Мышца прикреплена близко к суставу, а груз находится далеко. Почему мышца может тянуть гораздо сильнее, чем весит удерживаемый груз?
Учителю: подготовка и план на 45 минут
Распечатки схемы, таблицы и всех заданий; тетрадь, карандаш, линейка, калькулятор по желанию. Ответы включены. Работа только с учебными моделями и готовыми записями. Животных не ловим, не раздражаем, не вскрываем. Биоматериалы и медицинские сведения учеников не собираем. Интернет, регистрация и аккаунты детям не нужны.
Уровень — начинающий исследователь, 8 класс. Предпосылки: сила, расстояние, мышца. В паре один описывает, второй проверяет, затем меняются. Все изображения и числовые серии учебные; работу по ним не выдавать за проведённый опыт. Подготовка и печать выполняются до урока; разборы открываются после самостоятельной попытки. При затруднении учитель разбирает первую строку вместе с классом, остальные учащиеся выполняют самостоятельно.
| Минуты | Работа | Результат |
|---|---|---|
| 0–5 | Проблема | Вопрос и первое решение |
| 5–14 | Понятия и пример | Способ проверки |
| 14–25 | Практика 1 | Готовый продукт и проверка |
| 25–33 | Практика 2 | Перенос способа |
| 33–40 | Обсуждение | Аргумент и ограничение |
| 40–45 | Индивидуальная проверка | Самостоятельный ответ |
01. Проблемная ситуация
0–5 минут. На схеме груз действует силой 12 Н на расстоянии 20 см от оси. Мышца тянет на расстоянии 4 см. За 2 минуты предположите, достаточно ли силы 12 Н; за 3 отметьте ось и два плеча. На себе нагрузку не проверяйте.
02. Понятия и разобранный пример
5–14 минут: 4 минуты на понятия, 3 на пример, 2 на объяснение способа партнёру.
От опоры к движению
Гидростатическая опора использует жидкость под давлением и мышцы стенки: изменяется форма участка тела при почти постоянном объёме. Наружный скелет членистоногих находится снаружи мягких тканей; внутренний скелет позвоночных образован костями и хрящами. Скелет поддерживает тело и даёт мышцам опору. Пелликула у некоторых одноклеточных поддерживает форму клетки, но не является костным скелетом животного.
Мышечные волокна сокращаются и тянут, а не толкают. Для противоположных движений часто работают мышцы-антагонисты. В модели рычага момент силы равен силе, умноженной на перпендикулярное плечо. При равновесии Fм × lм = Fг × lг. На рисунке силы перпендикулярны рычагу, массой самого рычага пренебрегаем.
Вода поддерживает тело, а плавательные движения создают тягу; на суше важна опора против тяжести. При активном полёте крылья создают аэродинамические силы, при планировании животное теряет высоту в неподвижном воздухе. Эти способы нельзя объяснить одним наличием полых костей: существенны мышцы, форма и движение крыла.
Работайте по подписям и масштабу; рисунки условные и не заменяют запись реального наблюдения.
Для груза 10 Н с плечом 15 см и мышцы с плечом 3 см: Fм = 10 × 15 / 3 = 50 Н. Единицы плеч одинаковы и сокращаются. Короткое плечо требует большей силы; реальный сустав сложнее, потому что угол тяги и собственный вес конечности меняются.
03. Практика 1. Проверяем материал
Сравниваем опорные системы
14–25 минут. Карточки описывают устройства, а не результаты опытов с живыми животными.
| Карточка | Наблюдаемые признаки | Что объяснить |
|---|---|---|
| А: червь | Жидкость в полости, мышцы стенки | Как меняется форма |
| Б: рак | Жёсткий покров, сочленённые конечности | Где крепятся мышцы |
| В: рыба | Позвоночник и мышцы внутри тела | Что служит опорой |
2 минуты — прочитайте; 4 — заполните для А–В тип скелета и механизм; 3 — сравните защиту и подвижность; 2 — запишите один недостаток вывода только по наружному виду. Форма: три строки «признак → тип → функция». Критерии: три верных типа и обоснование по признаку.
Практика 1: разбор и критерии
А — гидростатический: мышцы меняют форму заполненной жидкостью полости; Б — наружный: мышцы прикрепляются к внутренней стороне покрова; В — внутренний: мышцы действуют на элементы скелета. По баллу за каждую пару типа и объяснения, один балл за ограничение: наружный вид не показывает внутренние опорные структуры.
04. Практика 2. Перенос способа
Проверяем рычажную модель
25–33 минуты. Решите модель со схемы: груз 12 Н, плечи 20 и 4 см. Затем перенесите крепление мышцы на 6 см при том же грузе. 3 минуты — два расчёта; 3 — сравнение; 2 — объясните, почему при реальном движении нельзя считать эти числа силой конкретного человека. Форма: уравнения с единицами и вывод.
Практика 2: разбор и критерии
12 × 20 / 4 = 60 Н; 12 × 20 / 6 = 40 Н. При увеличении плеча мышцы требуемая сила уменьшается. Три балла: оба результата с единицами; правильное сравнение; указаны перпендикулярность сил, равновесие и отсутствие веса рычага как условия модели.
05. Обсуждение и границы вывода
33–40 минут. «Наружный скелет всегда лучше внутреннего, потому что защищает». За 2 минуты найдите преимущество, за 3 предложите альтернативный критерий, за 2 сформулируйте вывод о разных условиях. Используйте карточку Б и сведения о движении.
Обсуждение: возможный вывод
Защита — только один критерий. Важны рост, масса, гибкость и среда движения. Жёсткий наружный покров требует линьки при росте многих членистоногих; внутренний скелет допускает другие способы роста и прикрепления мышц. Универсального победителя по одному признаку нет.
06. Индивидуальная проверка
40–45 минут. В модели груз 8 Н действует на плече 18 см, мышца — на плече 3 см. Найдите силу мышцы; назовите тип опоры дождевого червя; объясните роль антагонистов. Четыре балла.
Индивидуальная проверка: ответ и критерии
48 Н (уравнение 8 × 18 / 3 и единица — два балла); гидростатическая опора — балл; антагонисты обеспечивают противоположные движения тягой при сокращении — балл.
07. Соответствие исходной программе
Пункт программы → действие → результат
| Пункт программы | Действие ученика | Проверяемый результат |
|---|---|---|
| 3.5. Типы скелета; рычаг; строение мышц; движение в разных средах | Сравнение опорных систем и расчёт равновесия модели конечности | Различить три типа скелета и рассчитать силу в заданной рычажной модели, указав её ограничения. |
| Наблюдение, сравнение и обоснованный вывод | Самостоятельное решение новой задачи | Ответ с признаками, доказательством и ограничением |
Источники и права на изображения
Тексты, задания, учебные данные и схемы разработаны для портала «Школы России». Числовые серии — учебные модели, не результаты проведённых классом опытов. Схемы авторские, не копии микрофотографий; сторонние изображения не используются. Фактические сведения сверены по указанным источникам 19.10.2026. Материалы полностью даны, переход по внешним ссылкам ученику не требуется.