Методика изучения экологических вопросов предполагает их органическое включение в учебный процесс на различных его этапах, организацию как учебной, так и внеучебной деятельности учащихся. В старших классах школы возможно проведение междисциплинарного урока с участием учителей физики, химии, географии, биологии.

При составлении работы была проанализирована следующая литература:

1. Экологическое образование: концепции и методические подходы \ Под ред. Н.М. Мамедова.-М.:Агентство «Технотрон», 1996.

2. Брейгер Л.М.,Глинская П.В. Предметные недели в школе. Химия. Физика. - Волгоград: Учитель, 2003. - 45 с.

3. Физика и экология. 7-11 классы. Материалы для проведения учебной и внгеурочной работы по экологическому воспитанию \ Сост. Г.А. Фадеева, В.А. Попова.-Волгоград: Учитель, 2005. - 74 с.

Вопросы экологии в преподавании физики

Одним из условий экологического воспитания школьников является информация и пути решения проблем окружающей среды. На первый взгляд кажется, что интересы физики и экологии антагонистичны: экология - наука о взаимосвязях в природе, физика - наука, лежащая в основе научно-технического прогресса, который внёс нарушения в многочисленные природные взаимодействия. Однако, в переводе с греческого слово «физика» означает «природа»!

Включение элементов экологических знаний на уроках физики сопряжено с рядом трудностей: отсутствие времени, которое можно отвести на данный материал, отсутствие опыта учителя, сложность программного материала по физике, большое количество дидактических целей урока. Тем не менее надо находить время для ознакомления учащихся с экологическими сведениями.

Дидакты выделяют следующие условия результативности использования на уроках экологических знаний:

1) вопросы экологии должны быть органически связаны с содержанием изучаемого материала;

2) они должны излагаться в информационном плане;

3) их следует использовать для возбуждения интереса учащихся к изучаемому материалу;

4) при ознакомлении школьников с вопросами экологии необходимо привлекать их знания, приобретённые на других уроках.

В монографии «Экологическое образование школьников» (под ред. И.Д. Зверева и И.Т. Суравегиной) содержание экологических знаний в курсе физики предлагается сгруппировать в три раздела:

1. Методы освоения и использования чистых источников энергии и принципы организации чистых производств. К чистым источникам энергии относят реки, ветер,солнце и др. А для чистых производств характерно отсутствие отрицательного вличяния на природные системы, для этого они должны использовать чистые источники энергии и иметь замкнутые производственные циклы.

2. Рациональное использование природных ресурсов, или уменьшение затрат энергии и материалов на каждую единицу полезного эффекта. Это предполагает развитие знаний: а) о методах повышения КПД механического устройства и технологических процессов, б) о путях осуществления безотходной технологии, в) о методах использования вторичных ресурсов, г) о способах уменьшения потерь энергии и материалов.

3. Принципы действия защитных сооружений. В разных типах производств используются различные защитные сооружения (бетонные, стальные оболочки, специальные резервуары), консервирующие сооружения (контейнеры, природные резервуары), к очищающим относятся пылегазоуловители и водоочистные сооружения, они улавливают загрязнения из газов или воды.

Успешная реализация возможностей экологического образования может быть достигнута при осуществлении всех форм обучения: урочная и внеурочная работа, факультативные занятия, решение физических задач с экологическим содержанием, исследовательская работа учащихся по экологии.

Рассмотрим темы физики, при изучении которых затрагиваются вопросы экологии.

При изучении соответствующего школьного раздела физики можно использовать следующие качественные задачи.

1. Почему нефть растекается по поверхности воды тонкой плёнкой? Как влияет нефтяная плёнка на биосферу водоёма?

Ответ: плотность нефти меньше, чем плотность воды, слой нефти затрудняет диффузию кислорода в водоём и диффузию углекислого газа из водоёма в атмосферу. Нефтяная плёнка уменьшает освещенность водоёма, затрудняя процесс фотосинтеза в нём, нарушает теплоизоляцию слоя перьев у водоплавающих птиц.

