Главная » Файлы » Предметы » Физика [ Добавить материал ]

Задачи с элементами биофизики в молекулярных явлениях

Вы сможете скачать через 0 сек.

03.09.2017, 16:31

Задачи с элементами биофизики в молекулярных явлениях
Характерной чертой современной науки является интенсивное взаимопроникновение идей, теоретических подходов и методов, присущих разным дисциплинам. Особенно это относится к физике и биологии. Так, физические методы исследования широко используются при изучении живой природы, а своеобразие этого объекта вызывает к жизни новые, более совершенные методы физических исследований.
Известно, что задачи способствуют углублению и закреплению теоретических знаний, приучают к логическому мышлению, расширяют кругозор учащихся. Но, к сожалению, для многих учеников их решение – занятие неприятное, ибо в задачах они видят только скучный мир чисел и формул. Усилить эмоциональное воздействие этого вида занятий могут помочь примеры, связанные с биологическими процессами.
Иллюстрируя это положение, привожу примеры подобных задач к разделу «Молекулярная физика» 10 класса.

1. Хотя существование молекул и атомов было установлено давно и даже были определены их размеры, до недавнего времени не удавалось рассмотреть отдельные молекулы. Лишь в 1945г. А.А. Лебедев с помощью «электронного микроскопа», позволяющего исследовать объекты очень малых размеров, сумел сфотографировать некоторые крупные молекулы белка (альбумин). а) Определить максимальное увеличение этого микроскопа, если оно в 20 раз больше, чем увеличение оптического микроскопа, которое может быть доведено до 5 000 раз. б) Какое увеличение имеют новые модели электронных микроскопов, которые позволяют значительно расширить возможности науки и производства?

2. Почему береста находится в коллекции аморфных тел?

3. Какое физическое свойство бересты используют для изготовления туесков, для подкладки под оконные подушки при строительстве домов?

4. Водяной паук-серебрянка строит в воде воздушный домик, перенося на лапках и брюшке пузырьки атмосферного воздуха и помещая их под купол паутины, прикрепленный концами к водным растениям. Сколько рейсов надо сделать пауку, чтобы на глубине 50 см построить домик объемом 1 см3, если каждый раз он берет 5 мм3 воздуха под атмосферным давлением?

5. Какой из согревающих предметов, имеющих одинаковую температуру и массу, отдаст больше теплоты при остывании до одной и той же температуры: мешочек с песком или грелка с водой?

6. Какое значение имеет наклон на юг огородных, садовых и бахчевых участков?

7. Почему в условиях Зауралья и Сибири теплолюбивые растения – томаты – лучше растут и созревают, будучи высаженными с южной стороны, около стен зданий и заборов?

8. Какое значение имеет учащенное дыхание собак в жаркую погоду?

9. Известно, что при тяжелой, физической работе человек выделяет пот объемом 10 литров. Какая масса воды может быть нагрета от 40 до 1000С за счет той тепловой энергии, которая затратилась на испарение пота объемом10 литров?

10. Нормальная температура тела человека равна приблизительно 370 С. Почему же человеку не холодно при 25 0С и очень жарко при 37 0С?

11. Нормальная температура человека в подмышечной впадине 36,80С, а в легких 320С. Чем объясняется более низкая температура легких?

12. Летом, при жаре рекомендуется пить солоноватую газированную воду, а не сладкие напитки "Фанта" "Миринда" и т.п. Почему?

13. Потерпевшие кораблекрушение моряки, оставшись без пресной воды, часто пили морскую воду и умирали. Почему?

14. Почему в жару не следует носить кожаную, клеенчатую, синтетическую одежду?

15. При длительной тяжелой физической работе человек выделяет пот объёмом около 10 л. Какая масса воды может быть нагрета от 400 С до кипения за счёт той тепловой энергии, которая была затрачена на испарение пота объёмом 10 л? Для приближенного ответа считайте, что L пота ≈ L воды.( L пота = 24,36∙106 Дж/кг; L воды = 22,6∙106 Дж/кг)

16. Если бы потери на испарение не существовало, то на сколько градусов нагрелось бы тело человека, если условно принять его теплоемкость равной теплоемкости воды (клетки живых организмов состоят на 80 – 95% по массе из воды). См. предыдущую задачу.

