Опыт с лягушкой нервные импульсы
3. Нервная регуляция функций организма
Главная роль в регуляции функций организма и обеспечении его целостности принадлежит нервной системе. Этот механизм регуляции является более совершенным. Во-первых, нервные влияния передаются значительно быстрее, чем химические воздействия, и потому организм через нервную систему осуществляет быстрые ответные реакции на действие раздражителей. В связи со значительной скоростью проведения нервных импульсов взаимодействие между частями организма устанавливается быстро в соответствии с потребностями организма.
Во-вторых, нервные импульсы приходят к определенным органам, и потому ответные реакции, осуществляемые через нервную систему, не только более быстрые, но и более точные, чем при гуморальной регуляции функций.
Вся деятельность нервной системы осуществляется рефлекторным путем. С помощью рефлексов осуществляется взаимодействие различных систем целого организма и его приспособление к меняющимся условиям среды.
При повышении кровяного давления в аорте рефлекторно меняется деятельность сердца. В ответ на температурные воздействия внешней среды у человека суживаются или расширяются кровеносные сосуды кожи, под влиянием различных раздражителей рефлекторно меняется сердечная деятельность, интенсивность дыхания и т. д.
Благодаря рефлекторной деятельности организм быстро реагирует на различные воздействия внутренней и внешней среды.
Раздражения воспринимаются особыми нервными образованиями - рецепторами. Существуют различные рецепторы: одни из них раздражаются при изменении температуры окружающей среды, другие - при прикосновении, третьи - при болевом раздражении и т. п. Благодаря рецепторам центральная нервная система получает информацию обо всех изменениях окружающей среды, а также об изменениях внутри организма.
При раздражении рецептора в нем возникает нервный импульс, который распространяется по центростремительному нервному волокну и достигает центральной нервной системы. О характере раздражения центральная нервная система "узнает" по силе и частоте нервных импульсов. В центральной нервной системе происходит сложный процесс переработки поступивших нервных импульсов, и уже по центробежным нервным волокнам импульсы от центральной нервной системы направляются к исполнительному органу (эффектору).
Для осуществления рефлекторного акта необходима целостность рефлекторной дуги (рис. 2).
Рис. 2. Схема простейшей рефлекторной дуги спинномозгового рефлекса
Обездвижьте лягушку. Для этого заверните лягушку в марлевую или полотняную салфетку, оставив открытой лишь, голову. Задние лапки при этом должны быть вытянуты, а передние плотно прижаты к туловищу. Введите тупое лезвие ножниц в рот лягушки и отсеките верхнюю челюсть с черепной коробкой. Спинной мозг не разрушайте. Лягушку, у которой сохранен только спинной мозг, а вышележащие отделы центральной нервной системы удалены, называют спинальной. Укрепите лягушку в штативе, зажав зажимом нижнюю челюсть либо приколов булавками нижнюю челюсть к пробке, укрепленной в штативе. Оставьте лягушку висеть несколько минут. О восстановлении рефлекторной деятельности после удаления головного мозга судите по появлению ответной реакции на щипок. Лягушку во избежание подсыхания кожи периодически опускайте в стакан с водой. Налейте в маленький стаканчик 0,5-процентный раствор соляной кислоты, опустите в него заднюю лапку лягушки и наблюдайте рефлекторное отдергивание лапки. Смойте кислоту водой. На задней лапке, на середине голени, сделайте кольцевой разрез кожи и хирургическим пинцетом снимите ее с нижней части лапки, проследив за тем, чтобы кожа была тщательно снята со всех пальцев. Опустите лапку в раствор кислоты. Почему теперь лягушка не отдергивает конечность? В этот же раствор кислоты опустите другую лапку лягушки, с которой кожа не снята. Как реагирует лягушка теперь?
Разрушьте спинной мозг лягушки, введя в позвоночный канал препаровальную иглу. Опустите лапку, на которой сохранена кожа" в раствор кислоты. Почему теперь лягушка не отдергивает лапку?
Нервные импульсы при любом рефлекторном акте, приходя в центральную нервную систему, способны распространяться по разным ее отделам, вовлекая в процесс возбуждения многие нейроны. Поэтому правильнее говорить, что структурную основу рефлекторных реакций составляют нейронные цепи из центростремительных, центральных и центробежных нейронов.
Между центральной нервной системой и исполнительными органами существуют как прямые, так и обратные связи. При действии раздражителя на рецепторы возникает двигательная реакция. В результате этой реакции в исполнительных органах (эффекторах) - мышцах, сухожилиях, суставных сумках - возбуждаются рецепторы, от которых нервные импульсы поступают в центральную нервную систему. Это вторичные центростремительные импульсы, или обратные связи. Эти импульсы постоянно сигнализируют нервным центрам о состоянии двигательного аппарата, и в ответ на эти сигналы из центральной нервной системы к мышцам поступают новые импульсы, включающие следующую фазу движения или изменяющие движение в соответствии с условиями деятельности.
