Биология 9 класс учебник Пасечник, Суматохин ответы – страница 140

   Проект «Возрастные изменения динамики жизненной ёмкости лёгких».

   Актуальность: Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) — важный показатель здоровья дыхательной системы, который отражает функциональные возможности организма. В школьном возрасте он интенсивно растёт, но может отклоняться от нормы из-за низкой физической активности, неправильного образа жизни или экологических факторов. Изучение этих изменений позволяет вовремя заметить проблемы и мотивировать школьников заботиться о своём здоровье.
   Цель: Выявить возрастные и половые особенности динамики жизненной ёмкости лёгких у учащихся 5–11 классов.
   Задачи:
      1. Изучить литературу о возрастных изменениях ЖЕЛ.
      2. Провести измерение ЖЕЛ у школьников разных возрастов с помощью спирометра.
      3. Проанализировать зависимость показателя от возраста, пола и уровня физической активности.
      4. Сформулировать рекомендации для улучшения показателей дыхательной системы.
   Объект исследования: учащиеся школы (возраст 10–17 лет).
   Предмет: жизненная ёмкость лёгких.
   Гипотеза: Предполагаем, что ЖЕЛ увеличивается с возрастом неравномерно: резкий скачок происходит у мальчиков в 12–14 лет, а у девочек рост замедляется после 13 лет; у занимающихся спортом показатели выше.

   Часть 1. Теоретическая.
   Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) — ключевой показатель, который измеряет, сколько воздуха человек может выдохнуть после максимально глубокого вдоха.
   Жизненная ёмкость лёгких у детей и подростков имеет ярко выраженную неравномерную положительную динамику. Она увеличивается с возрастом, но это происходит не линейно, а волнообразно, с периодами ускорения и замедления. Самые значительные приросты этого показателя, как правило, фиксируются в среднем школьном возрасте. К 16–17 годам ЖЕЛ у большинства подростков достигает величин, характерных для взрослого человека.
   Динамика ЖЕЛ у мальчиков и девочек различается:
      • В младшем возрасте. У мальчиков этот показатель в среднем выше, чем у их сверстниц.
      • В подростковом возрасте (примерно 10–13 лет). Эта разница становится менее очевидной, и гендерные различия могут не иметь статистической значимости.
      • В старшем подростковом возрасте. Разрыв снова увеличивается. К 15–16 годам ЖЕЛ юношей обычно значительно превосходит показатели девушек, что связано с более интенсивным ростом мышц и грудной клетки у представителей мужского пола.
   Помимо возраста и пола, на результаты исследований могут влиять и другие факторы:
      1. Физическая активность. Это один из ключевых факторов. Регулярные занятия спортом, особенно плаванием и бегом, тренируют дыхательные мышцы и способствуют увеличению объёма лёгких.
      2. Среда проживания. У детей, живущих в сельской местности, ЖЕЛ в среднем выше, чем у их сверстников из городов. Это связывают с лучшей экологической обстановкой и, возможно, более высоким уровнем физической активности.
      3. Исторический контекст. Сравнение данных школьников за разные годы показывает, что у современных детей ЖЕЛ оказалась статистически значимо ниже, чем у их сверстников 30 лет назад. Связывают это со снижением общей физической активности и изменением образа жизни.
      4. Тип телосложения. У детей с нормальным и плотным телосложением максимальные приросты ЖЕЛ происходят раньше, чем у их сверстников с другим типом фигуры.

   Часть 2. Экспериментальная.
   Всего обследовано 25 человек, из них мальчиков / юношей 15, девочек / девушек 10. Возраст от 10 до 17 лет. Все испытуемые здоровы, не имеют противопоказаний. Измерения проводились в первой половине дня в кабинете биологии при температуре +22°C.
   Использовался сухой портативный спирометр. Каждый участник выполнял 3 попытки после глубокого вдоха, фиксировался максимальный результат (в литрах). Перед измерением проводился инструктаж, нос не зажимался.
   Для каждого участника фиксировали: возраст, пол, рост (см), регулярные занятия спортом (да / нет, вид спорта, частота).
   Результаты измерений.

