Задача по географии с интеграцией предметов естественнонаучного цикла (биология, химия, физика)

Задача

по географии с интеграцией предметов естественнонаучного цикла

(биология. химия, физика)

Составила учитель географии

высшей квалификационной категории,

учитель-методист

МОУ «Специализированная школа № 18 города Донецка»

Волошина Ольга Олеговна

Аннотация

        Интеграция знаний и умений, метапредметность обучения, системно-деятельностный подход, практически ориентированный подход – основные направления современного образования. Для реализации данных направлений учитель может составлять задачи с интересным, логически связанным смыслом для применения учащимися целого спектра знаний и умений. Интегрированные задачи используемы при изучении курса «Естествознание», для подготовки учащихся к предметным олимпиадам.

Решите задачу, используя знания и умения по географии, биологии, химии, физике.

Условие задачи

         Площадь соснового леса по контуру на топографической карте масштабом 1:25000 определяли с помощью сеточной палетки, подсчёты показали 12 полных клеток и 18 неполных. Какова реальная площадь участка соснового леса на местности? (география)

         Известно, что хвойные деревья вырабатывают специальные вещества, губительно действующие на болезнетворные микроорганизмы. Это фитонциды. 1 га хвойного леса за сутки продуцирует 5 кг фитонцидов. Какое количество фитонцидов вырабатывает за сутки сосновый лес, изображённый на топографической карте. (биология)

         Хвойные деревья имеют зелёную окраску хвои круглый год. И поэтому у них постоянно осуществляется фотосинтез. Напишите общее уравнение фотосинтеза. (химия)

          В растительных сообществах общую фотосинтети­ческую продуктивность в значительной степени опре­деляет листовой индекс, т.е. отношение площади всех листьев фитоценоза к площади почвы, занятой этим сообществом. С листовым индексом связаны и другие важные функции растительного сообщества, особенно лесного: распределение лучистой энергии солнца и ее утилизация на различные физиологические процессы слагающей растительности.

          Каждому типу растительного сообщества свойствен свой листовой индекс. У хвойных растений - до 14. Вычислите площадь фотосинтезирующей поверхности данного соснового леса. (биология)

          Растения в процессе фотосинтеза используют ма­лую долю падающей на них энергии солнечного света. Коэффициент использования солнечной энергии (КПД фотосинтеза) подсчитывают путем сравнения количе­ства синтезированного органического вещества, исхо­дя из теплоты сгорания последнего, с количеством поглощенной световой энергии. (физика)

          Альбедо поверхности хвойного леса – 14%. За месяц отраженная солнечная энергия в сосновом лесу составила 98 кал/см². Вычислите количество суммарной энергии, поступившей в сосновый лес. (география)        

        За единицу измерения интенсивности солнечной радиации принято количество тепла в калориях, которое получает 1 см² поверхности, перпендикулярной солнечным лучам, в 1 мин. (кал/см²*мин). Среднее значение солнечной постоянной 1,88 кал/см² * мин. Использовав величину площади фотосинтезирующей поверхности данного соснового леса, вычислите количество солнечной радиации, полученной сосновым лесом в 1 минуту. (физика)

          КПД фотосинтеза продуктивных хвойных лесных культур – около 2 %. Зная удельную теплоту сгорания древесины (q=1,0*10⁷ Дж/кг) и предположив, что полученная солнечная радиация поглощена полностью, рассчитайте приблизительную массу соснового леса. (физика)

       Прочитайте задачу и выполните необходимые вычисления.

        Используемые обозначения параметров:

М – масштаб

S_тер – площадь территории соснового леса

m – масса

S_лист – площадь фотосинтезирующей поверхности

I_l –  листовой индекс

А - альбедо

R – отраженная энергия

Q – суммарная энергия

КПД ф/с – коэффициент полезного действия фотосинтеза

q – удельная теплота сгорания

К_G - солнечная постоянная

Решение

Дано:

М 1: 25000

n = 12

n/2 = 18

Найти:

S_тер - ?

1) Сеточная палетка – простейший инструмент измерения площади участка на топографической карте. Это пластинка из прозрачного материала, на которую нанесена сетка с квадратами (сторона 1 см).

      Вычисляем площадь участка на карте по клеткам сеточной палетки:

 12 +  18/2 = 21 см²

 2) Используя именованный масштаб карты, вычисляем масштаб площадей для данной карты:

В 1 см 250 м – именованный масштаб

1 см² – 250м * 250м = 62500 м² – масштаб площадей

3) Вычисляем площадь территории соснового леса:

21 см² * 62500 м² = 1 312500 м² = 131,25 га

Дано:

S_тер = 131,25 га

m = 5 кг на 1 га

Найти:

m₁ - ?

4) Вычисляем, какую массу фитонцидов вырабатывает за сутки сосновый лес, изображённый на топографической карте.

m₁ = m * S_тер = 5 кг * 131,25 га = 656,25 кг

5) Обобщенное уравнение фотосинтеза:

6СО₂ + 6Н₂О  =  С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

Дано:

I_l = 14

Найти:

S_лист - ?

6) Вычисляем площадь фотосинтезирующей поверхности данного соснового леса:

I_l = S_лист / S_тер

S_лист = I_l * S_тер  = 14 * 131,25 га = 1837,5 га

Дано:

А = 14%

R = 98 кал / см²

Найти:

Q - ?

7) Альбедо - это отношение отраженной радиации к суммарной, умноженное на 100%. Суммарная радиация  - сумма рассеянной и прямой радиаций.

Вычисляем количество суммарной радиации:

Q = R * 100% / А = 98 кал / см² * 100% / 14% = 700 кал / см²

Дано:

S_лист = 1837,5 га = 1837,5 * 10⁸ см²

t = 1 мин

К_G  = 1,88 кал/см² * мин

Найти:

Q - ?

8) Вычисляем количество солнечной радиации, полученное сосновым лесом в 1 минуту:

К_G  = Q / S_лист * t

Q = К_G * S_лист * t = 1,88 кал/см² * мин * 1837,5 * 10⁸ см² * 1 мин = 3454,5 *10⁸ кал = 1446,3 гигаДж

Дано:

КПД ф/с = 2%; 0,02

q=1,0*10⁷ Дж/кг

Q = 1446,3 гигаДж = 1446,3 * 10⁹ Дж

Найти:

m - ?

9) Вычисляем приблизительную массу соснового леса:

Q = q * m  

m = Q * КПД ф/с / q = 1446,3 * 10⁹ Дж * 0,02 / 1,0*10⁷ Дж/кг = 2892,6 кг

Итак, сосновый лес, представленный на топографической карте, интенсивно наполняющий воздух фитонцидами, имеет около 3 тонн массы, что говорит о его молодом возрасте. И при рациональном использовании этого леса он ещё долгие годы будет усваивать энергию солнца и способствовать поддержанию жизни на Земле.

Ответы:

1) Реальная площадь участка соснового леса на местности - S_тер = 131,25 га.

2) Количество фитонцидов, вырабатываемых за сутки сосновым лесом –

 m₁ = 656,25 кг.

3) Площадь фотосинтезирующей поверхности леса - S_лист = 1837,5 га.

4) Количество солнечной радиации, полученной сосновым лесом в 1 минуту –

Q = 1446,3 гигаДж.

5) Приблизительная масса соснового леса – m = 2892,6 кг.

Использованная литература:

1. Гилецкий И.Р. Географические задачи и их решение. Тернополь.: Мандривець, 2013. – 136 с.

2. Интернет-ресурсы:

https://studopedia.ru/3_57321_svyaz-fotosinteza-s-produktivnostyu-rasteniy.html

https://collectedpapers.com.ua/ru/air_environment_of_the_earth/albedo-zemnoyi-poverxni

http://pppa.ru/additional/12zem/geographic-shell-5512.php

Краткое описание документа:

Интеграция знаний и умений, метапредметность обучения, системно-деятельностный подход, практически ориентированный подход – основные направления современного образования. Для реализации данных направлений учитель может составлять задачи с интересным, логически связанным смыслом для применения учащимися целого спектра знаний и умений. Интегрированные задачи используемы при изучении курса «Естествознание», для подготовки учащихся к предметным олимпиадам.