Урок «Электрические явления в природе»
Интегрированный урок физика +биология, география. 9 класс.
Урок обобщения знаний по теме «Электрические явления»
Цель урока:
1. Образовательная:
А) знакомство с новым материалом;
Б) продолжение работы по формированию навыков учащихся:
- анализ источников информации;
- навыков экспериментальной работы;
- навыков работы в группе;
В) закрепление знаний и умений:
- ранее изученного материала;
- умение составлять задачи и решать их.
2. Воспитательная:
А) воспитание мировоззренческих понятий:
- причинноследственные связи в окружающем мире;
- о познаваемости окружающего мира и человечества.
Б) нравственное воспитание:
- воспитание любви к природе;
- воспитание чувства товарищеской взаимовыручки
- воспитание этики групповой работы
3. Развивающая:
А) развитие навыков и умений:
- умение классифицировать и обобщать;
- составление схем;
- умение формулировать выводы по изученному материалу.
Б) развитие самостоятельности мышления и интеллекта
В) развитие грамотной устной речи
Г) развитие навыков практической работы.
План урока:
1. Организационная часть (3-4 минуты)
2. Активизация мыслительной деятельности. (5 мин)
3. Решение и обсуждение задач (8 мин)
4. Экспериментальная задача, решение и обсуждение результатов (11 мин)
5. Составление задач, обсуждение и решение (10 мин)
6. Оценивание работы учащихся, обобщение и завершение урока (2-3 мин)
Оборудование урока: 1. Схемы (строение кожи, электрические органы рыб, молния)
2. Эксперимент (омметр, провода соединительные, платок, вода, 3-4 батарейки, вольтметр)
3. Видеофильм «Молния»
Оформление доски и класса:
1. Тема урока. Дата.
2. Схемы и таблицы (строение кожи, электрические органы рыб, схема соединения электрических органов у рыб)
3. В кабинете парты расставлены для работы в группах (по 3-4 учащихся в каждой группе)
4. Телевизор или компьютер с презентацией и видеороликом.

Подготовительный этап: Объяснение ученикам целей и задач урока. Формирование групп и раздача рабочего материала. Группы формируются по желанию учащихся. Каждая группа имеет компьютер с выходом в интернет и другие источники информации. В течение отведенного времени группа готовит тексты мини-рассказов (докладов). При подготовке используются различные источники информации: библиотечные ресурсы, электронные учебники, интернет, видиотека, мульимедийные источники информации. С помощью проектора мини – рассказы иллюстрируются слайдами, схемами, картинками.

