Исследование свойств электромагнитных излучений и их воздействия на живые организмы

Разделы: Физика


Цели проекта:

  • овладение рациональными способами познавательной деятельности школьников;
  • формировать исследовательские навыки у учащихся; развитие интеллекта школьников через вовлечение их в проектную работу и информатизацию учебного процесса;
  • развивать навыки групповой деятельности; овладение учащимися коммуникативной, информационной культурой, культурой групповой и индивидуальной деятельности.

Задачи проекта:

  • Расширить знания учащихся о волновых явлениях различной природы.
  • Проследить историю развития учения об электромагнитном поле.
  • Выяснить условия, при которых происходит излучение электромагнитных волн.
  • Раскрыть роль А.С. Попова в изобретении радио.                                                       
  • Исследовать свойства электромагнитных волн.
  • Формировать навыки экспериментальной проверки гипотез, предположений, обобщать факты, делать выводы.

Прогнозируемый результат:

  • Умение ориентироваться в различных источниках информации.
  • Осуществлять анализ полученной информации, наблюдений, результатов экспериментальных исследований и формулировать собственные выводы.
  • Целенаправленное использование образовательных Интернет – ресурсов.

Мотивация темы проекта:

  • Что может быть общего между механическими и электромагнитными волнами?
  • Противоречивость информации о приоритетности авторства на изобретение радио (Попов или Маркони).
  • Малоизученное воздействие электромагнитных излучений на живые организмы (животных, птиц, насекомых, рыб, человека).
  • Воздействие излучения сотовых телефонов на человека.

Техническое обеспечение проекта:

  • Компьютер с мультимедийным проектором или электронная доска.
  • Электронный осциллограф.
  • Высоковольтный преобразователь.
  • Выпрямитель ВУП-2.
  • Конденсатор электролитический 20 мкФ на 450 В.
  • Комплект приборов для изучения свойств электромагнитных волн.
  • Модель колебательного контура демонстрационная на панели.
  • Усилитель низкой частоты.
  • Трансформатор разборный, гальванометр демонстрационный, ключ замыкания.

Информационное обеспечение проекта:

  • Учебник ФИЗИКА-11 (Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев)
  • Физикак в школе (научный метод познания и обучения) – (В.Г.Разумовский, В.В.Майер)
  • История физики в школе – (В.Н.Мещанский)
  • Из истории физики и жизни ее творцов – (Ф.М.Дягилев)
  • Прикладная физика – (З.М.Резников)
  • Интернет – ресурсы, просмотр образовательных сайтов и страниц Википедия.

План реализации проекта

Организационный этап
1 Обсуждение проблем и формирование темы проектной работы.
2 Формирование проектных групп.
3 Формулирование основных задач проекта.
4 Определение сроков промежуточного контроля результатов работы над проектом и заключительного этапа проекта.
5 Обсуждение форм представления информационных и экспериментальных исследований, формы проведения заключительного этапа.

Распределение конкретных индивидуальных заданий и заданий  группам.

Все Повторить материал по темам «Механические колебания», «Механические волны». Основные знания: что называют волной, виды механических волн, свойства механических волн. 
1 гр. Создать слайд –  «Факты о механических волнах».
Все Повторить материал по темам «Магнитные взаимодействия», «Электромагнитная индукция».
Инд. Подготовить сообщение о Д.Максвелле – основателе учения об электромагнитном поле.
2 гр. Создать слайд с вопросами «Что нам известно о магнитном поле?» и слайд с ответами для проверки на эти вопросы.
Все гр. Развитие и выдвижение гипотез об электромагнитном поле.
3 гр. Осуществляет: анализ фактов, известных о механических волнах, магнитном поле, явлении электромагнитной индукции; анализ выдвинутых гипотез группами и создает слайд «Гипотезы».
Инд. Подготовить сообщение о Генрихе Герце и его опыте с полуволновым вибратором.
3 гр. Готовит мультимедийный материал «Открытый колебательный контур»
3 гр. Подготовка оборудования и проведение опытов, подтверждающих излучение и распространение электромагнитного поля.
Инд. Подготовка оборудования для проведения экспериментального исследования свойств электромагнитных волн.
Инд. Подготовка сообщения «Изобретение радио А.С. Поповым»
1 гр. Подбор и анализ информационного материала о воздействии электромагнитного излучения на животных, рыб и морских животных.
2 гр. Подбор и анализ информационного материала о воздействии электромагнитного излучения на птиц и насекомых.
3 гр. Подбор и анализ информационного материала о воздействии электромагнитных излучений и излучений сотовых телефонов на человека.
Инд. Подготовить презентацию «Электромагнитные излучения во Вселенной и на Земле».