   Вывод:
      1. ЖЕЛ увеличивается с возрастом, но темп роста различается: максимальные приросты у мальчиков приходятся на 13–15 лет, у девочек — на 11–13 лет.
      2. Во всех возрастных группах показатели мальчиков выше девочек, разница нарастает после 14 лет.
      3. Регулярные занятия спортом повышают ЖЕЛ.
   Рекомендации:
      • Включить в школьную программу дополнительные упражнения на развитие дыхания.
      • Проводить ежегодный мониторинг ЖЕЛ среди учащихся.

   Проект «Изучение механизмов вдоха и выдоха с помощью самодельной модели Дондерса».

   Актуальность: Дыхание — одна из важнейших функций организма. В школьном курсе биологии процесс вдоха и выдоха часто описывается абстрактно. Создание наглядной модели позволяет не только лучше понять физику дыхания, но и провести собственные эксперименты, измерить объём лёгких, изучить влияние физической нагрузки.
   Проблема: Как с помощью простых материалов показать, что изменение объёма грудной полости ведёт к изменению давления и движению воздуха?
   Цель: Изготовить работающую модель грудной полости и диафрагмы и с её помощью изучить механизмы вдоха и выдоха.
   Задачи:
      1. Изучить строение дыхательной системы человека и физические основы дыхания.
      2. Сконструировать модель Дондерса из подручных материалов.
      3. Продемонстрировать на модели процессы вдоха и выдоха.
      4. Провести дополнительные эксперименты (измерение ЖЕЛ, влияние нагрузки).
      5. Сформулировать выводы о взаимосвязи объёма, давления и движения воздуха.
   Объект исследования: механизм вдоха и выдоха человека.
   Предмет: модель грудной полости и диафрагмы.

   Часть 1. Теоретическая.
   Вдох и выдох — это рефлекторные процессы, управляемые дыхательным центром в головном мозге. Механизм, который они запускают, — физический.
   Вдох: Сокращаются дыхательные мышцы (межрёберные мышцы и диафрагма). Грудная клетка расширяется, давление в ней падает, и воздух засасывается в лёгкие.
   Выдох: Мышцы расслабляются, грудная клетка возвращается в исходное положение, давление повышается, и воздух выходит наружу.

   Часть 2. Экспериментальная.
   Классическая модель Дондерса из воронки и шариков:
      • Стеклянная или пластиковая воронка (диаметром 10–15 см).
      • Два воздушных шарика (один для «лёгкого», второй для «диафрагмы»).
      • Резинки или нитки.
      • Трубочка (от ручки или коктейльная).
      • Пластилин или герметик.
   Шаг 1. Вставьте трубочку в клапан маленького шарика и завяжите ниткой — это трахея с «лёгким».
   Шаг 2. Поместите маленький шарик внутрь воронки, а его горлышко с трубочкой вытяните наружу через узкое отверстие воронки. Плотно загерметизируйте пластилином.
   Шаг 3. Разрежьте большой шарик пополам. Натяните половинку с куполообразным дном на широкий раструб воронки — это диафрагма. Закрепите резинкой или скотчем.
   Опыт 1. Демонстрация вдоха и выдоха.

   Вывод: Модель наглядно показывает, что активное изменение объёма полости приводит к пассивному изменению объёма «лёгкого» благодаря перепаду давления. Это полностью соответствует физиологии человека.
   Опыт 2. Измерение жизненной ёмкости лёгких (ЖЕЛ) с помощью модели.
   Испытуемый делает максимальный выдох в воздушный шарик. Шарик герметично завязывается. Шарик опускается в таз с водой, снабжённый мерным стаканом или линейкой. Измеряется объём вытесненной воды — это и есть ЖЕЛ.

   Вывод: Регулярная физическая активность коррелирует с более высокой ЖЕЛ.