Обратная связь очень важна в механизмах координации, которую осуществляет нервная система. У больных, у которых нарушена чувствительность мышц, движения, особенно ходьба, утрачивают плавность, становятся некоординированными.
Человек рождается с целым рядом готовых, врожденных рефлекторных реакций. Это безусловные рефлексы. К ним относятся акты глотания, сосания, чихания, жевания, слюноотделение, отделение желудочного сока, поддержание температуры тела и др. Количество врожденных безусловных рефлексов ограничено, и они не могут обеспечить приспособление организма к постоянно меняющимся условиям среды.
На базе врожденных безусловных реакций в процессе индивидуальной жизни формируются условные рефлексы. Эти рефлексы у высших животных и человека весьма многочисленны и играют огромную роль в приспособлении организмов к условиям существования. Условные рефлексы имеют сигнальное значение. Благодаря условным рефлексам организм заранее как бы предупреждается о приближении чего-то значимого. По запаху гари человек и животное узнают о приближающейся беде, пожаре; животные по запаху, звукам отыскивают добычу или, напротив, спасаются от нападения хищников. На основе многочисленных условных связей, образовавшихся в течение индивидуальной жизни, человек приобретает жизненный опыт, помогающий ему ориентироваться в окружающей среде.
Для того чтобы яснее стало различие между безусловными и условными рефлексами, давайте совершим (мысленно) экскурсию в родильный дом.
В родильном доме есть три главных помещения: палата, где происходят роды, палата новорожденных и комната матерей. После того как ребенок родился, его приносят в палату новорожденных и дают немного отдохнуть (обычно 6-12 ч), а затем везут к матери - кормить. И только мать приложит ребенка к груди, как он хватает ее ртом и начинает сосать. Никто ребенка этому не учил. Сосание - пример безусловного рефлекса.
А вот пример условного рефлекса. Сначала, как только новорожденный проголодается, он начинает кричать. Однако через два-три дня в палате новорожденных наблюдается такая картина: подходит время кормления, и дети один за другим начинают просыпаться и плакать. Медицинская сестра по очереди берет их и пеленает, при необходимости подмывает, а затем укладывает на специальную каталку, чтобы везти к матерям. Очень интересно поведение детей: как только их перепеленали, уложили на каталку и вывезли в коридор, все они, как по команде, замолкают. Выработался условный рефлекс на время кормления, на обстановку перед кормлением.
Для выработки условного рефлекса необходимо подкрепление условного раздражителя безусловным рефлексом и их повторение. Стоило 5-6 раз совпасть пеленанию, подмыванию и укладыванию на каталку с последующим кормлением, которое здесь играет роль безусловного рефлекса, как выработался условный рефлекс: перестать кричать, несмотря на все возрастающий голод, ждать несколько минут, пока кормление начнется. Кстати, если вывезти детей в коридор и запоздать с кормлением, то через несколько минут они начинают кричать.
Рефлексы бывают простые и сложные. Все они находятся во взаимной связи и образуют систему рефлексов.
Выработайте условный мигательный рефлекс у человека. Известно, что при попадании струи воздуха в глаз человек закрывает его. Это защитная, безусловнорефлекторная реакция. Если теперь несколько раз сочетать вдувание воздуха в глаз с каким-нибудь индифферентным раздражителем (стуком метронома, например), то этот индифферентный раздражитель станет сигналом поступления струи воздуха в глаз.
Для вдувания воздуха в глаз возьмите резиновую трубочку, соединенную с грушей для нагнетания воздуха. Рядом поставьте метроном. Метроном, грушу и руки экспериментатора закройте от испытуемого экраном. Включите метроном и через 3 сек нажмите на грушу, вдувая струю воздуха в глаз. Метроном при вдувании воздуха в глаз должен продолжать работу. Выключите метроном, как только наступит мигательная рефлекторная реакция. Через 5-7 мин повторите сочетание звука метронома с вдуванием воздуха в глаз. Опыт продолжайте до тех пор, пока мигание не будет наступать только при звуке метронома, без вдувания воздуха. Вместо метронома можно воспользоваться звонком, колокольчиком и т. п.
Сколько понадобилось сочетаний условного раздражителя с безусловным, чтобы образовался условный мигательный рефлекс?
