Урок-путешествие в империю электрического тока: "Сила тока. Измерение силы тока. Амперметр"

Эпиграф:

Науку все глубже постигнуть стремись, Познанием вечного жаждой томись. Лишь первых познаний блеснет тебе свет, Узнаешь: предела для знания нет.

Фирдоуси, персидский поэт, 940-1030 гг.

Цели урока:

• Образовательная: повторить понятия: электрический ток, источники тока; правила определения цены деления измерительного прибора, составления электрических цепей; дать определение силы тока, ознакомить школьников с методом измерения силы тока, изучить принцип действия амперметра.
• Развивающая: формировать интеллектуальные умения анализировать, сравнивать результаты экспериментов; активизировать мышление школьников, умение самостоятельно делать выводы, развивать речь; продолжить развитие умения работать с физическими приборами. Тренировка в переводе значения силы тока из дополнительных единиц измерения в основные.
• Воспитательная: развитие познавательного интереса к предмету, расширение кругозора учащихся, показать возможность использования полученных на уроках знаний в жизненных ситуациях.

Учитель: Сегодня нам с вами предстоит совершить путешествие в удивительную и загадочную страну: империю Электрического тока. Много у нее загадок и тайн. Жители этой страны очень разнообразны, порой даже противоречивы по характеру, но все они чтят законы и обычаи своей страны и бережно хранят в памяти имена своих героев.

Наше путешествие не будет легким. В дороге нас ждут испытания, преодолеть которые можно только с помощью знаний, полученных на уроках физики.

Сегодня на уроке мы углубим знания об электрическом токе, узнаем, что такое сила тока. Научимся ее определять, а также пользоваться амперметром. Узнаем меры предосторожности при работе с электрическими приборами.

Все готовы? Тогда в путь!

Но что же это такое? Ворота, через которые открывается путь в империю тока, закрыты! А сторожит ворота вредный волшебник по имени Диэлектрик. Вспомните, какие вещества мы называем диэлектриками, и вы поймете, почему он терпеть не может электричество. Чтобы Диэлектрик открыл ворота, необходимо ответить на семь вопросов – Диэлектрик верит в магическое число семь (рис.1).

Рис.1

(Учитель задает вопросы, выступая в роли Диэлектрика, и при правильном ответе открывает очередной замок на доске. Ученики получают за ответы – разовые проездные билеты и билеты со скидкой – за правильное дополнение.)

I. Фронтальный опрос

Учитель: Мы с вами собираемся в империю тока, поэтому первый вопрос очень логичный:

1. Что такое электрический ток?

Ученик: Направленное, упорядоченное движение свободных заряженных частиц.

2. Но все ли частицы при направленном движении могут создавать электрический ток? Давайте посмотрим на список частиц, приведенный Диэлектриком:

• электрон;
• протон;
• нейтрон;
• (+) ион;
• атом;
• (-) ион.

А какие частицы и почему не могут при своем движении создавать ток?

Ученик: Не могут: нейтрон, атом – не имеют заряда; протон.

3. Назовите, вещества, относящиеся к проводникам, и скажите, какие заряженные частицы образуют ток в этих проводниках при распространении в них электрического поля?

Правильно, ребята, в большинстве случаев именно из металлов делают, сооружают, изготавливают: основные элементы электрических приборов, линии электропередач и прочие электропроводящие системы, (частицы – электроны).

4. Ребята, какие условия должны быть выполнены, для того чтобы в проводнике сколь угодно долго протекал электрический ток?

• наличие свободных заряженных частиц;
• источник тока, т.е. наличие электрического поля, приводящее в движение электроны;
• замкнутая электрическая цепь.

5. А теперь давайте вспомним, какие источники тока бывают? Разгадайте и запишите зашифрованные здесь источники электрического тока, в основу работы которых положены превращения различных видов энергии в электрическую.

(Ответ: термоэлемент; фотоэлемент; аккумулятор; генератор.)

6. Ребята, а вместо следующего вопроса – конверт. Давайте посмотрим, что в нем? Что за хитрый вопрос приготовил нам Диэлектрик?

