Бинарный урок «Вечное – созданное мгновением (электрические законы и их создатели)»
методическая разработка на тему

«Пути научных исследований почти столь же разнообразны, как и человеческие характеры»

                                                    Уотсон Джеймс, амер. биохимик.

Цели урока:

1. Образовательная:

Изучить жизнь и деятельность великих учёных: Ампера, Вольта, Ома, их вклад в развитие физики и электротехники, расширить знания учащихся в области практического применения их законов, научить видеть значимость  этих законов в профессии «электромонтёр».

2. Воспитательная:

Содействовать мировоззрению учащихся – выявлению причинно-следственных связей при эксперименте, обусловленности развития науки потребностями производства; продолжать нравственное воспитание учащихся, содействовать эстетическому воспитанию через прослушивание фрагментов классической музыки, сформулировать у учащихся убеждение в объективном характере научных знаний.

3. Развивающая:

Развивать у учащихся умение и навык работать с дополнительной литературой, использовать полученные знания по предмету в конкретной рабочей ситуации, развивать самостоятельность, умение преодолевать трудности, расширить кругозор учащихся, развивать эмоции учащихся, создавая в ходе урока состояния удивления, радости и занимательности.

Оборудование урока:

1. Электроскопы
2. Источники тока
3. Провода
4. Электроизмерительные приборы
5. Магнит
6. Катушка
7. Разрядник тока
8. Раздаточный материал
9. Мультимедийный проектор

Ход урока

1. Орг. момент, мотивация учащихся

А.П. Доброе утро уважаемые гости, коллеги и ребята!

Ц.А. Здравствуйте!

А.П.Сегодня у нас необычный урок физики и электротехники. Слайд 1

Ц.А. Мы на этом уроке глубже узнаем о жизни и деятельности великих учёных: Ампера, Вольта и Ома,

А.П. об их вкладе в развитии физики и электротехники,

 Ц.А расширим ваши знания в области  практического их применения,

А. П. постараемся научить вас видеть значимость этих законов в профессии электромонтёр

Ц. А. Постараемся научить вас использовать полученные знания по нашим предметам в конкретной рабочей ситуации.

А.П. «Вечное – созданное мгновением» …. Речь на этом уроке, ребята пойдёт об основных электрических закономерностях, которые в настоящее время объясняют работу всего электрооборудования и об их создателях и открывателях. (Слайд 2 с портретами и вопросами). Почему мы взяли именно работы этих учёных, вы, ребята в конце урока нам объясните. При рассмотрении материала урока подумайте над вопросами: ( «Возможен был бы технический прогресс без законов Ома, Ампера и изобретения Вольта? И можно ли стать квалифицированным электриком без знаний этих законов?»

        Ну а для рассмотрения материала урока, вспомним прописные истины.

2. Актуализация опорных знаний, умений и навыков:

3-ый слайд: Ц.А:

1. Что такое электрический ток?
2. Какие условия необходимы для существования тока?
3. Какие частицы являются носителями тока в металлах, жидкостях? Перечислите действия, оказываемые электрическим током на проводник с током?
4. Кто и когда изобрёл первый источник тока? (На этот вопрос мы ответим чуть позже)

4-ой слайд: А.П.  

1. Что такое сила тока, что она характеризует?
2. Какой буквой она обозначается, по какой формуле она находится?
3. Как называется  единица силы тока?
4. Как называется прибор для измерения силы тока?
5. Как он обозначается на схемах?
6. Какими правилами следует руководствоваться при включении амперметра в цепь?

5-ий слайд : Ц.А:

1. Что такое электрическое напряжение?
2. Какой буквой обозначается и, по какой формуле определяется напряжение?
3. Как называется единица напряжения?
4. Как называется прибор для измерения напряжения?
5. Как он обозначается на схемах?
6. Какими правилами следует руководствоваться при включении вольтметра в цепь?
7. Как следует понимать выражение: «На концах данного участка цепи напряжение равно 3 В»?

6-ый слайд: А.П.

