Программа элективного курса
По теме «Электричество в нашем доме»
Составитель:
МОКУ «Покровская средняя
общеобразовательная школа
Октябрьского района»
Пояснительная записка.
ЭЛЕКТИВНЫЕ КУРСЫ – обязательные для посещения курсы по выбору учащихся, входящие в состав профиля обучения на старшей ступени школы. Элективные курсы реализуются за счет школьного компонента учебного плана и выполняют две функции:
1. Одни из них могут «поддерживать» изучение основных профильных предметов на заданном профильным стандартом уровне.
2. Другие служат для внутрипрофильной специализации обучения и построения индивидуальных образовательных траекторий. Также элективные курсы могут явиться толчком для создания и экспериментальной проверки нового поколения учебных материалов.
Условно выделяют следующие типы элективных курсов:
1. Предметные курсы, задача которых - углубление и расширение знаний по предмету;
2. Межпредметные элективные курсы, цель – интеграция знаний о природе.
Требования, предъявляемые к элективным курсам:
1. Должны соответствовать запросам выбравшим их учащихся;
2. Должны соответствовать фундаментальности и актуальным и перспективным потребностям личности, общества и государства.
При изучении элективных курсов наиболее наглядно проявляется тенденция современного образования, заключающаяся в том, что усвоение предметного материала обучения из цели становится средством такого эмоционального, социального и интеллектуального развития ребенка, которое обеспечивает переход от обучения к самообразованию.
ЭЛЕКТИВНЫЙ КУРС «Электричество в нашем доме»
1) Разработан для средней общеобразовательной школы. Целью данного курса является практическое применение знаний полученных на уроках физики для ремонта, замены и изготовления различных элементов, служащих для использования электроэнергии.
2) Элективный курс рассчитан на 11 часов (1 час в неделю). При разработке планов занятий учитывается соответствие запросов учащихся и актуальных, перспективных потребностей личности, общества и государства. По своей структуре занятие сочетает в себе теоретическую и практическую части.
3) Для реализации в полном объеме элективного курса необходимо иметь: провода (медь и алюминий), электрический выключатель (внешний и внутренний), электрозетка (внешняя и внутренняя), электрический патрон, электровилка, деревянная основа.
4) В результате изучения данного курса учащиеся должны овладеть следующими знаниями:
- что такое проводники электрического тока;
- для чего нужны изоляторы электрических проводов и из чего они изготавливаются;
- виды проводников электрического тока;
- история развития взглядов на электричество;
- техника безопасности при работе с электрическими цепями.
А также овладеть следующими умениями и навыками:
- подготовка электропроводов к работе;
- замена выключателя;
- замена розетки;
- установка патрона, люстры, бра;
- удлинение электрошнура;
- изготовление удлинителя.
Литература:
1. Блудов по физике ч.2 М., Просвещение, 1973
2. , Буховцев -10
3. Рассказы об электричестве М., «Детская литература», 1987
4. Журнал «Физика» №44, 2003
5. Настольная книга учителя физики М., Астель, 2004
Тематическое планирование элективного курса
«Электричество в нашем доме» (11ч, 1ч в неделю)
№ п/п | Тема занятия | Примечание |
1 | Техника безопасности при работе с электрическими цепями (эл. сетью) | |
2 | Электрический ток в металлах. Предохранители. Роль диэлектриков. | |
3 | История развития представлений об электричестве. | |
4 | Электрический ток в газах. Пр. р. №1 «Практические навыки по подготовке проводов к работе» | |
5 | Пр. р. №2 «Замена электрического выключателя: внешнего и внутреннего» | |
6 | Пр. р. №3 «Замена электрической розетки: внешней и внутренней» | |
7 | Пр. р. №4 «Замена и установка патрона. Подсоединение люстры» | |
8 | Пр. р. №5 «Замена электрической вилки» | |
9 | Пр. р. №6 «Удлинение электрического провода» | |
10 | Пр. р. №7 «Установка бра (теория)» | |
11 | Пр. р. №8 «Изготовление удлинителя» |
Занятие №1
Тема: «Техника безопасности при работе с электрическими цепями»
1. Будьте внимательны и дисциплинированы, точно выполняйте указания учителя.