   Выводы к работе:
      1. Модель Дондерса успешно изготовлена из доступных материалов. Она работоспособна и наглядна.
      2. Экспериментально подтверждено, что при оттягивании диафрагмы вниз объём камеры увеличивается, давление падает — «лёгкое» надувается (вдох); при отпускании — сдувается (выдох).
      3. С помощью модели можно измерить жизненную ёмкость лёгких участников и показать, что у спортсменов ЖЕЛ выше.

   Проект «Обнаружение углекислого газа в выдыхаемом воздухе».

   Актуальность: Дыхание — основа жизни, но его химическую суть мы не видим. Каждый наш выдох содержит гораздо больше углекислого газа, чем окружающий воздух. Его избыток в помещении может вызывать сонливость и головную боль. Это исследование помогает наглядно понять газообмен в лёгких и важность проветривания.
   Цель: Качественно и количественно обнаружить углекислый газ в выдыхаемом воздухе человека и изучить факторы, влияющие на его содержание.
   Задачи:
      1. Изучить химический состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.
      2. Освоить методику качественного определения CO₂ с помощью известковой воды.
      3. Сформулировать выводы и дать практические рекомендации.
   Объект исследования: Выдыхаемый воздух человека.
   Предмет: Содержание углекислого газа в выдыхаемом воздухе.
   Гипотеза: Мы предполагаем, что выдыхаемый воздух содержит значительно больше углекислого газа, чем атмосферный, а после физической нагрузки его выделение усиливается.

   Часть 1. Теоретическая.
   Атмосферный воздух и выдыхаемый воздух значительно различаются по содержанию газов.

   Важно, что снижение кислорода и увеличение CO₂ происходит именно потому, что в тканях кислород используется для окисления питательных веществ, а углекислый газ выделяется как конечный продукт обмена. Содержание азота и инертных газов в дыхании практически не участвует и остаётся неизменным.
   Самый простой способ обнаружить углекислый газ — пропустить его через раствор известковой воды. Эта реакция является качественной реакцией на углекислый газ.
   Ca(OH)_{2(р – р)} + CO_2(газ) → CaCO₂↓ + H₂O
   Образующийся осадок карбоната кальция — это и есть то самое помутнение, которое мы будем наблюдать.

   Часть 2. Экспериментальная.
   Оборудование: Известковая вода, химические стаканы, колбы, прозрачные пластиковые стаканчики или пробирки, соломинки для коктейля.
   Опыт №1. Качественное обнаружение CO₂ в выдыхаемом воздухе.
   Налейте в два стакана (или пробирки) одинаковое количество известковой воды. В один стакан опустите соломинку и сделайте несколько спокойных выдохов через неё. Наблюдайте за изменением. Второй стакан оставьте открытым для контроля (в него воздух не выдыхают).
   Результаты: Жидкость в первом стакане быстро мутнеет. Во втором стакане изменений не происходит.
   Вывод: Помутнение происходит из-за химической реакции между CO₂ и Ca(OH)₂. Это прямое доказательство того, что в выдыхаемом воздухе углекислого газа гораздо больше. В контрольном образце его слишком мало для реакции.
   Опыт №2. Сравнительный анализ.
   Налейте в три пробирки одинаковое количество известковой воды.
   Пробирка 1 — контроль. Оставить открытой.
   Пробирка 2 — спокойное дыхание. Сделать 5 равномерных выдохов через соломинку, не меняя глубины дыхания.
   Пробирка 3 — глубокое дыхание. Сначала сделать несколько глубоких вдохов и выдохов, а затем сделать 5 выдохов в пробирку.
   Сравните скорость и интенсивность помутнения во всех трёх пробирках.
   Результаты: Пробирка 2 помутнеет быстрее и сильнее остальных, а Пробирка 1 останется прозрачной.
   Вывод: Этот опыт наглядно покажет, что при углублении дыхания организм активнее выделяет CO₂.

