Физика вокруг нас.Внеклассное мероприятие

VIII Региональная научно - практическая конференция

«Колмогоровские чтения-2012». Конкурс исследовательских работ.

Секция: Физика

Тема: « Влияние УФ излучения на сопротивление растений».

Выполнил: Дзиов Ацамаз Тотразович, 9 класс, МКОУ СОШ №2,г. Бесла Научный руководитель: Тагаева Рита Исаевна, преподаватель физики

МКОУ СОШ №2 г. Беслан.

Беслан,2012

I. Введение

В многообразии живой природы растительный мир занимает особое место. Растения - великие труженики и все живое на земле обязано им своим существованием.

Они не только снабжают нас кислородом и пищей, но и одевают, греют, дают нам лекарства, краски, смолы, древесину. А как прекрасна Земля в своем зеленом убранстве.

И не случайно, по данным медиков, наши глаза наиболее чувствительны именно к зеленым лучам света.

Растения добились многого в продвижении по суше и воде, в использовании энергии света, определении и измерении времени. Кроме того, растения, как и животные, могут реагировать на предстоящие изменения погоды и даже выступать в роли живых барометров. Постепенно проникая в тайны жизни растений, наука постоянно открывает что-то новое, подчас совершенно неожиданное.

Однако многое пока все же остается за пределами наших знаний и, несмотря на достижения современной науки техники, человек еще не может искусственно производить то, что умеют растения.

Именно познанием, открытием чего-то нового мы и хотим заняться в данном исследовании.

Цель нашей работы заключается в следующем: рассмотреть влияние УФ излучения на сопротивление растений и установить связь между сопротивлением растений и жизнеспособностью растения. Зная эту связь, можно практически определять какие растения в данных условиях являются устойчивыми, а какие нет.

Для эксперимента рассаживаются два отростка растения «хлорофитумм». Один из них поставим в темное место, куда свет практически не попадает, второй - поместим в обычные условия, т.е. на свет. Назовем их растение «тень», растение «свет». Они находились под наблюдением в течение года.

Для решения данной задачи применяются практические методы (проведение экспериментов), измерение силы тока, напряжения, сопротивления, длины, ширины и толщины листа растения, и самое главное - вольтамперные характеристики для зеленых листьев растений.

I.       Введение

II.    Основная часть

1.     Подготовительная работа

2.     Практическая работа:

а) измерение силы тока, наг ряжен ля и сопротивления растения «свет» и растения «тень»;

б) определение длины, ширины и толщины листа растения;

в) вычисление удельного сопротивления листа.

 II. Заключение

IV. Библиографический список

II. Основная часть 1. Подготовительная работа.

Посадили два отростка хлорофитумма в разные горшки. Один из них поставили в темное место, куда свет практически не попадает. Второй поместили в обычные условия, т.е. на свет (на подоконник).

На протяжении всего опыта мы ухаживали, подкармливали и поливали оба растения одинаково.

На наших цветах появились отростки, причем у цветка, находящегося на свету, скорость роста больше, чем у цветка, находящегося в тени (на свету - 2 отростка по 5 и 8 см, а в тени - 1 небольшой отросток в 3 см).

Мы продолжаем наблюдать за нашими растениями. Уже прошел месяц с момента высадки, и каждое из растений по-своему привыкло к условиям.

Растение, которое находится на свету, в среднем выросло на 5см, листья стали более широкими и темными. Оно получает тепло и свет, а значит, в нем происходит фотосинтез.

Растение, которое находится в тени, в среднем увеличилось на 2-2,5см. Листья по-прежнему остаются узкими и блеклыми.

Все объясняется тем, что процесс фотосинтеза в нем практически не происходит. Растение не получает достаточное количество тепла и света, а это значительно влияет на рост и развитие растения.

Фотосинтез - процесс создания зелеными растениями органических веществ из неорганических (вода. CQ2) благодаря энергии солнечных лучей, поглощаемыми хлорофиллом.

Хлорофилл - зеленый элемент, окрашивающий лист в зеленый цвет.

Наблюдая за растениями, мы видели, как сильно они изменились, причем, каждое по-своему.

Растение на свету трудно узнать: из 7 листочков получилось 14-ти листовое растение. Новые отростки уже стали полноценными листьями: они зеленее (чем отличаются от исходных листьев), толще и шире.

Растение, находящееся в тени, практически не изменилось. На месте увядших листьев появились два новых. В целом растение осталось тусклым.

