Цели урока:
- раскрыть материальный характер электрического поля;
- осуществить межпредметные связи, связь обучения с жизнью, с сельскохозяйственным производством;
- развивать умение работать с физическими установками и приборами, фиксировать результаты экспериментов и формулировать выводы из них;
- развивать инициативу, творчество, умение выполнять работу коллективно.
Девиз урока: Великие идеи извлекаются из общего котла интеллектуального развития. Они редко выпекаются в индивидуальных очагах по обычным рецептам. (Джеймс Ньюмен).
Оборудование:
- кинофильм “Электрические явления”,
- самодельные электроскопы – 5 шт.,
- электрофорная машина,
- высоковольтный преобразователь “Разряд”,
- стеклянная трубка с фольгой,
- лист бумаги,
- резиновый валик,
- две пластины раздвижного конденсатора,
- штатив,
- образцы искусственного меха или бархата.
Ход урока
- Тема урока: “В мире электрических зарядов и полей”. Сегодня мы будем работать в группах: I группа теоретиков: воспроизводят и обговаривают опорный конспект по теме “Электрическое поле”, представляют решения трех задач на применение основного закона электростатики, II группа конструкторов, III группа экспериментаторов, IV группа “Специалисты сельского хозяйства”, V группа журналистов: рассмотрят вопрос материальности электрического поля, связь с реальными ситуациями в жизни, производстве, в будущей профессиональной деятельности.
Просмотр кинофильма “Электрические явления”
- Мы постоянно находимся в необъятном океане электрических зарядов – естественных и искусственных, создаваемых многочисленными машинами, станками и самим человеком (например, когда он ходит, причесывается – опыт с самодельными электроскопами и расческой). Закон взаимодействия электрических зарядов был экспериментально установлен в 1785 году Шарлем Кулоном.
Слово группе теоретиков (опорный конспект)
Задача №1. От одного из двух положительных зарядов отнимают заряд ?q, к другому прибавляют такой же заряд ?q. На сколько изменится сила взаимодействия между ними?
Ответ: 
Задача №2. Два одинаковых металлических шарика массой по 200г. каждый находятся на некотором расстоянии друг от друга. Найти заряды этих шариков, если известно, что на данном расстоянии их электрическая сила взаимодействия в 105 раз больше гравитационной силы взаимодействия.
Ответ: q=0,5 • 10-9 Кл
Задача №3. В вершинах квадрата со стороной 2 м помещены заряды +2; +2; -2; - 2; Кл. Какова величина и направление силы, действующей на заряд +5 Кл, помещенный в точке пересечения диагоналей квадрата?
(После ответов членов группы теоретиков вопросы классу)
- Почему нить крутильных весов должна быть тонкой?
- Какая из величин, входящих в закон Кулона, становится неопределенной, если попытаться применить этот закон к расчету взаимодействия близко расположенных протяженных тел?
- Границы применимости закона Кулона (заряды точечные, заряды неподвижные)
О своей исследовательской работе “Путь в науку” рассказывают “Специалисты сельского хозяйства”.
Актуальность темы. Современное сельскохозяйственное производство предъявляет к сортам растений все более высокие требования. Хороший сорт должен давать стабильный, устойчивый урожай, быть засухоустойчивым, переносить низкие температуры, не поддаваться воздействию различных болезней. В исследовательской работе использован провокационный лабораторный метод, с помощью которого искусственно воссозданы условия для выявления отношения растения к неблагоприятному фактору (электрическое поле высокого напряжения). Достоинство этого метода в том, что он позволяет в нужных пределах дозировать неблагоприятное воздействие на растение и проследить за дальнейшим развитием растения.
Цель работы:
провести эксперимент на специальной установке, поместив семена фасоли в высоковольтное электрическое поле на различное время; наблюдать в течение нескольких дней за дружностью всходов и интенсивностью роста обработанных и необработанных семян фасоли; построить графики зависимости роста фасоли от времени воздействия электрического поля; сделать выводы практического применения и значения для сельского хозяйства полученных результатов исследовательской работы.
Биологическая характеристика фасоли. Фасоль относится к зерновым бобовым культурам, ценность которых определяется высоким содержанием в семенах белков, богатых аминокислотами, необходимыми человеку и животным. В фасоли содержатся также минеральные вещества, витамины A, B1, B2, C, D, E, что делает ее особенно ценной в пищевой промышленности. Фасоль широко используется для консервации, так как в ее семенах содержится 20 – 30% белка, 0,7 – 3,6% жира, 50 – 60% крахмала, 2,3 – 7,1% сырой клетчатки. Немаловажное значение фасоль имеет как сырье для добывания лимонной кислоты (из листьев), как зеленое удобрение. При помощи клубеньковых бактерий, заключенных на корнях, фасоль связывает азот атмосферы и обогащает им почву. Это способствует росту ее плодородия, повышению урожайности последующих культур и содержанию белка в них. Возделывание зерновых бобовых культур является одним из средств повышенной продуктивности севооборотов, способствует интенсификации и подъему культуры земледелия. Успешно произрастает фасоль на юго-западе Нечерноземной зоны, в меньших количествах ее сеют в Центрально-Черноземной зоне, в Западной Сибири, на Дальнем Востоке. Высокие урожаи фасоли (в среднем 6,5ц семян с 1га) получаются при внесении органических и минеральных удобрений, которые ускоряют рост и созерцание растений.
