Цели урока:
- Обобщить, систематизировать знания по теме «Электрический ток в газах»;
- научить учащихся применять знания в новой ситуации;
- развивать умение объяснять природные явления, используя полученные знания;
- формировать навыки коллективной работы в сочетании с самостоятельностью учащихся;
- развить коммуникативные способности.
Развитие компетенций:
- Учебно-познавательная: ставить познавательные задачи и выдвигать гипотезы, выступать устно и письменно о результатах своего исследования;
- Информационная: самостоятельно вести поиск, анализировать и отбирать необходимую информацию;
- Ценностно-смысловая: способность видеть и понимать окружающий мир, ориентироваться в нём, осознавать свою роль и предназначение;
- Общекультурная: знание роли науки и религии в жизни человека, их влияние на мир.
Оснащение урока:
- Плакаты с портретами ученых: Б. Франке, М. Ломоносов, Г. Рихман;
- Плакат с названием и эпиграфом урока;
- Интерактивная доска;
- Видеозаписи различных грозовых разрядов; видеофильм «Кого ударит молния»;
- Электрофорная машина;
- Модель громоотвода;
- Раздаточный материал информационного содержания; с индивидуальными заданиями.
Эпиграф: «Стремителен молнии бег, и разит она тяжким ударом»
Конспект урока
Преподаватель: Ребята, давайте вспомним лето, один из жарких дней. Ярко светит солнце, стоит изнуряющая жара. И вдруг, огромная темно синяя туча закрывает половину небосвода. Она постепенно закрывает почти всё небо и вот застучал по крыше дождь. И вдруг загрохотал гром. Какое сказочное явление эта гроза. Да, гроза – одно из грозных, но величественных явлений, с которым человек был знаком еще в древности. Но разговор наш не о грозе. А тему урока Вы сами определите, отгадав загадку:
Летит огневая стрелка,
Никто её не поймает:
ни царь, ни царица,
ни красная девица.
Следовательно, тема урока: «Молния – газовый разряд».
Но прежде вспомним, изученный ранее материал:
(На доске высвечиваются вопросы)
- Что такое электрический заряд?
- Какие два рода зарядов существует?
- Как взаимодействуют между собой заряды?
- Что такое проводник?
- Какие вещества являются проводниками?
- Что такое диэлектрик?
- Какие вещества относятся к диэлектрикам?
- В чем состоит явление электризации?
- Что такое ион? Какие существуют ионы?
- Что такое ионизация?
- Назовите условия ионизации.
- Что такое рекомбинация?
Вспомнив эти понятия. Вам будет понятна тема нашего урока.
Информация:
Одновременно на нашей планете в среднем происходит около 2000 гроз, в сутки до 40000, а в год – до 16 миллионов. Каждую секунду в поверхность земли ударяет в среднем 117 молний.
Самым грозовым местом на Земле считается город Тороро в Уганде, где в году 251 грозовой день.
Гроза и неразлучные с ней молния и гром, не только эффектное, но и устрашающее явление, и небезопасное.
«Земные твари прочь бегут при блеске молнии,
И сводит смерть с ума их души, страха полные…»
Абу-ль-Ала аль Мари.
В страхе перед грозой люди обожесвляли её. У каждой народности был свой бог, повелевавший грозами.
Ответьте, пожалуйста, на вопрос:
Какого бога древние греки прозвали «громовержец» и изображали с пучком молний в руке? (Зевс)
О других богах найдите информацию в раздаточном материале и расскажите всем (ребята находят задания в карточках по группам).
Информация, сообщаемая учащимися:
- У викингов таким богом был Тор. Разгневавшись, он ударял гигантским молотом по небесной наковальне, от чего происходил ужасный грохот и на землю сыпались огненные стрелы.
- У мексиканских ацтеков молнией управлял бог Тлалоком (Шолотлем).