Цель работы. Освоить методику приготовления нервно-мышечного препарата лягушки
Лягушка – традиционный объект физиологических исследований. Международные правила защиты животных предусматривают эксперименты на них с учебной и исследовательской целью, категорически запрещая при этом всякую вивисекцию, т. е. операции на живых, не наркотизированных или на необездвиженных и необезболенных объектах. Все опыты на лягушках проводят после наркотизации (эфир) и последующего разрушения спинного мозга, в котором проходят проводящие болевые пути.
Классическим объектом исследования является нервно-мышечный препарат, на котором великие физиологи — Н. Маттеучи, Л. Гальвани, И.М. Сеченов, Н.И. Введенский и др. исследовали основные закономерности функционирования живого организма.
Оборудование:препаровальный набор, раствор Рингера для холоднокровны животных, марля, эфир. Объект исследования - лягушка.
1. Обездвижьте лягушку. Для этого оберните марлей наркотизированную эфиром лягушку так, чтобы лапки ее были прижаты к туловищу, а голова оставалась свободной. 
Рис. 8.Обездвиживание лягушки (а, б, в).
Большим пальцем наклоните вперед голову лягушки и найдите углубление, соответствующее атланто-окципитальному отверстию, по центру кзади от затылочной кости. Сразу за глазными буграми вертикально введите в субокципитальное отверстие конец препаровальной иглы на глубину 1—2 мм, поверните ее параллельно центральному каналу, введите в него и продвиньте до крестцово-копчикового соединения, круговыми движениями разрушая спинной мозг. Критерием разрушения является полная релаксация (расслабление) всех групп мышц лягушки и отсутствие защитных двигательных рефлексов на пощипывание кожи и потягивание за лапку. Извлеките иглу из центрального канала и, повернув ее на 180 °, разрушьте головной мозг.
2. Приготовьте нервно-мышечный препарат. Возьмите лягушку за задние лапки, поверните вниз брюшком и, отступив на 1,5 см выше от копчика, перережьте позвоночный столб с окружающими тканями. В руке должны остаться задние лапки с тазовой костью и небольшим отделом позвоночного столба. Захватив край кожи пинцетом, снимите ее с лапок. Подведите браншу ножниц под пояснично-крестцовое сочленение и отделите одну лапку ниже так, чтобы сочленение осталось соединенным с фрагментом позвоночного столба. Расположите препарат задней поверхностью вверх. Раздвинув стеклянным крючком двуглавую и полуперепончатую мышцы, найдите на бедре седалищный нерв. Приподнимите его и на всем протяжении осторожно отделите от окружающих тканей. Бедренную кость и мышцы рассеките в двух местах: ниже тазобедренного и выше коленного суставов. Затем выделите икроножную мышцу: отпрепарируйте ее, отрежьте сухожилие от пяточной кости, а ниже коленного сустава перережьте кости и все мышцы голени. Пяточное сухожилие перевяжите ниткой. В результате получится нервно-мышечный препарат, который является универсальным для исследования функций скелетных мышц и нервов.
Следует помнить, что при небрежном приготовлении препарата (прикосновение к нерву руками или металлическими предметами, натяжение, подсыхание, механическое повреждение) препарат быстро теряет возбудимость. Поэтому во время проведения опыта необходимо часто увлажнять нерв и мышцу раствором Рингера.
 |
 |
Рис. 9. Приготовление нервно-мышечного препарата лягушки
Оформление протокола. Зарисуйте основные этапы приготовления нервно-мышечного препарата лягушки.
Опыты Гальвани и Маттеучи
 |
Рис. 10.Опыт Маттеучи
Оборудование и реактивы:стимулятор СИФ-5, набор препаровальных инструментов, стеклянный крючок, стеклянная пластинка, держатели, биметаллический пинцет, 0,65% раствор NaCl. Опыт проводят на двух лягушках
ХОД РАБОТЫ
Первый опыт Гальвани
1. Возьмите нервно-мышечный препарат и набросьте нерв на одну браншу пинцета (биметаллического), а другой браншей касайтесь икроножной мышцы.
Второй опыт Гальвани
2. Ножницами на икроножной мышце сделайте надрез, ближе к коленному суставу. Положите препарат на стеклянную пластинку и на поврежденный участок мышцы стеклянными крючками набросьте нерв так, чтобы его средняя часть касалась поврежденной поверхности мышцы.
Опыт Маттеучи
Оформление протокола
1. Опишите полученные результаты.
2. Сделайте выводы.
ВЫВОД:
Опыты Гальвани.При набрасывании нерва на поврежденный участок икроножной мышцы лягушки (нерв контактировал одновременно и с неповрежденным участком) наблюдалось сокращение икроножной мышцы. Это сокращение вызвано токами покоя (потенциалом покоя), возникающим между поврежденным (заряженным отрицательно) и неповрежденным (заряженным положительно) участками икроножной мышцы лягушки.