1. Что характеризует и как обозначается сопротивление проводника?
2. По какой формуле находится сопротивление проводника?
3. Как называется единица измерения сопротивления?
4. Что показывает удельное сопротивление? В каких единицах оно измеряется?
5. Имеются два проводника. У какого из них больше сопротивление, если они имеют: (7-ый слайд)

8-ой слайд: Ц.А: А сейчас предлагаем решить вам кроссворд: (5 мин.)

По горизонтали:

1. Отрицательно заряженная частица, входящая в состав атома
2. Нейтральная частица, входящая в состав атомного ядра.
3. Физическая величина, характеризующая противодействие, оказываемое проводником электрическому току.
4. Единица электрического заряда.
5. Прибор для измерения силы тока.
6. Физическая величина, равная отношению работы тока к переносимому заряду.

По вертикали:

1. Процесс сообщения телу электрического заряда.
2. Положительно заряженная частица, входящая в состав атомного ядра.
3. Единица напряжения.
4. Единица сопротивления.
5. Атом, присоединивший или потерявший электрон.
6. Направленное движение заряженных частиц.

Слайд 9. Ответы учащиеся сдают на проверку, а по копиям ответов осуществляют самопроверку.

3. Организационно-содержательная часть урока.

А.П. Сейчас перед вами предстанут физики – экспериментаторы: Аллессандро Вольта, Георг ОМ и Андре Мари Ампер. После прослушивания речи А. Вольта. Я порошу вас ответить на вопрос:

Какие изобретения были сделаны А. Вольта, и какое из них дошло до наших дней? Поэтому приготовьтесь вести краткую запись выступлений.

10-ой слайд:

Звучит классическая музыка, постепенно она стихает.

Ц.А: (На фоне музыки) Современники утверждают, что Алессандро Вольта был высок ростом и хорош собой. Правильное античное лицо его освещалось спокойным взглядом красивых глаз. Говорил он просто и ясно. При необходимости легко переходил к красноречию, но оставался всегда скромным, делая это необыкновенно изящно.          

Алексеев Денис: Алессандро Вольта

        Я родился в 1745 году в деревне Комо, что недалеко от Милана. Моя семья считалась аристократической. Это были отец Филиппо Вольта, мать Маддалена де Конти Инзаи и шестеро братьев и сестёр. В раннем возрасте меня отдали на воспитание жене мастера по физическим приборам. И это обстоятельство определило всю мою дальнейшую жизнь. Первые опыты по электричеству я поставил в восемнадцать лет и написал письмо «самому аббату Ноле» во Францию о том, что многие опыты можно объяснить законом Ньютона о всемирном тяготении. Аббат одобрил мои начинания.

        В 24 года я написал диссертацию, основанием для которой послужили опыты с лейденской банкой (конденсатором). Я так увлёкся экспериментами, что начал совершенствовать приборы, придуманные другими, например смоляной прибор Эпинуса, предназначенный для изучения электрической индукции, а затем конструировать свои. Так появился электрофор (электроносец), который дошёл до наших дней в виде электрофорной машины. Позже я изобрёл электроскоп – прибор для регистрации электрического заряда.

        Главным своим изобретением я считаю источник электрического тока, впоследствии названный моим именем, - «вольтов столб». Я не буду приводить здесь его подробное описание, но скажу, что он был устроен из перемежающихся кружков: медного, цинкового и мокрого суконного. Как сказал французский учёный Араго, «вольтов столб – это лейденская банка сама собой заряжающаяся». Я пытался теоретически объяснить работу своего изобретения «контактной теорией», которая утверждала, что электрический ток возбуждается в результате контакта разнородных металлов, но научное сообщество теорию не приняло. Я оставил решение этого вопроса будущим поколениям физиков.

        В силу того, что вольтов столб я продемонстрировать не могу, то покажу и расскажу, как работает электрометр – прибор, с помощью которого можно выяснить наэлектризовано тело или нет.