Для активизации мыслительной деятельности использую игру «Блиц – опрос». Учитель задает вопрос первым, а затем каждая группа по очереди задает вопрос другим группам. За каждый правильный ответ группа получает жетон. В дальнейшем оценивание ответов, мыслительной деятельности учащихся, групп, оригинальность идеи, даже попытки объяснения учитель осуществляет с помощью жетонов. Ученик или группа, набравшая большее количество жетонов в конце урока получает отличную отметку. Жетоны отличаются по цвету: личный жетон - красного цвета, жетон, для оценки группы оранжевого.
Примерные вопросы для « Блиц - опроса»:
1. Алюминиевая и стальная проволоки имеют равные массы и одинаковые площади поперечных сечений. Какая из проволок имеет большее сопротивление? (Сопротивление стали больше, так как удельное сопротивление стали 0.12 мкОм*м, а алюминия 0.028 мкОм*м, плотность стали 7800 кг/м³, а алюминия 2800 кг/м³. Таким образом, Rc/Ra= 1.538)
2.Металлическому шарику сообщают положительный заряд. Как изменится его масса? (уменьшится)
3. Могут ли провода одной длины, но сделанные из разных материалов, иметь одинаковые сопротивления? (Да, если у них будут соответствующие площади).
4. В какое время суток сопротивление вашей квартиры наибольшее; наименьшее? ( Все зависит от того, какой образ жизни вы ведете, и какая у вас погода за окном. Если вы живете за полярным кругом и у вас полярная ночь или полярный день то на этот вопрос ответить можно так, что сопротивление в вашей квартире будет примерно одинаковым.)
5.Стены наших квартир, домов, классов увиты электрическими проводами. Предложите способы обнаружения этих проводов? Какие приборы будете использовать при ваших исследованиях?
Продолжением «Блиц – опроса» станет игра «Составь формулу». Для этого ребятам раздаются квадратики с обозначением физических величин, алгебраическими действиями. За одну минуту из этих карточек группы должны составить формулы. За каждую формулу команда получает жетон. (Результаты не сравниваются, а при проверке на доске вывешиваются правильные формулы, можно воспользоваться компьютерной презентацией).
Пример квадратиков с обозначениями. Знак деления и умножение определяется соответствующей перестановкой квадратиков. (необходимо разрезать и перемешать эти прямоугольники)
I U R A t P q I U
U R I U I R U I R
R A A I U I R U R
A U q = = = = = =
² ² ² = = = = = =
² F E q q1 q2 q3 + +
q E U d = E F q =
Следующий этап активизации деятельности игра «Поставь на место». Ребятам раздаются карточки, которые они должны расставить в таком порядке: масса 200 г =0.2 кг. За каждую правильно составленную строчку группа получает жетон (Результаты не сравниваются, правильная версия вывешивается на доске, либо транслируется на дисплее)
Примерное задание (необходимо разрезать и перемешать эти прямоугольники):
Сопротивление 2 кДж 200000 А
Работа 0.2 ГВт 2000 В
Сила тока 200 мА 0.0002 Ом
Мощность 200 мкКл 200 Кл
Заряд 0.2 кВ 20000 Дж
Напряжение 0.02 МОм 0.2 Вт
Ответ:
Сопротивление 0.02 МОм 20000 Ом
Работа 2 кДж 2000 Дж
Сила тока 200 мА 0.2 А
Мощность 0.2 ГВт 200000 Вт
Заряд 200 мкКл 0.0002 Кл
Напряжение 0.2 кВ 200 В

Характерной приметой нашего времени является взаимопроникновение отдельных наук, образование комплексных отраслей знаний и их развитие. Физические методы воздействия и физические методы анализа стали широко внедряться во все науки естественного цикла. Природа многообразна и удивительна. «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.», - писал М.Налбалдян. Рассмотрим один из интересных удивительных примеров проявления электрических явлений в природе.
Задача 1. Электрические рыбы.
Интересны первые сведения об изучении электрических явлений в живой природе. Объектом наблюдения были электрические рыбы. Еще древние римляне знали, как электрические скаты добывают себе пищу. Они не гоняются за добычей, не выскакивают на нее из засады. Но если вблизи скатов, спокойно плывущих в воде, оказываются крабы или осьминоги, то у них 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 нашей эры Диаскард лечил подагру и хронические головные боли разрядами от соприкосновения с электрическим угрем. В русских летописях 14 века имеется описание, из которого видно, что это удивительное исцеляющее средство было известно и русским. Рассказывают о диковинных рыбках, своим касанием вызывающих лечебные действия.
Наблюдения показали, что многие рыбы имеют особые электрические органы, своего рода «батареи», вырабатывающие большие напряжения.

Так, гигантский электрический скат создает напряжение (в разряде) 50-60 В, нильский электрический сом – 350 В, а угорь – электрофорус – свыше 500 В. Удивительным является то обстоятельство, что на тело самой рыбы это высокое напряжение никакого действия не оказывает! Вот где тайны электризации! Рассмотрим таблицу.
Таблица «Электрические рыбы и электрические органы этих рыб».

Почему у обитателей в пресной воде электрические органы занимают больший объем, нежели у морских обитателей? (Связано это с проводимостью воды)
Как показали дальнейшие исследования, 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. Например, угорь имеет от 6000 до 10000 соединенных последовательно элементов, образующих колонку, и около 70 колонок в каждом органе, расположенном вдоль тела. У взрослых особей на этот орган приходится около 40% всей массы их тела. Соединение элементов в теле угря можно представить в виде последовательных и параллельных соединений источников тока. (см. табл.)