Какие-то странные знаки!

Рис. 2

А вы знаете, для чего они нужны? Кто-нибудь может их прочитать? Что из них можно составить?

Ученик: Эти знаки – элементы электрической цепи, их схематическое изображение. (Один из учеников изображает на доске схему электрической цепи из предложенных элементов).

Учитель: Такое соединение элементов в электрической цепи называется последовательным.

7. Вот и последний замочек остался. Что за чудо? Что это такое? Вместо последнего вопроса измерительный прибор.

Оказывается, ребята последний замок кодовый. И нам с вами необходимо отгадать три числа:

• 1-е число — цена деления прибора;
• 2-е число — предел измерения прибора;
• 3-е число — значение, на которое указывает стрелка.

Вот мы и справились со всеми заданиями злого волшебника. Ура! Ворота можно открывать. Вперед, к неизведанному! Итак, все преграды преодолены и можно в путь. Сядьте поудобнее, наш электропоезд отправляется в империю Электрического тока. Скорость поезда приблизительно равна скорости света, поэтому путешествие не будет утомительным. Осторожно, двери закрываются. Первая станция – Историческая.

Собираясь открыть доску, учитель спрашивает: "А не боитесь в чужой стране очутиться?.. Слышите, музыка?! Какая знакомая мелодия!.. (Звучит музыка из кинофильма "Секретные материалы"). Значит, мы будем постигать секреты физики, секреты электрического тока. А как вы думаете: чего надо бояться в империи Электрического тока?

Конечно, ребята, к тем, кто не будет выполнять законы империи, ток может приложить свою силу.

Итак, тема урока: ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА. АМПЕРМЕТР.

II. Объяснение нового материала

Учитель: Посмотрите, нас встречает добрый волшебник Проводник (рис. 3). Он очень любит электричество и познакомит нас с империей Электрического тока. Начинаем двигаться по маршруту.

Рис. 3

Станция первая: ИСТОРИЧЕСКАЯ.

Нам предстоит узнать: кто и когда сумел объяснить ряд основных понятий связанных с электрическим током.

Конец XVIII века, Франция, город Лион, дом одного из коммерсантов. Немного странно, но все же заглянем внутрь. В библиотеке мы видим 14-летнего мальчика. Он в совершенстве владеет латынью, очень много времени проводит за книгами, и уже успел изучить 20-томовую энциклопедию Дидро и Даламбера. Не посещая школу, этот мальчик смог получить всестороннее образование, благодаря огромному трудолюбию и настойчивости. Этому мальчику предстоит вскоре стать всемирно известным ученым. Кто же это? И какое отношение он имеет к нам, а также империи тока.

Этим ученым является АНДРЕ-МАРИ АМПЕР (на доске появляется портрет Ампера). Для нас он интересен своими достижениями в электродинамике (это та часть науки физики, основы которой мы с вами сейчас изучаем). Амперу принадлежит открытие механического взаимодействия проводников с током и закон этого взаимодействия, правило определения направления тока и современная терминология, связанная с током: электродинамика, ЭДС, напряжение, гальванометр, соленоид, электрический ток и т. д. Амперу принадлежат труды во многих областях наук: ботанике, зоологии, химии, математике, кибернетике. Но об этом в другой раз.

Осторожно, двери закрываются.

Следующая станция нашего путешествия: СИЛА ТОКА.

Сейчас нам предстоит выяснить от чего зависит интенсивность (степень действия тока).

Рассмотрим электрическую цепь (рис. 4). Перед нами две лампочки присоединенные к одному источнику тока. Но, совершенно верно, одна из них светит тусклее, другая ярче. Чтобы разобраться, почему, обратимся к одному из принципов, облегчающих изучение физических явлений – построению модели. Представим себя электронами внутри проводника, а входные двери школы поперечным сечением проводника. Школьные двери открываются. Осторожно, не толкайтесь.

Рис. 4

На часах: 7-55. Мальчики – электрончики спешат в школу (рис. 5а).