2. Перед выполнением работы внимательно изучите ее содержание и ход выполнения.
3. При сборке экспериментальных установок используйте провода (с наконечниками и предохранительными чехлами) с прочной изоляцией без видимых повреждений.
4. При сборке цепей избегайте пересечения проводов. Запрещается использовать проводники с изношенной изоляцией и выключателями открытого типа при U˃42В.
5. Источник тока к электрической цепи подключайте в последнюю очередь, только после проверки правильности соединения учителем. Наличие напряжения в цепи можно проверять только с помощью приборов или указателей напряжения.
6. Не прикасайтесь к находящимся под напряжением элементам цепи, лишенных изоляции. Не производите пересоединения в цепях и смену предохранителей до отключения источника электропитания.
7. Пользуйтесь инструментами с изолированными ручками.
8. После окончания работы отключите источник электропитания и сообщите об этом учителю.
9. Не уходите с рабочего места без разрешения учителя.
10. Обнаружив неисправность в электроустройствах, находящихся под напряжением, немедленно отключите источник питания и сообщите об этом учителю.
11. Для присоединения потребителей к сети пользуйтесь штепсельными соединениями.
12. На время ремонтных работ следует отключить электропитание на вводном групповом щитке.
13. Категорически запрещается заменять перегоревшие пробки самодельными.
14. Все работы по монтажу и ремонту электросети производить при полном снятии напряжения.
15. Не прикасаться к проводам мокрыми или грязными руками.
16. При зачистке проводов нож держите от себя.
17. В случае, когда соединяемые провода находятся в непосредственной близости друг от друга, следите, чтобы изоляция была надежной.
Занятие №2.
Тема: «Электрический ток в металлах. Предохранители. Роль диэлектриков».
Все вещества по их способности пропускать электрический заряд можно разделить на три вида.
Вещества
Проводники Диэлектрики Полупроводники
I рода II рода
(металлы) (растворы и
расплавы
электролитов)
Проводники – это вещества, хорошо проводящие электрический ток, так как имеют свободные заряженные частицы.
Диэлектрики – это вещества, не проводящие электрический ток.
Полупроводники – это вещества проводящие электрический ток только при определенных условиях.
Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц.
v Рассмотрим электрический ток в металлах.
Для этого нужно вспомнить внутреннее строение вещества, находящегося в твердом состоянии.
 |
Если к проводнику не приложено напряжение, то свободные электроны, находящиеся в нем, принимают участие только в тепловом движении. То есть движутся беспорядочно по всему объему проводника.
Как только проводник помещается в электрическое поле, то есть прикладываем к нему напряжение, то электроны начинают двигаться в строго определенном направлении, то есть возникает электрический ток. В результате того, что ионы, находящиеся в узлах кристаллической решетки, совершают колебательное движение возле положения равновесия, и имеют противоположный по знаку заряд, то возникает электрическое сопротивление.
Электрическое сопротивление – физическая величина, которая показывает, насколько хорошо вещество проводит электрический заряд.
Оно зависит:
1) От геометрических размеров проводника (длины и сечения);
2) От материала, из которого изготовлен проводник;
3) От температуры.
v В квартирах устанавливаются специальные устройства, называемые «предохранитель» (автоматический выключатель тока). Действие таких приборов основано на двух явлениях: электромагнетизме и свойствах биметаллической пластинки.
Биметаллическая пластинка представляет собой полоску, склепанную из двух наложенных друг на друга металлов с различным коэффициентом теплового расширения, например железа и латуни.
При нагревании такая пластинка, бывшая прямой при комнатной температуре, должна изогнуться в сторону железа. Это устройство используется в различных автоматических устройствах – тепловых реле, ограничителях тока, автоматических предохранителях на квартирном щитке.
Стоит только пластинке при прохождении через предохранитель слишком большого тока, нагреться выше определенного предела, как цепь размыкается.
Вот почему запрещается устанавливать самодельные предохранители взамен сгоревших заводских.
v Роль диэлектриков в электричестве заключается в том, что они позволяют изолировать проводники друг от друга, избежать короткого замыкания, изолировать соединения проводников друг с другом.
