Вопросы экологии на уроках физики

НОУ «Гатчинская гимназия «Апекс»

Элементы экологии

в курсе физики

Учитель физики Иванюк Е.В.

Гатчина

2014

Сегодня, как никогда прежде, остро стоит проблема воспитания людей, способных защитить окружающую среду от своей же неразумной деятельности, которая уже реально угрожает человечеству самоуничтожением. Воспитание человека, способного жить в гармонии с природой, - важнейшая задача школы. Экологическое образование поможет будущим гражданам нашей страны и всей планеты предвидеть последствия влияния человека на окружающую среду. Подобно тому, как сейчас говорят о компьютерной грамотности, можно утверждать, что каждый человек должен быть грамотным и в экологических вопросах.

Все школьные предметы могу быть использованы в экологическом воспитании школьников. И, естественно, этим должен заниматься учитель физики. Ведь именно в курсе физики школьники знакомятся с достижением научно-технического прогресса и его экологическими последствиями. Важно, чтобы дети берегли природу не потому, что к этому призывает учитель и лозунги со страниц газет, а потому, что в процессе изучения предмета они сами пришли к пониманию того, зачем надо беречь природу и почему это так важно.

Я стараюсь осуществлять экологическое воспитание учащихся через предмет, рассматривая как вопросы фундаментального, так и прикладного, политехнического характера, подбирая задачи соответствующего содержания, проводя экскурсии, организую внеклассные мероприятия. Руководствуясь законами диалектики, я стараюсь рассказывать о самых разных проявлениях тех или иных физических явлений, обращая внимание на вредное влияние деятельности человека на окружающую среду. Идеально чистых в экологическом отношении технологических процессов не существует, поэтому считаю необходимым рассказывать на уроках о возможностях уменьшения отрицательного воздействия человека на природу, показывать, как много сил и средств пагубных последствий деятельности человека.

В школьной программе по физике можно найти много вопросов, имеющих экологический подтекст. При планировании экологической составляющей курса физики использованы программы для общеобразовательных учреждений по физике и обязательный минимум содержания физического образования для основной и средней школы.

Затрагиваемые экологические вопросы и темы курса физики можно представить в виде таблицы.

7 класс

Тема курса физики

Затрагиваемые экологические вопросы

Физические явления

Круговорот веществ в природе и промышленном произ­водстве

Физика и техника

Проблема утилизации отходов. Влияние хозяйственной деятельности на окружающую среду. Взаимосвязь природы и человеческого общества

Молекулы. Диффузия

Распространение вредных веществ, выброшенных про­мышленными предприятиями, путем диффузии и конвекции. Опасность неправильного применения и хранения минеральных удобрений. Защита атмосферы, воды и почвы от загрязнения

Три состояния вещества

Круговорот воды в природе. Загрязнение атмосферы раз­личными примесями и его последствия

Притяжение и отталкивание молекул

Несмачивание оперения водоплавающих птиц водой и смачивание его нефтью

Инерция

Очистка воздуха от загрязнения при помощи инерцион­ного газового фильтра

Явление тяготения. Сила тяжести

Явление выпадения вредных частиц пыли и дыма из ат­мосферы на Землю и его возможные последствия

Сила, возникающая при деформации тел

Деформация плодородного слоя почвы тяжелыми сельс­кохозяйственными машинами

Сила трения

Вредные последствия посыпания наледи песчано-солевой смесью (гибель растительности, разъедание автомобильных шин, обуви, коррозия трубопроводов)

Давление твердых тел

Давление на почву тракторов

Энергия рек и ветра

Перспективы использования безотходных и возобновляемых источников энергии. Рациональное использование энергии реки ветра. Связь прогресса человеческой цивилизации с энергопотреблением

Давление в газе и жидкости

Единый мировой воздушный и водный океан. Ветры и течения. Перенос загрязнений воздушным и водным путями

Сообщающиеся сосуды. Шлюзы. Водопровод

Системы орошения и осушения, их влияние на микроклимат. Нарушение природного равновесия при строительстве каналов. Последствия «поворота рек» (уменьшение запасов пресной воды на Земле, необходимость ее экономии)

Атмосферное давление. Атмосферное давление на разных высотах

Атмосфера - часть жизненной среды; источник и состав ее загрязнений. Изменение состава атмосферы под действием антропогенного фактора (на примере конкретных производств). Уменьшение озонового слоя. Рассеивание выбросов в верхних слоях атмосферы. Особенности рас­пространения выбросов при циклонах и антициклонах. Охрана атмосферного воздуха от загрязнений

Насосы

Орошение земель, рациональное использование воды

Архимедова сила. Условия плавания тел

Образование нефтяной пленки на поверхности воды. Способы ее уничтожения. Экологические аспекты сплава древесины по рекам. Судоходство и связанные с ним вопросы охраны воды;' влияние воздушного транспорта на состав атмосферы; охрана воздуха

Плавание судов

Экологически пагубные последствия судоходства: разру­шение берегов, глушение рыбы, загрязнение водоемов и др. Экологические катастрофы, обусловленные авариями нефтяных танкеров

Воздухоплавание

Разрушение озонового слоя атмосферы. Экономическая неэффективность и экологический вред сельскохозяй­ственной авиации. Использование аэростатов

Работа и мощность

Мощность, КПД и экологическая безопасность различных механизмов

8 класс

Тема курса физики

Затрагиваемые экологические вопросы

Теплопередача и работа

Роль различных видов теплопередачи в природных про­цессах. Влияние загрязнения среды на климат Земли. Применение теплоизоляционных материал

Конвекция. Водяное ото­пление

Роль конвекции в процессах, происходящих в атмосфере и в океане. Образование конвекционных потоков в промышленных зонах. Механизм рассеивания выбросов с помощью высоких труб. Особенности рассеивания при циклонах и антициклонах. Нарушение конвекции в случае ядерной войны и наступление «ядерной зимы». Самоочищение атмосферы. Экологические проблемы водяного отопления (загрязнения от ТЭС). Теплоизоляция в быту и технике как метод сбережения энергоресурсов

Излучение

Парниковый эффект на Земле и возможные последствия его усиления

Удельная теплоемкость вещества

Нарушение природно-климатических условий при осушении естественных и создании искусственных водоемов

Теплота сгорания топлива

Ограниченность запасов органического топлива, загрязнение атмосферы продуктами его сгорания. Сравнение ценности и экологической чистоты различных видов топлива. Экологически чистый источник энергии - на сгорании водорода с образованием воды

Изменение агрегатных со­стояний вещества

Круговорот воды в природе. Явление испарения с поверхности морей и океанов и его влияние на климат Земли. Осадки и их значение. Тепловой баланс Земли и причины его возможного нарушения

Плавление и отвердевание

Влияние засоленности воды на температуру льдообразования. Экологические аспекты литейного производства

Испарение и конденсация. Холодильник

Образование кислотных дождей. Опасность накопления в атмосфере фреона и аммиака для жизни на Земле

Тепловые двигатели. ДВС. Паровая турбина

Загрязнение окружающей среды выбросами в атмосферу и сточными водами. Кислотные дожди. Разрушение архитектурных сооружений. Меры снижения вредных выбросов. Контроль за выхлопными газами. Сравнение тепловых двигателей по их влиянию на экологическую обстановку. Совершенствование тепловых двигателей с целью охраны природы: переход от твердого и жидкого топлива к газообразному. Замена на транспорте тепловых двигателей электрическими

Электрическое поле

Влияние статического электричества на биологические объекты. Электростимулирование жизнедеятельности семян и растений. Борьба с электризацией в жилых помещениях. Очистка воздуха электрофильтром

Гальванические элементы и аккумуляторы

Необходимость осторожного обращения с гальваническими элементами и аккумуляторами. Проблема их утилизации

Сила тока, электрическое напряжение и сопротивление проводников

Применение фотоэлементов и термоэлементов, солнечных батарей и термоэлектрогенераторов. Действия электрического тока и их использование в целях защиты окружающей среды

Магнитное поле

Влияние магнитного поля на биологические объекты. Понятие о магнитобиологии (воздействие на организм магнитных бурь, магнитных браслетов, ориентация птиц в магнитном поле и др.)

Постоянные магниты

Экологические аспекты добычи железной руды открытым способом. Образование завалов, их последующая рекультивация

Электродвигатель

Перспективы развития электротранспорта, его преимущества

Световые явления

Изменение прозрачности атмосферы под действием антропогенного фактора, его экологические последствия

9 класс

Тема курса физики

Затрагиваемые экологические вопросы

Сила тяжести. Вес тела, движущегося с ускорением. Перегрузки и невесомость

Значение механических процессов, протекающих в биосфере. Сила тяжести и ускорение свободного падения - важные физические параметры природной сферы. Борьба с загрязнением воды (применение отстойников)

Движение ИСЗ

Использование ИСЗ для глобального изучения влияния производственной деятельности людей на природу нашей планеты, для удаления радиоактивных отходов ядерной энергетики

Закон сохранения импульса. Реактивный двигатель

Физические процессы, сопровождающие работу реактивного двигателя и загрязняющие окружающую среду (выброс газбв, нагревание, шум и пр.). роль космических аппаратов в контроле за состоянием атмосферы. Обнаружение с помощью космической техники ураганов, пожаров, извержений вулканов и т.д. Развитие космической техники и технологии. Охрана космоса

Энергия

Гидроэнергетические ресурсы России. Экологические проблемы использования энергии рек (потеря плодородных земель, заболачивание местности, изменение климата, влияние на рыбоводство и т.д.)

Потенциальная и кинетическая энергия. Закон сохранения полной механической энергии. Мощность. Закон Бернулли

Экологичность аэро- и гидроэнергии. Рациональное использование гидроресурсов. Экологические требования к ГЭС. Перспективы развития гидроэнергетики. Достоинства и недостатки ветроустановок, перспективы их использования

Инертность тел. Масса. Движение тел по окружности

Создание очистительных устройств. Инерционные пылеуловители. Пылеуловитель «Циклон»

Механические колебания. Звуковые явления. Резонанс

Влияние звуковых волн на биологические объекты. Шум, борьба с ним. Вредное влияние вибрации на человеческий организм

Состав ядра атома. Испус­кание и поглощение света атомом. Спектральный ана­лиз

Естественные радиоактивные элементы. Естественный радиоактивный фон и его действие на живую природу. Круговорот радиоактивных элементов в природе и вли­яние его на живые системы. Физиологические действия нейтронов и способы защиты от нейтронного излуче­ния. Применение спектрального анализа для контро­ля за состоянием окружающей среды

Радиоактивность

Загрязнение биосферы продуктами ядерных взрывов. Производство атомной энергии

Ядерная энергетика

Проблемы захоронения радиоактивных отходов АЭС. Техника безопасности на ядерных установках

Радиация и биосфера

Воздействие радиоактивного загрязнения на организм человека. Радиоактивное загрязнение природных сред

Доза излучения

Радиоактивное излучение - наличие радиоактивных ве­ществ в количествах, превышающих уровень есте­ственного фона. Новые виды оружия. Научно-техничес­кий прогресс в народном хозяйстве

10 класс

Тема курса физики

Затрагиваемые экологические вопросы

Основы молекулярно-кинетической теории

Распространение различных веществ в атмосфере путем диффузии. Зависимость степени загрязнения атмосферного воздуха от высоты

Газовые законы

Состав атмосферы. Воздействие производственной деятельности людей. «Дыхание» почвы и его связь с загрязнением атмосферы

Температура и способы ее измерения

Температура как главный экологический фактор. Влияние изменения температуры на сбалансированность обмена веществ в организмах

Насыщенные и ненасыщенные пары

Токсичность некоторых газов и их «устойчивость» в атмосфере

Влажность воздуха

Значение влажности воздуха и ее влияние на биологические системы. Совместное действие температуры и влажности на живые организмы. Влияние загрязнения атмосферы на конденсацию пара в ней

Физика твердого тела

Засорение окружающей среды отработанными материалами с заданными свойствами (пластмассы, полиэтилен)

Основы термодинамики

Диапазон температур в природе, влияние температуры на биосферу. Тепловые двигатели - косвенные источники загрязнения атмосферы. Состав и токсичность выхлопных газов, зависимость их количества от мощности двигателя. Тепловой баланс Земли и влияние его на "климат. Защита воздуха от загрязнения

Электрическое поле

Атмосферное электричество, электрическое поле троприборов, его проявление и влияние на человека

Электрический ток в растворах и расплавах электролитов. Электролиз

Очистка воды от загрязнения при электролизе (элект­рофлотационный метод очистки). Метод определения засоленности почв и грунтовых вод по их электропроводности. Принцип действия электрофильтровальных очистных сооружений. Экологические аспекты электролитического производства

Электрический ток в газах

Ионизация атмосферного воздуха. Биологическое действие легких и тяжелых ионов. Понятие об электрофильтрах. Экологические преобразователи энергии. Плазменный МГД-генератор

Электрический ток в полу­проводниках

Экологические преобразователи тепловой и световой энергии в электрическую (полупроводниковые приборы). Использование энергии Солнца

11 класс

Тема курса физики

Затрагиваемые экологические вопросы

Магнитное поле. Магнитные свойства вещества

Магнитное поле Земли и приспособление к нему организмов. «Магнитная» очистка воды от примесей - магнитная сепарация

Производство, передача и использование электричес­кой энергии. Успехи и перс­пективы развития электро­энергетики

Загрязнение атмосферы ТЭС, Меры защиты окружаю­щей среды от теплового и химического загрязнения

Электромагнитное поле. Электромагнитные волны

Биологическое воздействие электромагнитных волн сверхвысокой частоты и защита от них

Электромагнитные излуче­ния разных диапазонов длин волн

Биологическое действие ультрафиолетового, инфра­красного, рентгеновского излучений и защита от них. Парниковый эффект

Спектры поглощения

Влияние загрязнения атмосферы на изменение спект­рального состава солнечного света у поверхности Зем­ли. Парниковый эффект

Отражение света

Различие в отражательной способности разных повер­хностей с экологической точки зрения

Состав ядра атома. Испус­кание и поглощение света атомом. Спектральный ана­лиз

Естественные радиоактивные элементы. Естественный радиоактивный фон и его действие на живую природу. Круговорот радиоактивных элементов в природе и вли­яние его на живые системы. Физиологические действия нейтронов и способы защиты от нейтронного излуче­ния. Применение спектрального анализа для контро­ля за состоянием окружающей среды

Радиоактивность

Загрязнение биосферы продуктами ядерных взрывов. Производство атомной энергии

Ядерная энергетика

Проблемы захоронения радиоактивных отходов АЭС. Техника безопасности на ядерных установках

Радиация и биосфера

Воздействие радиоактивного загрязнения на организм человека. Радиоактивное загрязнение природных сред

Изотопы

Существование долгоживущих радиоактивных изото­пов

Доза излучения

Радиоактивное излучение - наличие радиоактивных ве­ществ в количествах, превышающих уровень есте­ственного фона. Новые виды оружия. Научно-техничес­кий прогресс в народном хозяйстве

Наиболее актуальными экологическими проблемами, которые обязательно обсуждаем на уроках, являются следующие.

Трудно представить себе жизнь современного общества без автомобиля. Мировой автомобиль­ный парк уже превысил 400 млн. машин и число их ежегодно возрастает на 30 млн. Но с другой сто­роны, автомобильный транспорт вносит значи­тельную долю в загрязнение окружающей среды. Автомобильные выхлопы содержат более 60 вред­ных веществ, в том числе углеводороды, соедине­ния свинца, серы, азота и т.д., которые в большин­стве тяжелее воздуха и поэтому стелются над зем­лей. Дыхание таким отравленным воздухом вредит здоровью. Автомобильный двигатель сжигает око­ло 4 тонн кислорода в год, при этом с выхлопны­ми газами выбрасывается до 800 кг окиси углеро­да, около 40 кг окислов азота и почти 200 кг раз­личных углеводородов. При разгоне количество вредных выхлопов увеличивается почти в 10 раз. Существуют различные пути уменьшения прино­симого вреда: контроль технического состояния автотранспорта, строительство объездных дорог вне населенных пунктов, переход на дизельное топливо (сгорает почти полностью, не содержит свинца, дизельный двигатель на 20—30% эконо­мичнее бензинового, на производство дизельного топлива требуется в 2,5 раза меньше энергии). Перспективны также перевод автотранспорта на газовое (в том числе водородное) топливо, разви­тие экологически чистого электрического транс­порта.

Открытие реакции деления ядер урана со време­нем предоставило человечеству огромный ресурс внутриядерной энергии. При относительной экологической чистоте ядерной энергетики она приносит также и большие проблемы. Это стало особенно ясно после аварии в Чернобыле. Экологические проблемы приобрели социально-политическое значение, из национальных проблем они превратились в планетарные.

Мне кажется важным, чтобы, уходя с урока физики, школьники поняли, что окружающий мир и человеческое общество – это единое целое, что каждый житель Земли может внести свой вклад в дело спасения нашей планеты от экологических катастроф.