 |
Проведение экскурсии в г. Иркутске по изучению электрических явлений в природе
|
|
|
|
В г. Иркутске проведение реальной экскурсии не возможно, так как наблюдение электрических явлений в природе не совсем безопасно и нет мест проведения такой экскурсии. Остается один вариант организовать виртуальную экскурсию.
Экскурсию по наблюдению электрических явлений в природе лучше организовать в старших классах, а точнее в 11 классе при изучении раздела «Электрическое поле». Так как в 8 классе при изучении «Электрических явлений» ученики не смогут объяснить многие электрические явления, происходящие в природе.
Виртуальная - экскурсия проводиться в 11 классе, не посредственно после изучения раздела «Электрическое поле».
Тема экскурсии: «Электрические явления в природе»
Цель экскурсии: наглядно познакомиться с электрическими явлениями в природе и постараться их объяснить.
Задачи:
1. Закрепление и повторение материала изученного в 8 классе при изучении раздела «Электрические явления»
2. Усвоить новый материал при изучении раздела «Электрическое поле»
3. Углубить полученные знания
4. Установить связь электрических явлений в физике с явлениями в других науках (физики с биологией)
Перед провидением виртуальной - экскурсии учащимся необходимо записать тему, цель экскурсии.
По ходу экскурсии преподаватель старается заинтересовать учащихся данной темой, задавая вопросы для совместного обсуждения.
Сценарий экскурсии
В живой природе существует немало процессов, связанных с электрическими явлениями. Рассмотрим некоторые из них.
Молния - это сильный электрический разряд, который исходит из облака в направлении другого облака или в направлении земли. Этот разряд без труда дает начало пожарам, а также является достаточно мощным, чтобы нанести вред здоровью или даже убить человека. Молния также помогает природе помещать азот в землю, который является необходимым для роста растений.
|
|
|
Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда молния образуются в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.
Обычно наблюдаются линейные молнии, которые относятся к так называемым без электродным разрядам, так как они начинаются (и кончаются) в скоплениях заряженных частиц. Это определяет их некоторые до сих пор не объяснённые свойства, отличающие молнии от разрядов между электродами. Так, молнии не бывают короче нескольких сотен метров; они возникают в электрических полях значительно более слабых, чем поля при межэлектродных разрядах; сбор зарядов, переносимых молнией, происходит за тысячные доли секунды, хорошо изолированных друг от друга частиц, расположенных в объёме несколько км3. Наиболее изучен процесс развития молнии в грозовых облаках, при этом молнии могут проходить в самих облаках - внутриоблачные молнии, а могут ударять в землю - наземные молнии. Для возникновения молнии необходимо, чтобы в относительно малом (но не меньше некоторого критического) объёме облака образовалось электрическое поле с напряжённостью, достаточной для начала электрического разряда (~ 1 МВ/м), а в значительной части облака существовало бы поле со средней напряжённостью, достаточной для поддержания начавшегося разряда (~ 0,1-0,2 МВ/м). В молнии электрическая энергия облака превращается в тепловую и световую.[24]
C точки зрения науки, молния - это вид электрического разряда, происходящего обычно при грозовых бурях. Существует несколько видов молний: разряды могут происходить между грозовым облаком и землей, между двумя облаками, внутри облака, уходить из облака в чистое небо. Они могут иметь разветвленный рисунок или представлять собой единый столб. Молнии, наблюдавшиеся во все времена, имели самые разнообразные формы - веревки, жгута, ленты, палки, цилиндра. Редкой формой является шаровая молния.
|
|
|
В принятой на сегодняшний день теории образования молний считается, что столкновения частиц в облаках приводят к появлению больших областей положительного и отрицательного зарядов. Когда большие противоположно заряженные области подходят достаточно близко друг к другу, некоторые электроны и ионы, пробегая между ними, создают канал, по которому за ними устремляются остальные заряженные частицы - происходит молниевый разряд. Воздух разогревается до 30 тысяч градусов - в пять раз больше, чем температура поверхности Солнца. Раскаленная среда взрывообразно расширяется и вызывает ударную волну, воспринимаемую как гром. Интересно, что молнии наблюдаются не только на Земле, но также в атмосферах Венеры, Юпитера и Сатурна. Одновременно на Земле происходит около 2000 грозовых бурь. Каждую секунду в поверхность Земли ударяет более 100 молний.