2. Где нужно установить вытяжной вентилятор, если в цехе скапливаются хлор, аммиак, углекислый газ или пары воды?

Ответ: если молярная масса газа меньше молярной массы воздуха, вытяжной вентилятор нужно установить ближе к полу цеха.

3. Питьевой воды во многих местах на Земле не хватает. Её приходится получать из морской либо выпариванием, либо вымораживанием. Какой способ выгоднее?

Ответ: зимой - вымораживанием, летом - выпариванием.

4. Почему ветровые и солнечные электростанции не получили широкого распространения в нашей энергетике?

Ответ: ветровые и солнечные электростанции маломощны и работают нестабильно: первые зависят от силы ветра, вторые не «работоспособны» в ночное и пасмурное время.

5. Присущи ли экологически нежелательные факторы гидроэлектростанциям ?

Ответ: Да:

1) Под водохранилище отводится большая площадь пахотной земли;

2) Осложняется воспроизводство рыбы - плотина мешает её свободному перемещению по реке;

3) Искусственное море изменяет местный климат, причём не всегда в лучшую сторону.

6. Загрязнение атмосферы отходами промышленности

приводит к уменьшению ледников на горах. Почему? Каковы возможные последствия этого?

Ответ: Промышленные отходы оседают в виде пыли на поверхности ледников, что ускоряет их таяние под действием солнечных лучей. Уменьшение льда может привести к изменению климата.

7. Промышленные центры, расположенные в зоне влажного климата, сильно загрязняют атмосферу. Почему?

Ответ: Пылинки промышленных отходов, частицы дыма при большой влажности воздуха служат центрами конденсации водяных паров. В результате этого масса таких частиц увеличивается, уменьшается их скорость диффузии. Поэтому пылинки создают вокруг промышленного центра дымовые облака.

5. В настоящее время остро встаёт вопрос о борьбе с засоленностью почв. Почему?

Ответ: засоленные почвы поглощают воду из растений, и последние засыхают,

9. Почему овощные культуры, боящиеся заморозков, лучше сажать рядом с водоёмами?

Ответ: Около водоёма содержится большое количество пара. Во время заморозков он конденсируется, выделяя тепло.

10. Ядерные реакторы имеют преимущества в экологии над другими реакторами. Каковы они?

Ответ: не потребляют кислорода, не выделяют дыма выхлопных газов.

На внеурочных мероприятиях (кружковых занятиях) возможно использовать экспериментальные задачи следующей тематики:

1. Сравнить степень засоленности нескольких образцов воды или почвы с помощью электрических измерений.

2. Сравнить количество нитратов в овощах и фруктах.

Теория: электрическое сопротивление проводника падает по мере

увеличения концентрации солей (нитратов).

3. С помощью фотоэлемента сравнить степень загрязнения нескольких

образцов воды.

Теория: при прохождении тока через более мутную среду фототок уменьшается.

Материал для проведения внеклассного мероприятия по т.

«Действия электрического тока»

В настоящее время сельскохозяйственные культуры зачастую загрязняются вредными для здоровья людей веществами уже на полях. Как правило, это свинцовые примеси из выхлопов автомобилей или соли азотной кислоты - нитраты. Остановимся на последних.

Азот входит в состав белков растений. При его недостатке задерживается образования зелёной массы, растения плохо растут, желтеют. Однако, если азота слишком много (при внесении излишнего количества удобрений), то при хорошем внешнем виде растения становятся буквально ядовитыми - в них накапливаются нитраты. Знание физики поможет нам выяснить в домашних условиях, содержат ли овощи нитраты.

Все овощи содержат воду, и нитраты, растворяясь в ней, образуют электролит, хорошо проводящий электрический ток. Соберём цепь , состоящую из омметра и соединительных проводов. О количестве нитратов можно судить по показаниям омметра. Чем больше нитратов, тем меньше сопротивление электролита и больше сила тока. Большое сопротивление, наоборот, скажет о низком содержании нитратов.