Весь секрет в строении диэлектриков (пластмасса, дерево, резина, каучук и другие материалы). В основе строения диэлектрика лежит диполь (нейтральная частица). Он отличается от атома тем, что положительный и отрицательный заряды в нем связаны и не могут двигаться по отдельности (в отличии от электронов в атоме). Диполь ориентируется в электрическом поле, но не перемещается.
 |
 |
 |
 |
 |
Е
Если диэлектрик вынести из электрического поля, то диполи сразу же теряют ориентацию и располагаются самопроизвольно.
При повышении температуры химические связи разрываются и появляются свободные заряженные частицы. Сопротивление диэлектрика резко снижается. Поэтому при изготовлении изоляционных материалов учитывается температура, при которой диэлектрик начинает проводить электрический ток.
Так же существует понятие «пробивное напряжение», то есть напряжение, при котором изоляция «сгорает» и не может выполнять свою функцию.
Занятие №3
Тема: «История развития представлений об электричестве»
Наука об электричестве, как самостоятельная отрасль естествознания родилась в 17 веке. Но первый интерес к электричеству проявили еще древние греческие мыслители, они же сделали первые шаги в исследовании непонятных явлений, составивших основу будущей науки об электричестве.
Рассказывают, что однажды к древнегреческому философу Фалесу, пришла дочь и протянула ему веретено, сделанное из драгоценного камня – электрона (желтого, прозрачного камня). Девушка рассказала, что не раз, уронив веретено на пол и стараясь очистить его от приставшего сора, терла его пряжей. Но при этом упрямое веретено только сильнее притягивало себе пылинки и нити. Когда село солнце, в наступившей темноте Фалес обнаружил, что если потереть электрон рукой, то он весь покрывается крошечными голубыми искорками. Они вспыхивают и гаснут с легким треском. Фалес пытался найти объяснение данному явлению вместе с учениками, но ничего не получилось.
В начале 17 века в Лондоне жил лейб-медик (придворный врач) Уильям Гильберт (). Он открыл, что свойством притягивать к себе легкие предметы обладает не только электрон (янтарь), но и бриллиант, сапфир, рубин, опал, аметист, берилл и горный хрусталь. Именно он дал впервые объяснение данному явлению. «Многие тела после натирания принимают силу электрона – электризуются. Электрическая сила притягивает многие вещи, но она капризна и зависит от погоды, уничтожаясь при влажности. Некоторые философы считают, что трение изгоняется из тел тончайшая жидкость, служащая для их связи. Она – то и вызывает электрическое притяжение подобно тому, как воздух заставляет стремиться к центру земли все тела, когда их лишают опоры».
В середине 17 века Отто фон Герике создал прототип электрической машины: шар из серы (с детскую голову) укрепили на железную ось с рукояткой, чтобы удобно было его укрепить на станине.
Именно Герике заметил, что наэлектризованное тело не только притягивает наэлектризованные тела, но и отталкивает их. Кроме того он обнаружил, что электрическая сила распространяется по льняной нити на расстояние целого локтя от серного шара. А сам шар, будучи хорошо нагрет, светится в темноте слабым синеватым светом и, испуская крохотные искры, тихо потрескивает. Причем тело, притягиваемое шаром, всегда следует за ним, повернувшись одной и той же стороной. Книга с описанием его опытов вышла в 1672 году. Умер в возрасте 84 лет.
В Италии опыты с электрическим притяжением и отталкиванием вели члены Академии дель Чименто. В , опытный экспериментатор, нашел, что все тела обнаруживают большую электрическую силу, если их перед натиранием чисто вытереть и согреть. Также он исследовал поведение наэлектризованных тел в пустоте. Оказалось, что электрическая сила не зависит от наличия воздуха.
В 1660 году было основано Лондонское королевское общество для развития естественных наук. С 1703 году его возглавил Исаак Ньютон. В период его правления Френсис Гауксби изготавливает электрическую машину со стеклянным шаром. Он показал, что свет может являться результатом электризации, а также получает первую искру (2,5 см).
В 1729 году Стефен Грей установил, что электрическая сила способна распространяться на расстоянии. Также он впервые выяснил, что не все тела проводят электричество. В результате очередного опыта было установлено, что электричество распространяется только по поверхности предмета, не проникая внутрь.
