Блицтурнир «Физика в живой природе» - Работа и мощность. Энергия

Цели урока: повторение материала по теме «Обобщающий урок за весь курс»; проверка знаний, сообразительности, умения логически мыслить.

Правила игры

• Вопросы подбираются по всему курсу 7 класса.

• Урок идет в быстром темпе.

• Во время урока можно пользоваться любой справочной литературой, включая учебник.

Ход урока

Учитель зачитывает вопрос. Игрок, готовый к ответу, поднимает руку; первому поднявшему руку предоставляется слово. Правильный ответ оценивается в 1 балл. Участники, набравшие меньше всех баллов, выбывают из игры.

Вопросы:

1. Выходя из воды, животные встряхиваются. Какой физический закон используется ими при этом?

2. Объясните, почему в конце прыжка спортсмен опускается на согнутые ноги.

3. Какие физические законы используются при сортировке зерен веялкой?

4. Какое значение имеют упругие волосы на подошве ног зайца?

5. Почему бегущий человек, стремясь быстро и круто обогнуть столб или дерево, обхватывает его рукой?

6. Почему трудно держать в руках живую рыбу?

7. Почему щука плавает в воде значительно быстрее многих других рыб?

8. Для чего некоторые рыбы при быстром движении прижимают к себе плавники?

9. Мелкие морские рыбки ходят стайкой, форма которой напоминает каплю. Почему образуется такая форма стайки?

10. Какое значение имеют щетинки на поверхности тела дождевого червя для его передвижения?

11. Небольшая ящерица — геккон — легко передвигается по гладким наклонным и вертикальным поверхностям, включая обычное стекло, и даже ногами вверх по потолку. Что помогает гекконам удерживаться на таких поверхностях?

12. Каково назначение плавательных перепонок на лапках утки или гуся (рис. 5)?

13. Почему человек может поскользнуться, наступив на твердую сухую горошину?

14. Осенью около трамвайных путей, проходящих вблизи садов и парков, иногда вывешивают плакат: «Осторожно! Листопад». Каков смысл этого предупреждения?

15. Почему сильный ветер летом ломает деревья чаще, чем зимой?

16. Почему овес мало страдает от ветра: почти никогда не ломается, не полегает?

17. Все знают из опыта, что идти в гору трудно. А почему?

18. Во время движения отдельных частей нашего тела некоторые кости или группы костей, наряду с другими функциями, выполняют еще и функции рычагов.

Рассмотрите работу руки и стопы человека с точки зрения рычага.

19. Почему вытянутой рукой нельзя удержать такой же груз, как согнутой?

20. Почему человек, идя по льду, старается не сгибать ноги?

21. На сухих лугах нередко встречается красивое травянистое растение, называемое луговым шалфеем. Рассмотрите устройство цветка шалфея и найдите в нем рычаг. Какое значение имеет рычаг шалфея для опыления цветка?

22. Каким образом слон использует атмосферное давление всякий раз, когда начинает пить воду?

23. Каков предел прочности человеческой кости на сжатие?

24. Почему в реке с илистым дном мы больше вязнем на мелком месте, чем на глубоком?

25. Объясните, почему человек может лежать на воде, положив руки под голову.

26. Почему у человека, спокойно лежащего на воде, во время вдоха ноги глубже опускаются в воду?

27. Для чего ботинки водолаза делают с тяжелыми свинцовыми подошвами?

28. Почему держаться на поверхности воды в море значительно легче, чем в реке?

29. Почему рыб иногда называют космонавтами водных стихий?

30. Какую роль для рыбы играет плавательный пузырь?

31. Почему водолазная собака легко вытаскивает тонущего из воды, но, дотащив его до береге не может сдвинуть даже с места?

32. Сколько приблизительно теряет в весе человек благодаря выталкивающей силе воздуха (Средняя плотность человеческого тела почти не отличается от плотности воды.)

Ответы

1. Закон инерции.

2. Сгибая ноги в конце прыжка, спортсмен искусственно увеличивает путь торможения и, следовательно, уменьшает силу удара о землю.

3. В потоке воздуха зерна, имеющие примерно одинаковую форму и объем, но разную массу, приобретают неодинаковые ускорения; легкие зерна приобретают большее ускорение, поэтому они отлетают дальше, чем тяжелые.