Экологические проблемы

(материал для проведения уроков физики)

Экологические проблемы являются частью глобальных проблем человечества. Причин возникновения экологических проблем много, наиболее значимы следующие:

1) демографический взрыв, в результате которого в течение каждых 10 лет население Земли вырастает на величину, равную населению Китая. Это во многом провоцирует продовольственную, энергетическую, сырьевую проблемы - и как следствие - экологическую проблему;

2) Колоссальные масштабы человеческой деятельности. В результате научной и технократической деятельности человека изменяется окружающая среда;

3) Нерациональное потребление первичных природных ресурсов, наиболее активно используемых в общественном производстве и мировом хозяйстве;

4) Технократическое мышление. Древний культ природы заменился

культом техники. Самое широкое распространение получила идеология покорения природы, предельно высокой её эксплуатации.

Истощение природных ресурсов

Эта проблема занимает ключевое место. Она возникла как результат давления человека на биосферу.

Невозобновляемые ресурсы - это ресурсы, затратив которые, человек уже не в состоянии их восстановить или рассчитывать, что они восстановятся естественным путём. К ним относятся все виды ископаемого сырья и топлива, то есть то, что возникло в процессе формирования и развития Земли в течение сотен миллионов лет (нефть, газ, уголь, торф)

 Возобновляемые ресурсы - это ресурсы, которые возобновляются в результате естественных процессов, происходящих в природе, или могут быть восстановлены человеком с определёнными затратами (объекты охоты, рыболовства, собирательства, вода, лес, плодородный слой почвы, энергия ветра и приливов, гидроресурсы электростанций). Они могут восстановиться, но скорость их потребления намного выше, чем скорость возобновления.

Парниковый эффект

Подобно тому, как в парнике стеклянная крыша и стены пропускают солнечную радиацию, но не дают уходить теплу, так и углекислый газ вместе с другими газами практически прозрачны для солнечных лучей, но задерживают длинноволновое тепловое излучение Земли, не дают ему уходить в космос. В результате температура приземного слоя воздуха повышается.

Во второй половине 20в. В атмосфере резко увеличилось содержание так

называемых парниковых газов за счёт:

1) сжигания ископаемого топлива;

2) увеличения количества метана и оксидов азота вследствие интенсивного производства;

3) массового сведения лесов. Отрицательные последствия:

- повышается уровень Мирового океана в результате таяния материковых и горных ледников;

- резко увеличивается процесс опустынивания, меняется климат в Сибири и Скандинавии;

- Вследствие таяния ледников и перераспределения водных масс от полюсов к низким широтам скорость вращения Земли будет замедляться на незначительную величину. Тем не менее, это должно вызвать изменение её формы. Уменьшится «сплюснутость» Земли, в связи с этим могут усилиться вулканическая активность и землетрясения.

Истончение озонового слоя

Растительный и животный мир начал своё развитие лишь после образования охранного озонового слоя Оз, который надёжно укрыл Землю от опасного ультрафиолетового солнечного излучения. Несмотря на малую концентрацию Оз, он поглощает 99% ультрафиолетового излучения Солнца.

Поэтому очень важно не допускать утончение этого слоя, а между текм оно идёт очень активно. Разрушают Оз:

1. оксиды азота, образующиеся при полётах сверхзвуковых самолётов на большой высоте, ракет (при работе двигателей содержащиеся в воздухе азот и кислород при температуре сгорания топлива образуют оксиды азота)

2. фтористые и хлористые соединения, которые широко применяют в        настоящее время в холодильниках, кондиционерах, пенообразователях, аэрозолях. Эти соединения поднимаются вверх, разрушают озон, сами же распадаются десятилетиями. Над Антарктидой находится «знаменитая» озоновая дыра, однако озоновый слой утончается везде. 6-9 тысяч человек ежегодно заболевают раком от ультрафиолетового излучения.

Кислотные дожди

Кислотность выражается показателем рН, который в нейтральной среде равен 7. Под термином «кислотный дождь» имеются в виду все осадки дождь, снег, туман, роса, рН которых ниже 5,6. Даже в чистом девственном лесу дождь уже обладает кислотностью, т.к. вода впитывает углекислый газ из атмосферы. В загрязнение атмосферы основной вклад вносят антропогенные источники:

- массовое сведение лесов;

- сжигание большого количества топлива;

- выхлопные газы транспорта;

- промышленные выбросы и т. д.