2

Сегодня, глядя на растения, мы видим, насколько они отличны друг от друга. И не только по количеству листьев отличаются растения, но и по цвету, толщине, длине и общему виду.

Мы поняли, насколько растение зависит от условий, как важны ему условия и тепло. Несмотря на одинаковый уход за ними они различны. Из этого можно сделать вывод: свет и тепло необходимы растениям, как людям воздух, иначе они могут погибнуть.

После подготовительных работ мы приступили к опытам.

    3

2. Практическая работа.

Опыт №1.

Цель: определить удельное сопротивление растений.

Оборудование: два растения - хлорофитумма (одно - растение «свет»;

другое - «тень»), прибор - характериограф.

Ход опыта.

Для опыта мы выделили по одному листочку на каждом растении. Поочередно мы подносили к прибору растения и с помощью электрических электродов, протертых спиртом, измерили силу тока (I) и силу электрического напряжения (U) и получили 1=0.ЗцА и U=1B. Затем, по формуле К= jr- вычислили сопротивление. А зная сопротивление, по формуле р = RS/L, наша:и у дельное сопротивление. Оно составило 337 Ом/м, у растения, находившегося в тени - 21,71 Ом/м.

Все значения заносим в таблицу .

I  - растение на свету

II   - растение в тент:

Ц = 17,8см Lh = 15,2см

У                       9

Si; -= 15мм" 0.2мм =^: Змм Sin ⁼ 10 '0,1 -= 1мм"

Ri= 1 /0.5 10⁶ = 2.0 (г Ом R„= 1/0,3 ' 10"⁶ = 5.3 Ю⁶Ом

Pi = 2 10⁶ 3 10"⁵ / 17,8 10'² = 6 10⁵ / 17,8 = 0,337 ' 10³ = 3370м/м Ртт = 3,3 ' 10^е 1 ' 10 ', 15.2 ' 10"² - 3,3 10² / 15,2 = 21,71 Ом/м

4

Вывод: растениям необходимы УФ лучи для их жизнедеятельности.

И растение, в котором сопротивление больше (в нашем случае это растение на свету) более жизнеспособно.

Сейчас наши растения восстанавливают свою энергию, утраченную на опыте. Каждый день они облучались УФ (поликлиника, кабинет физиологии): Началось все с дозы 0,5 минут и постепенно увеличилось до 1 минуты. Восстановление длилось неделю. Результаты облучения были неожиданными: если растение, находящееся на свету «зарядилось» и выглядело «поздоровевшим», то растение «тень» просто сгорело. Опыт №2 проводился только с одним растением.

Опыт №2.

Цель: узнать удельное сопротивление растения, после восстановления лучами УФ.

Оборудование: характериограф, растение хлорофитумма, росшее на свету.

Ход опыта.

Мы выделили лист, который подвергся проверке на приборе. Измерения показали, что 1=0.51цА, a U=1B. И по формуле R= Pl/S                             вычислим удельное

сопротивление.                                                                         

Оно оказалось равно 56 Ом/м, что значительно меньше прежних измерений (337 Ом/м). Вычисления и результаты показаны в таблице.

R = 1/0,51' 10-⁶= 1,96 * 10⁶ Ом

 р = 1,96 *10^6* 3,96* 10⁶ / 13,7 *10-² = 0,6 *10² = 560 м/м

Отсюда следует вывод: после увеличения дозы УФ облучения, уменьшается сопротивление растения. Ослабленное растение под действием УФ гибнет (цветок, росший в тени).

Растения находятся на «реабилитации». Теперь они оба находятся на свету. Оба подкармливаются торфяным удобрением, содержащим азот, фосфор, калий, рН кислоты и воду.

Самое удивительное, что почти погибшее растение (теневое), настолько жизнеспособно, что вновь пустило листик.

Все объясняется тем, что это растение стало получать свет и тепло, т.е. в нем возобновился процесс фотосинтеза.

Растение, росшее в тени, увяло и погибло окончательно. Необходимо было заменить его другим растением. Мы посадили новое растение в землю, смешанную с удобрением (торфяным).

Растение «свет» просто окучили и добавили удобрение.

Мы поместили новое растение «тень» в темное место и продолжили наблюдения. Пока оба растения выглядят одинаково. Растение «свет» просто немного вялее, из-за предыдущих опытов, но надеемся, оно восстановит свои силы.