Наверное, многие замечают, что молния мерцает. Оказывается, что одна молния состоит обычно из нескольких разрядов, каждый из которых длится всего несколько десятков миллионных долей секунды. Молнии между тучей и землей бывают двух типов: положительные и отрицательные. Положительные разряды происходят только в 5% случаев, зато они более сильные. Считается, что именно положительные разряды приводят к возникновению лесных пожаров.[21]
Однако многие вещи, связанные с образованием молний до сих пор не ясны. Иногда молнии творят очень странные, не поддающиеся объяснению вещи. Молния может оставить фотографический отпечаток на теле пораженного. Или сжечь на человеке белье, оставляя верхнее платье. Молния сбривает с человека все волосы до последнего. Или, например, полностью испаряет металлическое кольцо на руке. Известен жуткий и загадочный случай, произошедший в Японии. Учитель приказал школьникам в походе держаться за веревку. Ударившая в веревку молния убила каждого четного ребенка в ряду, оставив нечетных полностью невредимыми
Молнии после удара в землю не исчезают бесследно, а превращаются в камень.
|
|
|
Окаменелые молнии появляются при попадании очень мощной молнии в поверхность Земли и вследствие ударов молний в песчаный или насыщенный кварцем грунт, скальную породу в толще грунта из спёкшегося песка формируются полые ветвистые трубки с гладкой или покрытой маленькими пузырьками внутренней поверхностью. Иногда образуются отдельные капли. Появление стеклянной трубочки связано с тем, что между песчинками всегда находятся воздух и влага. Электрический ток молнии за доли секунд раскаляет воздух и водяные пары до огромных температур, вызывая взрывообразный рост давления воздуха между песчинками и его расширение. Расширяющийся воздух образует цилиндрическую полость внутри расплавленного песка.
Самую большую молнию нашел Аллан Мак Коллум. Длиной 17 футов (5,2м). За что и попал в книгу рекордов Гиннеса.
Часто аккуратно выкопанная из песка молния по форме напоминает корень дерева или ветвь с многочисленными отростками. Такие ветвистые окаменелости образуются, когда разряд молнии попадает во влажный песок, который, как известно, имеет большую электропроводность, чем сухой. В этих случаях ток молнии, входя в почву, сразу начинает растекаться в стороны, образуя структуру, похожую на корень дерева, а рождающаяся при этом окаменелость лишь повторяет эту форму.
Молнии - серьёзная угроза для жизни людей. Поражение человека или животного молнией часто происходит на открытых пространствах, так как электрический ток идёт по кратчайшему пути «грозовое облако-земля». Часто молния попадает в деревья и трансформаторные установки на железной дороге, вызывая их возгорание. Поражение обычной линейной молнией внутри здания невозможно, однако бытует мнение, что так называемая шаровая молния может проникать через щели и открытые окна. Обычный грозовой разряд опасен для телевизионных и радиоантенн, расположенных на крышах высотных зданий, а также для сетевого оборудования.
В организме пострадавших отмечаются такие же патологические изменения, как при поражении электротоком. Жертва теряет сознание, падает, могут отмечаться судороги, часто останавливается дыхание и сердцебиение. На теле обычно можно обнаружить «метки тока», места входа и выхода электричества. В случае смертельного исхода причиной прекращения основных жизненных функций является внезапная остановка дыхания и сердцебиения, от прямого действия молнии на дыхательный и сосудодвигательный центры продолговатого мозга. На коже часто остаются так называемые знаки молнии, древовидные светло-розовые или красные полосы, исчезающие при надавливании пальцами (сохраняются в течение 1 - 2 суток после смерти). Они - результат расширения капилляров в зоне контакта молнии с телом.
|
|
|
При поражении молнией первая медицинская помощь должна быть неотложной. В тяжёлых случаях (остановка дыхания и сердцебиения) необходима реанимация, её должен оказать, не ожидая медицинских работников, любой свидетель несчастья. Реанимация эффективна только в первые минуты после поражения молнией, начатая через 10 - 15 минут она, как правило, уже не эффективна. Экстренная госпитализация необходима во всех случаях.