Задача. Определите напряжение на одном элементе в теле угря, если он создает напряжение 500 В..
Для решения этой задачи попробуем решить экспериментальную задачу. На парте у вас находятся 3-4 батарейки, соединительные провода, вольтметр. Перед вами схема соединения электрических элементов у угря. Используя, предложенные источники тока, выведите формулы для расчета напряжения на одном элементе и рассчитайте его.
Ответ.0.05В

«Природа – вечно изменчивое облако; никогда не оставаясь одной и той же, она всегда остается самой собой», - говорил Р. Эмерсон. Удивительное создание природы – человек. А все ли мы знаем о себе? Интересными электрическими свойствами обладают ткани человеческого организма, а кожа человека играет существенную электроизоляционную функцию.
Задача 2. Электрическое сопротивление тканей организма.
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. Ее площадь составляет около 2 м². Кожа состоит из трех основных слоев. Наружный слой эпидермис образован многослойной эпителиальной тканью, которая постоянно слущивается и обновляется за счет размножения более глубоко расположенных клеток. Под слоем эпидермиса расположен слой соединительной ткани – дерма. Здесь находятся многочисленные рецепторы, сальные и потовые железы, корни волос, кровеносные сосуды и лимфатические сосуды. Самый глубокий слой – подкожная клетчатка образован жировой тканью, которая служит «подушкой» для органов, изолирующим слоем, «складом» питательных веществ и энергии.
Основная функция кожи – защитная – предохранение от механических воздействий, препятствует 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 увлажненная кожа, а также кожа с поврежденным наружным слоем эпидермиса хорошо проводит электрический ток. Сухая, огрубевшая кожа является весьма плохим проводником. В зависимости от состояния кожи и пути тока, а также значения напряжения сопротивление тела человека составляет от 0.5 – 1 до 100 кОм.
Сопротивление обуви
Помещение Материал подошвы Сопротивление, кОм
При напряжении сети, В
127 220 Выше 220
Сухое КожаКожимитРезина 150100500 10050500 5025500
Влажное, сырое КожаКожимитРезина 0.81.01.8 0.50.71.5 0.20.51.0

Характер воздействия тока на человека.
Сила ток, мА Переменный ток, частотой 50 Гц Постоянный ток
До 0.50.6-1.52-35-1012-1520-2550-8090-100 Не ощущаетсяЛегкое дрожание пальцевСильное дрожание пальцевСудороги в рукахРуки трудно оторвать от электродов. Сильная больМгновенная судорога мышц. Затрудняется дыхание.Паралич дыхания «мнимая смерть».Паралич дыхания. При действии более 3 с паралич сердца. Не ощущаетсяНе ощущаетсяНе ощущаетсяЗуд, ощущение нагреваУсиление нагреваСокращение мышц рукСудорога в руках, затруднение дыханияПаралич дыхания.

Электрическое сопротивление тела человека.
Цепь Сопротивление, кОм
При напряжении сети, В
127 220 Более 220
От ладони к тыльной части кисти рукиОт ладони к ногамОт ладони одной руки к ладони другой рукиОт плеча к ноге 2.53.43.42.8 0.81.61.61.2 0.65110.8

Экспериментальное задание. С помощью омметров определить сопротивление от одной руки до другой. Затем потрите ладони и пальцы друг о друга и измерьте вновь сопротивления, затем намочите ладони и измерьте сопротивления. Сравните результаты и сделайте вывод.
Рассчитайте смертельное напряжение для получившихся значений сопротивления, если критическая сила тока равна 0.1 А.
Подготовьте инструкцию по правильному обращению с электроприборами на основе полученных данных и сведений, приведенных в таблицах.

«Тот, кто изучает природу не через идею любви, никогда не познает ее законов», - Ф. Шлегель. Планета Земля обладает уникальными электрическими свойствами, которые интересны для изучения.
Задача 3. Земля.
Наша планета Земля обладает удивительными электрическими свойствами. Так, напряженность электрического поля в атмосфере Земли изменяется с высотой. Если у поверхности Земли 130 В/м, то на высоте 500 м –50 В/м, на высоте 3 км – 30 В/м, на высоте 12 км – 2.5 В/м. Электрический заряд Земли равен 570 кКл. Плотность электрического тока, текущего в вертикальном направлении в атмосфере Земли (ток – результат движения положительных и отрицательных ионов, находящихся в атмосфере) равна 2*10ˉ¹³кА/см²

Задача. Определите количество электронов соответствующее этому заряду.
Ответ.356.25*10²².