Рис. 5

8-00: звонок, движение некоторых, неорганизованных учеников-электронов еще продолжается (рис. 5б).

Есть различие в картинках?

Правильно, в количестве электронов, проходящих через дверь – поперечное сечение проводника -  за один и тот же промежуток времени. А чем больше частиц перемещается от одного конца участка цепи к другому, тем больше общий заряд (q), перенесенный частицами. Таким образом, электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 с, определяет силу тока в цепи. Вот мы и узнали, что такое сила тока, ее обозначают буквой I.

Формула этой зависимости имеет вид: I = q / t.

А теперь давайте попробуем дать определение силы тока, я напоминаю вам, что дробная черта – это отношение. Ученики формулируют определение...

Учитель: А теперь посмотрим, как это определение выглядит в учебнике.

Ученики зачитывают определение по учебнику.

Учитель: При подготовке домашнего задания, определение выпишите в тетрадь и выучите.

Двигаясь далее по маршруту нашего путешествия, мы прибываем на станцию:

ЕДИНИЦЫ СИЛЫ ТОКА.

Единицей измерения тока в 1948 году на международной конференции по мерам и весам было предложено считать 1 Ампер. (I) = 1A

Какая сила тока была принята за единицу и почему, вы прочитаете дома в параграфе 37 /Перышкин А.В., Родина Н.А./ (5-9 абзацы). А суть этого явления мы с вами разберем немного позже, когда будем изучать магнитное поле прямого тока.

А сейчас, ребята, я попрошу вас быть предельно внимательными. Следующая часть урока поможет вам при выполнении домашнего задания.

Насколько велика сила тока 1 А, поможет вам разобраться следующая таблица.

Таблица № 1

В этой таблице мы видим, на какую силу тока рассчитаны некоторые электрические приборы.

Кроме основных единиц измерения физической величины, всегда существуют дольные и кратные. Давайте вспомним перевод единиц и кратко закрепим его.

Таблица № 2

Какие единицы силы тока вы бы использовали при описании работы:

• электромонтера высоковольтных линий электропередачи;
• ученого, работающего со сверхчувствительными приборами;
• ученика, выполняющего лабораторную работу на уроке физики?

Таблица № 3

А теперь, закрепим перевод единиц. Перед вами пять значений тока. Необходимо получить значения этих же токов в амперах. Даю вам три минуты. (По окончании времени 1 ученик выходит к доске).

Молодцы ребята. Вы успешно справились с заданием.

Следующая станция: УЗЛОВАЯ.

Сейчас мы рассмотрим взаимосвязь электрических величин.

Единица измерения силы тока – Ампер, является основной единицей измерения, которую

нельзя выразить через более простые. Всего таких единиц семь. А единица измерения заряда

- Кулон, с которой вы уже знакомы, является производной величиной и определяется через единицы силы тока. Давайте посмотрим, при какой силе тока заряд, переносимый электронами в единицу времени (1сек.), будет равен 1 Кулону. Вернемся к формуле силы тока, чему равен заряд? (Можно использовать (рис. 6)). Верно q = I * t. Отсюда:

1 Кл=1А * 1с

1 Кулон = 1 Ампер * 1 секунда

Рис. 6

У вас не возникает вопрос, а сколько электронов должно пройти через проводник, чтобы заряд, переносимый электронами, т.е. их суммарный заряд, был равен 1 Кулону? Как это найти? Конечно, необходимо вспомнить заряд 1 электрона. Он равен: qe = -1,6 * 10^-19 Кл.

Тогда: (см. решенную задачу)

Дано:	Решение:
q = 1 Кл qе(заряд электрона) = -1,6 *10-19 Кл	N = q/qe N= = = 0,625 *1019 = 625 *1016 электронов
N – ? (число электронов)

А можно ли эти электроны сосчитать? Почему?

Станция: ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ.

Как вы уже поняли, ребята, считать электроны, для того чтобы узнать силу тока в цепи – дело трудное, неблагодарное и нереальное. Поэтому для определения силы тока в цепи придумали прибор и назвали его – АМПЕРМЕТР. Принцип действия амперметра схож с ГАЛЬВАНОМЕТРОМ. Давайте вспомним, какое действие электрического тока положено в основу действия гальванометра...