- У нас – славян, в древние времена, творцом молний и грома считался Перун, когда же христианство одержало победу над язычеством, управление молнией перешло к Илье-пророку.
Преподаватель:
Благодаря упорному труду исследователей удалось показать, что в явлении грозы и молнии нет ничего сверхъестественного, ни чего божественного. Сейчас нам представляется совершенно очевидным, что молния - это гигантская электрическая искра, которая проскакивает между облаками и землей. Электрическая природа грозовых явлений была доказана в 18 веке рядом ученых. Давайте уделим им внимание.
Сообщения учащихся:
- Американский ученый Бенджамин Франклин запускал во время грозы высоко в воздух змея на металлическом проводе и извлекал электрическую искру из грозового облака. Франклин показал, что электрический атмосферный заряд действует так же, как и обычный. Он же установил, что основания грозовых облаков несут отрицательный заряд. Для этого он провел опыт с железной штангой, укрепив её предварительно на изолирующем основании. Он предполагал, что при приближении грозового облака к башне, первоначально нейтральная штанга зарядиться.
- В России изучением атмосферного электричества занимались М.В. Ломоносов и Г.В. Рихман. Во время одного из опытов был убит молнией профессор Рихман. Но Ломоносов не испугался и не прекратил изыскания. Ученый из многочисленных опытов сделал вывод, что атмосферное электричество появляется в результате трения частичек «мерзлых паров», которые переносятся восходящими и нисходящими потоками. Это было первое объяснение происхождения грозы.
Преподаватель:
Ломоносов был прав, если нет подъема воздушных масс, то нет условий для возникновения грозовых облаков и грозы.
Как же объяснить образование молнии?
Рассмотрим схему электризации облака:
Исследования показали, что причиной возникновения гроз является разделение электрических зарядов в грозовых облаках. При дроблении водяных капель и кристаллов льда, при столкновении их с ионами атмосферного воздуха часть устремляется к вершине облака, а крупные капли и кристаллы к его основанию. Отрицательный заряд основания облака наводит положительный заряд на проводящей земной поверхности.
Более детальные исследования молнии стали возможны благодаря появлению фотоаппарата с вращающимися линзами, что позволило фиксировать быстро развивающие процессы.
Различают несколько типов молний:
- По месту образования:
- разряды между грозовым облаком и землей;
- между двумя облаками;
- нутри облака ( плоские зарницы, когда вспышка охватывает большую часть облака, грома не слышно);
- уходит из облака в чистое небо;
- По типу электрического заряда:
- положительные (основание облака положительно заряжено – 5% от всех молний), являются наиболее сильными, вызывают пожары.
- отрицательные (основа облака имеет отрицательный заряд – 95% от всех молний).
Молнии между землей и облаком различаются по внешнему виду следующим образом: (рассказ сопровождается показом снимков)
- Четочная молния – светящаяся пунктирная молния, пробегающая на фоне облаков. Эта очень редкая форма молнии.
- Линейная (ленточная) – гигантская электрическая искра. Такие молнии могут иметь единый столб (одна линия) так и разветвленный рисунок. Длина такой молнии от 2 до 20 км, а в отдельных случаях и до 50 км.
- Шаровая молния (наиболее редкая молния) – имеет форму шара, но может быть грушевидной или медузообразной. В диаметре от 5 до 30 см. Цвет обычно красный, оранжевый или желтый, голубой и белый (наиболее опасные). Поведение этой молнии не предсказуемо, она может просачиваться через узкие щели.
Конечно это только аналог. Давайте разберемся в природе молнии.
И так мы с вами выяснили, что в основном нижняя часть облака заряжена отрицательно. Когда заряд на облаке становится очень большим (разность потенциалов на каждом метре 30000 Вольт) одиночные электроны, имеющиеся в воздухе ускоряются под действием разности потенциалов, ударяются о нейтральные атомы, ионизируя их .Возникающие при этом новые свободные электроны тоже ускоряются и в свою очередь ионизируют другие атомы. Этот процесс разрастается словно лавина. Эта электронная лавина (лидер) движется к положительному заряду на поверхности земли. Все это происходит в узком канале, где воздух сильно нагревается.
