ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ПРИРОДЕ.

Природа - это книга, которую надо про­читать и правильно понять, ошибочное по­нимание приносит большой вред. Явления природы своим величием зачастую приводят человека в ужас; он чувствует себя ничтож­ным, когда перед его глазами выступает та­кая сила, такая мощь, такое зрелище, перед которыми бледнеют сила не только одного человека, но и всего человечества.

М.Налбандян

Природа - вечно изменчивое облако; ни­когда не оставаясь одной и той же, она все­гда остаётся самой собой.

Р. Эмерсон

Нравственное воздействие природы на любого человека измеряется правдой, кото­рую она ему открыла.

Р.Эмерсон

Тот, кто изучает природу не через идею любви, никогда не познает её законов.

• Ф.Шлегелъ
Цели урока

» Образовательная: знакомство с новым материалом, продолжение работы по формированию навыков (анализ источников информации, экспериментальная работа, работа в группе), закрепление знаний и умений.

• Воспитательная: воспитание мировоззренческих понятий (причинно-следственные связи в окружающем мире, познаваемость мира), нравственное воспитание (любовь к природе, товарищеская взаимовыручка, этика групповой работы).

• Развивающая: развитие навыков и умений (классифицировать и обобщать, составлять схемы, )формулировать выводы), самостоятельности мышления

и интеллекта, грамотной устной речи, навыков практической работы.

Оборудование: схемы («Электрические органы », «Строение кожи», «Геомагнитное поле»), омметр, провода соединительные, платок, вода, 3-4 батарейки, вольтметр, видеофильм «Молния», телевизор или компьютер с презентацией и видеороликом.

Оформление. На доске написаны тема урока и дата. Парты расставлены для работы в группах (по 3-4 уча-сея).

Ход урока I. Организационный этап (3 мин)

Учитель разъясняет цели и задачи урока, организует формирование групп (по желанию), раздаёт раздаточный материал.

I. Активизация (5 мин) «Блицопрос». Учитель задает первый вопрос, а ответившая первой группа задает вопрос следующей и.т.д. За каждый правильный ответ группа получает жетон. Жетонами поощряются также отдельные уча­щиеся и группы целиком за активность, оригинальность идеи, объяснения (личный жетон - красного цвета, групповой - оранжевого). Набравшие наибольшее количество жетонов ученик и группа (все чле­ны), получают отметку «отлично».

1. Какая из проволок - алюминиевая или сталь­ная — имеет большее сопротивление, если массы и площади поперечных сечений, этих проволок одина­ковы? (Ответ. Стальная, R /R, = 1,538, т.к. удель­ное сопротивлении стали 0,12 мкОм • м, алюминия 0,028 мкОм • м; плотность стали 7800 кг/м³, алю­миния 2800 кг/м³.)

2. Металлическому шарику сообщают положитель­ный заряд. Как изменяется его масса? (Ответ. Уменьшается.)

3. Могут ли провода одной длины, но из разных материа­лов, иметь одинаковые сопро­тивления? (Ответ. Да, если у них будут соответствующие пло­щади.)

4. Стены наших квартир, домов, классов «увиты» элект­рическими проводами. Предло­жите способы обнаружения этих проводов. Какие приборы вам понадобятся?

Составь формулу». Ребя­там раздаются квадратики с обо­значением физических величин и алгебраических действий. За одну минуту из этих карточек нужно составить формулы. За каждую формулу команда по­лучает жетон. Для проверки на доске вывешиваются правиль­ные формулы, можно восполь­зоваться компьютерной презен­тацией.

I	и	R	А	t	Р	q	I	и
и	R	I	и	I	R	и	I	R
R	А	А	I	и	I	R	и	R
А	U	Я	=	=	=	=	==	=
1	2	2	=	=	==	==	=	=
2	F	Е	q	q 1	q2	q3	+	+
q	Е	и	d	=	Е	F	q	=

Поставь на местом. Ребятам раздаются карточки, из которых они должны составить правильные строчки. За каждую строчку -жетон. Верная версия потом показывается на доске либо на дисплее.