        Возьмём два одинаковых электрометра и один из них зарядим. Если  для соединения электрометров использовать металлическую стержень, держа его за непроводящую электричество ручку, то мы увидим, что первоначальный заряд разделится на 2 равные части: половина заряда перейдёт с 1-го шара на 2-ой. Этот заряд перенесён свободными электронами, движущимися по проводнику.

Направленное движение заряженных частиц называют электрическим током. Поэтому в течение того времени, пока заряд с одного электрометра будет переходить на другой, по соединяющему их проводнику будет идти ток. Этот ток кратковременный. Чтобы ток существовал длительное время необходимо наличие источника тока – специального устройства, создающего электрическое поле в проводнике.

Ц.А: Так какие изобретения были сделаны А. Вольта и какое из них дошло до наших дней?

 Наука получила в своё распоряжение источник тока в 1799 году, о чём Вольта уведомил Королевское общество:  «Мне удалось сделать два цилиндра из 20 металлических пар, они мне служат хорошо уже несколько недель и надо думать, послужат ещё несколько месяцев. Искренне Ваш А. Вольта»

        А. П. Явление «вольтового столба» положено в основу устройства и работы современных аккумуляторных батарей, являющими в настоящее время основными источниками постоянного тока.  Слова  французского учёного Араго, «вольтов столб – это лейденская банка сама собой заряжающаяся», в полной мере относятся к современной аккумуляторной батарее, которая и устроена аналогично «вольтовому столбу»… далее – устройство АБ ( по плакату).

… Но аккумуляторная батарея питает током  источники с определенными электрическими параметрами, обладающими соответствующими сопротивлениями. Основным расчётным законом электрической цепи аккумуляторной батареи является законы Ома.

11-ой слайд: портрет Г. Ома

Звучит классическая музыка, на фоне постепенно стихающей музыки

Ц.А.:Георг Симон Ом – прекрасный пример исторической несправедливости современников. Кто из нас сегодня знает «знаменитого математика Мартина Ома», получившего известность в 1-ой половине 19 века, в связи с построением арифметики натуральных чисел? Пожалуй, только специалисты. Имя же Георга Ома знакомо всем ученикам средней школы, начиная с 7-го класса.

Обоскалов Андрей: Георг Симон Ом

        Я родился 16 марта 1787 г. В г. Эрлангене. Мой отец, Иоганн Вольфганг, был потомственным слесарем и всё свободное время тратил на наше воспитание. Всю жизнь я был благодарен отцу за то, что он привил мне любовь к чтению книг. Нужно сказать, что физика сначала не увлекала меня, и я после окончания гимназии поступил учиться на философский факультет Эрлангенского университета. Будучи студентом, я начал работать учителем математики в школе г. Готтштадта, но затем переехал в другой город, что очень мешало мне заниматься наукой. В 1811 г. Я возвратился в Эрланген. Вскоре я закончил университет и получил степень доктора философии. Мне нужна была хорошо оплачиваемая работа. И я переехал в Кёльн.

        Я начал углублять знания по физике, эксперименты захватили меня своей говизной и чёткостью, особенно гальванические опыты. Я хотел понять, как зависит действие гальванической батареи от качества и рода металла, из которого сделана проволока, замыкающая его полюсы. После долгих и упорных опытов я нашёл количественный закон между «электровозбудительной силой», током и сопротивлением. Я был первооткрывателем, хотя по-прежнему работал в школе учителем. Первооткрывателем считал себя и профессор прикладной физики Парижской школы искусств и ремёсел Клод Серве Пулье, но он был неправ, и справедливость восторжествовала. Затем я занимался вопросами акустики, молекулярной физики и даже написал учебник под названием «Вклад в молекулярную физику». Наука и общественная деятельность занимали очень много времени, я так и не создал семьи. Я убеждён, что мои открытия в области электричества оценены потомками.

        В заключение я попрошу А.П. продемонстрировать опыт,  который показывает количественную зависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением.

1. При неизменном сопротивлении сила тока прямо пропорциональна напряжению. Чем больше напряжение на концах участка цепи, тем больше сила тока на этом участке.