Применение искусственного мутагенеза для селекционной работы в сельском хозяйстве. В настоящее время у многих культур получены хозяйственноценные мутанты. Мутанты можно вызвать радиационными, химическими, электрическими, магнитными мутагенами. В условиях школьного кабинета физики наиболее простым методом получения мутаций является обработка семян фасоли электрическим мутагеном. Мы наблюдали влияние продолжительности нахождения семян фасоли в электрическом поле на изменение роста и продуктивности этой бобовой культуры.
Описание порядка выполнения работы. Вид электрического поля – электростатическое. Источник поля – “Разряд-1”. Меры безопасности при работе с преобразователем высоковольтным “Разряд-1”. Не касаться высоковольтных элементов схемы. На месте работы рядом с преобразователем не должны находиться посторонние предметы, через которые могут произойти случайные соприкосновения с элементами, имеющими высокий потенциал. Перед началом работы переключатель питания должен быть установлен в приложение “Откл.” Для получения напряжения 5 кВ, необходимо переключатели пределов установить в положение “5 кВ”. Подключить к преобразователю источник питания согласно указанной полярности. Переключатель питания установить в положение “Вкл.”. Изменяя напряжение питания от 0 до 12 В, на выходе получить высокое напряжение 5 кВ. После окончания работы с преобразователем необходимо переключатель питания установить в положение “Откл.” и отсоединить источник питания. Количество семян в пробе – 5 шт. Наблюдение начато 13.11.05. закончено -21.11.05. Температура проращивания 22 C. Проращивание проводилось в кабинете физики. С помощью школьного высоковольтного преобразователя “Разряд-1” мы получили напряжение 5 кВ. На нижнюю пластинку раздвижного конденсатора поместили семена фасоли, добились проскакивания искры и продержали семена:
1-я партия – 5 секунд
2-я партия – 10 секунд
3-я партия – 60 секунд
4-я партия – не облучали.
Опыт №1. Наблюдение за всхожестью и энергией прорастания семян фасоли, обработанных в электрическом поле напряжением 5 кВ в течение 5-ти секунд. Энергия прорастания:
| – 1-й день наблюдения – | ||
| – 2-й день наблюдения – | ||
| – 3-й день наблюдения – | ||
| 3 шт. | – 4-й день наблюдения – | 10мм. |
| 3 шт. | – 5-й день наблюдения – | 15мм. |
| 4 шт. | – 6-й день наблюдения – | 30мм. |
| 4 шт. | – 7-й день наблюдения – | 270мм. |
| 4 шт. | – 8-й день наблюдения – | 500мм. |
Опыт №2. Наблюдение за всхожестью и энергией прорастания семян фасоли, обработанных в электрическом поле напряжением 5 кВ в течение 10-ти секунд. Энергия прорастания:
| – 1-й день наблюдения – | ||
| – 2-й день наблюдения – | ||
| – 3-й день наблюдения – | ||
| 1 шт. | – 4-й день наблюдения – | 4мм. |
| 3 шт. | – 5-й день наблюдения – | 10мм. |
| 4 шт. | – 6-й день наблюдения – | 13мм. |
| 4 шт. | – 7-й день наблюдения – | 80мм. |
| 4 шт. | – 8-й день наблюдения – | 130мм. |
Опыт №3. Наблюдение за всхожестью и энергией прорастания семян фасоли, обработанных в электрическом поле напряжением 5 кВ в течение 60-ти секунд. Энергия прорастания:
| – 1-й день наблюдения – | ||
| – 2-й день наблюдения – | ||
| – 3-й день наблюдения – | ||
| – 4-й день наблюдения – | ||
| – 5-й день наблюдения – | ||
| 2 шт. | – 6-й день наблюдения – | 6мм. |
| 2 шт. | – 7-й день наблюдения – | 10мм. |
| 2 шт. | – 8-й день наблюдения – | 15мм. |
Опыт №4. Наблюдение за всхожестью и энергией прорастания семян фасоли, не обработанных в электрическом поле напряжением 5 кВ.