ВЫВОД:
Опыт Маттеучи.При набрасывании седалищного нерва на электроды стимулятора и подачи прерывистого электрического импульса, наблюдается тетаническое сокращение реоскопической лапки, которое распространяется на второй препарат через нерв, наброшенный на икроножную мышцу первого препарата.
Контрольные вопросы для самостоятельной подготовки
1. Понятие о возбудимости.
2. Изменение возбудимости в процессе возбуждения.
3. Биоэлектрические явления и история их открытия
а) опыты Гальвани;
в) опыт Маттеучи.
Лабораторная работа № 2.4. Одиночное и тетаническое сокращение
Цель работы. Определение порога раздражения мышцы. Получение кривой одиночного сокращения мышцы, а также зубчатого и гладкого тетануса
Оборудование:кимограф, вертикальный миограф, универсальный штатив, электронный стимулятор, набор препаровальных инструментов, раствор Рингера для холоднокровных животных. Объект исследования — нервно-мышечный препарат (икроножная мышца — седалищный нерв лягушки).
1. Соберите установку для работы с нервно-мышечным препаратом лягушки (рис.11). 
Рис. 11.Установка для работы с нервно-мышечным препаратом лягушки.
1— стимулятор УЭС-1; 2 — универсальный штатив; 3 — вертикальный миограф; 4 — мышца лягушки, фиксированная за бедренную кость; 5 — миографический рычажок; 6 — кимограф; 7 — барабан кимографа; 8 — столик-ванночка для размещения нерва с сегментом спинного мозга.
2. Раздражение мышцы прямым и непрямым способами.Приготовленный нервно-мышечный препарат зафиксируйте в вертикальном положении за бедренную кость в штативе. К нижнему концу мышцы прикрепить за длинное плечо рычажок миографа – мышцу расположить над рычагом.
Седалищный нерв расположите горизонтально так, чтобы он контактировал с раздражающими электродами, наложите на него тонкий слой ваты, обильно смоченный раствором Рингера. Включите стимулятор. Ручку плавной регулировки силы тока установите в положение "О", а переключатель частоты — в положение "1". Ключ поставьте в положение "Нерв" и, медленно вращая ручку регулировки силы тока, найдите его минимальную силу (порог раздражения), вызывающую минимальное сокращение мышцы. Подведите к ленте кимографа рычажок с писчиком, заполненный чернилами, и запишите мышечное сокращение при непрямом раздражении мышцы. Затем поставьте ключ в положение "Мышца" и аналогичным способом определите порог возбуждения мышцы при ее прямом раздражении. Запись производите на ленте остановленного кимографа, поворачивая барабан рукой после каждой стимуляции.
3. Получение записи одиночного сокращения мышцы.Найти среднюю силу индукционного тока (частота раздражения не должна превышать 1 Гц, длительность 0,5 мс), вызывающего сокращение мышцы (раздражать непосредственно мышцу редкими импульсами – 3 раза в с). Привести писчик в соприкосновение с барабаном кимографа, пустить барабан в ход и быстро замкнув и разомкнув ключ, записать 3-5 сокращений мышцы. Обратить внимание, какой вид имеет кривая одиночного сокращения.
4. Получение зубчатого и гладкого тетануса.Сокращения мышцы записывать на вращающемся барабане. Подряд несколько раз раздражать мышцу, быстро замыкая и размыкая ключ рукой, постепенно наращивая частоту раздражения – 5, 10, 15, 20 Гц (увеличить число раздражающих импульсов до 13-15 в с), чтобы каждое последующее раздражение совпадало с моментом, когда мышца только начала расслабляться от предыдущего раздражения (для этого раздражать ее, когда писчик только-только начнет опускаться вниз). Затем еще больше увеличить частоту раздражений мышцы (увеличить число раздражающих импульсов до 20-30 в с). Для этого или еще чаще замыкать и размыкать ключ рукой, или переключить стимулятор на генерирование прерывистой подачи тока с помощью прерывателя. Раздражения должны поступать в мышцу, когда она еще не начала расслабляться от предыдущего раздражения (когда писчик еще стоит наверху и не начал опускаться. Посмотреть какой вид имеют кривые.
5. Получение оптимума и пессимума частоты раздражения.Мышцу закрепите в миографе, нерв положите на раздражающие электроды. Электроды соедините со стимулятором (ток сверхпороговый, длительность импульсов — 0,5 мс).