Промежуточный контроль хода выполнения задания.

1, 2, 3 гр.

Обсуждение и выбор формы проведения заключительного этапа проекта.

Подведение итогов проекта и оценка деятельности участников проекта.

Участниками заключительного этапа являются  все учащиеся класса, а не только исполнители проекта. Исполнители проекта вместе с учителем организуют и направляют работу всех участников проекта. Заключительный этап проекта проводится в форме конференции.

Ход заключительного этапа проекта

1. Объявляется тема проекта – «Исследование свойств электромагнитных излучений и их воздействие на живые организмы».
2. Постановка учебных целей для учащихся (Приложение 1. Слайд 1)
3. Повторим материал, на который будем опираться при изучении нового материала

а) Что называют волной?
б) Назовите виды механических волн.
в) Перечислите и кратко запишите в тетрадях свойства, которыми обладают механические волны (задание №1).

Свойства механических волн:

1.
2.
3.
…………….

4. Проверяются ответы на вопрос 3-в (Приложение 1. Слайд 2)

Учащиеся делают оценку своих знаний и заносят ее в баллах в таблицу ОДУ (Оценка деятельности учащегося). Максимальная оценка 8 баллов (каждый правильный ответ оценивается в 1 балл).

ОДУ

Ф.И. учащегося

Класс

Дата

№ задания 1 2 3 4 5 6 Итого
Оценка              

5. По природе волны разделяют на механические, гравитационные и электромагнитные. Основоположником учения об электромагнитном поле является  английский ученый Джемс Клер Максвелл.
Краткое сообщение о Максвелле. На экране проекция сохраненной Web – страницы.

6. Что нам известно о магнитном поле? Задание № 2 – учащиеся дают ответы на вопросы (Приложение 1. Слайд 3), сравнивают свои ответы с вариантами ответов (Приложение 1. Слайд 4), оценку своих ответов заносят в таблицу ОДУ. Максимальная оценка – 4 балла.

7. Анализируя магнитное поле постоянного тока, возникновение индукционного тока во вторичной цепи трансформатора, возникающего только при замыкании и размыкании его первичной цепи (выполняются демонстрации опытов). Анализируя характер движения свободных электронов первичной обмотки трансформатора в этих случаях, подводим к выдвижению учащимися первой гипотезы – переменное во времени магнитное поле порождается неравномерно движущимися зарядами. Задание №3 – выдвигаемые гипотезы фиксируйте в тетрадях.

8. Вкаких электрических устройствах можно наблюдать ускоренное движение зарядов? Анализируя известные учащимся электрические системы, подводим к выдвижению второй гипотезы – такой системой может служить колебательный контур (демонстрируется модель колебательного контура).

9. Основываясь на явлении электромагнитной индукции, подводим к выдвижению учащимися третьей гипотезы – электромагнитное поле должно распространяться,  следовательно, четвертая гипотеза – его можно обнаружить на некотором расстоянии от источника.

10. Волна – это процесс распространения изменения состояния среды. И если электромагнитное поле обнаружится в удалении от его источника (наличие или отсутствие поля – это состояние среды), то можно утверждать, что распространение электромагнитного поля – это волновой процесс. Учащимися выдвигается пятая гипотеза – электромагнитное поле (волна) должно обладать свойствами схожими со свойствами механических волн.

11. Учащиеся сравнивают свои гипотезы с гипотезами, выдвинутыми исполнителями проекта (Приложение 1. Слайд 5), делают оценку своих действий в таблице ОДУ, максимальный балл – 5.

12. Ознакомимся с дальнейшим историческим ходом изучения электромагнитного поля. Заслушивается сообщение о Генрихе Герце и его опыте с полуволновым вибратором. На доске проекция сохраненной Web-страницы «Герц, Генрих Рудольф – Википедия». Демонстрируется мультимедийный материал «Опыты Герца».

