Урок с элементами здоровьесберегающих технологий + презентация «Влияние ионизирующего излучения на биологические объекты».

Урок физики в 9 классе

Влияние ионизирующего излучения на биологические объекты.

«Забота о человеческом здоровье,

тем более здоровье ребенка - это,

 прежде всего, забота о гармонической полноте

всех физических и духовных сил,

и венцом этой гармонии

является радость творчества».

                      В.А.Сухомлинский

   Урок посвящен актуальным проблемам, рассматриваемым как с биологической, так и с физической точки зрения. Подготовка к уроку предполагает проектную деятельность учащихся при подборе материалов, как в открытой печати, так и в сети интернет, и их оформление. Презентацию работы осуществляют учащиеся на уроке. Учитель физики освещает соответствующие этапы урока.

В презентациях представлены материалы по влиянию на организм человека

- мобильного телефона,

- излучения мониторов теле- и видеотехники,

- излучения некоторых бытовых приборов (микроволновая печь и др.)

Кроме того, во время урока проводится сравнительный анализ действия на организм человека электромагнитных полей природного и техногенного характера с влиянием пагубных пристрастий человека на его здоровье (о вреде курения). Материалы урока содержат информацию о различных заболеваниях, вызванных как естественными, так и искусственными источниками излучения, а также о  способах уменьшения их воздействия на организм человека. Знания, полученные на уроке, способствуют снижению степени радиофобии у подростков.

  Во время урока происходит смена деятельности (рассказ учителя, экспериментальное определение уровня радиации в кабинете, решение задач,  доклады учеников), проводятся физкультминутки.

Цели урока:

обучающая: обобщить и актуализировать знания учащихся о явлении радиоактивности и его влиянии на биологические объекты;

развивающая: расширить знания учащихся о различных сторонах проявления радиоактивности и проблемах ее использования в мирных целях;

воспитательная: сформировать правильное отношение к данной проблеме, как одной из сторон взаимодействия человека и природы, способствовать формированию навыков здорового образа жизни у подрастающего поколения.

План урока:

- источники радиации;

- виды ионизирующего излучения;

- допустимые дозы;

- радиационные эффекты облучения человека;

- влияние радиации на другие живые организмы;

- защита от радиации;

- мирное использование ионизирующего излучения;

- заключение;

- подведение итогов урока.

Ход урока

I. Организационная часть.

II. Основная часть.

Вступительное слово учителя.

Ребята! Сегодняшний урок необычен. Урок посвящен биологическому действию радиации. Наша цель - обобщить и актуализировать знания о явлении радиоактивности и его влиянии на биологические объекты. Все вы готовились к нему, подбирали и изучали материал, готовили презентации, работая над большим проектом “Невидимая угроза”. Сегодня мы подводим итоги.

Начнем мы защиту проекта с понятия  радиации (Приложение 1).

Слайд 2. Радиоактивные элементы входили в состав Земли с начала ее существования и продолжают присутствовать до настоящего времени. Однако само явление радиоактивности было открыто всего сто лет назад.

В 1896 году французский ученый Анри Беккерель случайно обнаружил, что после продолжительного соприкосновения с куском минерала, содержащего уран, на фотографических пластинках после проявки появились следы излучения. Позже этим явлением заинтересовались Мария Кюри (автор термина “радиоактивность”) и ее муж Пьер Кюри. В 1898 году они обнаружили, что в результате излучения уран превращается в другие элементы, которые молодые ученые назвали полонием и радием.

Слайд 3. С тех пор прошло немало лет. На сегодняшний день радиация и её технологии применяются во многих сферах жизнедеятельности человека. Однако встаёт вопрос о безопасности излучения для живых организмов.

Слайд 4. Радиация, или ионизирующее излучение – это  излучение энергии в виде частиц или электромагнитных волн, прохождение которых через вещество приводит к ионизации и возбуждению атомов и молекул среды. Ионизация – это процесс отрыва электронов. В результате ионизации из нейтральных атомов или молекул образуются положительно заряженные ионы и свободные электроны.