17. Эритроциты крови человека представляют собой диски диаметром приблизительно 7∙10-6 м и толщиной 10-6 м. В крови объемом 1 мм3 содержится около 5∙106 таких дисков.
а) Если в теле взрослого человека содержится кровь массой 5л, то сколько в ней эритроцитов?
б) Масса молекулы гемоглобина составляет около 6,8∙105 а.е.м. Сколько молекул гемоглобина должно содержаться в одном эритроците, если плотность гемоглобина 1 кг/м3 и если мы будем считать, что эритроциты состоят полностью из гемоглобина? (1 а.е.м. = 1,66∙10-27 кг)

18. Как можно применить знания о молекулярно-кинетической теории к объяснению механизма всасывания волосками корней растений питательных веществ из почвы?

19. Как объяснить водонепроницаемость соломенной кровли, сена в стогах?

20. Почему, если подышать себе на руку, получается ощущение тепла, а если подуть – ощущение холода?

21. Почему маленькие капли росы на листьях некоторых растений имеют форму шариков, тогда как листья других растений роса покрывает тонким слоем?

22. Какую роль в жизни растений играет восковой налет на поверхности листа?

23. Определите высоту, на которую под действием сил поверхностного натяжения поднимается вода в стеблях растений, имеющих капилляры диаметром 0,4 мм. Можно ли считать капиллярность единственной причиной подъема воды по стеблю растения?

24. Почему в холод многие животные свертываются в клубок, а в жару, наоборот, стремятся увеличить свою свободную поверхность (кошки, собаки)?

25. Почему животные малых размеров потребляют относительно большую массу пищи?
26. Верно ли, что ласточки, летающие низко над землей, предвещают приближение дождя?

27. Если в жаркий день приложить к щеке лист растения, то можно почувствовать, что он прохладный. Почему?
28. Какую роль играет сезонное изменение длины и густоты оперения?

29. Известно, что эмаль и дентин обладают неодинаковыми коэффициентами расширения, причем эмаль – вещество хрупкое. Как с этим согласуются предостережения зубных врачей от употребления очень горячей или очень холодной пищи и воды?

30. Теплота из внутренних органов человека проходит сначала через мышечную ткань толщиной 4,5см, затем через жировую толщиной 1,2см. Температура на внешней поверхности жировой ткани 370С, на границе между мышечной и жировой 37,5С. Какова температура на внутренней поверхности мышцы? Коэффициенты теплопроводности мышцы и жир ткани соответственно 5,70∙10-2 и 2,78∙10-2 Вт/(м∙К)

31. Какое количество теплоты расходует тело на испарение этилового эфира, если на него налито 20г эфира при температуре 2000С? удельная теплоемкость эфира 2,34 кДж/(кг∙К), удельная теплота парообразования 355 кДж/кг, температура кипения эфира 34,80 С, температура тела 36,60 С.
32. Известно, что ожог кожи наступает при соприкосновении ее со средой, имеющей достаточно высокую температуру. Так, если поместить руку на некоторое время в воду с температурой 55-60°С, можно получить опасные ожоги. Почему же на воздухе человек может безболезненно переносить жару в 50-60 °С и не получает при этом ожогов?

33. Среднее количество энергии, доставляемое лучами Солнца в течение года за 1 м2 земной поверхности в центре Европы приблизительно равно 2∙103 кВт∙ч. Средний годовой прирост леса при таком притоке энергии составляет 4 т дерева на 1 га. Какой процент солнечной энергии превращается в потенциальное топливо, если удельная теплота сгорания дерева 16 748 кДж/кг? Какое значение имеет охрана природы для человека, животных и птиц?

34. Почему в ясный летний день наиболее жарко бывает не в полдень, а несколько позднее?

35. При выходе из реки после купания мы ощущаем холод. Почему?

36. Зачем на морозе вспотевшую после езды лошадь покрывают попоной?

37. При сушке сена на «солнце» теряются его питательные качества, так как сено пересыхает. Чтобы избежать этого пресс-подборщик прессует сено почти в свежем виде, но в тюках оставляют сквозные отверстия. Какое это имеет значение?

38. Какое значение для человека имеет выделение пота?

39. Почему в сухом воздухе человек может претерпевать температуры выше 373К?

40. Если влажность воздуха равна 30%, это не оказывает заметного отрицательного влияния на организм человека. При какой температуре воздуха влажность будет иметь гигиеническую норму, если точка росы, соответствующая этой температуре, равна 281 К?

41. В аудитории, имеющей размер 20х8х5 м, в начале урока при температуре 288 К точка росы была 278 К, а в конце урока при 289 К оказалась280 К. Определить относительную влажность воздуха в начале и в конце урока. Сколько водяного пара поступило в воздух? Соответствует ли влажность воздуха гигиенической норме?

