Цели:
- изучить характер действия электрического тока на человека;
- познакомить учащихся с историей исследования действия электрического тока на человека;
- выработать у учащихся умения и навыки соблюдения правил поведения во время грозы, при поражении электрическим током, при работе с электрооборудованием;
- воспитание гордости за работу русских ученых в области изучения электричества;
- прививать интерес учащихся к научным знаниям, к творческому исследованию.
Оборудование: электрофорная машина, преобразователь высоковольтный школьный «Разряд 1», средства индивидуальной защиты для работы с электрооборудованием, презентация к уроку.
“Да будут святы те, кто в творческом пылу, исследуя весь мир, открыли в нем законы”. Э. Верхарн.
ХОД УРОКА
- Вступительное слово учителя. Здравствуйте, ребята. Прежде, чем мы узнаем тему сегодняшнего урока, давайте отгадаем загадку:
Он всем несет тепло и свет
Щедрей его на свете нет!
К поселкам, селам, городам
Приходит он по проводам! (электрический ток)
- Актуализация знаний учащихся.
- На какие группы по проводимости делятся все вещества?
- Приведите примеры проводников. Приведите примеры диэлектриков
- Что такое заземление?
- Чем отличаются заряды проводников от зарядов диэлектриков?
- Что такое электрический ток?
- Какие элементы входят в понятие электрическая цепь?
- Что такое сила тока? Единицы измерения силы тока
- Что такое напряжение? Единицы измерения напряжения
- Что такое электрическое сопротивление? Единицы измерения сопротивления
- Сформулируйте закон Ома для участка цепи.
- Какие действия электрического тока вы знаете?
Перед вами экспериментальные установки, с помощью которых можно подтвердить то или иное действие электрического тока. Желающие ученики демонстрируют магнитное, механическое, световое, химическое, тепловое действия тока. О каком действии мы забыли? (О физиологическом). На этом уроке мы выясним, какое действие оказывает электрический ток на человека.
- Объяснение нового материала.
Начнем разговор с исторических событий, описывающих открытие и объяснение электрических явлений. Перед исследователями электричества открывались три заманчивые дороги: изучать атмосферное электричество, понять, как проходит электрический ток через живой организм, и простой, но зато более определенный путь экспериментов в лаборатории. Мы редко задумываемся над тем, что первые, и наиболее важные, открытия в любой области знания совершают специалисты других разделов науки. Физика не является исключением. Серьезный шаг в изучении электрических явлений сделал ученый, избравший своей специальностью совсем другую область науки – анатомию.
Луиджи Гальвани возглавил кафедру анатомии в Болонье в 1759 году, когда ему было всего 22 года, и долгие годы спокойно и вдумчиво исследовал костное строение птиц. И, только, в 1790 году, когда ему уже исполнилось 53 года, сделал свое удивительное наблюдение в области электричества, благодаря которому его имя сохранилось в истории науки. Открытие Гальвани – целая цепь случайностей: заболевшей жене Гальвани прописали целительный бульон из лягушачьих лапок, Гальвани сам готовил этот бульон, чистил только что пойманную лягушку и случайно прикоснулся скальпелем к ее обнаженному нерву. Мышцы конечности вдруг сократились как будто от сильной судороги. Гальвани не останавливается на этом и соединяет скальпель с электрической машиной: сокращения мышц многократно увеличиваются. Он решает заменить «электрическую» машину более мощным источником электричества – молнией. Вот его оригинальный эксперимент: одна проволока, обвивающая мышцу лягушки, тянется в колодец, другая, соединенная с нервом задней лапки, закинута на крышу. Как только появлялись молнии – тотчас же мышцы приходили в сильные сокращения, которые совпадали по времени с молнией и предшествовали грому. Ученый делает вывод о присущем животном электричестве.
180 королевских гвардейцев в парадных мундирах в Версале в присутствии его Величества короля Франции берутся за руки и образуют большой круг. Вы удивлены, но мы с вами присутствуем при одном из публичных опытов с электричеством, столь модных во второй половине 18 века. Электрическая цепь из 180 гвардейцев по команде замыкалась через лейденскую банку (показать) первый в мире конденсатор – накопитель больших количеств электричества. На одном конце цепи первый гвардеец дотрагивался рукой до металлической фольги, в которую была завернута банка, последний в цепи, прикасался к гвоздю, торчащему из пробки. Сильный электрический удар мгновенно чувствовали все гвардейцы. Было курьезно видеть разнообразие жестов и слышать вскрики, исторгаемые неожиданностью у большей части получающих удар.
Я не случайно назвала все происходящее «опытом». То был, несомненно, научный опыт, доказавший без ведома и желания участников не только достаточно высокую проводимость человеческого тела по отношению к электрическому току, но даже один из законов электрических цепей, который будет установлен в лаборатории век спустя. Да, не случайно подпрыгивали королевские гвардейцы, не зря сокращались мышцы лягушки, не напрасно отнимали руку от лейденской банки первые исследователи, не только от испуга пальцы руки, случайно коснувшись обнаженных концов провода городской электросети в современной квартире, «отпрыгивают» назад! Все это происходит потому, что живой организм проводит, пропускает через себя электрический ток.