Слайд 5. Источники ионизирующего излучения. Источники ионизирующего излучения весьма разнообразны, но их можно объединить в две большие группы: естественные и искусственные (созданные человеком). Причем основная доля облучения (более 75% годовой эффективной эквивалентной дозы) приходится на естественный фон.

К естественным источникам радиации относятся космические лучи, земная кора, строительные материалы и др.

- Естественные радионуклиды делятся на четыре группы: долгоживущие (уран-238, уран-235, торий-232); короткоживущие (радий, радон); долгоживущие одиночные, не образующие семейств (калий-40); радионуклиды, возникающие в результате взаимодействия космических частиц с атомными ядрами вещества Земли (углерод-14).

- Разные виды излучения попадают на поверхность Земли либо из космоса, либо поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре, причем земные источники ответственны в среднем за 5/6 годовой эффективной эквивалентной доз, получаемой населением, в основном вследствие внутреннего облучения.

- Уровни радиационного излучения неодинаковы для различных областей. Кроме того, чем больше удаление от земной поверхности, тем интенсивнее космическое излучение.

- Уровни земной радиации также распределяются неравномерно по поверхности Земли и зависят от состава и концентрации радиоактивных веществ в земной коре. Так называемые аномальные радиационные поля природного происхождения образуются в случае обогащения некоторых типов горных пород ураном, торием, на месторождениях радиоактивных элементов в различных породах, при современном привносе урана, радия, радона в поверхностные и подземные воды, геологическую среду.

- По территории России зоны повышенной радиоактивности также распределены неравномерно и известны как в европейской части страны, так и в Зауралье, на Полярном Урале, в Западной Сибири, Прибайкалье, на Дальнем Востоке, Камчатке, Северо-востоке.

- Слайд 6. Среди естественных радионуклидов наибольший вклад (более 50%) в суммарную дозу облучения несет радон и его дочерние продукты распада (в т.ч. радий).

К искусственным источникам относятся радиоактивные осадки после ядерных испытаний и взрывов на АЭС, медицинские рентгеновские лучи, захаранения ядерных отходов.

Слайд 7. На данной диаграмме указана доля радиоактивного облучения от естественных и искусственных источников радиации.

Слайд 8. Познакомимся с видами ионизирующего излучения. Различают корпускулярное излучение, состоящее из частиц с массой, отличной от нуля, и электромагнитное излучение.

Электромагнитное излучение. Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц. Этот вид излучения обладает высокой энергией и большой проникающей способностью – задерживается слоем воздуха толщиной около 100 метров и глубоко проникает в человеческое тело. Рентгеновское излучение также представляет собой электромагнитное излучение, возникающее при торможении быстрых электронов в веществе. Его энергия и проникающая способность зависит от того, для каких целей оно применяется (например, диагностика или лечение различных органов).

Корпускулярное излучение. Альфа-излучение представляет собой ядра гелия, которые испускаются при радиоактивном распаде элементов тяжелее свинца или образуются в ядерных реакциях. Альфа-частицы обладают высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью: полностью задерживаются слоем воздуха толщиной несколько сантиметров или листом обычной бумаги. При облучении человека они проникают лишь на глубину поверхностного слоя кожи. Бета-излучение – это поток электронов или позитронов, которые образуются при бета-распаде различных элементов от самых легких (нейтрон) до самых тяжелых. Бета-излучение способно проходить до полного ослабления несколько сантиметров в воздухе или 1 – 2 см в воде, а в человеческом теле – до двух сантиметров. Нейтронное излучение – это поток ядерных частиц, не имеющих заряда. Нейтроны образуются в ядерных реакциях.

  Слайд 9.  При нахождении биологических объектов в зоне облучения необходимо регистрировать полученную дозу излучения.