Сейчас зима и солнце светит мало и фотосинтез в растениях происходит медленнее. Из-за этого растениям трудно, особенно, такому как наше растение «свет».

Опыт№3.

Цель: определить удельное сопротивление растений.

Оборудование: два растения - хлорофитумма и прибор характериограф.

Ход опыта.

Как и в первых двух случаях, на растениях выделили по листку для опыта. Измерили длину каждого листка. Затем поочередно закрепляли к растениям два зачищенных провода от прибора - характериографа и измеряли силу тока каждого из растений. Затем определили толщину листьев, их площадь,и вычислили сопротивление каждого листа.

Si = aidi =11* 0,25 = 2,75мм²

 S11 = a₁₁d11 =14* 0,1 = 1,4мм2

 R_m= 1 / 1,2 * 10-⁶ = 0,8 *10⁶Ом

 R_c = 1 / 1,6* 10-⁶ = 0,62  10⁶ Ом

p= 0,8 * 10⁶* 2,75 ' 10-⁶ / 7,6* 10-² = ЗООм/м

 p= 0,625  *10⁶* 1,4 * 10-⁶ / 8,6 * 10-² = 1OO м/м

Вывод: Сопротивление растения «тень» слегка завышено, т.к. процесс фотосинтеза в нем еще не замедлился.

Растения находятся на свету. Они одинаково подкармливаются, подпаиваются и взрыхляются. На вид они выглядят одинаково, но как показали недавние опыты, сопротивление в растениях разное и скоро разница будет видна и внешне.

Опыт №4.

Прошло 6 недель.

L[ = 8,4                                       Si= 14 0,75 = 10,5мм²

Pi = 5,53 * 10^6* 10,5 * 10-⁶/8,4 * 10-² = 690 Ом/м

Lii = 8,3                                         S_n = 12 ' 0,7 = 8,4мм²

Р11= 1,48'*10-⁶* 8,4 * 10-⁶ = 1500 м/м

Вывод: Все 6 недель за растениями ухаживали и подкармливали одинаково. Они слегка подросли, окрепли. Растение на свету имеет более зеленые и крепкие листья, чем растение в тени. Но, исходя из опыта видно, что R растения в тени больше R растения на свету. Это объясняется тем, что растение «тень» посажено недавно по сравнению с растением «свет» и у него пока есть большее сопротивление. Но, находясь дальше в тени, оно потеряет часть этой способности, и тогда R_c больше R_m

Наблюдения за растениями продолжаются. Прошло 3 недели. 3-4 дня в этот период было очень холодно, поэтому оба растения находились на подоконнике, т.к. растение «тень» могло бы погибнуть. Ультрафиолетовому излучению не подвергалось.

Некоторые листки растения «тень» стали слегка желтеть. А у основания становятся светло-зелеными. Пять листков согнулись и уже не возвращаются в первоначальное положение. Только два из всех держаться. Остальные пропали. Это растение уже не совсем похоже на растение, скорее на «полупризрак».

Растение «свет» очень заметно отличается от растения «тень» - более темное, крепкое, высокое. Появился маленький листик. За ним виден и другой.

Прошло 3 недели. Погода стала намного теплее и солнечнее.

Растение «свет» каждый день бывает 3-5 часов на солнце. Что нельзя сказать о растении «тень».

Растение «свет» очень изменилось. Оно стало крепче, зеленее. Совсем большими стали те два маленьких листика. Оно немного подросло и выглядит как здоровое.

А вот растение «тень» совсем испортилось. Его листики стали тоньше, слабее, прозрачнее. Оно совсем слабое и легко может погибнуть. Два листа совсем желтые, а два начинают желтеть. Мы выставили это растение на два дня на свет - чтобы оно не погибло.

Исходя из этих наблюдений, можно определить: как влияют УФ на растительные клетки. Это и отобразится в опыте №5.

Опыт №5.

Прошло 10 месяцев с начала нашего опыта и пришло время подводить итоги. С растениями провели последний опыт. К сожалению, растение «тень», даже будучи посаженным заново, погибло. И пока еще не поздно и был проведен опыт №5.

Подготовили растения к эксперименту (измерили длину, толщину, ширину) и на характериографе, измерили сопротивление растений. Причем у растения «свет» значения были усреднены, а «тень» - учли удельное сопротивление каждого из экспериментальных листьев.

Полученные результаты нас очень удивили.

