) предприятий нологиям, способствующим охране окружающей среды. Подготовьте опада Сельское хозяйство презентацию по теме «Роль нанотехнологий в охране и очистке атмос Вулкан Вывет ферного воздуха». Транспорт Лесные ривание 3. Материал, с которым работали на уроке, необходимо сохранить, в пожары дальнейшем он пригодится для формирования аналитического кейса, разработки стратегии по использованию инновационных подходов, в том числе нанотехнологий, для очистки атмосферного воздуха. Учитель. Ежегодно в атмосферу поступают сотни миллионов тонн серы, азота, углерода, галогенопроизводных и других соединений. Наряду с газа ми в атмосферу выбрасывается огромное количество аэрозолей различно го происхождения. В третьем тысячелетии человечество вступило в такой период своего развития, когда сбывается предсказание В. И. Вернадского о том, что хозяйственная деятельность человека становится геологической силой, способной изменить мир, поставив его на грань экологической ка тастрофы.

Урок мы проведём в режиме технологии мозговой штурм.

100 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ По материалам Государственного комитета по санитарно-эпиде миологическому надзору РФ наиболее многочисленные группы населе Первый этап учебного мозгового штурма ния подвергаются воздействию взвешенных частиц, затем бензопирена, Ученикам раздаётся материал: фенола, сернистого газа.

— источники загрязнения атмосферы (1-ая группа учеников);

— загрязнение окружающей среды и возможные нарушения здоро- Получение дополнительной информации в режиме ИКТ в течение вья (2-ая группа учеников);

5–7 минут.

— кислотные дожди (3-я группа учеников);

Поиск информации по теме «Источники загрязнения атмосферы».

— глобальное потепление климата и его последствия (4-ая группа учеников). Загрязнение окружающей среды и возможные нарушения здоровья (материал для второй группы учеников).

Материалы для всех групп учеников:

— профилактические мероприятия по снижению токсического воз ТАБЛИЦА. ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ действия экологически опасных химических факторов;

НА ЗДОРОВЬЕ ЛЮДЕЙ — инновации, нанотехнологии.

Источник Основные Патологические процессы загрязнения загрязнители Источники загрязнения атмосферы 1. Автотранспорт Выхлопные газы — 1.1. Раздражение дыхательных путей, (материал для первой группы учеников) является главной смесь из 200 химиче- тошнота, головокружение. Поражение Основными источниками загрязнений атмосферы являются: энерге- причиной ских соединений. кроветворной и центральной нервной образования В газах содержатся: системы, печени, почек, щитовидной тика, автомобильный и авиационный транспорт, предприятия чёрной и в больших железы. Обладают наркотическим дей цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности.

городах ствием, понижают иммунологическую Оксиды серы, углерода, азота, летящие из труб заводов и теплоэлектро фотохимического активность организма, вызывают злока станций, соединения металлов (меди, цинка, свинца, связанные с дея смога чественные новообразования.

тельностью рудников или образующиеся в выхлопных газах автомашин), 1.1. Углеводороды, в том остатки нефтепродуктов, сбрасываемые в водоёмы при промывании не числе бензопирен;

фтеналивных судов, аварии, в результате чего в моря и океаны попадают 1.2. Оксид углерода (II);

1.2. Блокирование гемоглобина крови, в тонны нефти — всё это дело рук человеческих. Причины ухудшающего результате чего образуется карбоксиге ся состояния воздуха многочисленны и разнообразны. Из-за диоксида моглобин, снижается способность крови серы, образующегося в процессе сжигания угля, уничтожены огромные к транспорту кислорода из лёгких к ор лесные массивы. Вода в некоторых озёрах, реках стала кислой, и рыба ганам и тканям организма. Нарушение там вымерла. Содержание свинца и ртути в дыме работающих на угле обменных процессов, угнетение ткане электростанций уже давно вызывает сильное беспокойство. Извест- вого дыхания, приступы стенокардии.

но «Атмосферное коричневое облако» — смог, покрывающий большую У пешеходов в часы пик — общее недо часть территорий на севере Индийского океана. В этой части мира про- могание, психомоторные нарушения.

живает около трёх миллиардов человек. На одной трети Китая регуляр- 1.3. Оксид серы (IV);

1.3. Частота респираторных заболева ний, бронхиальной астмой прямо про но выпадают кислотные дожди из-за ТЭС, работающих на угле.

порциональна росту концентрации сер Масштабы загрязнения атмосферного воздуха значительны: выброс нистого газа в воздухе. Общее отравле углекислого газа составляет более 20 млрд т/год, выброс двуокиси серы ние организма проявляется в изменении более 200 млн т/год, фреонов — 1 млн т/год. За последние 100 лет вы состава крови, нарушении обмена ве бросы углекислого газа в атмосферу возросли в 30 раз, свинца в 20 раз, ществ, повышении артериального давле двуокиси серы в 15 раз. ния, изменении бактерицидности кожи.

Средние за год концентрации какого-либо из веществ, за содер- Оксид серы, взаимодействуя с влагой и жанием которых ведутся регулярные наблюдения, превышали ПДК кислородом воздуха, образует серную в 187 городах, где проживает 66 млн человек. кислоту — «кислотный дождь».

102 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ 1.4. Оксиды азота 1.4. Раздражение слизистых оболочек 2.3. Мышьяк;

2.3. Абсорбция солей мышьяка в (I, II, IY);

глаз, носа, дыхательных путей;

обра- желудочно-кишечном тракте, лёгких, зование метгемоглобина, понижение коже. Нарушение тканевого дыхания, кровяного давления. У детей снижение накопление в организме кислых про дыхательной функции, частые респира- дуктов обмена, гемолиз, анемия, деге торные заболевания. неративные и некротические процессы в тканях на месте контакта, эмбрио- и 1.5.Аэрозоль 1.5. Свинец — протоплазматический яд тератогенные эффекты, канцерогенное свинца;

широкого спектра действия, вызывает действие и нейротические нарушения.

изменение сердечнососудистой, нерв ной, иммунологической систем, эндо- 2.4. Ванадий. 2.4. Раздражение верхних дыхательных кринные и обменные нарушения, забо- путей, влияние на процессы обмена ве левания почек, желудочно-кишечного ществ, нервную систему.