Энергия ионизирующего излучения, поглощенная облучаемым веществом (в частности, тканями организма) и рассчитанная на единицу массы, называется поглощенной дозой излучения (D)

D = E/m

СИ [D] = 1Гр = 1 Дж/кг

Также вводится термин - поглощенная и эквивалентная дозы

Поглощенная и эквивалентная дозы зависят от времени облучения (то есть от времени взаимодействия излучения со средой). При прочих равных условиях эти дозы тем больше, чем больше время облечения, то есть дозы накапливаются со временем

И такие термины как коэффициент качества и эквивалентная доза.

Коэффициент качества K показывает, во сколько раз радиационная опасность от воздействия на живой организм данного вида излучения больше, чем от воздействия гамма-излучения (при одинаковых поглощенных дозах).

Для оценки биологических эффектов была введена Эквивалентная доза (Н)

Н = D*K

СИ [Н] = 1Зв (Зиверт)

 Давайте решим с вами задачу на расчёт данных физических величин из сборника Степановой Г.Н.. Один человек из класса решает задачу на доске.

А теперь мы рассмотрим с точки зрения биологии, как влияет радиация на биологические объекты.

Слайд 10. Разминка для глаз

Слайд 11. Эффекты воздействия радиации на человека обычно делятся на две категории

1) Соматические (телесные) - возникающие в организме человека, который подвергался облучению.

2) Генетические - связанные с повреждением генетического аппарата и проявляющиеся в следующем или последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки человека, подвергшегося облучению.

Радиационные эффекты облучения человека. Соматические эффекты. Генетические эффекты. Лучевая болезнь. Генные мутации. Локальные лучевые поражения. Хромосомные аберрации. Лейкозы. Опухоли разных органов

Слайд 12. При попадании элементарных частиц (? -кванты, электроны, протоны и нейтроны) в ядро происходит ионизация молекул воды, которые нарушают химическую структуру ДНК. В этих местах происходят разрывы ДНК, что приводит к возникновению дополнительных, индуцированных радиацией мутаций.

Причины мутаций воздействие разнообразных факторов окружающей среды, включая радиацию и ряд химических соединений, приводит к увеличению частоты мутаций.

Благодаря, радиационной генетике мы теперь знаем, что при попадании элементарных частиц (электроны, протоны и нейтроны) в ядро происходит ионизация молекул воды, которые нарушают химическую структуру ДНК. В этих местах происходят разрывы ДНК, что и приводит к возникновению радиационных мутаций.

Слайд 13.  Хромосомные аберрации - мутация, изменяющая структуру хромосом. Разделяют делеции, инверсии , дупликации, транслокации. Хромосомные аберрации носят как правило патологический характер, нередко приводя к летальности организма с аберрацией

На слайде показан механизм хромосомных мутаций и аберраций.

Слайд 14. Чувствительность к радиации разных систем и органов человека различна.

Лучевая болезнь - заболевание, возникающее от различных видов ионизирующих излучений, действующих на значительные области тела и вызывающих гибель преимущественно делящихся клеток организма

Слайд 15. Не одинаково и воздействие различных доз облучения на человеческий организм.

Слайд 16.Наиболее опасными для человека  являются техногенные источники ионизирующих излучений. Так при испытании ядерного оружия и катастрофах на АЭС происходят выбросы радиоактивных отходов в атмосферу и гидросферу, что  приводят к заражению местности.

Слайд 17.Однако, надо помнить, что огульное отрицание необходимости, в современных условиях,  использовать работу АЭС не только не оправдано, но и вредно. Сегодня человечеству требуется очень много энергии. Развитие энергетики связано с развитием человеческого общества, с научно-техническим прогрессом.

Слайд 18. Предотвратить энергетический голод могут различные виды электростанций.

Слайд 19.Их работа приводит к возникновению экологической угрозы на Земле.

Слайд 20. Сравнительный анализ техногенного воздействия на окружающую среду наиболее распространённых из них говорит сам за себя.

Слайд 21. Возникает парниковый эффект на планете.