Примерное задание

Сопротивление	2 кДж	,200 000	А
Работа	0,2 МВт	2000	В
Сила тока	200 мА	0,0002	Ом
Мощность	200 мкКл	200	Кл
Заряд,	0,2 кВ	20 000	Дж
Напряжение	0,02 МОм	0,2	Вт

Ответ

Сопротивление	0,02 МОм	20 000	!ом
Работа	2 кДж	2000	Дж
Сила тока	200 мА	0,2	А
Мощность	0,2 МВт	200 000	Вт
Заряд	20 мкКл	LA000^	Кл
Напряжение	0,2 кВ	200	В

3. Решение и обсуждение задачи (5 мин)

• Электрические рыбы. Первыми объек­тами, свидетельствующими о наличии элект­рических явлений в живой природе, были рыбы. Ещё древние римляне знали, как элек­трические скаты добывают себе пищу: они не гоняются за добычей, не сидят в засаде, но у крабов или осьминогов, оказавшихся рядом со спокойно плывущими в воде скатами, на­чинаются конвульсии, и они гибнут от элект­рического разряда. Очевидно, скаты являют­ся «живыми электростанциями». Уже тогда возникла идея использования разряда элект­рических рыб как лечебного средства. За 30 лет до н.э. Диаскард [нам не удалось найти ни одной ссылки на это имя. - Ред. ] лечит подаг­ру и хронические головные боли разрядами, возникающими при прикосновении к электри­ческому угрю. Из русских летописей XIV в. видно, что это удивительное исцеляющее сред­ство было известно и русским. Рассказывают о диковинных рыбках, своим касанием вызы­вающих лечебное действие.

Наблюдения показали, что многие рыбы име­ют особые электрические органы, своего рода «батареи», вырабатывающие большое напряже­ние. Так, гигантский электрический скат созда­ет напряжение (в разряде) 50-60 В, нильский электрический сом - 350 В, а угорь электро­фору с - свыше 500 В! Удивительным явля­ется то обстоятельство, что на тело самой рыбы это высокое напряжение никакого действия не оказывает. Вот где тайны электризации!

Электрические органы состоят из мышц, которые потеряли способность к сокращени­ям: мышечная ткань служит проводником, а

соединительная — изолятором. К органу идут нервы от спинного мозга, а в целом он представляет собой мелкопластинчатую-структуру из чередующихся эле­ментов, образующих колонку. Такие органы распо­ложены вдоль всего тела. Например, у угря каждый электрический орган содержит около 70 колонок, а каждая колонка - от 6 до 10 тыс. последовательно соединённых элементов. У взрослых особей на эти органы приходится около 40% всей массы тела.

Задача. Определите напря­жение на одном электрическом элементе в теле угря, если элек­трический орган создаёт напря­жение 500 В.

Сначала попробуем решить экспериментальную задачу. На парте у вас находятся 3-4 ба­тарейки, соединительные про­вода, вольтметр. Перед вами схема соединения электричес­ких элементов угря. Используя предложенные источники тока, выведите формулы для расчета напряжения на одном элементе, рассчитайте его и проверьте экспериментально. Потом приступайте к вычислению напряжения на электри­ческом элементе угря. (Ответ. 0,05 В.)

ГОООО

4. Экспериментальная задача (11 мин)

• Живые ткани. Электрическое сопротивление от­дельных участков тканей зависит преимущественно от сопротивления слоя кожи. Через кожу ток прохо­дит главным образом по каналам потовых и отчасти сальных желез. Сила тока зависит от толщины и со­стояния поверхностного слоя кожи. Рассмотрим стро­ение кожи.

Кожа - наружный покров тела площадью около 2 м². Кожа состоит из трёх основных слоев. Наружный слой - эпидермис - образован многослойной эпителиальной тканью, которая постоянно слущивается и обновляется за счёт размножения более глубоко расположенных клеток. Под слоем эпидермиса расположен слой соеди­нительной ткани - дерма. Здесь находятся многочис­ленные рецепторы, сальные и потовые железы, корни волос, кровеносные и лимфатические сосуды. Самый глубокий слой - подкожная клетчатка - образован жировой тканью, которая служит «подушкой» для внут­ренних органов, изолирующим слоем, «складом» пита­тельных веществ и энергии.

Основная функция кожи — защитная (предохра­нение от механических воздействий, воспрепятство-вание попаданию в организм посторонних веществ, болезнетворных микробов).

Электрическое сопротивление человеческого тела определяется в основном сопротивлением поверхнос­тного рогового слоя кожи - эпидермиса. Тонкая, не­жная и особенно покрытая потом или увлажнённая кожа, а также кожа с поврежденным наружным слоем эпидермиса хорошо проводит электрический ток. Сухая, огрубевшая кожа является плохим проводни­ком. В зависимости от состояния кожи и пути тока, а также приложенного напряжения сопротивление тела человека составляет от 0,5 до 100 кОм.

Задача. С помощью омметра определите сопро­тивление своего тела, приложив щупы к кончикам паль­цев обеих рук. Потрите ладони и пальцы друг о дру­га и вновь измерьте сопротивление. Намочите ладони и измерьте сопротивление. Сравните результаты и сделайте вывод. Рассчитайте значение своего смер­тельного напряжения для получившихся значений со­противления, если критическая сила тока равна 0,1 А.