Высокие деревья - частая мишень для молний. На реликтовых деревьях-долгожителях легко можно найти множественные шрамы от молний. Считается, что одиночно стоящее дерево чаще поражается молнией, хотя в некоторых лесных районах шрамы от молний можно увидеть почти на каждом дереве. Сухие деревья от удара молнии загораются. Чаще удары молнии бывают направлены в дуб, реже всего - в бук, что, по-видимому, зависит от различного количества жирных масел в них, представляющих большое сопротивление электричеству.
Молния проходит в стволе дерева по пути наименьшего электрического сопротивления, с выделением большого количества тепла, превращая воду в пар, который раскалывает ствол дерева или чаще отрывает от него участки коры, показывая путь молнии. В следующие сезоны деревья обычно восстанавливают поврежденные ткани и могут закрывать рану целиком, оставив только вертикальный шрам. Если ущерб является слишком серьезным, ветер и вредители в конечном итоге убивают дерево. Деревья являются естественными громоотводами, и, как известно, обеспечивают защиту от удара молнии для близлежащих зданий. Посаженные возле здания, высокие деревья улавливают молнии, а высокая биомасса корневой системы помогает заземлять разряд молнии.
По этой причине нельзя прятаться от дождя под деревьями во время грозы, особенно под высокими или одиночными на открытой местности.
Из деревьев, пораженных молнией, делают музыкальные инструменты, приписывая им уникальные свойства.[23]
|
|
|
Для наблюдения и изучения электрических процессов, протекающих в тканях растений, можно провести опыты. При этом демонстрируемые явления необходимо обязательно сопровождать комментариями учителя.
Многие цветы и листья имеют способность закрываться и раскрываться в зависимости от времени суток. Как вы думаете, почему? Это обусловлено электрическими сигналами, представляющими собой потенциал действия. Можно заставить листья закрываться с помощью внешних электрических раздражителей. Кроме того, у многих растений возникают токи повреждений. Срезы листьев, стебля всегда заряжены отрицательно по отношению к нормальной ткани. Если взять лимон или яблоко и разрезать, а потом приложить к кожуре два электрода, то они не выявят разницы потенциалов. Если же один электрод приложить к кожуре, а другой к внутренней части мякоти, то появится разность потенциалов, и гальванометр отметит появление силы тока.
При демонстрации вышеописанных явлений, учащимся необходимо рассказать о том, что изменение потенциала некоторых растительных тканей в момент их разрушения, исследовал индийский ученый Бос. В частности, он соединил внешнюю и внутреннюю часть горошины гальванометром. Горошину он нагревал до температуры до 60С, при этом был зарегистрирован электрический потенциал в 0,5 В. Этим же ученым была исследована подушечка мимозы, которую он раздражал короткими импульсами тока. При раздражении возникал потенциал действия. Реакция мимозы была не мгновенной, а с запаздыванием на 0,1 с. Кроме того, в проводящих путях мимозы распространялся другой тип возбуждения, так называемая медленная волна, появляющаяся при повреждениях. Эта волна минует подушечки, достигая стебля, вызывает возникновение потенциала действия, передающегося вдоль стебля и приводящего к опусканию близлежащих листьев. Мимоза реагирует движением листа на раздражение подушечки током 0,5 мкА. Чувствительность языка человека в 10 раз ниже.[22]
Не менее интересные явления, связанные с электричеством, можно обнаружить и у рыб. Древние греки остерегались встречаться в воде с рыбой, которая заставляла цепенеть животных и людей. Эта рыба была электрическим скатом и носила название торпеда. В жизни разных рыб роль электричества различна. Некоторые из них с помощью специальных органов создают в воде мощные электрические разряды. Так, например, пресноводный угорь создает напряжение такой силы, что может отразить нападение противника или парализовать жертву. Электрические органы рыбы состоят из мышц, которые потеряли способность к сокращению. Мышечная ткань служит проводником, а соединительная - изолятором. К органу идут нервы от спинного мозга. А в целом он представляет собой