Совершенно верно – действие магнитного поля на рамку с током. Но гальванометр рассчитан на измерение очень малых токов – 0,00001 А и, при его включении, нет разницы в какую сторону течет ток. А вот амперметры могут измерять десятки и сотни ампер. Амперметр устроен так, что его включение практически не влияет на измеряемую величину. По его шкале, всегда можно определить, на какую наибольшую силу тока он рассчитан.

Можно ли включать амперметр в цепь с силой тока превышающей его максимальное значение? (Нет).

Для того чтобы уметь им пользоваться, необходимо знать следующие правила:

• Включается амперметр в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором измеряют.
• Включение амперметра производится с помощью двух клемм, или двух зажимов:
  (+) и (-). Посмотрите на амперметры на ваших столах. Клемму со знаком (+) нужно обязательно соединять с проводом, идущим от (+) полюса источника.
• Беречь прибор от резких ударов и тряски, пыли.
• На электрических схемах обозначается:

А теперь посмотрим амперметр в действии:

Рис. 7

Чтоб все верно подключить,
Надо быстро повторить,
Твердо знать всем, следовательно,
Амперметр, включается последовательно!

Плюс источника берем,
К клемме плюсовой ведем Амперметра.
И тогда Электроны, как вода,
В одну сторону бегут

И приборам ток дают.
Цепь можно замыкать,
Показания снимать,
Силу тока измерять.

Сколько в лампочке ампер? Скажет...(Света), например!

Ученики определяют цену деления прибора, показания, предел измерения.

Показания амперметра не зависят от места включения амперметра в цепь. Это видно из опыта, т.к. оба амперметра показывают одно и тоже.

Сейчас я предлагаю следующее задание, которое необходимо будет выполнить дома, а затем представить в классе. Суть задания: необходимо составить инструкцию пользования амперметром по следующему плану:

1. Назначение прибора.
2. Правила хранения и транспортировки.
3. Правила эксплуатации.

Станция: ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

Сила тока - очень важная характеристика электрической цепи. Работающим с электрическими цепями надо знать, что безопасной считается сила тока до 1мА, Более 100 мА – серьезные повреждения организма, приводящие даже к летальному исходу.

Таблица № 5

Сила тока при частоте 50 Гц	Эффект действия тока
0-0,5 мА	Отсутствует
0,5-2 мА	Потеря чувствительности
2-10 мА	Боль, мышечные сокращения
10-20 мА	Растущее воздействие на мышцы, некоторые повреждения
16 мА	Ток, выше которого человек уже не может освободиться от электродов
20-100 мА	Дыхательный паралич
100 мА-3 А	Смертельные желудочковые фибрилляции (необходима срочная реанимация)
Более 3 А	Остановка сердца. Тяжелые ожоги. (Если шок был кратким, то сердце можно реанимировать)

При работе с электрическими приборами необходимо строго и неуклонно соблюдать меры предосторожности, иначе ваша жизнь будет подвергаться опасности.

1. Очаги электроопасности. Тело человека — проводник. Если случайно он “включит” свое тело в сеть, то не избежит тяжелейшей травмы и даже смерти.

Как же человек может “включить” себя в сеть?

Пример 1-й. Человек, стоящий на хорошо изолирующем основании (например, на сухом деревянном полу), одновременно прикоснулся к двум оголенным проводникам, находящимся под напряжением (рис. 8, а). В этом случае, через тело человека, его сердце и легкие пройдет ток от одной руки к другой. Это приведет к нарушению деятельности сердца и легких. При напряжении между проводами свыше 36 В, (если не будут приняты меры по быстрому отключению тока) поражение током в большинстве случаев смертельно.

Пример 2-й. Человек, стоящий на хорошо изолирующем полу, одновременно коснулся оголенного провода, находящегося под напряжением, и металлического предмета, соединенного с землей, например, батареи водяного отопления или водопроводного крана (рис. 8, б). В этом случае ток пройдет от руки через сердце и легкие к другой руке. Результат будет такой же, как и в первом случае: при напряжении сети свыше 36 В возможен смертельный исход, если быстро не будет отключен ток.