5. Решение и обсуждение задачи (4 мин) • Земля. Наша планета обладает удивительными электрическими свойствами. Так, напряжённость элек­трического поля в атмосфере Земли изменяется с высотой. Если у поверхности она составляет 130 В/м, то на высоте 500 м уменьшается до 50 В/м, на высо­те 3 км - до 30 В/м, на высоте 12 км - до 2,5 В/м. Электрический заряд Земли равен 570 кКл. Плотность электри­ческого тока,теку­щего в верти­кальном на­правлении в ._ атмосфере Солнечный Земли (ток - ^шmeP результат движения по­ложительных и отрицательных ионов, находящих­ся в атмосфере), рав­на 2 • 10~¹³ кА/см².

Ударная

волна

1000 км Геомагнитное поле

Задача. Определите количество электронов, соответ­ствующее электрическому заряду Земли. (Ответ. 356,25 • 10²².)

6. Составление задач, обсуждение и решение (10 мин)

• Молния. Грозы возникают, когда тёплый и влаж­ный воздух очень быстро поднимается вверх и формиру­ет огромные кучево-дождевые облака. Внутри этих обла­ков кристаллики льда и капельки воды находятся в вих­ревом движении. В результате трения друг о друга и раз-ламывания льдинок они получают слабый электрический заряд. Постепенно эти заряды увеличиваются, пока не происходит гигантский искровой разряд между соседни­ми облаками или между облаком и землёй. Этот яркий разряд называется молнией.

Молния выбирает самый короткий путь к земле, по­этому попадает в здания или в высокие деревья. [Сначала возникает лидер - яркий термоионизованный канал высо­кой проводимости, который выносит отрицательные заря­ды облака к земле, где они нейтрализуются положительны­ми зарядами. Затем по лидеру проходит главный, или об­ратный, разряд - от земли к облаку - со скоростью до поло­вины скорости света, сопровождаемый ослепительным све­чением и резким увеличением тока (и соответственно грохо­том). После этого канал молнии распадается, но обычно по образовавшемуся в атмосфере каналу развиваются по­вторные молнии - за счёт зарядов, расположенных на боль­ших высотах в облаке. Скорость продвижения головки глав­ной стадии составляет (0,2... 1) 10⁸ м/с. Общая длительность многократной молнии около 1,5с. - Ред. ] Высокие здания оборудуют металлическими полосами (прутьями), по ко­торым электрический разряд уходит в землю. Это молни­еотвод. Грозовой разряд обычно состоит из серии после­довательных разрядов, но сменяются они так быстро, что все вспышки сливаются в одну. На своем пути молния раскаляет воздух, который, быстро расширяясь, создаёт! звуковую волну. Это вызывает раскаты - гром. Громовые раскаты и вспышка молнии происходят одновременно, но мы слышим гром после того, как увидим молнию. Это объясняется тем, что звук распространяется значительно медленнее, чем свет. В Зимбабве во время влажного сезо­на от ударов молнии погибают более ста жителей. (Про смотр видеофильма -Молния.)

Физические параметры (средние) молнии Длительность разряда .................... 0,2 с

Длительность отдельных импульсов........ 50-100 мкс

Диаметр канала ............................................ 16 см

Заряд, протекающий по каналу ..................... 20 Кл

Сила тока ................................................20 000 А

Скорость лидера............................. 100-2000 км/с

Длина молнии между облаком и землёй ........ 2-3 км

Длина молнии между облаками................ 15-20 км

Расстояние, на котором слышен гром.............. 15 км

Разность потенциалов при разряде .................. 4 ГВ

Число грозовых разрядов над землёй в 1 с ......... 100

Составьте задачи по этим данным. Предложите ре­шение этих задач. Затем обменяйтесь задачами с другой группой и решите их задачи. Самые интересные задачи мы зачитаем.

7. Оценивание работы учащихся, обобщение и за­вершение урока (2-3 мин)

Дорогие ребята? Вы увлечены познанием тайн приро­ды - жизни Земли и человека, атмосферы и живой при­роды, зверей и птиц, трав и деревьев. Множество вопро­сов встаёт перед вами, И главный из них: как добиться того, чтобы не оскудели природные богатства? Вопрос этот один из важнейших, стоящих перед человечеством, а значит, перед каждым из нас. Беречь Землю, воду, воз­дух - священная обязанность каждого человека I Но только познание законов природы поможет решить многие про­блемы их практического использования.