 Соберём электрическую цепь из источника тока, амперметра, лампы и ключа. В качестве источника тока будем использовать устройство, позволяющее регулировать выходное напряжение от 4 до 12 В.

        Измерим силу тока в цепи при разных напряжениях. Увеличив напряжение в несколько раз, мы во столько же раз увеличили силу тока.

2. При неизменном напряжении I обратно пропорциональна R. Чем больше сопротивление участка цепи, тем меньше сила тока в нём.

 12-ый слайд:

Ц. А. Какой вклад в развитие физики и электротехники внёс Г. Ом.

Сейчас, сформулируйте закон Ома для участка цепи.

А.П. Практическое применение этого закона на современном этапе пояснит нам Бояркин Иван.

Бояркин И. Этот закон устанавливает закономерную зависимость между тремя основными параметрами электрических цепей постоянного и переменного токов: напряжением, сопротивлением и силой тока. В настоящее время он является базовым законом при расчётах параметров работы электрического оборудования промышленных предприятий, учреждений и организаций. Он применяется при расчётах стандартных напряжений питающих сетей, при расчётах токовой нагрузки электромонтажных материалов (проводов, кабелей и электрошнуров), при расчётах  допустимых сопротивлений линий электропередач, силового оборудования и осветительных установок. Даёт возможность просчитывать параметры и любых участков электрических схем автоматического контроля, регулирования и дистанционного управления современным электрооборудованием, кроме этого, с его использованием проводятся расчёты допустимых норм силы тока и напряжения, действующих на организм человека

А.П. Слайд 13

Физиологическое воздействие электрического тока на человека рассмотрим на примере производственной ситуации

Группа людей попадает под напряжение 380В. На данный момент они обладали разным электрическим сопротивлением: 1-я группа из 10 человек имели сопротивление по 1000 Ом каждый, 2-я группа из 5 человек  - обладали сопротивлением в 5000 Ом, а 2 человека имели на данный момент сопротивлением в 50 000 Ом каждый. Пояснить последствия  данного несчастного случая, если (по принятым нормативам):

   - ток в 25мА и более – для организма человека является током неотпускающим, и человек, взявшийся за провод, оторваться самостоятельно от него не может, т.к. при прохождении тока данной величины через тело человека вызывает судорожное сокращение мышц;

- ток в 100мА и более - для человека ток смертельный, т.к. наступает паралич сердца и дыхания.

Слайд 14.После задания слайд – контроль

Пример: Много лет назад в группе Наумовой Н. Г. Во время прохождения производственной практики учащийся погиб при несоблюдении электробезопасности во время проведения осмотра трансформаторной подстанции.

А. П.

Закон Ома, как уже было сказано выше, устанавливает закономерную зависимость между тремя основными электрическими величинами: силой тока, напряжением и сопротивлением. О напряжении, сопротивлении и об знаменитых ученых, в честь которых названы единицы их измерения мы узнали много нового. А чем же знаменит Андре Ампер, в честь которого названа единица измерения силы тока? Чем он заслужил такое право?

15-ый слайд: портрет А. Ампера (с. 30)

Звучит классическая музыка, на фоне постепенно стихающей музыки:

Ц.А.: Известие о его смерти не было воспринято современниками слишком драматично, а сейчас есть город Ампер, железнодорожная станция Ампер, научно-исследовательский центр имени Ампера, музей Ампера, «Общество друзей Ампера», наконец в международной системе единиц среди 4-х главных – метра, кг, секунды, ампера – лишь одна единица названа в честь учёного.

Рылов Артём: Андре Мари Ампер

        Я родился 22 января 1775 г. В семье лионских ремесленников, мой отец торговал шелками. Я очень любил читать и к 14 годам прочитал из отцовской библиотеки все 28 томов Французской энциклопедии. Много времени я посвятил изучению математики и всегда рассматривал её как мощный аппарат для решения разнообразных задач прикладной физики и техники. Особенно меня интересовали решения дифференциальных уравнений в частных производных, где я нашёл несколько правильных решений.