13. Знакомимся с историей изобретения радио А.С.Поповым. На доске проекция сохраненной Web – страницы «Попов, Александр Степанович – Википедия».

14. Подходим к самому ответственному моменту проекта – экспериментальной проверке выдвинутых гипотез. Учащиеся представляют отчеты по своим мини-проектам.

Структура отчетности

  • Название мини-проекта (проекта):
  • Проблема –
  • Гипотеза –
  • Выбор путей и средств для достижения цели –
  • Схема или рисунок установки эксперимента –
  • Выполнение эксперимента (обязательная часть) –
  • Результат эксперимента –
  • Выводы, предложения (рассматриваются как конечный продукт мини-проекта) –

Форма представления отчетности выбирается учащимися: письменный или набранный в MS Word и распечатанный, на электронном носителе, презентация Power Point. К последней форме обязательные требования: никаких эффектов кроме наложения звука не применять (экономия времени на уроке).

Описание опытов проверки первой – четвертой гипотез

Эксперимент 1

Регистрируем возникновение ЭДС индукции в проводнике, подсоединенном к клемме Y электронного осциллографа. При разряде высоковольтного преобразователя, при разряде конденсатора наблюдаем всплеск осциллограммы. Источники находятся на расстоянии 2м. Демонстрируется уменьшение амплитуды всплеска при удалении источника от осциллографа. Удобно использовать конденсатор, подзаряжая его каждый раз от ВУП-2. Одновременно сигнал регистрируется детекторным приемником в паре с УНЧ. Короткий проводник осциллографа заменяем проводником большей  длины. Сопоставляются наблюдения и эффекты, делаются выводы.

Описание опытов проверки пятой гипотезы

Эксперимент 2

Используя комплект приборов для изучения свойств электромагнитных волн, проверяем, наблюдается ли отражение электромагнитных волн от преград. Для этого используем материалы: доска деревянная, лист из текстолита, лист из гетинакса, лист из оргстекла, лист ДВП, металлический лист. Демонстрируется полное отражение от металлического листа. Делаются выводы.

Эксперимент 3

Демонстрируется изменение направления волны треугольной призмой из диэлектрика, поместив ее на место отражающей металлической пластины.

Эксперимент 4

Наблюдаем ослабление сигнала при расположении между приемником и генератором парафиновой призмы и при удалении приемника на расстояние более 2 м.

Эксперимент 5

Наблюдаем ослабление сигнала металлическим диском, расположив его между приемником и генератором, сигнал полностью не исчезает. Меняем положение диска и находим такое, которое соответствует наиболее эффективному огибанию его волной ( = 3 см).

Эксперимент 6

Демонстрируется ослабление и усиление сигнала вследствие интерференции. Демонстрация поясняется чертежом хода лучей.

Эксперимент 7

Демонстрируется поляризация электромагнитной волны. Поясняем, что поляризация присуща поперечным волнам.
Учащиеся наблюдают явления и отмечают те свойства волн, которые проявляются в каждом эксперименте. После завершения экспериментов проецируется слайд 6 и слайд 7. (Приложение 1)
Учитель подводит итог. Собираются таблицы ОДУ.

Знакомство с материалом проекта «Воздействие электромагнитного излучения на живые организмы», представленного учащимися в форме презентаций, осуществляется на последующих уроках темы «Электромагнитные волны».

В качестве стартового информационного материала учащимся предлагается:

1. Биофизика на уроках физики – Ц.Б.Кац (из опыта работы)
2. http://www.tesla.ru  – Центр электромагнитной безопасности.
3. http://www.ecopole.ru
Презентация 1 – «Воздействие электромагнитных излучений и излучений мониторов, сотовых телефонов на человека». В презентации приводятся данные материалов районной санэпидем службы по результатам проверки школ и компьютерных игровых залов.
Презентация 2 – «Воздействие электромагнитных излучений на животных, рыб и морских животных».
Презентация 3 – «Воздействие электромагнитных излучений на птиц и насекомых».
Кадры о цветовой окраске птиц и насекомых будут использоваться и при изучении «Волновой оптики».
Презентация 4 – «Электромагнитные излучения во Вселенной и на Земле».
Большая часть этой презентации будет использоваться при изучении раздела «Квантовая физика».

Задание на дом: §48, 49, 51, 54.

5.05.2009