тракта. У детей — замедленный рост, 2.5. Радиоактивные 2.5. Усиливается риск развития онко анемию, повышенную раздражитель вещества. Количество логических заболеваний, генетических ность, вялость;

нарушения моторных радиоактивных от- дефектов, лучевой болезни, снижается функций: неправильную походку, нару ходов, произведённых иммунитет.

шение равновесия, мышечную слабость.

тепловыми станциями, Маленькие дети относятся к группе вы работающими на угле, сокого риска в отношении свинцовых к 2040 году составит интоксикаций.

828 632 т урана, более 1.6. Хлор;

1.6. Раздражение верхних дыхательных 2 млн. т тория. Изотопы путей, слизистой глаза, отрицательно и продукты их распада:

воздействует на световую чувствитель радий, радон, полоний, ность глаз.

висмут, свинец — ток 1.7. Сажа — образуется 1.7. Заболевания верхних дыхательных сичны для человека и в результате неполного путей, конъюнктивиты, дерматиты, ал окружающей среды в сгорания или термиче- лергические заболевания, рак лёгкого.

целом.

ского разложения угле- Имеют значение размеры частиц сажи.

водородов. Наиболее опасными являются микро В последние десятилетия кислород всё больше расходуется челове частицы, проникающие глубоко в дыха ком: энергетика, транспорт, различные производства. В целом, на антро тельные пути.

погенную деятельность в мире расходуется столько кислорода, сколько 2. Тепловые 2.1. Сажа, являющаяся 2.1. см.1. хватило бы для дыхания 50 млрд человек.

электростанции носителем смолистых веществ и углеводоро дов, в том числе бензо- Кислотные дожди пирена. (материал для третьей группы учеников) 2.2. Пыль, зола, со- 2.2. Уменьшает вентиляционную спо Широко известный ныне термин «кислотные дожди» появился в держащие оксид (IY) собность и ёмкость лёгких, поврежде 1872 г., его ввёл в практику английский инженер Роберт Смит, опубли кремния и соединения ние слизистых оболочек глаз, верхних ковавший книгу «Воздух и дождь: начала химической климатологии».

практически всех метал- дыхательных путей. Вызывает фиброз лов, в том числе: ные изменения в лёгких, накопление в К основным загрязнениям атмосферы, которые являются источниками организме двуокиси кремния приводит образования кислотных дождей, относятся диоксид серы, оксиды азо к силикозу. та и летучие органические соединения (ЛОС). Так, при производстве электроэнергии более 90% выбросов диоксида серы образуются в ре зультате работы тепловых электростанций. При сжигании угля и нефти образуется в т.ч. и двуокись серы, которая, поступая в воздух, окисляется кислородом воздуха до трёхокиси. Её реакция с водяными парами при 104 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ водит к образованию сернистой кислоты. Она, постепенно окисляясь, превращается в серную кислоту. Количество содержащихся в городском Глобальное потепление климата и его последствия воздухе капелек серной кислоты может достигать 5—20%. (материал для четвёртой группы учеников).

В России основными источниками двуоксида серы являются элек Такие газы, как диоксид углерода, метан, оксид азота, озон, фреоны, троэнергетика, цветная и чёрная металлургия.

пропуская солнечные лучи, препятствуют длинноволновому тепловому из Наиболее значительным источником оксидов азота и ЛОС являются лучению с земной поверхности. Повышение этих газов в атмосфере при транспортные средства, особенно автомобили, работающие на бензине.

водит к парниковому эффекту. Они, парниковые газы, как стеклянная крыш Необходимо отметить ещё один источник загрязнения воздуха — ка парника, удерживают утечку тепла от приземных слоев атмосферы.

сжигание мусора и городских отходов. При этом в развитых странах В настоящее время вклад парниковых газов в глобальное потепле доля диоксида серы может достигать 12% от суммарного выброса, окси ние климата составил: диоксид углерода — 66%, метан — 18%, фреоны да углерода — до 5%, ЛОС — до 8%.

— 8%, азот — 3%, остальные газы — 5%.

Следует учитывать, что кроме антропогенных источников кислотных В атмосферу поступают миллионы тонн двуокиси углерода, которая дождей существуют и природные источники. Например, оксидов азота, образуется при сжигании ископаемых видов топлива, из-за безжалост грозовые разряды молний, почвенные микроорганизмы, микрофлора ной вырубки лесов, особенно тропических.

пресных и океанических вод. К природным источникам следует отнести Прогнозы учёных показывают, что изменения температуры в поляр и лесные массивы, природные газы, выходящие из почвы, продукты го ных регионах Земли окажутся более значительными. Это объясняется рения биомассы (при лесных пожарах). Однако вклад природных источ тем, что в промышленных регионах имеет место «дымка» из взвешен ников в образование кислотных дождей незначительный. Интересным ных частиц, уравновешивающая парниковый эффект за счёт отражения является тот факт, что антропогенный аммиак может существенно влиять поступающей на земную поверхность солнечной энергии.

на нейтрализацию кислотных дождей.

Ряд учёных считают, что для корректной оценки возможных послед Кислотные дожди приводят к тяжёлым экологическим последствиям:

ствий парникового эффекта целесообразно привлечение палеогеогра — ухудшению видимости атмосферы;

фических данных, ведь в геологический истории нашей планеты были — закислению почв и уменьшение их плодородия;

периоды глобальных климатических изменений, не связанных с пар — закислению водоёмов и, как результат сокращению запасов цен никовыми эффектами. Тем не менее, беспокойство по поводу возмож ных видов рыб. Так, при снижении рН до 6,5–6,0 погибают улитки, мол ной угрозы климатических изменений, обусловленных деятельностью люски, ракообразные, гибнет икра земноводных;

при рН = 6,0–5,0 гиб человека, привело к созданию МГЭИК (международной группы экспер нут сиговые рыбы, форель, хариус, лосось, плотва, окунь, щука, наиболее тов по изменению климата), ВМО (Всемирной метеорологической ор чувствительные планктонные организмы и насекомые. Причиной гибели ганизации) и ЮНЭП (Программа организации объединённых наций по рыбы является не только прямое действие кислоты, но и результат дей окружающей среде). В феврале 2007 года был подготовлен доклад об ствия подвижного алюминия, вытесняемого из горных пород и донных изменении климата, который подписали 2500 учёных из разных стран.