        Кроме того, я интересовался химией и независимо от Авогадро открыл закон равенства объёмов разных газов при одних и тех же значениях давления и температуры. Позже я заинтересовался физикой. Опыты Эрстеда о существовании магнитного поля вокруг проводника с током, очень увлекли меня, и я воспроизвел их, а потом стал исследовать взаимодействие двух проводников с током. Я пришёл к выводу, что вокруг проводников с током существует магнитное поле, и взаимодействие происходит с помощью магнитного поля. Но я не успокоился на результатах опытов и решил найти количественный закон взаимодействия токов в виде строгой математической формулы. Он теперь известен абсолютно всем:. Так постепенно, шаг за шагом вырастала новая наука – электродинамика. Джеймс Максвелл назвал меня «Ньютоном электричества».  Всё, что мною сделано, я описал в книге «Теория электродинамических явлений, выявленная исключительно из опытов», которая увидела свет в 1826 г.  Я очень любил изобретать новые термины, например: электростатика, электродинамика, соленоид и др.  Мне нравилось задавать вопросы во всех областях науки и находить на них ответы, одновременно экспериментируя с физическими приборами, исследуя то или иное явление. Меня увлекали геология и биология. Анализируя процесс эволюции природы и человека. Я пришёл к выводу, что человек возник по закону. Общему для всех животных. Я многого в жизни не успел, но заложил основы науки электродинамики, а здание возведут потомки.

        Мои опыты просты и оригинальны.        

Подключим к источнику тока проволочное кольцо. Замкнём цепь. Будем в кольцо вдвигать и выдвигать постоянный магнит. Мы увидим, что кольцо либо притягивается к магниту, либо отталкивается от неё.

        Это означает, что магнитное поле действует на кольцо с током. Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера. 

А.П. Какое значение имеют открытия Ампера в современном электрооборудовании?

Сформулируйте закон Ампера. Закон Ампера гласит: Если проводник с током поместить в магнитное поле полюсов постоянного магнита, то на него со стороны этого поля будет действовать выталкивающая сила (сила Ампера), численно равная (выше указанная формула). Направление этой силы определяется правилом левой руки: если левую руку расположить между полюсами постоянного магнита ладонью к северному полюсу, четыре вытянутых пальца расположить по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление силы Ампера.

Слайды16-25

Даются слайды закона Ампера. На первом – проводник с током в магнитном поле полюсов постоянного магнита, на втором – виток обмотки в аналогичном поле. Даются объяснения.

Шепелин Рома

Второй рисунок  объясняет вращение витка в магнитном поле. Закон Ампера дал возможность русскому электромеханику Доливо-Добровольскому в 1888 году  изобрести асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, который до сегодняшнего времени не претерпел каких-либо конструктивных изменений, хотя технический прогресс за этот период шагнул очень далеко. И этот двигатель сегодня является основной приводной машиной  практически всего технологического оборудования промышленных предприятий, учреждений и разного рода организаций.      

4. Заключение.

А.П.        26-ой слайд: появляются портреты всех трёх учёных с проблемными вопросами

А.П.        Давайте, ребята, вернёмся к вопросам, заданным в начале урока и постараемся на них дать ответы.

1. Почему же мы сегодня взяли именно работы этих трёх учёных?

 2. Возможен ли был бы технический прогресс без законов Ома, Ампера и изобретения Вольта?

3.Можно ли стать квалифицированным электриком без    знаний этих законов?

Ц.А. 27 – ой слайд с выводами

        Сегодня на уроке мы изучили жизнь и деятельность великих учёных: Ампера, Вольта, Ома, их вклад в развитие физики, повторили основные закономерности, рассмотрели практическое применение и значение этих законов в вашей будущей профессии – профессии электромонтёров, своими глазами увидели неразрывную связь между теорией и практикой.

А.П. Мы поработали на славу – коллективно, слушали своих товарищей, и индивидуально, отвечая на вопросы и делая необходимые записи. За ответы вы получите две оценки по физике и электротехнике.

Всем, кто принимал участие в работе лаборатории электродинамики, спасибо! Посещение лаборатории окончено, вы свободны.