Энергия прорастания:
| – 1-й день наблюдения – | ||
| – 2-й день наблюдения – | ||
| – 3-й день наблюдения – | ||
| 2 шт. | – 4-й день наблюдения – | 6мм. |
| 3 шт. | – 5-й день наблюдения – | 10мм. |
| 3 шт. | – 6-й день наблюдения – | 35мм. |
| 3 шт. | – 7-й день наблюдения – | 190мм. |
| 4 шт. | – 8-й день наблюдения – | 250мм. |
Теоретический анализ полученных данных. После облучения семян фасоли высоковольтным электрическим полем происходит активизация семян. Ее механизм не могут объяснить даже ученые. Предполагается, что семена, вернее их компоненты, поглощают энергию, запасают ее впрок; потом она расходуется в процессе развития растения. Добавочная энергия семян вызывает генетическое возрождение сорта, то есть повторное проявление его лучших особенностей, потерянных в процессе эволюции.
На основе ежедневных наблюдений построили график зависимости роста фасоли от времени действия электрического поля.
Вывод: Семена, прошедшие обработку электрическим полем 5 кВ в течение 5 секунд более дружно взошли и интенсивно росли. Полученные данные имеют практическое применение и значение для сельского хозяйства: при увеличении всхожести семян уменьшается норма высева, что дает экономию семян; при быстром прорастании семян начальные стадии развития растений проходят при большом запасе влаги в почве и при оптимальных температурах.
Рецепты приготовления овощных блюд с использованием фасоли.
1. Салат из фасоли с огурцами (или томатами). Фасоль тушат в небольшом количестве воды до готовности. Охлаждают, смешивают со свежими огурцами (или томатами), нарезанными ломтиками, солят, посыпают укропом или петрушкой, заправляют растительным маслом. На 500 г. фасоли – 0,5 стакана воды, 300 – 400 г. огурца (или томатов), 1 пучок укропа или петрушки, 2 ст. л. растительного масла, соль по вкусу.
2. Суп-пюре из фасоли. Зерна фасоли перебирают, промывают, замачивают в холодной воде на 5 – 6 часов, затем кладут в кастрюлю, заливают водой, добавляют морковь, луковицу, варят под крышкой на слабом огне 45-50 минут до готовности фасоли, после чего морковь и лук удаляют, а фасоль вместе с отваром протирают сквозь сито, разводят горячим молоком, солят и заправляют маслом. Суп подают с гренками. На 400 г. фасоли – 4-5 стаканов воды, 2 стакана молока, 1 морковь, 1 луковица, 4 ст. л. масла.
- Исследовательская работа “Путь в науку” относится к стыку нескольких дисциплин – физики, биологии, математики, технологии. В ходе её выполнения учащиеся тщательно вели наблюдение за происходящими явлениями, использовали для обобщения полученных результатов новейшие достижения вышеперечисленных наук.
Группа конструкторов представляет установку: в стеклянной трубке вдоль стенки проходит лента из фольги, соединенная с положительным полюсом электрофорной машины, а по оси проволока, соединенная с отрицательным полюсом. Сейчас наша “труба” задымит… Приведем в действие электрофорную машину. Дым почти сразу исчезнет.
- Чем это можно объяснить? Ответ: Частички дыма в трубе приобретают заряд такого же знака, что и осевая проволока. Поэтому под действием электрического поля, созданного внутри трубы, они движутся к стенкам, оседают на них.
– Где мы можем наблюдать практическое применение этого явления? Ответ: Когда в птичнике размещается много кур, повышается запыленность воздуха и опасность заражения птиц теми или иными микробами. На птицефабриках с целью уменьшения запыленности воздуха устанавливают электрофильтры. Частицы пыли осаждаются на пластинчатые электроды, которые по мере накопления на них пыли, освобождают от нее. Ионизация воздуха увеличивает яйценоскость кур, лучше развивается молодняк. Ответ: Трубы газовых котельных снабжают также электрофильтрами, уменьшающими выброс в атмосферу продуктов сгорания.
Группа экспериментаторов показывает опыты:
1) Возьмем две пластины, на верхней укрепим липкую ленту. Соединим пластины конденсатора с полюсами электрофорной машины. На нижнюю пластинку – кусочек шерсти. Приведем электрофорную машину в действие…
- Где используется это явление? Ответ: Таким способом можно вести электроокраску, электроворсование (получение искусственных тканей). Аналогичным способом изготовляют искусственный мех, бархат, плюш, замшу, ковры (образцы показать).
2) Положим на сухое стекло лист бумаги и несколько раз проведем резиновым валиком по бумаге. Поднесем к электроскопу. Он покажет наличие электрического заряда.
- Где можно встретиться с подобным явлением? Ответ: В типографских машинах (фото) электризация бумаги вызывает ее свертывание и брак при печати. При этом могут возникнуть искры, которые вызывают пожар.
- Что нужно делать для устранения этих нежелательных явлений? Ответ: Все части машины нужно заземлять, а бумагу увлажнять.
Человек, изучив природу и свойства электрического поля, подчинил электрические заряды своей воле и заставил работать себе на пользу. Группа журналистов выпустила газету “Электричество в живой природе”, с материалами которой вы можете познакомиться на перемене.