отложений, который повреждает жаберный аппарат. Из-за нарушения В докладе сказано:

кальциевого равновесия рыба теряет способность к воспроизводству;

— увеличивается количество доказательств того, что ледник Гренлан — наносят огромный вред лесам. Кислота увеличивает подвижность дии тает в беспрецедентных масштабах и может полностью исчезнуть;

алюминия, который токсичен для корневой системы, листвы, хвои. Чаще — существуют подтверждения того, что температура в Антарктике всего страдают пихта, ель, сосна;

повышается «быстрее, чем на всей остальной планете», и лёд там также — уничтожению и гибели некоторых видов животных;

находится под угрозой исчезновения;

— ускорению коррозии мостов, плотин, зданий, металлоконструкций — измерения атлантического течения Гольфстрим, которое играет и др.;

решающую роль в формировании климата в Западной Европе, отмечают — ущербу памятникам мировой культуры;

30%-ное замедление скорости в период с 1957 по 2004 г.г.

— наносят вред здоровью людей (обострение бронхиальной астмы, — существует возможность увеличения выбросов парниковых газов хронических бронхитов, раздражение слизистой оболочки верхних ды в атмосферу Арктики из оттаявшей почвы, вечной мерзлоты и отложе хательных путей, глаз, дерматиты).

ний на морском дне;

Получение дополнительной информации с помощью ИКТ в течение — существует опасность экстремального повышения уровня Миро 5–7 минут по теме «Кислотные дожди». вого океана при условии продолжения таяния ледников.

106 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ Учитель. Предлагаю вам, проанализировав представленный материал и • разработка высокоэффективных способов очистки выбросов промыш свои познания в области экологии, осветить ряд проблем: ленных предприятий и транспорта;

— какие основные экологические проблемы стоят перед человечеством и • использование нанотехнологий:

можно ли их назвать только экологическими проблемами? — нанокатализ: каталитическое окисление оксида углерода (1) — СО с помощью наночастиц золота (2–5 нм) стабилизированными мо — в чём опасность кислотных дождей, парникового эффекта?

лекулами декантиолов или включёнными в цеолиты;

— зависит ли здоровье человека и планеты Земля от качества атмосфер — адсорбция: наночастицы MgO способны адсорбировать газы, об ного воздуха?

ладающие кислотными свойствами: SO2, CO2, HCl, HBr, SO3;

— существует ли техническая, инновационная защита атмосферного воз • создание системы экологического мониторинга;

духа от антропогенного загрязнения?

• создание системы контроля условий труда работающих;

Следующая задача: • замещение жидкого моторного топлива сжатым и сжиженным газом, перевод автомобильного транспорта на неэтилированный бензин.

— необходимо предложить ряд идей, возможных решений представлен ных экологических проблем (банк идей).

По мнению учёных, решить экологические проблемы можно с помощью повышения эффективности производства и использования новых материа Затем — релаксационная пауза.

лов, нанотехнологий.

Например, изучается возможность с помощью нанотехнологий секве страции углерода, т. е. сохранения углекислого газа под землёй или в глуби Второй этап учебного мозгового штурма нах океана вместо выброса его в атмосферу.

Данная проблема актуальна, поскольку большая часть проблем загряз Рассматриваем предлагаемые идеи для решения проблемы загрязнения нения окружающей среды связана с используемой энергией, которая гене атмосферного воздуха и охраны окружающей среды, анализируем их. При рируется за счёт сжигания ископаемых ресурсов (угля, нефти и газа), дре защите идей соблюдаем определённые правила: не перебивать друг друга, весины или продуктов жизнедеятельности человека и домашних животных.

не смеяться над товарищами;

относиться к другим так, как хотели бы, чтобы Это сжигание вызывает возрастание в атмосфере концентрации углекислого относились к вам.

газа, сажи и других загрязняющих веществ, отравляющих атмосферу и спо собствующих глобальному потеплению.

Материалы для всех групп учеников.

Почти 99% современных учёных согласны с тем, что повышение уровня Проблема загрязнения атмосферного воздуха многогранная, много- концентрации углекислого газа в атмосфере вызовет серьёзные проблемы в компонентная. Одним из таких компонентов является здоровье. Существуют течение ближайших 100 лет. Все ископаемые виды топлива выделяют угле профилактические мероприятия по снижению токсического воздействия хи- кислый газ при сгорании. Поэтому, если мы будем продолжать сжигать нефть, мических экологически опасных веществ. газ и уголь, то должны придумать способы снижения уровня углекислого газа Основными направлениями деятельности по охране здоровья населе- в атмосфере. Многие компании разрабатывают варианты сохранения угле ния от неблагоприятного влияния вредных загрязнителей окружающей сре- кислого газа в подземных резервуарах, океане или в составе производных ды являются: веществ, например, карбонате кальция. Проблема в том, что для снижения • совершенствование правовой базы в области охраны труда и природо- содержания углекислого газа в атмосфере такими методами придётся в те охранных мероприятий по защите окружающей среды;

чение 100 лет хоронить десятки гигатонн углекислого газа.

Разрабатываются «умные» энергосети с помощью наноматериалов.

• строгое соблюдение требований санитарно-гигиенического надзора, Углеродные нанотрубки представляют собой один из вариантов, повышаю гигиенические регламенты величин ПДК всех используемых в произ щих эффективность системы передачи электрической энергии. Проводи водстве веществ должны строго соблюдаться и контролироваться;

мость углеродных нанотрубок в 6 раз выше проводимости меди. К тому же • создание и внедрение экологически безопасных технологий и транс они имеют гораздо меньший размер, что особенно важно в местах, где под портных средств;

108 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ земные коммуникации уже переполнены медными проводами. Углеродные сикацию солями кадмия. Витамин Р снижает повышенную проницаемость нанотрубки являются самым прочным материалом во Вселенной. Учёные капилляров при действии кремнийсодержащей пыли.

и инженеры активно работают над улучшением параметров нанотрубки. Для всех людей, работающих в тех отраслях промышленности, где ис Впервые углеродные нанотрубки были получены в 1991 году в лаборато- пользуются токсические химические вещества, обязательными являются риях компании NEC (Япония) при распылении графита в электрической дуге. ежегодные профилактические осмотры с целью выявления ранних форм за Позднее исследователи разработали различные способы их синтеза из гра- болеваний.