До проведения опыта подберите минимальную частоту раздражения нерва, при которой мышца будет сокращаться по типу гладкого тетануса. Подведите писчик миографа к барабану кимографа и запишите сокращения мышцы при раздражениях нерва ритмическим током частотой 30 Гц, 40 Гц. Обратите внимание на то, что при увеличении частоты раздражения нерва амплитуда гладкого тетануса увеличивается. При частоте раздражения порядка 50 Гц амплитуда тетануса становится наибольшей; это — оптимум.
Увеличьте частоту раздражения нерва до 140 Гц. При этом наблюдается сокращение мышцы на начало раздражения, за которым следует ее расслабление при продолжающемся раздражении нерва; это — пессимум.
Можно доказать, что состояние пессимума не является следствием утомления мышцы (Н.Е. Введенский). Попробуйте во время пессимального расслабления мышцы (частота раздражения нерва 140 Гц) быстро переключить стимулятор на более низкую частоту (50 Гц). После переключения мышца немедленно из состояния пессимума перейдет к оптимуму или к одному из видов тетануса — зубчатому или гладкому в зависимости от частоты раздражения в данный момент.
Оформление протокола.
1. Зарисовать кривую возбудимости мышцы прямым и непрямым способами.
Рис. 12. Определение возбудимости нерва и мышцы.
Раздражение мышцы: а — непрямое (через нерв); б — прямое (на мышцу). Стрелками обозначены моменты нанесения раздражения; цифрами — показания шкалы стимулятора, мВ.
2. Зарисовать кривую одиночного сокращения мышцы, а также кривые зубчатого и гладкого тетануса
Рис. 13.Зависимость характера мышечных сокращений икроножной мышцы лягушки от частоты раздражения.
1 — одиночные сокращения;
2 — зубчатый тетанус;
3 — гладкий тетанус.
3. Зарисовать схему гладкого тетануса икроножной мышцы, записанного при разной частоте стимуляции нерва. Сделайте вывод о зависимости амплитуды гладкого тетануса от частоты стимуляции нерва. Укажите, при какой частоте возникает оптимум и при какой — пессимум.
 |
Рис. 14.Зубчатый и гладкий тетанус, оптимум и пессимум, возникающие в ответ на различную частоту раздражения:
1 — оптимум; 2 — пессимум; 3 — зубчатый тетанус; 4 - одиночные сокращения на возрастающие по силе раздражения
4. Дайте оценку возбудимости нерва и мышцы, сравнив пороги их возбуждения.
5. Сделайте соответствующие выводы:
Контрольные вопросы для самостоятельной подготовки
1. Прямое и непрямое раздражение мышц.
2. Раздражители и их классификация.
3. Порог раздражения.
4. Одиночное сокращение мышцы.
5. Зубчатый и гладкий тетанус.
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Разделы: Биология
Цели урока:
- Образовательная: углубить знания по анатомии человека раздел “Нервная система”, продолжить формирование знаний по теме “Электрические явления”, провести аналогии между сложными процессами, протекающими в природе не зависимо от их происхождения.
- Воспитательная: развивать интерес к предметам физики и биологии, воспитывать всесторонне развитую компетентную личность.
- Развивающая: продолжить формирование умений логически мыслить, выполнят самостоятельно простые опыты, и делать выводы из наблюдений, обосновывать собственное мнение.
Оборудование:
- телефонный аппарат,
- муляж головного мозга,
- таблица “Нервная система человека”,
- динамическое пособие на магнитах “Развитие нервной системы”,
- янтарь и мельчайшие перышки,
- пух,
- шерсть в чашках Петри,
- раздаточный материал;
- живой объект-лягушка,
- штативе,
- осциллограф,
- электроскопы,
- электрофорная машина,
- проводник,
- таблицы по электричеству.
Тип урока: вводный, лекционно-демонстрационный
 |  |  |
Ход урока
I. Организационный момент, объявление темы.
II. Подготовка учащихся к восприятию нового материала.
На столе стоит телефонный аппарат и муляж головного мозга человека. Учащимся предлагается высказать свое предположение.
Что может связывать эти два объекта?
III. Изучение нового материала
1. Как появилась нервная система? (Учитель биологии)
Жизнь возникла на Земле миллиарды лет назад в Мировом океане. Тогда создались такие условия, при которых неорганические вещества превратились в органические, а затем в живую протоплазму, способную реагировать (отзываться) на внешние стимулы. Потом из этих бесформенных кусочков протоплазмы возникли одноклеточные существа, подобные амебе и инфузориям. Некоторые из них при делении образовали из тесно прилегающих друг к другу клеток колонии.