Слайд 21.Физкультминутка

Слайд 23. Идут кислотные дожди, происходит загрязнение окружающей среды. Всё это не может не сказаться на здоровье жителей Земли.

Слайд 24.Говоря о действие ионизирующих излучений нельзя забывать и о неионизирующих излучениях и их пагубном воздействии на организм человека. Такие излучения дают такие часто используемые нами приборы, как сотовый телефон, микроволновая печь, мониторы теле- и видеоаппаратуры. Источниками постоянного магнитного поля на производстве являются технологическое оборудование и процессы, в которых используются электромагниты постоянного тока, литые и металлокерамические магниты, а переменного магнитного поля промышленной частотой (50 Гц) – линии электропередач (ЛЭП), различные силовые установки, токоведущие части мощного технологического оборудования и линии электропитания.

В процессе эволюционного развития все живые существа на Земле приспособились к определенным изменениям природных электромагнитных полей и, по мнению большинства исследователей, вынуждены были выработать по отношению к ним не только защитные механизмы, но и в какой-то степени включить их в свою жизнедеятельность. Поэтому увеличение или уменьшение параметров ЭМП, значительно отличающихся от адекватных, могут вызывать в организмах функциональные сдвиги, в ряде случаев перерастающих в патологические.
О биологической значимости ЭМП свидетельствуют как давние наблюдения, так и экспериментальные исследования на различном уровне организации биологических систем. При этом установлено, что воздействие искусственных ЭМП на био-объекты обусловлено не только энергетическими, но и информационными его характеристиками, вызывая тепловое и нетепловое действие.

Многочисленные исследования позволили установить также, что наиболее чувствительными к действию ЭМП является нервная, сердечно-сосудистая, иммунная и эндокринная системы, при этом выявлена повышенная опасность ЭМП для растущих организмов, а также людей с заболеваниями указанных критических систем организма.
При хроническом облучении более ранние и более выраженные реакции обнаруживаются со стороны нервной системы, на уровне нервной клетки и структурных образований по передаче нервных импульсов. Изменяется проницаемость гемато-энцефалического барьера, угнетается высшая нервная деятельность. Психоневрологические симптомы проявляются в виде постоянной головной боли, повышенной утомляемости, слабости, нарушении сна, повышенной раздражительности, ослаблении памяти и внимания, могут развиваться стрессовые реакции. При многолетнем облучении биоэффекты могут накапливаться, в результате чего, возможно развитие отдаленных последствий, включая дегенеративные процессы в центральной нервной системе, опухоли мозга, лейкозы, гормональные заболевания и др.
Нарушение функции сердечно-сосудистой системы чаще всего проявляется в виде нейроциркуляторной дистонии, наклонности к гипотонии, болей в области сердца и др. Возможны фазовые изменения и состав периферической крови с последующим развитием умеренной лейкопении, нейропении и эритроцитопении. При длительном воздействии СВЧ-излучений могут иметь место изменения в крови, помутнение хрусталика (катаракта), трофические нарушения (выпадение волос, похудение, ломкость ногтей) и др.

Слайд 25. В промышленно-развитом обществе человек встречается с многочисленными рисками для своего здоровья. Но обратите внимание на то, что довольно значительное место среди них занимают такие пагубные привычки, как курение и алкоголь. И если к природному уровню ионизирующих излучений наш организм давно адаптировался, техногенные  катастрофы происходят не так часто, то курение и алкоголь являются наиболее опасными врагами для нашего здоровья