фита и углеводородов — путём химического осаждения из паровой фазы в присутствии катализаторов. Третий этап учебного мозгового штурма Ученики в группе выбирают интересные и перспективные идеи и защи щают их. Третий этап перенесен на следующий урок, когда ученики предста вят своё домашнее задание.

Учитель. К следующему уроку я прошу вас подготовить материал по тех ническим инновациям, которые могут стать «Лекарством для планеты» и тем самым сохранить прекрасную планету Земля и здоровье людей.

Кроме того, предлагаю вам проработать дополнительный материал, ко торый, надеюсь, будет стимулировать поиск технических решений для очист ки воздуха (см. приложение).

РИС. ГРАФИТОВАЯ ПЛОСКОСТЬ И МНОГОСТЕННАЯ УГЛЕРОДНАЯ НАНОТРУБКА Ваша задача — подготовить презентации по темам: кислотный дождь, парниковый эффект, нанотехнологии в охране окружающей среды.

В настоящее время синтезировано множество углеродных трубок: X и Y-образные, покрытые «шубой» аморфного углерода или фуллереновыми «почками», и многое предстоит ещё сделать, что поможет очистить ат мосферный воздух. По мнению учёных, большим потенциалом обладает ры нок производства наноматериалов для промышленных и бытовых фильтров, Приложение. Учебный мозговой штурм защитных средств для очистки атмосферного воздуха Цель: развитие творческого, в том числе технического стиля мышления, когда реше Профилактика токсического действия вредных веществ включает и ле- ние определённой задачи (или задач) организуется в форме мозгового штурма.

чебное питание, повышающее устойчивость организма к неблагоприятным Дидактические ценности учебного мозгового штурма (УМШ):

факторам среды. Серосодержащие аминокислоты (цистин, метионин), со • это активная форма работы, хорошее дополнение и противовес репродуктивным держащиеся в твороге, студне рекомендуются для непосредственного свя формам учебы;

зывания некоторых ядов (хлористый метил, гексахлорциклогексан и другие). • учащиеся тренируют умение кратко и чётко выражать свои мысли;

Повышенное содержание жиров в рационе ускоряет всасывание некоторых • участники штурма учатся слушать и слышать друг друга, чему особенно способствует ядов в пищеварительном тракте (свинец, углеводороды). Углеводы повы- учитель, поощряя тех, кто стремится к развитию предложений своих товарищей;


• учителю легко поддержать трудного ученика, обратив внимание на его идею;

шают устойчивость организма к действию фосфора, хлороформа, цианидов.

• наработанные решения часто дают новые подходы к изучению темы;

Повышение содержания кальция в пище облегчает интоксикацию фторида • УМШ вызывает большой интерес учеников, на его основе легко организовать дело ми. Железо облегчает течение отравления сернистым и цианистым натрием.

вую игру.

Особое место в профилактике токсического действия промышленных ядов занимают витамины. Аскорбиновая кислота показана при отравлении Здоровьесберегающие аспекты:

бензолом, фосфором, мышьяком и другими ядами. Витамины группы В и К • осознанное, мотивированное добровольное участие учеников в творческой группе (свобода выбора);

облегчают интоксикации углеводородами, солями плавиковой кислоты, бен • креативный характер проведения УМШ позволяет перевести игру в обучение, твор золом, ртутью, свинцом, фтором, сероуглеродом. Витамин D влияет на инток чество, в «терапию» — микроклимат сотрудничества, успеха.

110 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ Учебный мозговой штурм позволяет перевести игру в модель человече- И опять небольшой перерыв — физкультминутка.

ских отношений, складывающихся в процессе труда.

Рефлексия каждого этапа УМШ помогает ученикам понять, усвоить, струк турировать материал, обсудить проблемы, правила дальнейшей работы Третий этап. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ Технология Группа отбирает от 2 до 5 самых интересных решений и назначает спи кера, который рассказывает о них классу и учителю. (Возможны варианты:

Обычно штурм проводится в группах численностью 7–9 учащихся. например, группа отбирает самое практичное предложение и самое «ди До штурма: кое».) В некоторых случаях целью группы является поиск как можно больше го числа решений, и тогда спикер может огласить все идеи.

l. Группу перед штурмом инструктируют. Основное правило на первом этапе штурма — НИКАКОЙ КРИТИКИ!

В каждой из групп выбирается или назначается учителем ведущий. Он КАК ВЫБРАТЬ ЗАДАЧУ ДЛЯ УМШ?

следит за выполнением правил штурма, подсказывает направления поиска идей. Ведущий может акцентировать внимание на той или иной Мозговой штурм пройдет гарантированно интересно, если задача име интересной идее, чтобы группа не упустила её из виду, поработала над ет большое число возможных решений. Если это исследовательская задача, её развитием.

например, необходимо объяснить непонятное явление, то она должна допу Группа выбирает секретаря, чтобы фиксировать возникающие идеи скать несколько возможных гипотез-объяснений.

(ключевыми словами, рисунками, знаком...).

2. Проводится первичное обсуждение и уточнение условия задачи.

ВОЗМОЖНЫЕ ВАРИАНТЫ РАБОТЫ ГРУПП:

3. Учитель определяет время, необходимое для проведения первого эта па (обычно 20 минут). Временные параметры желательно зафиксиро 1. Класс предлагается разбить на несколько групп. Все группы могут вать на доске.

одновременно, независимо друг от друга, штурмовать одну задачу.

Возможна организация конкурса идей. И пусть жюри тоже состоит из учеников.

Первый этап. СОЗДАНИЕ БАНКА ИДЕЙ 2. Каждая из групп может штурмовать свою задачу. Лучше все задачи объединить более общей проблемой.

Главная цель — наработать как можно больше возможных решений. В 3. Нет ничего плохого в том, если третий этап будет отделён време том числе те, которые на первый взгляд кажутся «дикими». Иногда имеет нем, даже проведён на другом уроке. Если за это время у участ смысл прервать этап раньше, если идеи явно иссякли и ведущий не может ников группы появятся новые идеи — пусть обсуждают и их. Ведь исправить положение.