Прошли миллионы лет, и в колонии клеток прошли удивительные изменения: клетки, входящие в состав колонии, специализировались. Одни из них получили способность сокращаться, другие приобрели защитные приспособления, а третьи стали особенно чувствительны к внешним раздражителям. Под влиянием многочисленных стимулов протоплазма некоторых клеток изменила свое строение. Она приобрела способность воспринимать сигналы и передавать их другим клеткам колонии.
Эти клетки, воспринимающие раздражения из внешней среды и отвечающие на них, образовали вначале сеть, а затем систему клеток. Эта система клеток, выполняющая сторожевую и согласовывающую функции, называется нервной системой. (в процессе рассказа вывешиваются рисунки усложнения нервных клеток). Нервная система состоит из клеток, которые имеют длинные отростки (аксон). Одни отростки сравнительно короткие, другие – тонкие длинной до 70-80 см. Аксоны передают импульсы от одной нервной клетки к другой.
Как работают эти клетки?
Что такое нервный импульс?
2. Янтарь – электрон. (Учитель физики)
2.1. На столах учащихся стоят чашки Петри, в которых находятся кусочки янтаря и мелкие объекты.
- Янтарь камень биологического происхождения. Через 1-2 минуты докажите с помощью опыта, что он обладает физическими свойствами и дайте ему физическое имя. Проверим совпадет ли ваше название с тем, как его называли в древности.
2.2. “В древние времена к берегам Балтийского и Северного морей металл привозили из средиземноморских стран. Среди товаров, получаемых в обмен, особенно ценилась ископаемая смола. На севере ее называли янтарем, а на юге – электроном. Из янтаря-электрона делали украшения.
Обрабатывая янтарь, греки заметили, что, если его натереть, он притягивает ворсинки шерсти, обрывки ниток, волосы перья, в VI до н.э. Греческий философ Фалес Милетский (из г. Милета) обнаружил это свойство. В обиходе появились даже янтарные палочки, которыми собирали пыль с одежды.
Легенда гласит, что дочь Фалеса пряла шерсть янтарным веретеном. Уронив его однажды в воду, стала обтирать веретено шерстяным хитоном и заметила, что к веретено пристало несколько шерстинок, и чем сильнее она вытирала веретено, тем больше налипало шерстинок. Девушка рассказала об этом явлении отцу, тот не замедлил провести эксперимент с различными изделиями из января и обнаружил, что все они после натирания вели одинаково.
Именно от слова “янтарь” произошло слово “электричество” (греч. Ellektron – янтарь).
Придворный врач английской королевы Елизаветы Уильям Гильберт первым обнаружил, что этим свойством обладают очень многие вещества – алмаз, сера, кварц, металлы.
Силу притяжения, которой обладает натертое тело, Гильберт назвал электрической, а связанные с этим явления – электрическими явлениями. Этим он подчеркнул янтаря-электрона в новой области науки.
3. О чем рассказала лапка лягушки. (Учитель биологии)
Итальянский профессор анатомии, ученый XVIII в. Луиджи Гальвани очень интересовался и увлекался электрическими явлениями, влиянием электричества на ткани животных и произвел ряд опытов с лапкой лягушки. Сначала он показал, что лапка лягушки сокращается под действием грозовых разрядов электричества. Он подвешивал лапку к металлическому крючку и подводил к нему ток от молний. Всякий раз, поблизости была гроза или просто проходили грозовые облака, лапка сокращалась. Следующий опыт Гальвани был еще более интересным. На медных крючках он подвешивал лапки лягушек на железную ограду своего балкона. Лапка покачивалась на ветру и время от времени касалась железных прутьев балкона. При таких прикосновениях мышцы лапок тотчас же сокращались. Гальвани считал, что мышцы сокращаются под влиянием “животного” электричества, которое рождается в нервах, а медная и железная проволоки – это только замыкающие цепь проводники. Однажды Гальвани препарировал лягушку, а рядом потрескивала электрическая машина. О том, что случилось дальше, он рассказал в книге “Трактат о силах электричества при мускульном движении”: “Когда один из помогавших ему случайно чуть-чуть коснулся концом скальпеля до бедерного нерва лягушки…, все мускулы этого сочленения сократились в несколько раз, как будто в них произошли сильные судороги. Другой человек, помогавший нам при электрических опытах, как ему показалось, заметил, что это происходило, когда из кондуктора машины извлекалась искра…” (цитирует ученик) (Демонстрация опыта с лапками лягушки).
4. Столб Вольта. (Учитель физики)
Гальвани не удалось пролить свет на это загадочное явление: слишком сложны были электромагнитные явления для ученых той поры. Но опыты Гальвани помогли естествоиспытателям открыть источники электрического тока.