1) U= 1В                   2) U = IB                3)U= 1В

1= 1мА                                   1=1мА                            1= 1мА

Вывод: р_св. уменьшилось через 2 месяца.

В тени разброс по значениям сопротивления, в зависимости от общего состояния листа от min 39 до max 171,3 Ом/м.

Прошло 10 месяцев. За это время растение «тень» было пересажено заново, но и это не обеспечило его дальнейшего развития. Через 2 месяца оно снова погибло. Из этого можно сделать небольшой вывод: без солнца (а именно без УФ лучей) растение не может обходиться, т.е. УФ влияет на внутренние процессы в клетках растения, на образование сопротивления, переработку СО? в О 2 и образовании глюкозы.

Растение «свет», перенеся все 5 опытов, подвергнувшись облучению УФ (проводилось в поликлинике, в рентгенкабинете), смогло продержаться до конца эксперимента. Оно то чахло, то вновь начинало крепнуть, но было видно, что растения всеми клетками борются за сохранение жизни.

Но и в то же время не только УФ влияет на клетки растений (опыт №5, где сопротивление у разных листьев растения «тень» разное) и из этого следует делать вывод, что на изменение сопротивления влияют и другие процессы.

Все изменения отображены в графиках.

III. Заключение

Наблюдая за растениями, мы видим, как сильно они изменились. Они отличаются по количеству листьев, по цвету, толщине, длине и общему виду. Выяснили, как рост растения зависит от условий, как важны ему свет и тепло, т.е. ультрафиолетовое излучение.

После изучения теоретической части была проведена практическая работа. На ее основе было установлено следующее: удельное сопротивление у растения, находящегося на свету оказалось больше, чем у растения, находящегося в тени (р_св > р_т).

Каждый день они облучались УФ (поликлиника, кабинет физиологии). Время облучения - 0,5-1 мин.

Восстановление растений длилось неделю. Результаты были неожиданными: если растение, находящееся на свету, зарядилось и выглядело «поздоровевшим», то растение «тень» просто сгорело.

После подвержения растения УФ облучению, сопротивление растения уменьшается.

Растения находились на «реабилитации». Они оба были на свету, подкармливались и удобрялись. Самое удивительное, что почти погибшее растение настолько жизнеспособно, что вновь пустило листик. Все объясняется тем, что это растение стало получать свет и тепло, а, следовательно, в нем возобновился процесс фотосинтеза.

Наблюдения происходили в разное время года. Естественно, чем выше температура, тем растение более крепкое и имеет более яркий вид. Его удельное сопротивление больше, чем сопротивление в тени.

Исходя из этих опытов и наблюдений, мы определили, как влияет УФ на растительные клетки, а именно на сопротивление растения. По изменению удельного сопротивления можно установить жизнеспособность тканей: с увеличением интенсивности УФ излучения увеличивается растения, т.е. его удельное сопротивление.

Есть критическое значение сопротивления, ниже которого растение гибнет и надо знать это, чтобы определить, какие растения наиболее устойчивы в данных условиях, а какие нет.

Увеличение УФ излучения ведет к замедлению роста растений. При избыточном УФ снижается активность чистого фотосинтеза.

Повышение уровня УФ облучения осложняет некоторые болезни растений, а т.ж. ведут к снижению содержания хлорофилла в клетках и общей биомассы. Но в некоторых случаях возможны небывалые увеличения роста растения. А это ведет к возможности выведения новых сортов растений.

Основные выводы:

1.     УФ излучение влияет на сопротивление растения.

2.      По изменению сопротивления можно установить жизнеспособность растений (с увеличением сопротивления увеличивается жизнеспособность растений).

3.      Существует критическое значение сопротивления, ниже которого растение гибнет. Надо знать это, чтобы определить, какие растения в данных условиях наиболее устойчивы, а какие нет.

4.      УФ несет в себе помимо положительных качеств и отрицательные: для ослабленных растений повышенная доза УФ действует губительно.

5.      С течением времени проверим, можно ли вывести новый сорт растения на основе вышеизложенного или нет.

IV. Библиографический список

1.     Г.С. Ландсберг «Элементарный учебник физики».

2.      И.В. Черныш, энциклопедия «Хочу все знать». Том «Жизнь растений».

3.      Соросовский Научный Журнал.

4.      Д. Хал л, К. Рао «Фотосинтез».

5.      А.А. Ничипирович «Физиология фотосинтеза».

6.      А.А. Красковский «Преобразование энергии света при фотосинтезе»