Это привело к большим выбросам в атмосферу оксидов азота и серы. В последние годы рН осадков достигают в промышленных районах 4,1-4,3. Следствия этого:

- ухудшается состояние почвы;

- снижается урожай;

- гибнет растительность, уничтожается жизнь в водоёмах;

- ускоряется процесс коррозии металлических конструкций зданий, мостов, плотин, линий электропередач;

- разрушаются памятники архитектуры.

Проблема чистой пресной воды

По данным ООН, в настоящее время четверть населения Земли испытывает недостаток в питьевой воде.

Естественный круговорот воды, её режим изменился в результате распашки земель, сельскохозяйственного освоения, создания сети каналов и водохранилищ, бесхозяйственного, варварского отношения к воде как к ничейному бесплатному природному ресурсу. Всё это привело к тому, что пресной воды не хватает.

Загрязнение подземных источников - это беда, которая только начинает рассматриваться, ведь многие подземные скважины не годны для питья из-за свалок мусора, неумеренного применения пестицидов, минеральных удобрений.

Почва

Почва - основной компонент наземных экосистем, среда обитания организмов, источник вещества и энергии для жителей суши. На всех этапах

развития человеческого сообщества земля была, есть и будет важнейшим,

ничем не заменимым средством производства.

Однако площадь земельных ресурсов весьма ограниченна. В настоящее

время ежегодно в мире безвозвратно теряется в результате различных

процессов деградации около 7 млн. га пахотных земель, т.е. база жизни для

21 млн. человек. К основным причинам деградации почв можно отнести

следующие:

- чрезмерное пастбищное животноводство;

- оскудение и исчезновение лесных ресурсов;

- нерациональная сельскохозяйственная деятельность;

- эрозия, вызванная водой и ветром;

- засоление почв при орошении и др.

Проблема мусора

Полностью безотходное производство также невозможно, как и вечный двигатель. В настоящее время на каждого жителя нашей планеты приходится в среднем около 1 тонны мусора в год, и это не считая миллионов изношенных и разбитых автомобильных шин. Можно назвать несколько причин увеличения количества мусора:

- рост численности населения;

- рост производства товаров массового потребления одноразового использования;

- увеличение количества упаковки;

- повышение уровня жизни, позволяющее пригодные к использованию вещи

заменять новыми.

Самый распространённый и дешёвый способ захоронения - это городские

свалки. Однако, это и самый опасный способ. Свалками занято 250 тыс. га

земель.

Проблема Мирового океана

Океан - колыбель всего живого. Именно в его глубинах зародились первые органические соединения, давшие начало бесконечному разнообразию живых организмов.

Океан выполняет важную средообразующую функцию - формирование климата и газового состава атмосферы. Он также имеет и энергетическое значение - является источником нефти, минерального сырья. Возможно использовать для получения энергии океанические течения, приливы, волны прибоя.

Океан выполняет транспортную функцию, используется для рыболовного

промысла.

Важнейшей проблемой Мирового океана является его загрязнение:

- промышленными, сельскохозяйственными и городскими отходами - реки выносят в моря неочищенные стоки, а это сотни миллионов тонн цинка, ртути, меди, кадмия, различных ядов;

- нефтью - настоящим бичом океана. От 6 до 10 млн. тонн нефти выливается ежегодно;

- радиоактивными отходами;

- механическими отходами;

- биологическими отходами.

Вопросы энергетики

Электрическая энергия заставляет работать всё вокруг нас - от домашних утюгов до поездов метрополитена. Электричество вырабатывается на электростанциях и посылается по всей стране по высоковольтным проводам линии передачи.

Приливные электростанции

Энергия морских приливов огромна. Однако практическое использование затруднено, поэтому моря и океаны могут удовлетворить только 1 % мировой энергопотребности. Достоинства:

1. Минимум поверхности на суше;

2. Не загрязняется атмосфера;

3. Даровой источник. Недостатки:

1. В море занимает очень большие пространства, опасно для судоходства.