Вскоре не менее известный ученый Алессандро Вольта повторил опыт Гальвани, но пришел к совершенно другому выводу. Он показал, что соприкосновение меди и железа дает электрический элемент, а лапка лягушки сокращается под влиянием тока, возникающего в этом элементе. 20 марта 1800 г. Вольта написал свое знаменитое письмо, в котором сообщал, что найден постоянно действующий источник электричества: “…Я взял несколько дюжин круглых медных пластинок – серебряные еще лучше – приблизительно в один дюйм диаметром и такое же число оловянных или цинковых пластинок. Затем из пористого материала, который может впитывать и удерживать много жидкости (картон, кожа), я нарезал достаточное число кружков. Все эти пластинки я расположил таким образом, что металлы накладывались друг на друга всегда в одном и том же порядке, и что каждая пара пластинок отделялась от следующей влажным кружком…” (Рассказ учащихся)
Далее он рассказывает, что если коснуться одной рукой верхней пластинки, а другой – нижней, то почувствуешь сильный электрический удар.
Вольтов столб, таким образом, стал источником, поддерживающим перемещение электрических зарядов по проволоке, которой замкнуты его полосы. Это была первая электрическая батарея, сделанная руками человека. И все-таки Гальвани тоже был прав, так как дальнейшие исследования показали, что нервный импульс обязательно сопровождается электрическим разрядом.
Затем поставил опыт на себе: взяв две мотеты из разных металлов, и положил их себе в рот – одну на язык, другую под язык, соединил монеты проволокой и ощутил солоноватый вкус электричества. Попробуйте ответить на вопрос:
Почему стоматологи не ставят коронки, зубные протезы из различных металлов?
5. Первые источники электрического тока – гальванические элементы. (Учитель физика)
Элементов этих много, каждый носит имя своего изобретателя, но у всех у них есть общее название – гальванические.
Действие гальванического элемента объясняется химическими реакциями, энергия которых преобразуется в электрическую. Процесс преобразования сопровождается потерями, величина которых зависит от устройства проводников и типа химических реакций. Действие элементов характеризуют физической величиной электродвижущей силой (ЭДС), единица измерения которой – вольт.
Возьмем любой фрукт из цитрусовых, вставим в мякоть фрукта на небольшом расстоянии медную и оцинкованную пластинки. (Д/З)
Такой элемент не сможет обеспечить горение лампочки, но с гальванометра можно обнаружить небольшой электрический ток (собственный язык может тоже служить индикатором тока и не причинит вреда)
6. Можно ли измерить скорость нервного импульса (Учитель биологии)
Крупнейший немецкий естествоиспытатель Г. Гельмгольц в середине XIX нашел очень простой способ измерения скорости нервных процессов. Оказалось, что она не очень велика. Так по нервы лягушки импульс движется со скоростью 30 м/сек, а по нервам человека – до 120 м/сек. Уже это говорило, что нервный импульс не обычный электрический ток, а гораздо более сложный процесс. Нервы – это ведь не металлические провода, а полужидкие тяжи протоплазмы живого вещества с очень сложным строением. Поэтому и ток должен быть особый – гальваническим. В металлах и других проводниках ток переносят электроны (частицы с наименьшей отрицательным электрическим зарядом), а в жидкостях – ионы (атомы или молекулы, содержащие электрический заряд). Значит, и в нерве происходит передвижение ионов. Кроме физического процесса передвижения ионов, в нерве идут и сложные химические превращения веществ.
Нерв не пассивный проводник тока, а живая ткань, в которой идет непрерывный обмен веществ.
Английский ученый Гилл установил, что при прохождении импульса по нервы в нем на миллионные доли градуса повышается температура. А это значит, что в нерве начинают более интенсивно идти процессы обмена веществ.
Таким образом, электрические явления представляют собой только одно из проявлений нервного процесса. Но дело не только в этом. Гальванический ток не распространяется на большие расстояния, а нервный импульс распространяется. Оказывается, когда волна возбуждения проходит по нерву, то в нем образуется подвижный гальванический элемент. А в любом гальваническом элементе есть два полюса: положительный и отрицательный. И в нерве есть два полюса: положительный (наружная часть нерва) и отрицательный (внутренняя часть нерва). Значит, в нерве ток идет не сплошным потоком, а отдельными порциями.
Движения импульса по нерву напоминает действие запального шнура. Продвижение пламени по шнуру разогревает последующие его участки и заставляет их вспыхивать; так и в нерве: один участок за другим подвергается электрическим и химическим воздействиям. Многочисленные нервные клетки и их волокна испытывают эти воздействия, обуславливающие биоэлектрическую активность нервной системы.