главное — спровоцировать интенсивную мыслительную деятель Теперь небольшой перерыв, в котором можно обсудить штурм с реф ность над учебной задачей, а не выдвинуть определённое коли лексивной позиции: какие были сбои, допускались ли нарушения правил и чество идей в строго отведённое время. А иногда целесообразно почему. Желательно сделать релаксационную паузу.

вообще ограничиться только первым этапом штурма с оглашением всех найденных идей.

Второй этап. АНАЛИЗ ИДЕЙ Рекомендации. Чёткое целеполагание и структурирование материала этапов уроков, правил проведения каждого этапа УМШ. Составление тема Все высказанные идеи группа рассматривает критически. При этом при тических карточек для каждого этапа урока и, если нужно, предоставление держивается основного правила: в каждой идее желательно найти что-то терминологических карт, использование метода «Направляющего текста», полезное, рациональное зерно, возможность усовершенствовать эту идею который в рамках комплексных учебных задач выполняет направляющую и или хотя бы применить в других условиях.

112 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ структурирующую учебный процесс функцию. мо помнить, что за сутки человек пропускает через свои лёгкие в среднем Полезно после каждого этапа работы проводить физкультминутку или 18 кг воздуха! Не надо списывать наши недомогания на то, что «... что-то не релаксационные паузы (не больше двух на уроке). то съел, или что-то не то выпил...». Достаточно всего 10 минут простоять в автомобильной пробке и не нужно искать другие причины головной боли.

Таким образом, меняя формы и методы ведения урока, разнообразя Точно такую же концентрацию загрязнителей можно обнаружить и у себя их, реализуя здоровьесберегающие технологии, учитель делает ученика ак- дома. От уличных летучих загрязнителей нельзя укрыться ни за какими гер тивным участником учебного процесса, помогает его самоактуализации и метичными стеклопакетами — чистому воздуху просто неоткуда взяться. Но и самореализации, развивает творческой потенциал. Всё это в свою очередь это ещё не всё.

является условием достижения качества образования при реализации прин- В квартире нас «встречают» наши собственные источники загрязнения ципов здоровьесберегающей педагогики. воздуха. Исследования, проведённые Московским НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды имени А. Н. Сысина РАМН, показали, что уро вень химического загрязнения внутри зданий превышает уровень загряз нения атмосферного воздуха от 1,5 до 4 раз, то есть в 20–50 раз сильнее, чем на улице! Выявлено, что в воздухе закрытых квартир и офисов может одновременно присутствовать более 100 летучих химических веществ, от Приложение.

носящихся к различным классам химических соединений. Например, недо О загрязнении атмосферного воздуха рогую современную мебель делают из недорогих, современных материалов — фанеры, ДСП, ДВП. В этих материалах в качестве связующего материала С каждым годом в мире возрастают проблемы, связанные с обеспечени- используется фенолформальдегидная смола. Она же используется в произ ем санитарно-эпидемиологической и химической безопасности населения. водстве минераловатных утеплителей, широко применяемых в строитель Увеличение и обострение опасных инфекций, передающихся воздушно- стве. У этого полимерного соединения множество достоинств: оно удобно в капельным путём (грипп, ОРЗ, атипичная пневмония, туберкулёз и др.), рост работе, очень недорого в производстве, почти не горит. Есть у него и недо химических загрязнений, ухудшение экологической обстановки в городах и статок: оно постепенно разлагается на фенол и формальдегид, а вот оба эти общее уменьшение количества здоровых людей, объективно свидетельству- соединения считаются ядовитыми для человека. ПДК фенола и формальде ет о необходимости принятия срочных мер по обеспечению безопасности гида 0,01 мг/м3 и 0,003 мг/м3 соответственно.

населения. Жилье человека «пахнет» фенолом и формальдегидом, которые широко Известно, что состав земной атмосферы не изменялся тысячелетиями применяются при изготовлении мебели и в строительстве, пентахлорфено за время существования человечества. Вулканические извержения, ко- лом из ДСП, хлорвинилом из моющихся обоев, окисью этилена из пластико нечно, «портили воздух», но эти события случались не часто и не при- вых труб и т. д. Причем, «благодаря» количеству использованных в квартире нимали характер глобальной катастрофы. Наши предки дышали чистым материалов (килограммы) и ничтожности ПДК их паров (миллиграммы), ука воздухом. ХХ век — век бурного научно-технического прогресса, помимо занные источники загрязнений воздуха являются «вечными» по сравнению удобств и комфорта, «подарил» человечеству разнообразные аллерги- с продолжительностью человеческой жизни. Все эти ядовитые вещества вы ческие заболевания. Медицина связывает аллергические проявления с зывают медленное отравление организма и провоцируют серьёзные заболе неадекватной реакцией организма на незнакомые ему (организму) ве- вания, в том числе онкологические.

щества. Действительно, откуда знать иммунной системе человека, которая Для полноты картины укажем на ещё один источник загрязнений — это закладывалась ещё до Потопа, о появлении в ХХ веке, например, бензо- сам человек, его любимые домашние животные и комнатные растения. На их пирена, который в изрядном количестве присутствует в выхлопе двигате- долю приходится распространение вирусов и бактерий, а также спор гри ля внутреннего сгорания. бов, т. е. плесень. В воздушной среде помещений могут существовать более На сегодняшний день мы дышим тем же воздухом, но с некоторыми «до- 60 видов патогенных организмов, среди которых возбудители туберкулёза, полнениями». По данным Москомприроды, в районах жилых застроек вбли- гриппа, лихорадки, менингита и т. п. Любопытно, что в нежилых помещениях зи автомагистрали уровень загрязнений по угарному газу и окислам азота вирусы и бактерии не живут. Шведские учёные приняли норматив, по ко превышает предельно допустимый (ПДК) в 10–15 раз. При этом необходи- торому на каждого шведа в помещении должно приходиться по 25 м3 воз 114 СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ духа. При уменьшении этой величины возрастает вероятность переноса ин фекционных заболеваний. Но даже при соблюдении этой нормы, которая у нас, к сожалению, почти никогда не соблюдается, сложно спастись от такого распространенного заболевания, как аллергия. А сегодняшняя эпоха — это, к сожалению, эпоха аллергии, единственным эффективным способом борьбы с которой является устранение её первопричины, т. е. удаление аллергенов из наших помещений.