Рис. 8

Пример 3-й. Человек, стоящий на хорошо проводящем основании, например на влажной земле или на бетонном полу, коснется оголенного провода, находящегося под напряжением (рис. 8, в, г). Ток пройдет через тело человека от места соприкосновения с токонесущим проводом через сердце и легкие к ногам. Результат поражения аналогичен двум первым из рассмотренных примеров. Поэтому никогда не следует подходить к оборванным электропроводам, лежащим на земле.

Пример 4-й. Человек, держащий в руках электрический прибор, внутри которого питающий его провод или обмотка прибора касается корпуса, одновременно коснулся заземленного предмета (рис. 9, а). Ток пройдет через тело человека в землю.

Рис. 9

Подведем итоги.

• Опасно одновременное прикосновение к двум оголенным проводам, находящимся под напряжением.
• Опасно одновременное прикосновение к одному оголенному проводу и к предмету, находящемуся под напряжением и соединенным с землей.
• Опасно пользоваться неисправным электрическим прибором.
• Опасно для человека, стоящего на проводящем основании, подходить и тем более касаться оголенного провода, упавшего на землю.

2. Примеры конкретных поражений электрическим током. На рисунке 9, б, в показаны возможные случаи поражения электрическим током. Объясните, почему они произошли.

Станция: ОКАЗАНИЯ ПЕРВОЙ МЕДИЦИНСКОЙ ПОМОЩИ.

Как оказать первую помощь пораженному электрическим током?

Запомните: при оказании первой помощи дорога каждая секунда. Чем больше времени человек находится под действием тока, тем меньше шансов спасти ему жизнь! Почти всегда сам человек не может освободиться от проводов или деталей, прикосновение к которым стало причиной его поражения. Это происходит потому, что электрический ток, протекая по телу человека, вызывает судорожное сокращение мышц. Сам человек не может освободиться от проводов еще и потому, что электрический ток быстро поражает центральную нервную систему и человек теряет сознание. Самое первое, что надо сделать для спасения человека, это прервать его контакт с токонесущими проводами. Если несчастье произошло в помещении, где есть выключатель или штепсель, надо выключить ток выключателем или выдернуть штепсельную вилку. Если же несчастье произошло там, где нет выключателя, надо вывернуть предохранители, стоящие около счетчика.

В тех случаях, когда несчастье произошло, когда выключатель расположен очень далеко (рис.10), необходимо либо оттянуть пострадавшего от проводов (рис, 10 а), или сбросить сухой палкой провод с человека (рис. 10, б), перерезать ножом, перекусить кусачками с хорошо изолирующими ручками один из проводов. Нельзя перерезать сразу два провода.

Рис. 10

Необходимо помнить, что пострадавший, находящийся в контакте с токонесущими проводами или деталями, сам является проводником электрического тока. Поэтому оттягивать пострадавшего от проводов надо за концы одежды одной рукой. Ни в коем случае нельзя касаться токопроводящих, соединенных с землей деталей и предметов. Если несчастный случай произошел во дворе или в сыром помещении, то необходимо положить под ноги изолирующий предмет, например сухую доску или резиновый коврик (в крайнем случае, свернутую сухую одежду).

Освободив пострадавшего от тока, необходимо немедленно положить его на спину, расстегнуть стесняющую дыхание одежду, вызвать врача или срочно доставить пострадавшего в лечебное учреждение.

Вот мы и закончили путешествие. Проводник был очень рад познакомиться с вами и, на прощание, просит вас заполнить “проездной” билет (один вариант билета на рис.11), с помощью которого вы сможете путешествовать по империи электрического тока самостоятельно. Вам нужно ответить на вопросы каждого пункта.

Рис. 11

Учитель собирает работы. Ученики записывают домашнее задание.

III. Подведение итогов урока

Учитель подводит итог урока, оценивая работу учеников.