Француз Шарль Француа де Систерне Дюфе ввел понятие «стеклянного» и «смоляного» электричества.
Вторая половина 18 века. Эвальд Георг фон Клейст во время занятий опытами решил зарядить железный гвоздь. Он установил его для изоляции в бутылочку из микстуры и поднес к электромашине. Затем, держа стеклянную банку в одной руке, он другой рукой взялся за шляпку гвоздя и получил весьма ощутимый электрический удар. Он открыл новый способ накапливать электричество.
В то же время в университете славного города Лейдена работал профессор Питер ван Мушенбрек (1692 – 1761). Один из его гостей обнаружил, что если в стеклянную банку налить воды, то количество электричества, накапливаемое металлическим стержнем, возрастает. Данное устройство получила название «лейденская банка» (первый конденсатор – устройство для накопления электрического заряда).
В дальнейшем выяснилось, что чем больше размер банки и чем меньше расстояние между внешней и внутренней ёмкостями, тем большее количество электричества на них накапливалось.
Бенджамин Франклин (1706 – 1790) в 1747 году предложил свою теорию электричества. Он считал, что существует некий электрический флюид – тончайшая жидкость, которая пронизывает все тело. Частицы электрического флюида отталкиваются друг от друга, но притягиваются частицами тел. При этом, если в теле появляется избыток электрической жидкости, то оно оказывается наэлектризованным «положительно». Этим термином Франклин предлагал заменить «смоляное» электричество Дюже. А если в теле существует недостаток электрического флюида, оно наэлектризовано «отрицательно». Так он предлагал называть «стеклянное» электричество Дюфе. Таким образом, единая электрическая жидкость определяла два состояния тел – положительную и отрицательную электризацию. При этом предполагалось, что создавать электрическую жидкость ничто не может. Все дело только в ее перераспределении между телами. Именно он придумал громоотвод, установив, что и электричество, появляющееся при натирании тел и такое природное явление, как молния, имеют одно и то же происхождение. Но никто не мог измерить количество электрической материи (электрическую силу).
В 1745 году Рихман сконструировал «электрический указатель». Состоял он из длинной, примерно полуметровой, льняной нити, висевшей вертикально возле линейки, и угловой шкалы. Ломоносов писал, что это была точно «отвешенная нить» и по углу отклонения от вертикали можно было измерять электрическую силу. С того времени различные приборы для оценки электрической силы или количества электричества, находящегося в наэлектризованном теле, стали появляться и в других странах. Появились первые электроскопы и электрометры. Теперь появилась возможность видеть, какое из тел накопило больше электричества. Научились делить электричество на порции.
В дальнейшем количество электричества, содержащееся в данном теле, стали называть электрическим зарядом. Два электрических заряда, или два количества электричества, считались одинаковыми, если при прочих равных условиях они оказывали на одно и тоже тело одинаковое воздействие, например раздвигали листочки электроскопа на одинаковый угол…
В связи с этим начались интенсивные исследования такого явления как молния, что дало большой толчок к развитию теории электричества.
В начале 18 века Эпинус открыл пироэлектричество, появление электрических зарядов на поверхности диэлектриков при их нагревании. Он отметил глубокое сходство электрических и магнитных явлений. Все электрические явления, известные современной ему науке, Эпинус делит на два рода. К одному относится все, что связано с переходом электрической жидкости от одного тела к другому (искры, возникающие при электризации тел). К другому он отнес притяжение и отталкивание.
Эпинус утверждал, что лишь после того, как заряд одного тела вызовет появление заряда на другом, они приходят во взаимодействие. Это было совершенно новым представлением, которое пришлось весьма кстати впоследствии, когда были открыты явления электрической и магнитной индукции и поляризация тел. Также он утверждал, что электрическая материя существует только в телах и отсутствует в пространстве, где действуют электрические силы. То есть он подошел вплотную к понятию электрического и магнитного полей.