мелко-пластинчатую структуру из чередующихся элементов. Угорь имеет от 6000 до 10000 соединенных последовательно элементов, образующих колонку, и около 70 колонок в каждом органе, расположенных вдоль тела. У многих рыб (гимнарха, рыбы-ножа, гнатонемуса) голова заряжается положительно, хвост - отрицательно, а вот у электрического сома, наоборот, хвост - положительно, а голова - отрицательно. Свои электрические свойства рыбы используют как для атаки, так и для защиты, а также для того, чтобы отыскивать жертву, ориентироваться в мутной воде, опознавать опасных противников. Существуют также слабоэлектрические рыбы. Они не имеют каких-либо электрических органов. Это обыкновенные рыбы: караси, карпы, пескари и др. Они чувствуют электрическое поле и излучают слабый электрический сигнал. Сначала биологи обнаружили странное поведение небольшой пресноводной рыбки - американского сомика. Он чувствовал приближение к нему металлической палочки в воде на расстоянии нескольких миллиметров. Английский ученый Ганс Лиссман заключал в парафиновую или стеклянную оболочку металлические предметы, опускал их в воду, но обмануть сомика и гимнархуса ему не удалось. Рыбка чувствовала металл. Действительно, оказалось, что рыбы имеют специальные органы, которые воспринимают слабую напряженность электрического поля.
Проверяя чувствительность электрорецепторов у рыб, можно провести следующий опыт. Закрыть аквариум с рыбкой темной тканью или бумагой и водить рядом по воздуху небольшим магнитом. Рыбка чувствует магнитное поле. Потом можно просто водить возле аквариума руками. И она будет реагировать даже на самое слабое, создаваемое человеческой рукой, биоэлектрическое поле. Рыбы не хуже, а порой и лучше самых чувствительных в мире приборов регистрируют электрическое поле и замечают малейшее изменение его напряженности. Рыбы, как оказалось, не только плавающие "гальванометры", но и плавающие "электрогенераторы". Они излучают в воду электрический ток и создают вокруг себя электрическое поле, значительно большее по силе, чем возникающее вокруг обычных живых клеток. С помощью электрических сигналов рыбы могут даже особым образом "переговариваться". Угри, например, при виде пищи начинают генерировать импульсы тока определенной частоты, привлекая тем самым своих собратьев. А если двух рыб поместить в один аквариум, частота их электрических разрядов сразу же увеличивается. Рыбы-соперники определяют силу своего противника по силе излучаемых им сигналов. Другие животные таких чувств не имеют.
Ученикам необходимо объяснить, почему же только рыбы наделены этим свойством? Рыбы живут в воде. Морская вода прекрасный проводник. Электрические волны распространяются в ней, не затухая, на тысячи километров. Кроме того, рыбы имеют физиологические особенности строения мышц, которые со временем стали "живыми генераторами". Способность рыб аккумулировать электрическую энергию, делает их идеальными аккумуляторами. Если бы удалось подробнее разобраться с деталями их работы, произошел бы переворот в технике, в плане создания аккумуляторов. Электролокация и подводная связь рыб позволила разработать систему для беспроводной связи между рыболовным судном и тралом. Уместно было бы закончить высказыванием, которое было написано рядом с обычным стеклянным аквариумом с электрическим скатом, представленном на выставке Английского научного Королевского общества в 1960 г. В аквариум были опущены два электрода, к которым был подключен вольтметр. Когда рыба находилась в состоянии покоя, вольтметр показывал 0 В, при движении рыбы - 400 В. Природу этого электрического явления, наблюдаемого задолго до организации Английского Королевского общества, человек разгадать до сих пор не может. Тайна электрических явлений в живой природе и сейчас будоражит умы ученых и требует своего решения.[19][20]
Заключение. Подводя итог нашей экскурсии хотелось бы сказать, что природа буквально пронизана электрическим током. Любой организм живущий на планете Земля, (не забывайте, что организмы это не только люди и животные, но ещё и растения, и конечно же организмы неживой природы), обладает зарядом, какой-то в большей степени, какой-то в меньшей.