Существует ещё одна неприятность, которая уже случилась в Европе Н. Л. Бова, А. С. Обуховская и поджидает нас. В Германии результатом борьбы за сохранение тепла в жилых помещениях (утепление стен и герметизации окон стеклопакетами) стало массовое распространение плесени и, как следствие, — всплеск ал Законы термодинамики лергических заболеваний. Проблема приняла государственные масштабы.

Причина — в уменьшении воздухообмена и повышении влажности из-за в окружающем нас мире тотальной герметизации. Частично проблема решается с помощью частого проветривания или активной приточной вентиляции, но полностью этими БИНАРНЫЙ УРОК В 10-ОМ КЛАССЕ: ФИЗИКА — ЭКОЛОГИЯ способами её не решить.

Таким образом, ясно, что воздух в помещениях необходимо очищать.

Пора пересмотреть своё отношение к собственному здоровью, чтобы и дома, и в гостях, и на работе огородить себя, детей и близких от перечисленных проблем, и в любом помещении дышать чистым и здоровым воздухом. Цель урока: повторение и обобщение знаний учащихся о термодинамических про цессах;

расширение знаний о применении законов термодинамики в технике, науке, ме дицине, проявлении их в природе. Развитие знаний учащихся о наночастицах, нанотех (Источник — http://www.aerolifeshop.ru/komu.html/) нологиях.

Тип урока: бинарный урок, обобщение и систематизация знаний.

Форма урока: урок-конференция.

Содержательные линии:

• Повторение законов термодинамики;

• Изучение понятия энтропии, третьего закона термодинамики;

• Объяснение тепловых явлений в технике, природе, медицине, экологии;

• Рефлексия;

• Подведение итогов.

Здоровьесберегающий аспект:

• Стимулирование мотивации обучения (орг. этап урока);

• Включение учащихся в активную творческую деятельность, возможность самореа лизации, положительный эмоциональный микроклимат (работа в группах);

• Физкультурная пауза;

• Дискуссия, соблюдение правил дискуссии.

Предполагаемые результаты:

Личностные:

Учащиеся смогут установить связь между результатом своей деятельности на уроке, связанной с расширением знаний о применении законов термодинамики, нанотехноло 116 10 КЛАСС СЦЕНАРИИ УРОКОВ гий в науке, медицине с практической ролью термодинамики, нанотехнологий в окружаю- ровать тепловые двигатели, предсказывать погоду, плавить металл, создавать щем нас мире. теплоизоляционные и термостойкие материалы.

Предметные:

Рассматривая взаимные превращения тепла и различных видов энергии, • Умение объяснять на основе законов термодинамики тепловые явления в технике, ТД представляет собой дисциплину, или скорее метод, который очень широ природе, медицине, экологии;

ко используется учёными в разных областях науки для установления связи • Осознание значимости наночастиц, наноматериалов, нанотехнологий в решении между различными явлениями природы.

ряда проблем термодинамики.

Метапредметные (формирование надпредметных знаний): Очень часто в научной литературе один и тот же закон формулируется • Развитие самообразования, рефлексии;

способности анализировать рассматривае- по-разному. Я прошу физиков дать формулировку 1-го и 2-го законов термо мый материал: законы термодинамики в физике, экологии, биологии;

использование на динамики.

нотехнологий в решении проблем термодинамики.

• Развитие аналитической деятельности.

«Физики». Закон сохранения и превращения энергии, распространённый • Выяснение особенностей протекания тепловых процессов в организме человека и на тепловые явления. Носит название первого закона термодинамики:

тепловых двигателях.

• Определение наличия смысловой разницы в формулировках в физике, экологии и • Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного биологии.

состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества те плоты, переданного системе;

Универсальные учебные действия:

Или (вторая формулировка):

Познавательные:

• Стимулирование самообразования, в том числе связанного с нанотехнологиями;

• Количество теплоты, переданное системе, идёт на изменение её вну развитие способности искать, выделять материал в соответствии с поставленной задачей.

тренней энергии и на совершение системой работы над внешними си • Умение планировать и осуществлять деятельность, направленную на решение задач лами (на экране таблица, которая заполняется по мере высказывания исследовательского характера.

учеников) (см. Приложение 2).

Коммуникативные: умение работать в группе, чётко излагать подготовленный мате риал.

Учитель экологии. Уважаемые экологи! А как формулируются эти законы в экологии?

Экологи дают определения из учебника экологии:

Примерный ход урока ПЕРВЫЙ ЗАКОН: энергия может превращаться из одной формы в дру гую, но не может быть создана или уничтожена.

Учитель физики. Тема сегодняшнего урока «Законы термодинамики в ВТОРОЙ ЗАКОН: при совершении работы энергия не может быть ис окружающем нас мире». Термодинамика опирается на фундаментальные за пользована на все 100% и часть её неизбежно превращается в тепло.

коны (начала), которые являются обобщением наблюдений над процессами, протекающими в природе независимо от конкретных свойств тел.

Учитель экологии. Прослушаны два варианта формулировок. По ходу ра Как бы вы сформулировали цель нашего урока? (После высказываний боты мы ещё не один раз обратимся к этим законам. Я надеюсь, что к концу учеников формулирует цель урока: «Обобщить и систематизировать знания конференции сможем выяснить, есть ли разница в смысле этих законов, из о применении законов термодинамики в технике, науке, медицине и про лагаемых физиками и экологами.

явлении их в природе».) Мы уже много знаем о теории тепловых явлений, но помогли нам в этом Мы проводим урок в форме конференции, на которой собрались спе те, кто шёл впереди нас, кто своей жизнью, судьбой, совершая ошибки и ис циалисты в разных областях: историки, физики, биологи, экологи и медики.

правляя их, продвигал человеческое знание к нынешним высотам. Поэтому Конференция предполагает подведение итогов и, чтобы это было легче сде первое слово — «историкам».

лать, я предлагаю вам в ходе работы заполнить таблицу, которую вы видите на экране. (см. Приложение 1).

«Историки» рассказывают об открытии закона сохранения энергии Думаю, что вас не нужно убеждать в том, как важны тепловые явления.

(Майер, Джоуль, Гельмгольц).

Знания законов термодинамики (ТД) помогают обогревать дома, конструи 118 10 КЛАСС СЦЕНАРИИ УРОКОВ Учитель физики. Термодинамика возникла как наука о превращениях ли и одновременно потёрли — работа и теплопередача. А что происходит с теплоты и работы друг в друга. Творцы ТД ставили задачу создать теорию организмом человека, если всё-таки нарушается терморегуляция?