4. Упругие волосы на подошве ног зайца удлиняют время торможения при прыжке и поэтому ослабляют силу удара.

5. Для изменения направления движения надо приложить некоторую силу. Взаимодействие руки человека со столбом или деревом и создает эту силу.

6. Трение рыбы о руки мало, поэтому она выскальзывает из рук.

7. Заостренная форма головы щуки испытывает малое сопротивление воды (рис. 52), поэтому щука плавает очень быстро.

8. Чтобы уменьшить сопротивление движению.

9 Встречная вода действует на отдельных рыбок так, что движение каждой из них может быть облегчено или затруднено в зависимости от положения по отношению к стайке. Этот фактор и обусловливает каплевидную форму движущейся стайки рыбок, при которой сопротивление воды движению стайки наименьшее.

10. У животных весьма распространены приспособления, благодаря которым трение получается малым при движении в одном направлении и большим при движении в обратном.

Щетинки дождевого червя, свободно пропускающие тело вперед и сильно тормозящие обратное движение, делают возможным ползание червя. При удлинении тела головная часть продвигается вперед, а хвостовая остается на месте; при сокращении головная часть задерживается, а хвостовая подтягивается к ней.

11. Пальцы гекконов снабжены пластинками, на которых поперечными рядами располагаются особые щеточки из микроскопических многовершинных волосков. С помощью электронного микроскопа было подсчитано, что на одном только пальце геккона расположено свыше 200 миллионов таких щеточек, каждая из которых состоит из множества отдельных волосков. Благодаря своей ничтожно малой величине эти крючкообразные выросты способны охватывать самые мельчайшие неровности поверхности, что в сочетании с когтями позволяет ящерице легко передвигаться по гладким наклонным и вертикальным поверхностям.

12. Чтобы быстро продвигаться вперед, надо отбрасывать назад большое количество воды, поэтому плавательные конечности почти всегда широкие и имеют плоскую форму. При движении лапки вперед перепонка изгибается и лапка испытывает малое сопротивление, при движении лапки назад животное распрямленной лапкой загребает достаточное количество воды и само быстро продвигается вперед.

13. Трение способствует перемещению человека. Сухая горошина, являясь как бы подшипником, уменьшает трение между ногами человека и опорой.

14. Упавшие на рельсы листья уменьшают трение, поэтому при торможении вагон может пройти большой путь.

15. Листва значительно увеличивает лобовую поверхность дерева, а в связи с этим возрастает и действующая сила ветра.

16. Колос овса принимает такое положение, при котором он оказывает наименьшее сопротивление ветру, поэтому колосья поворачиваются в направлении ветра и обращаются к нему своими основаниями.

17. Двигаясь по ровной дороге, мы затрачиваем мускульную силу в основном на преодоление трения и сопротивления воздуха. На подъеме же приходится преодолевать не только эти силы, но и часть собственного веса.

18. Руку можно рассматривать как рычаг, точка опоры которого находится в локтевом суставе. Действующей силой является сила двуглавой мышцы (бицепс), которая прикрепляется к бугорку лучевой кости, преодолеваемым сопротивлением является груз , приложенный к кисти.

Чертеж показывает, что момент вращения мышечной силы (произведение силы на ее перпендикулярное расстояние от оси вращения О) равен в данном случае F * ОВ. Момент вращения груза R будет равен R * ОС.

Если пренебречь массой лучевой кости, то в состоянии равновесия F * OB = R * ОС, откуда F = R * (ОС/ОВ), т. е.

Так как ОС/ОВ ≈ 10, то

Таким образом, чтобы удержать груз R, необходимо усилие мышцы, в десять раз превышающее величину груза.

Рычажные механизмы скелета обычно рассчитаны на выигрыш в скорости при потере силы, так как мышца — двигатель очень сильный, но неспособный к значительным перемещениям.

Особенно большие выигрыши в скорости получаются в организме насекомых.

Примером работы рычага является также действие свода стопы при подъеме на полупальце. Опорой О рычага, через которую проходит ось вращения, служат головки плюсневых костей.

Преодолеваемая сила — вес всего тела — приложена к таранной кости. Действующая мышечная сила , осуществляющая подъем тела, передается через ахиллово сухожилие и приложена к выступу пяточной кости.