Тело человека и животных очень хорошо проводит электрический ток, поскольку содержит ионные растворы. Характер и глубина воздействия электрического тока на организм человека зависит от силы и рода тока и времени его действия, пути прохождения через тело человека, физического и психологического состояния последнего. Наибольшую опасность представляет прохождение тока через мозг и те нервные центры, которые контролируют дыхание и сердце человека. Смерть человека может наступить при силе тока 0,1А. (100 мА). Особенно опасны участки, расположенные на висках, спине, тыльных сторонах рук, голенях, затылке и шее. Их сопротивление существенно меньше, чем у остальных частей тела. Самыми уязвимыми у человека являются, так называемые, акупунктурные точки на шее и мочках ушей: при ударе током в эти точки смертельным может оказаться даже напряжение 10 – 15 В.
Сопротивление человеческого тела не имеет постоянного значения. Оно зависит от состояния человека, его кожи, наличия на ее поверхности пота, содержания алкоголя в крови. Сухая, огрубевшая кожа имеет высокое сопротивление, а тонкая, нежная и влажная – низкое. Снижается сопротивление и при различных повреждениях кожи (порезы, царапины, ссадины). При сухой и неповрежденной коже сопротивление тела человека от пальцев одной руки до пальцев другой составляет 100000 Ом и выше. Если же руки потные, то сопротивление между ними оказывается равным 1500 Ом и ниже. Каждому из этих случаев соответствует свое смертельное напряжение.
- Решение задач (по вариантам) с последующим выводом (2 ученика у доски).
ЗАДАЧА 1. Смерть человека может наступить при силе тока 0,1А. Какое этому соответствует смертельное напряжение, если сопротивление тела человека 100000 Ом (1500 Ом)?
ЗАДАЧА 2. Какой ток в осветительной сети напряжением 220В, если сопротивление тела человека 100000 Ом (1500 Ом)?
Опасность поражения током требует обязательного соблюдения правил безопасного труда при работе с электрическими цепями. Инструкция с изложением этих правил имеется в каждом кабинете физики. Прикоснувшись к проводнику, находящемуся под напряжением, человек включает себя в электрическую цепь.
Эксперимент. Учитель демонстрирует протекание тока через себя. Становится на диэлектрический коврик. В одну руку берет провод, подсоединенный к электрофорной машине. В другую руку берет неоновую лампочку и подносит ее к различным участкам тела, лампочка при этом светится.
Переменный ток более опасен, чем постоянный. Напряжение, действующее при соприкосновении с одним полюсом или фазой источника тока, называется напряжением прикосновения. В случае, когда человек оказывается вблизи упавшего на землю провода, находящегося под напряжением, возникает опасность поражения шаговым напряжением. Напряжение шага — это напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек. Такую цепь создает растекающийся по земле от провода ток. Оказавшись в зоне растекания тока, человек должен соединить ноги вместе и, не спеша выходить из опасной зоны так, чтобы при передвижении ступня одной ноги не выходила полностью за ступню другой. При случайном падении можно коснуться земли руками, чем увеличить разность потенциалов и опасность поражения.
Действие электрического тока на организм характеризуется основными поражающими факторами: электрический удар, приводящий к судорогам, остановке дыхания и сердца; электрические ожоги; механическое воздействие; биологическое действие тока выражается в раздражении и перевозбуждении нервной системы.
Правила оказания первой помощи. При поражении человека электрическим током нужно освободить пострадавшего от проводника с током. В первую очередь следует обесточить проводник. Если отключить его невозможно, надо срочно отделить от него пострадавшего, используя сухие палки, веревки и другие средства. Можно взять пострадавшего за одежду, если она сухая и отстает от тела, не прикасаясь при этом к металлическим предметам и частям тела, не покрытым одеждой. При оказании помощи надо изолировать себя от «земли», встав на непроводящую ток подставку (сухая доска, сухая резиновая обувь и т. п.), и обернуть руки сухой тканью. Пострадавшему обеспечить покой и наблюдение за пульсом и дыханием.
Чтобы избежать поражения электрическим током, необходимо все работы с электрическим оборудованием и приборами проводить после отключения их от электрической сети. Электроприборы и электромашины в ванной и на кухне – потенциальные источники опасности. Стоя под душем или держась одной рукой за водопроводный кран, опасно мокрым пальцем даже дотрагиваться до неисправного выключателя.
К сожалению, в природе существует грозное явление, которое невозможно отключить от сети, это – молния, а пострадать можно точно также как и при неумелой и неосторожной работе с электрооборудованием. Электрическая природа грозовых явлений была доказана в середине 18 в великими русскими учеными М.В. Ломоносовым и его другом Г.В. Рихманом. Они совместно проводили исследования атмосферного электричества. У себя дома Георг Рихман устроил экспериментальную установку по изучению грозовых разрядов — «громовую машину». 26 июля 1753 г. во время сильной грозы, когда ученый приблизился к электрометру «грозовой машины» на расстояние 30 см, неожиданно из толстого железного прута прямо в него ударил бледно-синий огненный шар величиной с кулак. Это была шаровая молния. Раздался оглушительный взрыв и Рихман упал замертво. Ломоносов тяжело переживал смерть своего друга и сделал все от него зависящее, чтобы имя Георга Рихмана навсегда осталось в истории науки. Уже более 250 лет ученые изучают молнию, но пока еще им так и не удалось разгадать загадку убийцы Рихмана — загадку шаровой молнии. Давайте послушаем сообщение об этой необыкновенной молнии.