Лидер движется скачками, проходя приблизительно 50 метров, и приостанавливается на несколько микросекунд. Лидер движется по ломаной линии, отклоняясь под действием положительного заряда, местами сосредоточенного в воздухе. Как только канал приблизится к земле. По нему навстречу друг другу помчатся разноименные заряды: отрицательные из облака, положительные из земной поверхности. Скорость таких потоков велика – несколько десятка тысяч км/с. Таким образом. в канале возникает электрический ток огромной силы и мощности.
Возникает вопрос,- Какой из зарядов мы видим во время грозы: лидера или обратный?
Яркое свечение вызывает обратный разряд от земли к туче. Именно его мы видим. Когда заряд нейтрализуется, ток ослабляется, но уже новый лидер прокладывает дорогу своей госпоже – молнии. Процесс повторяется многократно. Поэтому молния и имеет вид длинной разветвленной искры, напоминающей по своим очертаниям речную систему, какой её изображают на картах. В проводящем канале воздух нагревается до 25000С, он очень быстро расширяется, а когда образовавшийся при этом вакуум заполняется воздухом, поступающем извне, возникает грохот – гром, который мы и слышим. Когда мы видим сильно разветвлённую молнию, это означает, что в пути несколько лидеров.
Четочные молнии являются загадкой. Предполагают, что они являются переходным этапом от линейной молнии к шаровой молнии.
Шаровая молния – завораживающее, волшебное видение. Существует более сотни гипотез, объясняющих физическую суть шаровой молнии. Одни считают – шаровая молния это наэлектролизованный сгусток кислорода, другие – сгусток плазмы, но доказать с достаточной точностью не удается. Может быть, кто из Вас в будущем откроет эту тайну.
Итак, мы ознакомились с основными видами молний. Сказочно красивая, быстрая и ослепительная молния – в тоже время грозное явление.
«Стремителен молнии бег, и разит она тяжким ударом» сказано в поэме Лукреция «О природе вещей».
Молнии очень опасны. Ежегодно в мире от ударов молний погибают тысячи людей. Как вы думаете – куда чаще всего ударяет молния? Ответы вы найдете в информационном материале на ваших столах (ребята ищут нужные иллюстрации с текстовой информацией).
Информация, сообщаемая учащимися:
- Возвышающиеся одиноко стоящие предметы.
- Места, обладающие хорошей электропроводностью (водоемы, болота, влажные глиняные карьеры).
- Большинство случаев поражения приходится на сельскую местность. Почему?
- В городе используют молниеотвод (громоотвод) Его первым предложил использовать Б. Франклин. Молниеотвод – это металлический стержень, укрепленный на высокой точке здания и соединенный толстой проволокой с землей. Глубина погружения в землю более 0,2 м.
- В России первый молниеотвод появился в 1856 году над Петропавловским собором в Петербурге. Он был сооружен после того, как молния дважды ударила в шпиль и подожгла собор.
- 5-30% – умирает при поражении молнией.
- В книге рекордов Гиннеса зафиксирован случай с Роем Салливаном. С 1942-1977 года был поражен молнией 7 раз. Тяжесть поражения: от потери большого пальца ноги до ожогов на груди и животе. Во всех случаях остался жив.
- Статистика утверждает , что молния чаще ударяет мужчин, чем женщин. Так в Великобритании за 20 лет погибло 85% мужчин.
Сведения о поражении молнией людей (подготовлено учащимися):
Самым ярким примером может служить документальный фильм «Кого ударит молния» (просмотр фильма).
Ну, вот ребята, мы и заглянули в природу возникновения молнии, используя знания физики, древней истории и социологии. Желаю успехов в дальнейшем изучении физики.