   Общий вывод:
      1. Выдыхаемый воздух содержит значительное количество углекислого газа, что наглядно подтверждается помутнением известковой воды.
      2. Доля CO₂ в выдыхаемом воздухе (~4%) во много раз превышает его содержание во вдыхаемом воздухе (~0,03%).
      3. Эксперименты подтверждают, почему в непроветриваемых помещениях с большим скоплением людей накапливается CO₂, что вызывает утомляемость и головные боли.

   Исследование «Определение времени задержки дыхания до и после нагрузки».

   Цель работы: Выяснить, как физическая нагрузка влияет на продолжительность произвольной задержки дыхания, и сделать вывод о работе дыхательной системы.
   Оборудование: Секундомер, стул.

   Часть 1. Теоретическая.
   Время задержки дыхания отражает чувствительность дыхательного центра к углекислому газу. В покое организм потребляет меньше кислорода и производит меньше CO₂, поэтому задержать дыхание можно на более долгий срок. После нагрузки мышцы требуют больше O₂ и выделяют больше CO₂, что заставляет мозг быстрее дать команду на возобновление дыхания.

   Часть 2. Экспериментальная.
   Опыт 1. Измерение времени задержки дыхания в покое.
   Сядьте на стул, расслабьтесь, спина прямая. Не дышите глубоко перед тестом (достаточно 2–3 минут обычного дыхания). Сделайте нормальный вдох, затем закройте рот и зажмите нос пальцами. Помощник включает секундомер. Держите дыхание как можно дольше, но без напряжения до дискомфорта. Как только почувствуете нестерпимое желание вдохнуть — выдохните (спокойно, не резко). Помощник останавливает секундомер. Запишите результат в таблицу.
   Опыт 2. Выполнение нагрузки.
   Отдохните 2–3 минуты, восстановите нормальное дыхание. Выполните 20 приседаний за 30 секунд. Или любую другую доступную нагрузку: бег на месте 30 секунд, прыжки. Сразу после выполнения приседаний сядьте на стул. Не дожидаясь восстановления дыхания, в течение 5–10 секунд задержите дыхание. Помощник фиксирует время задержки. Запишите результат.
   Результаты:

   Вычисление:
   Найдите разность: Δt = t₂ — t₁ (обычно отрицательное число). Посчитайте коэффициент восстановления:
   К = t₂/t₁ · 100%
   К = 12/38 · 100% ≈ 31,6%.
   Нормативные ориентиры для школьников.

   После нагрузки у нетренированных школьников время падает в 2–4 раза (коэффициент 25–50%). У спортсменов падение меньше (до 60–70% от исходного).

   Вывод: Время задержки дыхания после физической нагрузки уменьшилось с 38 с до 12 с. Это объясняется тем, что при работе мышц усиливается тканевое дыхание, в крови накапливается углекислый газ, и дыхательный центр посылает более сильный сигнал к вдоху. Снижение времени задержки после нагрузки — нормальная реакция. Чем быстрее время возвращается к исходному уровню, тем лучше тренирована дыхательная система.

   Исследование «Определение жизненной емкости легких».

   Цель работы: Научиться определять жизненную ёмкость лёгких (ЖЕЛ) экспериментально и расчётным путём, а также сравнить полученные данные с нормативными значениями.
   Оборудование:

   Часть 1. Теоретическая.
   Жизненная ёмкость лёгких — это максимальное количество воздуха, которое человек может выдохнуть после самого глубокого вдоха. В среднем она составляет 3–5 литров.
   ЖЕЛ складывается из трёх объёмов:
      1. Дыхательный объём — воздух, вдыхаемый при спокойном вдохе (300–900 мл);
      2. Резервный объём вдоха — дополнительный воздух, который можно вдохнуть после спокойного вдоха (около 1500 мл);
      3. Резервный объём выдоха — дополнительный воздух, который можно выдохнуть после спокойного выдоха (около 1500 мл).
   ЖЕЛ зависит от пола, возраста, роста, физической тренированности и состояния здоровья. После физической нагрузки под влиянием пробы Шафранского ЖЕЛ может уменьшаться, оставаться неизменной или увеличиваться. Это зависит от функционального состояния дыхательной системы.