Геотермальная энергетика

Геотермальная энергия - это теплота, которая генерируется внутри Земли в источники огромной силы (внутренняя энергия Земли). В Исландии много геотермальных электростанций. Они вырабатывают электричество, используя энергию гейзеров - горячих подземных источников, которые выбрасывают на поверхность мощные фонтаны воды и пара. Достоинства:

1. Практическая неиссякаемость;

2. Полная независимость от условий окружающей среды, времени суток,

года.

Недостатки:

1. Необходимость обратной закачки отработанной воды ( в геотермальных водах содержится много токсичных металлов - цинк, свинец, кадмий, мышьяк и химических соединений — аммиак, фенол) - это исключает сброс этих вод в природные водоёмы, расположенные на поверхности.

Гидроэнергетика

Гидроэлектростанции работают за счёт того, что вода под действием сил тяготения течёт по трубам внутри тела плотины сверху вниз и вращает турбину, вырабатывающую электрический ток. Обычно ГЭС располагаются у плотин, чтобы получить максимальный напор воды. Чем больше уровень воды водохранилища, тем с большей высоты ей предстоит упасть и тем больше её энергия.

Достоинства:

-не загрязняется атмосфера;

-создаются новые водоёмы;

-увлажняется атмосфера, меняется климат;

-гидроресурсы не надо добывать или как-то обрабатывать.

Недостатки:

-затапливаются огромные пространства, создаются водохранилища;

- разрушается естественная среда обитания флоры и фауны;

-отчуждаются плодородные пойменные земли;

-плотины отрицательно влияют на ценные породы промысловых рыб;

-по мнению многих учёных, последствием строительства ГЭС является «наведённая сейсмичность» - в зоне расположения мощных гидроузлов и больших по объёму водохранилищ. В 1967 году в Индии была разрушена плотина высотой 103 м. Причина - землетрясение, эпицентр -- под телом плотины.

Теплоэнергетика

Более 80% всей электроэнергии в нашей стране вырабатывается на ТЭС, на всех видах топлива. Самая первая электростанция, работающая на угле, начала действовать в 1882 г. Уголь, нефть и газ называют природным или ископаемым топливом. Уголь представляет собой спрессовавшиеся останки древних растений. Нефть и газ образовались из скоплений древних крошечных морских организмов. Огромные буровые платформы применяют для добычи нефти, природный газ добывают из-под земли с помощью буровых скважин и по трубопроводам перекачивают на перерабатывающие заводы.

90% энергии мы получаем за счёт сжигаемого топлива, около 40% за счёт сжигания нефти, 27% - угля, 21% - природного газа. Эти источники невозобновляемые, поскольку для образования горючих ископаемых требуются миллионы лет.

Достоинства:

-под станции используются небольшие площади;

-высокая удельная теплота сгорания топлива (уголь, нефть, природный газ);

-простота хранения угля, пригодность к непосредственному использованию

топлива.

Недостатки:

- сильно загрязняют атмосферу сернистыми и азотистыми соединениями, углекислым газом - создают парниковый эффект, кислотные дожди.

-используются большие площади для добычи угля, рельеф местности портится шахтами;

-с охлаждающей водой ТЭС в ближайшие водоёмы сбрасывается большое количество теплой воды, что повышает температуру водоёма. По данным МАГАТЭ, электростанция мощностью более 1млн. кВт, работающая на угле, выбрасывает в атмосферу ежедневно 400т сернистого газа, 60т окислов азота и углерода. Вместе с этими газами в атмосферу выбрасываются ещё и радиоактивные вещества, содержащиеся в большей или меньшей степени в топливе.

Гелиоэнергетика

Солнце - источник всех видов топлива на планете. Оно посылает миллионы килокалорий энергии на Землю. Т.к. абсолютно чистой атмосферы не существует, половина солнечной энергии рассеивается, до поверхности доходит лишь 50%. И даже это количество грандиозно и превышает все остальные виды энергии. Всю солнечную энергию использовать нельзя -часть её переходит в тело морей и океанов, часть обеспечивает круговорот воды в природе, часть идёт на фотосинтез. Кроме того, 30% отражается поверхностью Земли и возвращается в космос.