Представленный материал для виртуальной экскурсии можно дополнить фотографиями, видеороликами и фильмом. (Приложение на CD)
Данный материал рассчитан не на один урок или можно использовать для проведения элективных курсов.
Заключение
Современный урок физики рассматривается как система, все элементы которой направлены на достижение основных целей обучения, на формирование активно мыслящей, самостоятельной личности, обладающей развитыми творческими способностями, сами компоненты системы, и их структура разными авторами определяются по-разному.
Экскурсия (от лат. excursio - поездка, прогулка), форма организации учебно-воспитательного процесса, позволяющая проводить наблюдения и изучение различных предметов и явлений в естественных условиях или в музеях, на выставках и пр.
Экскурсия способствует зарождению и развитию у учащихся интереса к знаниям, мотивации учения, расширяет кругозор школьников, учит рассматривать факты и явления окружающей жизни во взаимосвязи, сравнивать их между собой, делать обобщения и выводы и т. д.
Развитие и распространение экскурсионного метода обучения связаны со стремлением педагогов преодолеть односторонность книжного и вербального обучения.
Различают экскурсии учебные, производственные и краеведческие. Учебная экскурсия, как правило, связана с изучением какого-либо учебного предмета (истории, географии, зоологии) и может предварять изучение темы или завершать её. Предусмотрена организация комплексных учебных экскурсий, направленных на решение задач разных учебных предметов.
В курсовой работе нами была разработана виртуальная экскурсия, которые можно провести как в школах нашего города, так и в школах области.
Список литературы
5. Внеурочная работа по физике. Под ред. О.Ф.Кабардина. М.: Просвещение, 1993.
6. Демонстрационные опыты по физике в VI-VII классах средней школы. Под ред. А.А.Покровского. М.: Просвещение, 1994.
7. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе. Ч. 1: Механика, молекулярная физика, основы электродинамики. Под ред. А.А.Покровского.- М.: Аспект, 2008.
8. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе. Ч. 2: Колебания и волны. Оптика. Физика атома. Под ред. А.А.Покровского. М.: Аспект, 2008.
9. Енохович А.С. Справочник по физике. М.: Просвещение, 1998.
10.Ефименко В.Ф. Методологические вопросы школьного курса физики. М.: Педагогика, 1986.
11.Зверева Н.М. Активизация мышления учащихся на уроках физики. М.: Просвещение, 1980.
12.Кабардин О.Ф., Кабардина С.И., Орлов В.Д. Задания для контроля знаний учащихся по физике в средней школе: Дидактический материал. М.: Просвещение, 1993.
13.Колтун М.М. Мир физики. М.: Просвещение, 2008.
14.Ланина И.Я. Внеклассная работа по физике. М.: Просвещение, 2007.
15.Малафеев Р.И. Проблемное обучение физике в средней школе. М.: Просвещение, 2000.
16.Межпредметные связи курса физики средней школы. Под ред. Ю.И.Дика и И.К.Турышева. М.: Просвещение, 2007.
17.Мощанский В.Н. Формирование мировоззрения учащихся при изучении физики. М.: Просвещение, 1976.
18.Мощанский В.Н., Савелова Е.В. История физики в средней школе, М.: Просвещение, 1981.
19.Мултановский В.В. Физические взаимодействия и картина мира в школьном курсе физики. М.: Просвещение, 2007.
20.Основы методики преподавания физики в средней школе. Под ред. В.Г.Разумовского, В.А.Фабриканта, А.В.Перышкина. М.: Просвещение, 1984.
21.Практикум по физике в средней школе. Под ред. В.А.Бурова и Ю.И.Дика, М.: Просвещение, 1987.
22.Сердинский В.Г. Экскурсии по физике в средней школе. М.: Просвещение, 1980.
23.http:// ru.wikipedia.org
24.http:// www.wikiznanie.ru
25.http://moikompas.ru/compas/molnija
<http://www.valleyflora.ru/16.html>
26.http://www.flash-land.ru/page-3.html
27.http://www.molnie.ru/
|
|
|