- Рассказ ученика.
Шаровая молния, как следует уже из ее названия, имеет форму шара. Такие светящиеся шарики диаметром от 3 до 20 см иногда вдруг появляются в атмосфере при сильных грозах, обычно после многократных разрядов линейных или разветвленных молний и выпадения дождя. Существует такой светящийся шарик от нескольких секунд до минуты, после чего-либо исчезает бесследно, как бы растворяясь в воздухе, либо взрывается. Скорость движения шаровой молнии незначительна, она даже может на несколько секунд как бы зависать в воздухе. Молния пластична, т. е. она может проникать через небольшие отверстия и щели. Плотность вещества шаровой молнии, по всей видимости, близка к плотности воздуха. Светится шаровая молния примерно как небольшая электрическая лампочка. Цвет ее может быть от красноватого до оранжевого и белого. Иногда шаровая молния искрит и вращается. А температура внутри светящегося шарика достигает 800-1300° С.
Спасибо за интересное сообщение. Ребята, вы, наверное, обратили внимание на все эти «иногда» и «по всей видимости». А это все оттого, что природа шаровой молнии до сих пор не разгадана и все то, о чем нам рассказали, это лишь описание поведения шаровой молнии, составленное по рассказам тех, кому довелось встретить на своем пути эти светящиеся шарики. Может быть, именно среди вас находится человек, которому удастся, наконец, разгадать загадку шаровой молнии.
Задача. Напряжение в «средней» шаровой молнии 10000000В. Какой ток проходит через человека сопротивлением 100000 Ом при ударе молнии?
Люди стремились изучить молнию, узнать ее природу, научиться ее побеждать.
Демонстрация искрового разряда.
Правила поведения в лесу, в турпоходе, если вас застанет гроза.
Однако действие электрического тока на человеческий организм может быть не только отрицательным, но и положительным. Во время медицинского обследования в современной поликлинике и при жалобах пациентов на сердечные или головные боли врачи обязательно снимают электрокардиограмму или энцефалограмму – сигналы небольших биологических токов, протекающих в сердце или головном мозге. Сравнивая форму сигналов определенного участка организма в здоровом и больном состоянии, легко установить причину заболевания.
Посредством электрических раздражений мозга (электрошоком) лечат некоторые психические заболевания. Кратковременные высоковольтные электрические разряды через сердце помогают иногда предотвратить смерть пациента при тяжелом нарушении сердечной деятельности. При радикулите, невралгии и некоторых других заболеваниях применяют гальванизацию (электрофорез): приложив к пациенту электроды, пропускают через него слабый постоянный ток. Это оказывает болеутоляющий эффект, улучшает кровообращение.
- Проверка усвоения материала. Верю - не верю. (Если учащиеся согласны с утверждением, они поднимают правую руку, если не согласны - левую)
- Смерть человека может наступить при силе тока 0,1 А.
- Тяжесть поражения электрическим током одинакова при любых состояниях человеческого тела.
- Безопасное напряжение в сухих и в сырых помещениях одинаково.
- Фраза «Не подходи, убьет» относится к силе тока.
- Переменный ток более опасен, чем постоянный.
- При работе с электрическими цепями, находящимися под высоким напряжением, все действия нужно выполнять одной рукой.
- Физиологическое действие электрического тока приносит только непоправимый вред.
- Сообщения учащихся
1. Электрические рыбы известны человечеству с древнейших времен. Еще Аристотель рассказывал своим ученикам, что электрический скат, обитающий в Средиземном море, "заставляет цепенеть животных, которых он хочет поймать, побеждая их силой удара, живущего в его теле". А древнеримский врач Скрибоний небезуспешно излечивал подагру стареющих римских патрициев с помощью "освежающего удара электрического угря".
2. В древних архивах сохранились записи, свидетельствующие о том, что грозного императора Нерона, страдавшего ревматизмом, придворные врачи лечили электрованнами. Для этого в небольшую деревянную кадку с водой пускали рыб, способных испускать электрические разряды. Находясь в такой ванне, император в течение предписанного врачами времени подвергался действию электрических разрядов и полей. Лечение происходило успешно.
- Подведение итогов урока.
Пора подвести итоги нашего урока. Какой по величине ток создает один движущийся направленный электрон? Практически никакой. Если направлено будут сдвигаться много электронов? Сила тока уже будет значительной, она может заставить работать электрический двигатель, телевизор, электроплиту. Почти так и в жизни. Что мог сделать сегодня один человек? И что сделали мы сегодня все вместе. Спасибо за урок.
Комментирование и выставление оценок.
- Домашнее задание § 15, вопросы к § 15, таблица стр. 42