На крышах некоторых современных домов установлены солнечные батареи. Одни используются для нагревания воды в отопительной системе дома. Другие состоят из множества электронных фотоэлементов, которые преобразуют солнечный свет в электроэнергию, необходимую для работы техники и освещения. Первым действующим механизмом, работающим на солнечной энергии, стал паровой двигатель, построенный французом Огюстеном Муше в 1861 г.

Солнечные коллекторы собирают солнечное тепло и нагревают, например, воду. Фотоэлементы - это светочувствительные химические элементы, которые под воздействием света вырабатывают электричество. Достоинства:

-солнечные электростанции не загрязняют атмосферу;

-солнечная энергия бесплатна.

Недостатки:

- проблема связана с циклическим характером поступления;

-под солнечные батареи используются большие площади Земли;

-КПД солнечных установок пока очень низок (около 10%)

Ветроэнергетика

Попытки использовать силу ветра своими корнями уходят в далёкие времена. Силу ветра можно считать базой развития будущей энергетики. Современные ветряные мельницы (ветряки) используются для приведения в движение турбогенераторов, которые вырабатывают электроэнергию. Первый крупный ветряной турбогенератор построил в 1940 г. американец Палмер Путнэм.

Достоинства:

- используется даровая энергия;

- экологически чисты, не влияют на тепловой баланс атмосферы Земли. Недостатки:

- низкая интенсивность, поэтому занимают большие площади;

- портят ландшафт (выглядят некрасиво)

- работа ветровых установок неблагоприятно влияет на работу телевизионной сети;

- является источником шума (этот район покидают птицы);

- ветровая энергия равна нулю, если наступает затишье, а приток энергии нужен постоянный.

АЭС

Несмотря на микроскопические размеры атомного ядра, скрытая в нём энергия поистине колоссальна. Благодаря этому атомные электростанции вырабатывают огромное количество энергии всего из нескольких тонн ядерного топлива. Этим же обстоятельством обусловлена столь мощная разрушительная сила атомных бомб.

Внутри реактора располагаются топливные стержни с диоксидом урана. Во время работы станции в этих стержнях происходит реакция деления атомных ядер. В реакторе за счёт распада ядер выделяется огромное количество тепловой энергии. Этот процесс замедляется управляющими стержнями, которые поглощают нейтроны так, что произведённое тепло равномерно поступает к паровым турбинам, которые и вырабатывают электроэнергию. В мире существует около 420 атомных реакторов. У нас в стране вырабатывается 14% всей энергии на АЭС. Первая в мире АЭС была пущена в 1954 г. в г.Обнинске.

Сейчас у нас их 9:

1. Балаковская.

2. Калининская.

3. Кольская.

4. Нововоронежская.

5. Курская.

6. Ленинградская.

7. Смоленская.

8. Белоярская.

9. Билибинская ( на Чукотке - самая маленькая)

10. Обнинская - маленькая, существует как экспериментальная. Только в черте г. Москвы работает 8 реакторов, 7 из них - в институте Курчатва.

Достоинства:

-небольшая площадь под АЭС;

-при отсутствии утечек    никакого загрязнения атмосферы;

-относительная независимость от места расположения сырья.

Недостатки:

-образуются радиоактивные отходы (глобальная проблема);

-дорогое строительство, ещё дороже размонтировка. Сырьём для АЭС являются уран и торий - их запасов в земной коре хватит на 50 тыс. лет. В морской воде урана в 1000 раз больше, чем в земной коре. В 1979 г. В Америке произошла самая тяжёлая до Чернобыля авария. После этого в Америке не ввели ни одного нового реактора. В Швеции принято решение о постепенном закрытии АЭС. Лишь Великобритания, Франция и Россия планируют строительство новых АЭС, несмотря на активное сопротивление общественности. Во Франции 74% энергетики - АЭС.