19. Когда рука вытянута, то направление действия мышечной силы составляет малый угол с продольной осью рычага. Чтобы в этом случае удержать такой же груз, как и при согнутой руке, нужно значительно увеличить мышечное усилие.

При одном и том же мышечном усилии вытянутой рукой можно удержать значительно меньший груз, чем согнутой.

20. Если человек идет не сгибая ног, то вес тела передается нормально поверхности стопы. При согнутых ногах появляется тангенциальная составляющая силы тяжести, приложенная к ногам.

Так как трение на льду невелико, то эта составляющая веса вызывает скольжение. Поэтому на согнутых ногах человек будет больше скользить и может быстрее упасть.

21. В цветках шалфея вытянутые тычинки служат длинным плечом рычага. На их конце расположен пыльник.

Короткое плечо рычага как бы предохраняет вход в цветок.

Когда насекомые, преимущественно шмели, заползают в цветок, они нажимают на короткое плечо. В это время длинное плечо рычага пыльником ударяет по спинке насекомого и оставляет на ней пыльцу. Перелетая на другой цветок, насекомые этой пыльцой опыляют его.

22. Шея у слона короткая, и он не может нагнуть голову к воде, как это делают другие животные. Слон опускает в воду свой хобот и втягивает в себя воздух. При этом за счет внешнего атмосферного давления вода поступает в хобот. Когда хобот наполнится водой, слон изгибает его и выливает воду в рот. Конечно, слон не знает об атмосферном давлении, но использует его всякий раз, когда пьет воду.

23. Бедренная кость, например, поставленная вертикально, может выдержать давление груза в полторы тонны.

24. Погружаясь на большую глубину, мы вытесняем больший объем воды. По закону Архимеда на нас в этом случае будет действовать большая выталкивающая сила.

25. Масса человеческого тела, если полости легких заполнены воздухом, хотя и ненамного, но все же меньше вытесненной им воды, поэтому человек может свободно лежать на воде, положив руки под голову.

Но стоит только высунуть из воды хотя бы одну руку и тем самым уменьшить объем погруженной части тела, как выталкивающая сила уменьшается и голова полностью погружается в воду.

Человек, не умеющий плавать, беспорядочно бьет по воде руками и ногами, чего делать не следует, высовывает из воды руки, стремясь за что-нибудь ухватиться, а при этом голова уходит под воду.

26. Во время вдоха увеличивается объем грудной клетки, поэтому по закону Архимеда она начинает выталкиваться из воды с большей силой, поворачивая при этом все тело человека.

27. Тяжелые свинцовые подошвы ботинок помогают водолазу преодолеть выталкивающую силу воды.

28. Плотность морской воды несколько больше плотности речной, поэтому по закону Архимеда морская вода выталкивает тело с большей силой.

29. Плотность рыб весьма близка к единице. Это справедливо и для громадной акулы и для крохотного малька. Но по закону Архимеда выталкивающая сила жидкости, действующая на погруженное в нее твердое тело, направлена по вертикали вверх и равна весу жидкости, вытесненной телом. Получается, что вес вытесненной воды равен весу рыбы.

Отсюда вывод: любая рыба в воде почти невесома, Стало быть, рыбы — это своеобразные космонавты в водной стихии.

30. Плавательный пузырь — это своего рода приспособление, регулирующее среднюю плотность рыбы при ее перемещении на ту или иную глубину. С помощью плавательного пузыря рыбы сохраняют равновесие в воде. Уходя в глубину, рыба сохраняет объем плавательного пузыря постоянным. Она поддерживает в нем давление, равное давлению окружающей воды, для чего непрерывно подкачивает в пузырь кислород из крови.

При всплытии, наоборот, кровь усиленно поглощает кислород из плавательного пузыря. Такая подкачка и поглощение — процессы довольно медленные, поэтому при быстром вытаскивании рыбы из большой глубины кислород не успевает раствориться в крови и раздувающийся пузырь разрывает рыбу.

У морских угрей для этой цели предусмотрен предохранительный клапан: при быстром всплытии он открывается и выпускает газ из пузыря.

31. В воде, вследствие действия выталкивающей силы, тонущий имеет малый вес

32. Допустим, масса человека 65 кг, тогда объем его 65 дм³, вес — 63,5 Н, а выталкивающая сила воздуха равна 0,83 Н.

Подведение итогов.

Учитель выставляет оценки за урок.