«Нравственное воздействие природы на любого человека измеряется правдой, которую она ему открыла», - Р.Эмерсон. Изучая природу, человек постигает не только законы мироздания, но и изучает явления, которые можно использовать в практической цели. Удивительное явление, которое приводит человека в ужас и заставляет восхищаться – это молния и гром.
Задача 4. Молния.
Грозы возникают тогда, когда теплый и влажный воздух очень быстро поднимается вверх и формирует огромные кучево-дождевые облака. Внутри этих облаков кристаллики и капельки воды находятся в вихревом движении. Приходя во взаимодействие друг с другом, они получают слабый электрический заряд. Постепенно эти заряды увеличиваются, пока не произойдет гигантский искровой разряд между соседними облаками или между облаком и землей, и обратно. Этот яркий разряд называется молнией.
Молния выбирает самый короткий путь к земле, поэтому попадает в здания или в деревья. Высокие здания оборудуют металлическими полосами (прутьями), по которым электрический разряд уходит в землю. Это громоотвод. Грозовой разряд идет на землю и обратно по одному и тому же пути. Это происходит с такой скоростью , что наш глаз видит только одну вспышку. На своем пути молния раскаляет воздух, который, быстро расширяясь, создает звуковую волну. Это вызывает громовые раскаты, гром. Раскаты грома и вспышка молнии происходят одновременно, но мы слышим раскаты грома после того, как увидим молнию. Это объясняется тем, что звук распространяется значительно медленнее, чем свет.
В Зимбабве во время влажного сезона от ударов молнии погибает более ста жителей.
Просмотр видеофильма «Молния».
Физические параметры молнии.
Параметр Значение
Длительность (средняя) вспышки (разряда) молнии, сДлительность отдельных импульсов, мксДиаметр канала молнии, смЗаряд, протекающий по каналу молнии, КлСила тока, АСкорость лидера молнии, км/сСредняя длина молнии (между облаком и Землей), кмСредняя длина молнии (между облаками), кмРасстояние, на котором слышен гром, кмРазность потенциалов при возникновении молнии, ГВЧисло грозовых разрядов над Землей в 1 с 0.250-100162020000100-20002-315-20154100
Составьте задачи по этим данным. Предложите решение этих задач. После этого группы меняются между собой задачами и решают их. Самые интересные задачи зачитываются.

После этого подводим итоги урока.
Дорогие ребята! Вы увлечены познанием тайн природы – жизни Земли и человека, атмосферы и живой природы, зверей и птиц, трав и деревьев. Множество вопросов встает 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, но только познание и практическое использование всех законов природы поможет решить многие проблемы.
Литература:
1.В.А.Алексеев . " 300 вопросов и ответов о животных ". Ярославль "Академия развития " 1997 г.
2.С.А.Кочнев " 300 вопросов и ответов о земле и вселенной ". Ярославль " Академия развития " 1997 г.
3.К.Ю.Богданов " Физик в гостях у биолога ". Москва " Наука " . 1986г.
4.А.С.Енохович " Справочник по физике ". Москва "Просвещение" 1990 г.
5.Н.Грин, У. Стаут, Д. Тейлор. "Биология" в 3-х томах. Москва "Мир". 1990 г.
6.М.Б.Беркемблит, Е. Г. Глаголева. " Электричество в живых организмах". Москва " Наука " . 1988 г.
7.В.Р.Ильченко "Перекрестки физики, химии и биологии". Москва "Просвещение". 1986 г.
8.В.Мезенцев " Чудеса. Популярная энциклопедия " в 2 - х томах. Главная редакция казахской советской энциклопедии. Алма-Ата . 1990г.
9.А.П.Большаков " Биология. Занимательные факты и тесты ". Санкт-Петербург. Паритет . 1999 г.
10.Бионика. Издательство " Наука ". Москва . 1965 г.
11.Ц.Б.Кац " Биофизика на уроках физики ". Москва. "Просвещение".1988 г.
12. Энциклопедический словарь юного натуралиста. Москва «Педагогика» 1981г.