   Часть 2. Экспериментальная.
   Опыт 1. С воздушным шаром (наиболее доступный для школы).
   После спокойного дыхания сделайте глубокий вдох, затем — максимальный выдох в воздушный шар, не отнимая шар от рта. Сразу же закрутите отверстие шарика, чтобы воздух не вышел. Положите шар на ровную поверхность и с помощью линейки или измерительной ленты измерьте его диаметр в сантиметрах. Полностью сдуйте шар, отдохните 15 секунд и повторите опыт ещё два раза.
   Перевод диаметра в объём ЖЕЛ:
   Вычислите объём шара по формуле: Vш (см³) = π · d³/6,
   где π ≈ 3,14, d — диаметр шара в см.
   Затем найдите среднее арифметическое трёх измерений и переведите в литры (1 литр = 1000 см³): ЖЕЛ (л) = Vш (средний, см³)/1000
   Опыт 2. Со школьным спирометром (более точный).
   Установите шкалу спирометра на нулевое деление. Сделайте максимально глубокий вдох. Зажмите нос и максимально полно и энергично выдохните весь воздух в прибор. По шкале спирометра определите объём выдохнутого воздуха. Повторите измерение 2–3 раза, рассчитайте среднее значение. У водяного спирометра после каждого замера необходимо открыть кран на верхнем цилиндре, чтобы выпустить воздух и вернуть шкалу в нулевое положение.
   Опыт 3. Вытеснение воды (альтернативный способ).
   Налейте в цилиндрическое ведро точно 4 литра воды и отметьте уровень воды маркером. Сделайте глубокий вдох и максимально выдохните в предварительно хорошо раздутый резиновый шарик, не отрывая шарик от рта. Завяжите отверстие шарика и аккуратно опустите его в ведро с водой. Отметьте новый уровень воды и измерьте, на сколько сантиметров поднялся уровень (h). Зная радиус ведра (R), вычислите объём вытесненной воды:
   V = π · R² · h (в см³).
   Экспериментальные результаты следует сравнить с должной жизненной ёмкостью лёгких (ДЖЕЛ) — нормативным значением, рассчитанным по формуле с учётом пола, роста, возраста и веса.
   Формулы для расчёта ДЖЕЛ:
   1. Для юношей (мальчиков):
       • По росту (м) и возрасту (лет): ЖЕЛ = (рост (м) · 5,2) – (возраст (лет) · 0,022) – 4,2
       • По росту (см) и весу (кг): ЖЕЛ (мл) = 40 · рост (см) + 30 · вес (кг) – 4400
       • Упрощённая формула: ЖЕЛ (л) = 2,5 · рост (м)
   2. Для девушек (девочек):
       • По росту (м) и возрасту (лет): ЖЕЛ = (рост (м) · 4,1) – (возраст (лет) · 0,018) – 3,7
       • По росту (см) и весу (кг): ЖЕЛ (мл) = 40 · рост (см) + 10 · вес (кг) – 3800
       • Упрощённая формула: ЖЕЛ (л) = 1,9 · рост (м)
   Результаты:
   Таблица 1. Определение жизненной ёмкости лёгких учащегося.

   Таблица 2. Сравнение с нормативами (для справки).

   Вывод: В ходе лабораторной работы была экспериментально определена жизненная ёмкость моих лёгких, которая составила 3,2 л. При сравнении с должной величиной, рассчитанной по формуле, установлено, что экспериментальный показатель соответствует норме. Это свидетельствует о хорошем функциональном состоянии дыхательной системы. Жизненная ёмкость лёгких у юношей обычно выше, чем у девушек того же возраста, что связано с особенностями развития грудной клетки и дыхательной мускулатуры. Регулярные занятия физической культурой и спортом способствуют увеличению ЖЕЛ и улучшению вентиляции лёгких.