42. Эвкалипт – самое высокое дерево, но под ним не бывает тени и никогда не растет трава, а в августе вся кора сбрасывается и ствол совершенно гол, в народе его называют “бесстыдница”. Почему?

43. Сколько полезной работы может быть получено при сжигании 1 моль глюкозы, если предположить, что тело человека работает как тепловая машина? (η=30%)

44. Определите температуры мышцы, предполагая, что она работает как тепловая машина с η=30% при температуре 25 оС.

45. Человек, занимающийся умственным трудом, потребляет в сутки 450 г углеводов, 125 г белков и 100 г жиров. Какое количество энергии выделяется при окислении этих продуктов в организме? Считать, что усваивается лишь 90% питательных веществ.

Ответы.
1. а) В 100 000 раз; б) в 150 000, 200 000, 300 000, 800 000 раз. 2. Аморфные тела – это тела, которые не имеют строгой формы, как кристаллы, при низких температурах имеют свойства твердых тел, а при повышении температуры – свойства жидкостей, не имеют определенной температуры плавления. Примером может служить бетулин – белое смолистое вещество, которое находится в межклеточном пространстве бересты. Смолы – аморфные тела. Из бересты получают деготь – вязкое вещество. 3. Береста обладает малой теплопроводностью, поэтому квас в туесках даже в жару остается холодным, оконные подушки не гниют. 4. N = 210. 6. На этих участках солнечные лучи падают почти под прямым углом. Почва хорошо прогревается, что важно для теплолюбивых растений. 7. Стены и заборы за день много поглощают солнечной энергии, а затем отдают ее окружающему воздуху и растениям. 10. Телом человека непрерывно выделяется теплота, которая отдается окружающему воздуху. При температуре воздуха, близкой к 37 0С, процесс теплоотдачи замедляется, и в теле человека образуется избыточная внутренняя энергия. 15. mводы ≈ 90 кг 16. Тело человека «нагрелось бы» до температуры, превышающей 1000 С!
20. Температура воздуха одинакова и в том и в другом случае, однако влажность выдыхаемого воздуха с руки очень мала и быстро достигается насыщение, во втором же случае насыщение не происходит. Продолжающее испарение и обеспечивает некоторое охлаждение руки. 21. В первом случае вода не смачивает поверхность листа, а во втором – смачивает. 22.Такой покров плохо пропускает водяной пар, уменьшается испарение.
24. Для того чтобы сохранить температуру тела постоянной. 28. Летом оперение всегда короче и рыхлее, а зимой – длиннее и гуще. 32. При большой температуре окружающего воздуха человек потеет. Пот же, испаряясь, понижает температуру тела, чем и охраняет ее от ожогов. В горячей воде испарения не происходит и кожа обжигается. 33. ≈ 0,09%
34. Земля начинает отдавать теплоту. 37. Отверстия в тюках увеличивают площадь испарения содержащейся в сене излишней влаги, а это способствует сохранению качества сена. 38. Выделение пота и его испарение предохраняет организм от перегревания. 39. В сухом воздухе пот быстро испаряется и охлаждает тело человека. 40. 270С 41. 51,5%, 55,7%, 720 г 42. Листья эвкалипта расположены ребром к солнцу, не нагреваются, а устьица открыты круглосуточно. Листья не дают тени. Земля под деревом сухая, а травы не могут расти без влаги. Древесина по мере роста дерева увеличивается быстрее, чем кора. Последняя поэтому разрывается и падает.

Литература
Богданов К.Ю. Физик в гостях у биолога. – Москва: Наука, 1986.
Большаков А.П. Биология. Занимательные факты и тесты. – С.-Петербург: Паритет, 1999.
Енохович А.С. Справочник по физике. – Москва: Просвещение, 1990.
Ильченко В.Р. Перекрестки физики, химии и биологии. – Москва: Просвещение, 1986.
Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. – Москва, Просвещение, 1988.
Корж Э.Д., Пеннер Д.И. Программированные задания по физике для 9 класса – Москва: Просвещение, 1983
Мезенцев В.А. Чудеса. Популярная энциклопедия в 2-х томах. – Алма-Ата: Главная редакция казахской советской энциклопедии, 1990.
Назаров А.М. Вопросы и задачи по физике с производственным содержанием. – Москва: Высшая школа, 1987.
Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. - Москва, Просвещение, 1988.

Категория: Физика | Добавил: Natalia321 | Теги: успех, способности, труд
Просмотров: 200 | Загрузок: 47 | Рейтинг: 0.0/0
Случайные материалы:
Всего комментариев: 0
avatar