7. Скорость движения электрического тока. (Учитель физика)
Основываясь на идеях Фарадея, максвелл сумел теоретически доказать, что электромагнитные взаимодействия должны распространяться в пространстве с конечной скоростью.
Максвелл нашел, что она равна скорости света в вакууме, т.е. 300 000 км/с.
Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим. Оно не меняется со временем, создается только электрическими зарядами. Оно существует в пространстве, окружающем эти заряды и неразрывно с ними связано.
Со словами электричество, электрический заряд, электрический ток вы встречались много раз. Но попробуйте ответить на вопрос: “Что такое электрический заряд” (ответы учащихся) – вы убедились, что это не так просто. Дело в том, что понятие заряд – это основное, первичное понятие, которое не сводится на современном уровне развития наших знаний к каким-либо простым, элементарным понятиям.
Существует минимальный заряд, называемый элементарным, которым обладают все заряженные элементарные частицы. Заряды элементарных частиц различаются знаками. Электрический заряд определяет силу взаимодействия тел или частиц, обладающих зарядом. Обозначается электрический заряд – q, единица измерения – кулон (Кл). Существует два вида электрических зарядов - положительные и отрицательные. Выбор названия этих зарядов был исторической случайностью. Заряд, который назвали положительным, с тем же успехом можно было назвать и отрицательным. Носителями зарядов могут быть элементарные частицы, атомы, молекулы, макроскопические тела.
Экспериментально было установлено, что существует минимальная величина электрического заряда. Минимальным электрическим зарядом обладает электрон – е.
е = 1,6 . 10 -19 Кл.
Суммарный заряд пропорционален величине минимального заряда.
8. Нервы. (Учитель биологии)
Пионерами в изучении нервных процессов были русские ученые И.М. Сеченов, Н.Е. Введенский, А.А Ухтомский, В.Я. Данилевский. С помощью самых простых приборов они делали замечательные открытия. Н.Е. Введенский использовал обычный телефонный аппарат для превращений электрических колебаний нерва в звуковые и таким способом “подслушивал” нервные процессы. (Вот почему на столе стоят телефонный аппарат и модель мозга человека). Только после изобретения осциллографа стало возможным улавливать разряды от отдельных клеток и даже от частей клетки. С помощью микроэлектродов исследователи проникли внутрь нервного волокна. Кроме того, изобретены многоканальные осциллографы, которые позволяют записывать сразу биотоки многих участков мозга и видеть всю картину распределения нервных импульсов. (Демонстрация осциллографа – учитель физики)
Тексты для самостоятельной работы с последующим обсуждением.
В отрывке описывается сельскохозяйственное производство будущего: “Было темно, но пшеничное поле, раскинувшееся вокруг на несколько миль, светилось слабым пурпуровым сиянием. При этом слышался звук, похожий на потрескивание или легкий шелест. Колоски пшеницы казались светящимися.
- Так выглядит ночью поле под электрическим током, - сказал Ральф.
- Днем слабые разряды не видны, в темноте возникает свечение…Без помощи электричества мы не могли бы выращивать более двух или трех урожаев пшеницы в год”.
Почему пшеничное поле светится в ночи?
Дед Митрий узнал о том, что в Москве для приготовления пищи используют электрический ток. Он спросил о нем Рувима: “А ты этот электрический ток видал? Как же ты его видал, когда он видимости не имеет, вроде как воздух?”
V. Предварительная проверка понимания и усвоения нового материала
Решить задачи и ответить на вопросы.
- Представьте себе реакцию человека, идущего по улице и жующего конфету, который неожиданно наткнулся на острый предмет. Он мгновенно отскочил в сторону и перестал жевать. Объясните: 1) какие два физиологических процесса произошли одновременно в нервной системе; 2) где возник импульс и по каким путям прошел?
- Скорость проведения возбуждения по нервам млекопитающих и человека 100-122 м/с, лягушки -26 м/с, рыбы - 4-5 м/с. Объясните: 1) какое значение имеет скорость передачи возбуждения по нервам в жизни организма; 2) в каком направлении – ускорения или замедления – изменялась проводимость нервов в ходе эволюции животного мира.
- Скорость протекания нервного импульса в человеческом организме равна 120м/с, а электрического тока 300 000 км/с. Во сколько раз электрический импульс быстрее протекает по электрическим проводам от одного города до другого. (Считать, что длина проводов равна длине отростков нервных клеток)
VI. Подведение итогов и выставление оценок
VII. Рефлексия
- С чем вы познакомились на данном уроке?
- Какими свойствами обладают все природные явления?
- Как вы оцениваете интегрированное преподнесение материала?
Читайте также:
