Урок – конференция в 8 классе по теме
«Электробезопасность на примере изучения природного явления - молния»
Учитель
Задачи урока:
Научить учащихся самостоятельно работать с дополнительной литературой и Интернет ресурсами по данной теме.
Выработать у учащихся умение составлять и делать доклады, сообщения по заданной теме и оформлять информационные стенды.
Выработать у учащихся умение объяснять наблюдаемые явления.
Развить интерес учащихся к физике.
Познакомить с правилами поведения во время грозы.
В нестандартной форме познакомить учащихся с правилами электробезопасности.
Цели урока:
Образовательные - научить учащихся выделять главное, делать выводы, применять знания на практике, дать знания о мерах предосторожности при общении с электрическим током, усвоить знания о действиях электрического тока на человека.
Воспитательные - воспитание умения слушать и анализировать выступления одноклассников; воспитание у учащихся заботы о своем здоровье.
Развивающие - развитие логического мышления и познавательной активности, развитие сотрудничества.
Оборудование: компьютер, мультимедийка, экран, слайды, модели громоотводов, электрофорная машина.
Ход урока
Организационный моментДорогие ребята, наш сегодняшний урок будет необычным, так как вести его будут ваши одноклассники, которые заранее подготовили интересные сообщения, плакаты, слайды о часто встречающимся в природе (но еще так мало изученном) явлении – молния.
Актуализация опорных знаний« Беговая дорожка»
а) Из присутствующих учащихся класса составляются 3 команды
б) Каждой команде выдается пакет задания
в) Каждый участник из команды отвечает на один вопрос и передает пакет-задание следующему
Вопросы пакет-задания:
Электрическое напряжение измеряется в … Сила тока измеряется в … Электрическое сопротивление измеряется в … Частица атома имеющая отрицательный заряд, это … Частица атома имеющая положительный заряд, это … Атом, в котором нарушено равновесие между зарядами, это … Вокруг любого электрического заряда существует … Единица измерения электрического заряда, это … Для того, чтобы тело наэлектризовалось, необходимо …Мотивационно – ориентационный этап
Люблю грозу в начале мая,
Когда весенний, первый гром,
Как бы резвяся и играя,
Грохочет в небе голубом
Вопрос классу: Чем сопровождается гроза?
Исполнительно – операционный этап
Докладчик №1. Всем нам, не раз доводилось наблюдать молнию - это красивое и небезопасное явление природы. Подчитано, что в атмосфере Земли каждую секунду происходит около 100 молний.
Мы с вами на уроках физики наблюдали разряд электрофорной машины. Аналогичные явления происходят в природе.
Молния - это искровой разряд в атмосфере, происходящий между разноименно заряженными облаками или между облаком и землей. Всего две строчки, а за ними целая история наблюдений, предположений, опытов и открытий.
Уже в XVII веке высказывались предположения, что молния это гигантская искра, проскакивающая между разноименно заряженными грозовыми облаками или грозовым облаком и землей. Исследования проводились во многих странах. Было выяснено, что МОЛНИЯ, природный разряд больших скоплений электрического заряда в нижних слоях атмосферы. Одним из первых это установил американский государственный деятель и ученый Б. Франклин. В 1752 он провел опыт с бумажным змеем, к шнуру которого был прикреплен металлический ключ, и получил от ключа искры во время грозы. С тех пор молния интенсивно изучалась как интересное явление природы, а также из-за серьезных повреждений линий электропередачи, домов и других строений, вызываемых прямым ударом молнии или наведенным ее напряжением. Но наибольший вклад в создание теории атмосферного электричества внесли российские академики Михаил Васильевич Ломоносов, Георг Рихман. Летом 1752 г. они построили «грозовую машину». Над крышей дома Ломоносова был укреплен изолированный высокий железный шест, нижний конец которого проходил внутрь помещения. К нижнему концу шеста прикрепляли железную линейку, к верхней части которой приклеивали шелковую нить. Такая же машина была установлена и на квартире Рихмана. При приближении грозы металлический шест и линейка заряжались, и нить, отталкиваясь от нее, отклонялась на некоторый угол. При близкой и сильной грозе из линейки извлекали искры. Во время одного из таких опытов в 1753 г. Рихман был убит шаровой молнией. Большой опасности подвергался и сам Ломоносов, который во время этой грозы проводил опыты с «грозовой машиной» у себя дома. Позже, вспоминая об этом, писал: «Внезапно гром чрезвычайно грянул в самое то время, как я руку держал у железа и искры трещали. Все от меня прочь бежали…». Через несколько минут Ломоносову сообщили, что Рихмана убила молния. При изучении молнии 26 июля 1753 г во время грозы из толстого железного прута появился огромный бледно-синий огненный шар величиной с кулак. Это была шаровая молния. Раздался оглушительный взрыв, и Рихман упал замертво. , тяжело переживая смерть Рихмана, отмечал, что он умер «прекрасною смертью, исполняя по профессии должность. Память о нем никогда не умолкнет».
Докладчик №2
Теория. Разряды молний могут происходить между соседними наэлектризованными облаками или между наэлектризованным облаком и землей. Разряду предшествует возникновение значительной разности электрических потенциалов между соседними облаками или между облаком и землей вследствие разделения и накопления атмосферного электричества в результате таких природных процессов, как дождь, снегопад и т. д. Возникшая таким образом разность потенциалов может достигать миллиарда вольт, а последующий разряд накопленной электрической энергии через атмосферу может создавать кратковременные токи от 3 до 200 кА. Для объяснения электризации грозовых облаков был разработан ряд теорий. В 1929 Дж. Симпсон предложил теорию, которая объясняет электризацию дроблением дождевых капель потоками воздуха. В результате дробления, падающие более крупные капли заряжаются положительно, а остающиеся в верхней части облака более мелкие – отрицательно. В основе индукционной теории, предложенной в 1885, лежит предположение о том, что электрические заряды разделяются электрическим полем Земли, имеющей отрицательный заряд. В теории свободной ионизации Ч. Вильсона предполагается, что электризация возникает как результат избирательного накопления ионов находящимися в атмосфере капельками разных размеров. Возможно, что электризация грозовых облаков осуществляется совместным действием всех этих механизмов, а основным из них является падение достаточно крупных частиц, электризуемых трением об атмосферный воздух.
Разряд. На открытой местности разряды положительной и отрицательной полярности наблюдаются одинаково часто, но около 95% ударов в линии электропередачи и антенны исходят из отрицательно заряженных облаков. Разряд молнии характеризуется чрезвычайно быстрым нарастанием тока до пикового значения, как правило, достигаемого за время от 1 до 80 мкс (миллионных долей секунды), и последующим падением тока обычно за 3–200 мкс после пикового значения.
Канал. Канал молнии определяется электрическим полем на конце движущегося лидера и локальной ионизацией. Вблизи земли его движение определяется земными стримерами или коронным разрядом, возникающим над заостренными проводящими предметами, выступающими над поверхностью земли. Молния с большой вероятностью повторно ударяет в ту же самую точку, если только объект не разрушен предыдущим ударом. Диаметр ядра светящегося разряда – от 1 до 2 см, а наэлектризованная зона вокруг ядра составляет, по-видимому, несколько метров в диаметре. Разветвленность разряда молнии между облаками обусловлена ступенчатым характером движения лидера, направление каждого шага которого определяется локальными условиями ионизации и потому носит в значительной мере случайный характер. Одним из первых это установил американский государственный деятель и ученый Б. Франклин. В 1752 он провел опыт с бумажным змеем, к шнуру которого был прикреплен металлический ключ, и получил от ключа искры во время грозы. С тех пор молния интенсивно изучалась как интересное явление природы, а также из-за серьезных повреждений линий электропередачи, домов и других строений, вызываемых прямым ударом молнии или наведенным ею напряжением. Результаты таких исследований кратко излагаются ниже. Многократные молнии – обычное явление, они могут насчитывать до 40 разрядов с интервалами от 500 мкс до 0,5 с, а полная продолжительность многократного разряда может достигать 1 с. С помощью фоторегистратора с временной разверткой было детально изучено развитие разряда молнии от облака до земли. Разряд развивается лавинообразно, сначала в виде ионизованного канала, получившего название лидера молнии, который ступенчато продвигается от облака к земле. Скорость ступенчатого движения лидера к земле равна приблизительно 45·106 м/с, причем интервал между ступенями составляет около 100 мкс. Длина каждой ступени лидера – около 45 м, так что полное время движения до земли может достигать 0,02 с. Затем, по этому ионизованному каналу от земли к облаку движется основной разряд со скоростью от 2·107 м/с до 15·107 м/с. Он обычно глубоко проникает внутрь облака, образуя множество разветвленных каналов. Свечение этого яркого разряда, обусловленное рекомбинацией ионизованных атомов, может продолжаться более секунды.
Докладчик №3
Природа молний
Чтобы понять природу молнии нужно вспомнить школьную программу физики. Помните те не хитрые эксперименты, например, с пластмассовой палочкой и шерстяной тканью. При трении происходит электризация. На самом деле сложный процесс можно объяснить довольно просто. В обычном состоянии каждый предмет заряжен нейтрально. Это по тому, что на нём находятся частички противоположно «заряженной» пыли, которая нейтрализует заряд тела. Как только частички снимаются (в процессе трения – это самый простой способ зарядить тело), тело приобретает заряд. Поэтому после трения палочки о шерстяную ткань, пластмассовое тело приобретает заряд, действие которого видно, если поднести палочку к волосам. Волосы начинают прилипать к ней, как бы заменяя собой снятую пыль, чтобы пластиковое тело снова стало нейтрально заряженным. Поэтому электризацию можно понимать как снятие с предмета «заряженной» пыли.
Кроме этого нужно понять и что представляет собой грозовое облако. Ведь именно оно является «создателем» такого природного явления, как молния. Облако состоит из пара. Но часть этого пара конденсировалась и превратилась в капельки и льдинки. По сути, облако имеет несколько слоёв: на расстоянии до 3-4 км оно состоит из пара, капель, выше из льдинок. Ведь на высоте нескольких километров температура значительно ниже, чем на земле. Пытаясь понять происхождение молнии, мы должны уделить внимание именно верхнему слою, то есть льдинкам. Под воздействием потоков тёплого воздуха, поднимающихся с земли эти замёрзшие капли находятся в постоянном движении. Естественно, льдинки имеют различные размеры, а значит и массу, поэтому самые лёгкие и маленькие из них всё тем же тёплым воздухом поднимаются вверх облака, а те, что потяжелее остаются внизу. Конечно, путь вверх труден, льдинки поменьше постоянно сталкиваются с льдинками более крупными, в результате чего происходит трение. При этом крупные частички, те, что остаются внизу заряжаются отрицательно, а те, что стремятся вверх, заряжаются положительно. Таким образом, слоёное облако приобретает положительно заряженный верхний слой, и отрицательно заряженный нижний. Такая напряжённая обстановка должна разрядиться, поэтому поток отрицательного заряда спускается на землю. Мы при этом наблюдаем молнию. После того, как облако разрядилось, снова начинается тот же процесс. Маленькие льдинки поднимаются вверх, трутся о более тяжёлые крупные, создают разряд и мы снова наблюдаем молнию.
Но всё-таки такой процесс образования молнии не совсем верен. Ведь для того, чтобы образовался нужный разряд, напряжение в облаке должно достигать 2500 кВ/м. На самом же деле в облаке образуется лишь около 400 кВ/м. Так откуда же берутся те необходимые недостающие кВ? Чтобы понять это, нужно учесть, что планету нельзя рассматривать отдельно от космоса. Ведь многие природные явления зависят именно от влияний из вне, то есть из космоса. В случае с молниями, так же может играть свою роль то неизведанное далёко. Существует теория, которая находит те недостающие кВ. Дело в том, что существуют космические лучи, которые попадают на землю каждую секунду. Они представляют собой частицы высоких энергий. Столкнувшись с молекулой воздуха, космический луч ионизирует её. В результате появляется огромное количество электронов с высокой энергией. При попадании в электронное поле между землёй и облаком они развивают околосветовую скорость, вызывая тем самым массу электронов, которые движутся с ними к земле. Их ионизированный путь использует грозовое облако, чтобы выпустить разряд.
Молния имеет вид ломаной прямой. Термин «ступенчатый лидер» означает образования пути молнии. Почему же он ступенчатый? Всё дело в том, что каждая такая ступенька – это место, где электроны, которые разогнались практически до скорости света, сталкиваются с молекулами воздуха. Из-за этого меняется траектория пути разряда. Молния - своеобразная батарейка для земли. Она подзаряжает электрическое поле земли. В спокойную погоду земля разряжается, а гроза помогает ей зарядиться.
Докладчик №4 Виды молний
Сколько видов молний знаете вы? Многие люди знают лишь о линейной и шаровой молнии. Естественно, ведь в средней полосе они самые распространенные. На самом же деле видов молний намного больше. Линейная, шаровая, чёточная, токовые струи, голубые струи, спрайты, формы сидящих разрядов и огней святого Эльма. Все они опасны и имеют значительные отличия по внешнему виду.
Зачастую люди встречаются с непонятными свечениями или вспышками, принимая их за НЛО. А ведь это может оказаться один из видов молнии.
Шаровая молния
Считается, что «прожить» шаровая молния может лишь несколько секунд. Однако очевидцы утверждают, что Шаровая молния представляет собой светящийся шар. Диаметр его обычно от 12 до 25 см. Шар свободно плавает по воздуху. Образовавшийся шар может просуществовать и 30 секунд. Много историй говорит о разрушительных результатах появления шаровых молний. Это и сгоревшие дома, и сильные ожоги, и смертельные исходы. Но дело в том, что истории остаются историями. Среди них и рассказы о том, как умело, не причиняя ожогов, шаровая молния снимает с руки кольца. На самом деле этот феномен доказан. Золотое или серебряное кольцо, встретившееся на пути у огненного шара, теряет вес. Это можно проверить обычным взвешиванием.
К сожалению, шаровая молния сегодня недостаточно изучена. Она возникает непредсказуемо и так же исчезает. Хотя есть специальные мастерские, в которых создаются шаровые молнии и изучаются.
Токовые струи
Токовые струи встречаются очень редко. Такое явление более распространено в горах. Частыми жертвами становятся альпинисты, покоряющие высоты. По сути это сток электрического заряда по пути, оставленному линейной молнией. Специально получить их можно, запустив в грозовое облако ракету с проволочным хвостом. Заряд в этом случае будет стекать по проволоке. В дом такая молния может попасть через дымоход, открытую форточку, по проводам. Хотя иногда электрические струи проделывают в окне дыру, через которую и проникают в дом.
В хорошую погоду токовые струи тоже могут появляться. Правда, необходимое условие для этого – сильный ветер. В таком случае токовые струи еле заметны голубоватым свечением.
Огни святого Эльма
Это необыкновенное явление природы, поражающее своей красотой. Обычно оно появляется ночью в виде свечения на шпилях, башнях, мачтах кораблей. Уже по названию можно догадаться, что и этот тип молний воспринимался, как знак, данный богами. Всё дело в том, что однажды прихожане церкви Св. Эльма увидели странное сияние, охватывающее крест и часть купола. Этот феномен был воспринят как знамение божие. Отсюда и появилось название. Вот только подобные зрелища встречались и раньше. Например, в Древней Греции. Там молнию называли «огнями Кастора и Пуллукса», считая свечения теми самыми звёздами, в которые Зевс превратил двух братьев близнецов.
На самом же деле всё намного прозаичнее. Свечение огней святого Эльмa появляется в сухой нaэлектризовaнной атмосфере, когда величина напряженности электрического поля достигает десятков или сотен тысяч вольт нa метр. При этом в воздухе должны находиться твёрдые диэлектрические частицы. Это может быть пыль, песок или даже снег. Под действием ветра частицы трутся друг о друга. Это приводит к локальному увеличению напряженности электрического поля. Именно так появляются «знамения» виде огней святого Эльма.
Спрайты
В начале 1990-х годов было обнаружено новое явление природы. На высоте 30-90 км от поверхности земли, над грозовыми облаками были замечены оптические вспышки. Продолжительность такого сияния очень мала (от сотых до десятых долей секунды). Такие вспышки получили название спрайты. Их формы и цвет всегда разные. Сами спрайты до конца не изучены. Известно лишь то, что появление вспышек связано с электрическими разрядами, возникающими между грозовыми облаками и ионосферой Земли. Трудность изучения данного явления состоит в отсутствии специального оборудования. Существуют спутники, зонды, ракеты, но первые не могут опуститься так низко, вторые не в состоянии подняться так высоко, а третьи слишком быстро преодолевают нужный слой. Поэтому сегодня изучение ведётся дистанционно.
Есть версия, что спрайты появляются лишь при самых сильных грозах и могут быть вызваны чрезмерно мощным электрическим разрядом между облаком и землей. Кроме этого необходима достаточная продолжительность электрического контакта между облаком и Землей. Она должна превысить 100 миллисекунд.
Докладчик №5. Бенджамин Франклин - выдающийся американский политический деятель, один из разработчиков американской декларации независимости, занимался физикой всего 7 лет, но сделать успел очень многое. В 1752 провел знаменитый опыт: в грозовую тучу на длинной бечевке был запущен змей с металлическими остриями. Бечевка была изолирована от земли шелковой лентой и оканчивалась металлическим ключом. Во время грозы бечевка намокала и становилась хорошим проводником электричества, поэтому Франклину удавалось из ключа извлекать электрические искры. Таким образом, было доказано, что грозовые облака действительно заряжены.
Франклин изобрел громоотвод, точнее молниеотвод. Много сил, труда и энергии положил ученный на то, чтобы внедрить в жизнь свое изобретение. Современный громоотвод представляет собой длинную вертикальную проволоку, верхний конец которой заостряется и укрепляется выше самой высокой точки защищаемого здания. Нижний конец проволоки хорошо заземляют. Для этого его обычно припаивают к металлическому листу, а лист закапывают в землю на уровне подпочвенных вод. Теперь, даже если молния ударит в здание, разряд по громоотводу уйдет в землю, не причинив зданию никакого вреда. Сегодня все городские сооружения имеют громоотводы, и поэтому в городах случаев поражения человека молнией практически не наблюдается.
Докладчик №6
В крупных городах нам молнии не страшны. А что же делать, если гроза застала нас во время загородной прогулки? Если вдруг гроза застала вас на открытом месте за городом, а рядом с вами нет никакого укрытия от дождя, кроме одиноко стоящего дерева, под кроной которого так сухо и тепло?
Запомните, что под ним ни в коем случае нельзя прятаться. Потому что именно в это дерево, скорее всего, и ударит молния. Помните, что во время грозы опасно пользоваться сотовым телефонам. Сотовый телефон во время дождя заземлен через влажное тело человека, которое на мокрой земле становится проводником электрического тока.
Если вдруг кого-то из ваших друзей во время загородной прогулки поразила молния, запомните, как оказать ему первую помощь. Главное – не паникуйте и помните, что выжить удается трем из четырех, пораженных молнией. При поражении молнией у человека может произойти остановка сердца, значит, все ваши действия по оказанию помощи сводятся к одному: заставить сердце потерпевшего опять заработать. Для этого вы должны немедленно начать делать пострадавшему массаж сердца и искусственное дыхание. Давайте посмотрим, как это следует делать.
Демонстрация: выполняет медицинская сестра Массаж сердца Искусственное дыхание
Заключительное слово учителя.
Ребята, сегодня на уроке, благодаря вашим одноклассникам, вы узнали много нового и, надеюсь, много интересного. И я уверен, что вы не растеряетесь и сумеете оказать первую медицинскую помощь человеку, пострадавшему от поражения электрическим током или от удара молнии.
Литература
, «Физика – юным». М. Просвешение 1980г.
Солдатова Е. П. «Сценарии тематических вечеров и предметной недели физики». Ростов на Дону. Феникс. 2002 г.
., ., Физика 9 класс. М. Дрофа. 2003 г.
5.Рефлексия
1. Объяснить процесс образования молнии.
2. Почему молния имеет вид ломаной прямой?
3. Какие виды молний вы знаете.
4. Кто впервые изобрел громоотвод?
5. Какие правила поведения должен соблюдать человек во время грозы?
6. Как оказать первую медицинскую помощь человеку, пораженному молнией?
Я знаю ответы на все эти вопросы.
Я знаю ответы лишь на половину вопросов.
Я затрудняюсь ответить на эти вопросы.
Домашнее задание.
Выучить правила поведения во время грозы.
Отработать практические навыки оказания первой медицинской помощи пострадавшему.
Найти громоотводы в окружающей вас жизни.