тепловых машин (огненных машин, как говорили раньше). Их целью было научно объяснить успехи, достигнутые изобретателями тепловых двигателей. «Медики» рассказывают о тепловом ударе и теплолечении.

В настоящее время термодинамика — самостоятельная наука, её законы ши роко применяются не только в физике, но и в химии, биологии, гидродина- Учитель физики. Огромную роль в жизнедеятельности организма играет мике и др. естественных науках. теплопроводность. Как видно из таблицы (см. Приложение 5), жировая клет Слово физикам, которые несколько расширят ваши знания о некоторых чатка обладает малой теплопроводностью, что ограничивает потерю тепла понятиях термодинамики. организмом в окружающую среду, лучшей теплопроводностью обладают ко сти и мышцы, это способствует выравниванию температур в разных частях «Физики» рассказывают о понятии энтропии, третьем законе термодина- тела.

мики, теплопроводности в технике, тепловых свойствах наноматериалов (см. Все процессы, протекающие в человеческом организме, в конечном счё Приложение 3). те сводятся к обмену веществ и неразрывно связанной с ним энергии. Все механические движения, совершаемые человеком при ходьбе или выпол Учитель экологии. Единственным источником жизни в организме явля- нении физических упражнений, вся его трудовая деятельность сопровожда ется энергия, заключённая в химических связях молекул жиров, белков и ются затратами энергии. Источником энергии, используемой организмом, углеводов, поступающих в организм с пищей. В результате окислительных является пища.

процессов происходит ступенчатое освобождение этой энергии, а затем Потребляемые нами пищевые продукты растительного и животного про часть её рассеивается в виде тепла, а часть — накапливается в виде микроэр- исхождения в результате сложных биохимических реакций, протекающих в гических связей (это происходит в молекулах АТФ — аденозинтрифосфорной организме, окисляются. При их окислении разрушаются связи, существую кислоты). щие между отдельными молекулами пищевых веществ, и освобождается Энергетические процессы живого организма происходят в строгом соот- значительное количество энергии. Количество энергии, освобождающейся ветствии с первым законом термодинамики. Обратите внимание на таблицу при полном окислении единицы массы пищевых веществ в организме чело (см. Приложение 4). века, называется калорийностью пищи.

Я прошу биологов рассказать о проявлении законов термодинамики в живых организмах. «Медики». Сообщение о калорийности разных продуктов и рациональ ном питании.

«Биологи» рассказывают о теплоизоляции, роли испарений для живот ных и растений, терморегуляции человека. Учитель физики. Из сказанного ясно, что тепловой баланс организма поддерживается с высокой точностью и в полном соответствии с законом Учитель экологии. Благодаря терморегуляции температура тела челове- сохранения энергии, т. е. с первым законом термодинамики.

ка и теплокровных животных поддерживается постоянной в определённых пределах. О терморегуляции с точки зрения анатомии и медицины нам рас- Учитель экологии. Основная планетарная функция живого вещества на скажут медики. земле заключается в связывании и запасании солнечной энергии, которая идёт на поддержание многих процессов в биосфере. Более 99% энергии, «Медики» рассказывают о гипоталамусе, рецепторах, адаптации к темпе- поступающей на поверхность земли, — это энергия солнечного излучения.

ратурам, потовых железах. Однако не вся энергия солнечного излучения может усваиваться и исполь зоваться организмами. Эта энергия растрачивается на процессы выветри Учитель физики. Вы слышали, как организм человека поддерживает по- вания, испарения, т. е. физические и химические процессы, происходящие стоянную температуру. А как мы себе помогаем согреть руки, когда нам хо- в биосфере. На земле существует один единственный процесс, при котором лодно? Подышали — какой способ изменения внутренней энергии? (ответ энергия солнечного излучения не только тратится и перераспределяется, но учащихся) — теплопередача. Потёрли руки — механическая работа. Подыша- и запасается на длительное время в виде химической энергии в процессе 120 10 КЛАСС СЦЕНАРИИ УРОКОВ фотосинтеза. Энергия, вовлечённая в биологический круговорот, произво дит огромную работу по созданию первичной продукции. Что происходит с КПД =, первичной продукцией? Я предоставляю слово экологам.

где Т1 и Т2 — соответственно температура нагревателя и холодильника.

«Экологи» рассказывают о пищевых цепях. Определим температуру мышцы Т1, предполагая, что она работает, как те пловая машина, при температуре +25°С и КПД 30%. Подставляя в формулу Учитель экологии. Для подведения итогов конференции я прошу каж- температуру холодильника Т2 = 298К и КПД 1/3, получаем:

дую группу специалистов ответить на вопросы, которые вы видите на экране.

На столах у вас такая таблица тоже есть (см. Приложение 6).

=, откуда Т1 = 447К или 174°С.

ВЫВОДЫ Несмотря на разное звучание законов термодинамики, смысловая ха Таким образом, если бы мышца работала, как тепловая машина, она на рактеристика данных законов неизменна, о чём свидетельствует наша кон грелась бы до +174°С. Это, разумеется, нереально, так как белки, как извест ференция.

но, денатурируют при температуре 40°—60°С.

Чем глубже проникают исследователи в тайны природы, тем больше сти Таким образом, в живой системе независимо от того, целый это организм раются границы между отдельными областями науки и тем труднее дать точ или отдельные органы (например, мышцы), работа не может совершаться за ное определение и разграничение отдельных дисциплин. Это в полной мере счёт притока тепла извне, то есть живой организм не может работать, как относится к предмету термодинамики.

тепловая машина, в нём работа совершается только за счёт изменения вну Закон сохранения энергии управляет всеми явлениями природы и свя тренней энергии.

зывает их воедино. Не известно ни одного случая, когда бы этот великий закон не выполнялся.

Человек представляет собой сложную биологическую машину, которая работает, как и всё во Вселенной, согласно законам физики. Процессы, про исходящие в живой природе, намного сложнее процессов в неживой приро де. Последние научные исследования показали, что наномир, в том числе и наномир человека, богат новыми неожиданными закономерностями и явле ниями. Нанотехнологии позволяют открыть тайны наномира человека.

Можно провести аналогию между тепловым двигателем и человеком.

Роль горючего, содержащего энергию в аккумулированной и готовой к упо треблению форме, играет пища. Однако в отличие от двигателей скорость совершения работы живым существом не поддаётся регулированию. Её зна чение определяется скоростью протекания химической реакции окисления, характер которой устанавливается в процессе естественного отбора приме нительно к условиям на поверхности планеты.

Учитель физики. Человеческий организм также имеет КПД. Мы знаем, что работа может совершаться или за счёт изменения внутренней энергии, или за счёт сообщения системе некоторого количества тепла. Произведём простой расчёт, ориентируясь на известное КПД тепловой машины (см.

слайд — Приложение 7).

122 10 КЛАСС СЦЕНАРИИ УРОКОВ ПРИЛОЖЕНИЕ 3.

Приложения Почему наночастицы плавятся при низкой температуре?

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. При уменьшении размеров частицы изменяются не только её меха нические свойства, но также и её термодинамические характеристики.

Например, температура её плавления становится гораздо ниже, чем у ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ В ОКРУЖАЮЩЕМ НАС МИРЕ образцов обычного размера. На рисунке показано, как изменяется тем ИСТОРИЯ ФИЗИКА, БИОЛОГИЯ ЭКОЛОГИЯ МЕДИЦИНА пература плавления наночастиц из алюминия при уменьшении их раз ТЕХНИКА меров. Видно, что температура плавления частицы размером 4 нм на 140°С меньше, чем у образца алюминия обычных размеров.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.

ФОРМУЛИРОВКИ ЗАКОНОВ ТЕРМОДИНАМИКИ ФИЗИКА БИОЛОГИЯ, ЭКОЛОГИЯ РИС. ЗАВИСИМОСТЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВЛЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ АЛЮМИНИЯ Tm 1 закон ТД Изменение внутренней энергии Энергия может системы при переходе её из одного превращаться из одной ОТ ИХ РАДИУСА R В АНГСТРЕМАХ () 1 = 0,1 НМ1.

состояния в другое равно сумме работы формы в другую, но не внешних сил и количества теплоты, может быть создана или Зависимости, аналогичные той, которая показана на рисунке, были переданного системе уничтожена.

получены для многих металлов. Так, при уменьшении диаметра наноча U = Q + А стиц из олова до 8 нм их температура плавления падает на 100°С (от или 230°С до 130°С). При этом самое большое падение температуры плав Количество теплоты, переданное ления (более чем на 500°С) было обнаружено у наночастиц золота.

системе, идёт на изменение её внутренней энергии и на совершение У наночастиц почти все атомы на поверхности!

системой работы над внешними силами Причиной понижения температуры плавления у наночастиц слу Q = U + А/ жит то, что атомы на поверхности всех кристаллов находятся в особых 2 закон ТД Невозможно перевести теплоту от бо- При совершении работы условиях, а доля таких «поверхностных» атомов у наночастиц стано лее холодной системы к более горячей энергия не может вится очень большой. Сделаем оценку этой «поверхностной» доли для при отсутствии других одновременных быть использована на алюминия.

изменений в обеих системах или в все 100%, и часть её окружающих телах. неизбежно превращается в тепло. Взято из Lai et al. (Applied Physics Letters, 1998, v. 72: 1098—1100).

124 10 КЛАСС СЦЕНАРИИ УРОКОВ 3 Легко вычислить, что в 1 см алюминия содержится примерно 6 10 на поверхности всех кристаллов образуется плёнка жидкости. Кстати, атомов. Для простоты будем считать, что атомы находятся в узлах куби- кристаллы льда не являются исключением. Поэтому лёд и скользкий (см.

ческой кристаллической решётки, тогда расстояние между соседними рисунок).

атомами в этой решётке будет равно около 4 10–8 см. А значит, плот ность атомов на поверхности составит 6 1014 на см2.

Теперь возьмём кубик из алюминия с ребром 1 см. Число поверх ностных атомов у него будет равно 36 1014, а число атомов внутри — 6 1022. Таким образом, доля поверхностных атомов у такого алюминие вого кубика «обычных» размеров составляет всего 6 10–8.

Если сделать такие же вычисления для кубика из алюминия разме ром 5 нм, то окажется, что на поверхности такого «нанокубика» нахо дится уже 12% всех его атомов. Ну, а на поверхности кубика размером 1 нм вообще находится больше половины всех атомов! Зависимость «поверхностной» доли от числа атомов показана на рисунке.

РИС. СХЕМАТИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО СРЕЗА ЛЬДА.

БЕСПОРЯДОЧНОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ МОЛЕКУЛ ВОДЫ НА ПОВЕРХНОСТИ СООТВЕТСТВУЕТ ПЛЁНКЕ ЖИДКОСТИ, А ГЕКСАГОНАЛЬНАЯ СТРУКТУРА В ТОЛЩЕ — ЛЬДУ.

КРАСНЫЕ КРУЖКИ — АТОМЫ КИСЛОРОДА;

БЕЛЫЕ — АТОМЫ ВОДОРОДА3.

Толщина жидкой плёнки на поверхности кристалла растёт с темпе ратурой, так как более высокая тепловая энергия молекул вырывает из кристаллической решётки больше поверхностных слоёв. Теоретические оценки и эксперименты показывают, что как только толщина жидкой плёнки на поверхности кристалла начинает превышать 1/10 размеров кристалла, вся кристаллическая решётка разрушается и частица стано вится жидкой. Поэтому и температура плавления частиц постепенно па дает с уменьшением их размера.

Очевидно, что «легкоплавкость» наночастиц следует учитывать на любых нанопроизводствах. Известно, например, что размеры современ ных элементов электронных микросхем находятся в нанодиапазоне. По этому понижение температуры плавления кристаллических нанообъек РИС. ЗАВИСИМОСТЬ «ПОВЕРХНОСТНОЙ» ДОЛИ АТОМОВ (ОСЬ ОРДИНАТ) ОТ тов накладывает определённые ограничения на температурные режимы N В КУБИКЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА2.

КУБИЧЕСКОГО КОРНЯ ИЗ ИХ ЧИСЛА работы современных и будущих микросхем.

Помимо бурного развития наноэлектроники, появились не менее На поверхности кристалла порядка нет.



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.