Слайд 26. При выборе защиты персонала от электромагнитных излучений необходимо учитывать особенности производства, условия эксплуатации оборудования, рабочий диапазон частот, характер выполняемых работ, интенсивность поля, продолжительность облучения и др.
Для снижения интенсивности поля в рабочей зоне рекомендуется применять различные инженерно-технические способы и средства, а также организационные и лечебно-профилактические мероприятия.
В качестве инженерно-технических методов и средств применяются: экранирование излучателей, помещений и рабочих мест; уменьшение напряженности и плотности потока энергии в рабочей зоне за счет уменьшения мощности источника (если позволяют технические условия) и использование ослабителей (аттенюаторов) мощности и согласованных нагрузок (например, эквивалентов антенн); применение средств индивидуальной защиты.
При экранировании используются такие явления как поглощение электромагнитной энергии (ЭМЭ) материалом экрана и ее отражение от поверхности экрана. Поглощение обусловливается тепловыми потерями ЭМЭ в толще материала экрана за счет индукционных токов и зависит от электромагнитных свойств материала экрана (электрической проводимости, магнитной проницаемости и др.). Отражение обусловливается несоответствием электромагнитных свойств воздуха (или другой среды, в которой распространяется электромагнитная энергия) и материала экрана (главным образом, волновых сопротивлений).
Толщина экрана  из металлического листа выбирается исходя из соображений механической прочности, но не менее 0,5 мм, и должна быть больше глубины проникновения ЭМ волны в толщу экрана.

Защита от радиации. Удаление работающих от источника заражения на достаточно большое расстояние. Использование преград выполненных из материалов поглощающих излучение.

Для регистрации радиоактивного излучения используют приборы- дозиметры.

С их помощью можно измерять рентгеновское, гамма, бета излучения.

У вас на партах находятся дозиметры. Измерьте, пожалуйста, при их помощи уровень ионизирующего излучения в классе.

Но радиоактивное излучение может приносить не только вред, но и пользу при правильном его использовании.

Об этом нам расскажут ребята  (Приложение 2)

Использование радиоактивного излучения  в медицине

- диагностика заболеваний;

-лечение онкологических больных;

-стерилизация медицинских инструментов и материалов.

В археологии

- определение возраста геологических пород – урансвинцовым методом оценен возраст Земли (около 4,5 млрд. лет);

- радиоуглеродный метод позволяет установить возраст предметов, имеющих биологическую природу, с точностью 50 лет в диапазоне 1000 – 50000 лет: например, на основе измерения содержания углерода в веревочных сандалиях, найденных в пещере в штате Орегон, был подтвержден факт существования 9000 лет назад доисторических людей на территории США;

В сельском хозяйстве (Приложение 3)

-предпосевная обработка семян,

-повышающая урожайность;

-обеззараживание стоков животноводческих ферм;

Заключение.

После катастрофы Хиросимы и Нагасаки, аварии на Чернобыльской АЭС и прочих ЧС, связанных с распространением радиоактивных веществ в атмосфере, человек в полной мере ощутил на себе все ужасные последствия, вызванные взаимодействием радиационного излучения с окружающей средой и с живыми организмами, последствие которых до сих пор не изучено в полной мере. Дальнейшее исследование в этой области помогут человечеству сократить количество подобных катастроф и научиться использовать радиацию только на благо себе.

Слайд 27. III. Подведение итогов урока. Награждение грамотами учащихся принявших активное участие в подготовке проекта и проведении урока.

Использованные материалы

1. Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания. В 4 кн. Кн. 3. Энергетические проблемы человечества/Пер. с англ. М.; Наука, 1995. 296с.

2. Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать?: Учебное пособие/Под ред. проф. В.И. Данилова-Данильяна. М.: Изд-во МНЭПУ, 1997. 332 с.

3. Экология, охрана природы и экологическая безопасность.: Учебное пособие/Под ред. проф. В.И.Данилова-Данильяна. В 2 кн. Кн. 1. М.: Изд-во МНЭПУ, 1997. – 424 с.

4. Т.Х.Маргулова “Атомная энергетика сегодня и завтра” Москва: Высшая школа, 1996 г.

5. http:// revolution. allbest.ru / ecology / 00007239_0. html

6. http://www.fos.ru/ecology/9947_2.html

7. http://www.dosimetr.info/deystvie-radiatsii-na-organizm-cheloveka/