Следующим этапом в развитии электричества является открытие основного закона электростатики – закона Кулона. Изучив явление кручения как деформацию упругих тел, Кулон изобрел крутильные весы – необыкновенно чувствительный прибор, с помощью которого можно было измерять совсем слабые взаимодействия (по углу поворота).
В качестве гипотезы о сути электрической материи Кулон принял существование двух электрических жидкостей – положительной и отрицательной.
В 1780 году Луиджи Гальвани на основе своих опытов с препарированной лягушкой создал новое устройство, которое получило название «гальванический элемент» - первая батарея.
Алессандро Вольта повторил опыты Гальвани и предположил, что причиной электричества является контакт двух разных металлов и выдвинул теорию «металлического электричества». В каждом металле, считая Вольта, содержится электрическая жидкость (флюид), которая, когда металл не заряжен, находится в покое и себя не проявляет. Но если соединить два различных металла, то равновесие электричества внутри них нарушится: электрическая жидкость придет в движение. При этом электрический флюид в некотором количестве перейдет из одного металла в другой, после чего равновесие вновь восстановится. Но в результате этого металлы наэлектризуются: один – положительно, другой – отрицательно. То есть образуется контактная разность потенциалов. Также Вольта предположил, что все проводники следует разбить на два класса: проводники I рода – металлы и некоторые другие твердые тела, и проводники II рода – жидкости.
В 1800 году Вольта построил первую гальваническую батарею – Вольтов столб.
Наиболее крупную батарею в самом начале 19 века построил русский физик Василий Владимирович Петров в Петербурге. Его батарея состояла из 4200 цинковых и медных кружков. Кружки укладывались в ящик горизонтально и разделялись бумажными прокладками, пропитанными нашатырем.
Так же было обнаружено, что электрический ток может оказывать различные действия: тепловое, химическое, оптическое, механическое, магнитное.
Все эти действия электрического тока были тщательно изучены и нашли широкое применение в современной науке и технике.
Занятие №4
Тема: «Электрический ток в газах»
В газах при обычных условиях носители заряда отсутствуют и поэтому газы не проводят электрический ток. Носители заряда в газе можно создать. Этот процесс называется ионизация. Он заключается в отрыве одного или нескольких электронов у нейтральной газовой молекулы. После ионизации в газе появляются электроны и положительные ионы. Они и могут являться носителями заряда в газе. В зависимости от способа ионизации различают два способа электропроводности газа – самостоятельную и несамостоятельную.
При самостоятельной электропроводности ионизация осуществляется электрическим полем.
При несамостоятельной проводимости ионизация осуществляется источником, не зависящим от электрического поля. Таким источником может быть пламя, рентгеновские и ультрафиолетовые лучи.
 |
I
Самостоятельный разряд
Iн
Несамостоятельный разряд
 |
U
На рисунке представлена вольт – амперная характеристика электрического тока в газе.
Состояние связано с тем, что все носители заряда, поставляемые ионизатором, участвуют в переносе заряда. Если производительность ионизатора увеличить, то ток насыщения увеличится.
Лавинообразный рост тока при увеличении напряжения связан с процессом ударной ионизации. Электрон разгоняется электрическим полем и перед столкновением с нейтральной молекулой имеет некоторую энергию. Если этой энергии хватает для отрыва электрона, то такой отрыв происходит, число носителей заряда в газовом промежутке быстро увеличивается. Когда электрическое поле само начинает поставлять носители заряда в газовый промежуток, то происходит переход к самостоятельной проводимости. Механизмом поставки носителей заряда в газовый промежуток при самостоятельной проводимости могут быть ударная ионизация в сочетании с вторичной электронной эмиссией или другие механизмы.
Существует множество различных газовых разрядов: тлеющий разряз, катодные лучи, коронный разряд.
Практическая работа №1 «Практические навыки по подготовке проводов к работе»
Порядок выполнения работы:
1. Внимательно осмотрите провод, чтобы на нем не было никаких повреждений, которые могут привести к короткому замыканию.
2. Правильно выберите провод для работы. Например для того, чтобы изготовить удлинитель, необходимо выбрать пластичный провод, многожильный, а для изготовления проводки, соединения проводов, используется жесткий одножильный провод.
3. Аккуратно обрежьте изоляцию провода на конце или в том месте, где хотите произвести соединение. Снять изоляцию можно не только с помощью ножа, но и с помощью горящей спички. Однако здесь возникает опасность обжечь пальцы о горячую изоляцию.
4. Если провод многожильный, то желательно сразу скрутить его в один. Это убережет оголенный провод от разлахмачивания и поломки отдельных проводков.
Пример:
 |
 |
Занятие №5
Практическая работа №2 «Замена электрического выключателя»
Порядок выполнения работы:
1. Отключить от электроснабжения электрическую сеть в доме с помощью рубильника или предохранителя (пробки).
2. Аккуратно снимите верхнюю крышку выключателя.
3. Снимите старый выключатель.
4. Проверьте провода, их исправность.
5. Аккуратно поставьте новый выключатель. Для этого немного открутите удерживающие винты, в пазы которых вставляются провода. Вставьте провода в пазы и закрепите винты. Закрепите выключатель. Если это внешний выключатель, то с помощью шурупов, если внутренний, то с помощью специальных распорок, которые укрепляются винтами по бокам выключателя.
6. Поставьте внешнюю крышку выключателя.
7. Включите электропитание.
Занятие №6
Практическая работа №3 «Замена электрической розетки: внешней и внутренней»
Порядок выполнения работы:
1. Отключите питание электросети.
2. Снимите внешнюю крышку розетки.
3. Ослабьте боковые распорки и винты, закрепляющие провода, выньте (снимите) розетку.
4. Проверьте провода.
5. Поставьте новую розетку. Для этого ослабьте винта, которыми закрепляют провода и винты по бокам розетки, которые служат для закрепления распорки. Вставьте провода и закрепите винты. На всякий случай избегайте одновременного контакта с проводами!!! Поместите розетку в паз в стене и укрепите ее при помощи распорок (или шурупов).
6. Поставьте внешнюю крышку розетки.
7. Включите электропитание.
Занятие №7
Практическая работа №4 «Замена или установка патрона. Подсоединение люстры».
Порядок выполнения работы:
1. Отключите электропитание сети.
2. Снимите старую люстру. Для этого отожмите крышку, закрывающую место подсоединения, уберите крепление, удерживающее люстру, рассоедините провода.
3. Проверьте готовность проводов к работе.
4. Соедините провода с помощью специального крепления или путем простого соединения.
5. Простое соединение осуществляется путем скручивания двух оголенных участков соединяемых проводов. Затем производим изоляцию места соединения. Также поступают со второй парой соединяемых проводов.
6. Если есть специальный блок для соединения, то действия такие же, как при монтаже выключателя или розетки.
7. Закрепляем люстру на потолке.
8. Устанавливаем крышку, закрывающую место соединения.
9. Включить электропитание.
Занятие №8
Практическая работа №5 «Замена электрической вилки».
Порядок выполнения работы:
1. Снимите крышку вилки.
2. Ослабьте винты для крепления проводов.
3. Проверьте исправность электрического провода. Если есть необходимость, подготовьте провод к работе.
4. Аккуратно закрепите каждый провод на отдельную часть.
5. Положите каждую часть в свой паз и закрепите с помощью среднего винта. Следите за тем, чтобы провода не соприкасались.
6. Установите внешнюю крышку.
Оголенные части проводов не должны быть снаружи!!!
Занятие №9
Практическая работа №6 «Удлинение провода»
Типы соединения проводов:
 |
 |
А)
 |
Б)
 |
 |
Порядок выполнения работы:
1. Подготавливаем провода к работе.
2. Соединяем участки провода согласно предложенным схемам. При этом следует помнить, что каждая пара проводов изолируется отдельно.
Занятие №10
Практическая работа №7 «Установка настенного бра (теория)».
Порядок выполнения работы:
1. Делаем основу под крепление бра. Закрепляем ее на стене.
2. Соединяем провода, подводящие электроэнергию к лампочкам.
3. Подсоединяем провод, ведущий к розетке.
4. Укрепляем бра на стене.
Занятие №11
Практическая работа №8 «Сборка удлинителя».
Работа является контрольной по проверке знаний, умений и навыков, полученных в результате изучения элективного курса «Электричество в нашем доме».
