Тема занятия: «Диэлектрики и проводники в электрическом поле. Электромагнитное излучение»
Методы и методические приемы проведения занятия: объяснительно-иллюстративный, практический.
Цели занятия:
– Образовательная: формирование представления о проводниках и диэлектриках; обеспечение в ходе урока понимания учащимися отличия проводников от диэлектриков с точки зрения электронной теории; создать условия для формирования понятие о диэлектриках и их физической природе с точки зрения электронной теории.
– Воспитательная: воспитание чувства ответственности и готовности к сотрудничеству; приобретение навыков общения и самоорганизации; способствовать формированию научного мировоззрения.
– Развивающая: способствовать развитию познавательной активности, образного мышления; способствовать дальнейшему развитию умений выделять главное, сравнивать, анализировать, делать выводы.
Обеспечение занятия:
– Наглядные пособия: электрометр с набором тел, гильза на штативе, пластина из оргстекла, лист пластика (виртуально).
Оборудование: персональный компьютер, мультимедийный проектор, экран.
Литература: Основная — В. Ф. Дмитриева «Физика для профессий и специальностей технического профиля», Москва, «Просвещение», 2018
Презентация: Использование электронных образовательных ресурсов (ОМС модулей ФЦОР) в урочной деятельности: http://oktrzal.ru/wysiwyg/tinymce/uploads/documents/2 %20SCHOOL_GIZN/METOD %20CLUGBA/CAIKOVA %20L %20V/OMC %20moduli %20prez %20 %20 %20.pdf
Открытые модульные мультимедиа системы (ОМС), как технология нового поколения.https://www.evkova.org/esse/otkryityie-modulnyie-multimedia-sistemyi-oms-kak-tehnologiya-novogo-pokoleniya--
Дополнительная — В. А. Волков «Поурочные разработки по физике. 10 класс», Москва, «ВАКО», 2021
Модуль получения информации (И-тип): https://yandex.ru/video/preview/5506446819138456457
Как известно, физика — наука о природе. Она изучает общие свойства мира, в котором мы живем, формируя научную картину мировоззрения. Термин «физика» впервые появился в сочинениях одного из величайших мыслителей древности Аристотеля, жившего в IV веке до нашей эры. Первоначально термины «физика» и «философия» были синонимичны, поскольку и физика, и философия пытались объяснить законы функционирования Вселенной. Однако в ходе научной революции в Новое время физика выделилась в отдельное научное направление. Слово «физика» в русский язык было введено М. В. Ломоносовым, который издал первый в России учебник физики.
Законы физики лежат в основе естествознания. В соответствии с многообразием материи и форм её движения современная физика подразделяется на механику, молекулярную физику, электромагнетизм, квантовую физику, физику элементарных частиц, квантовую электронику и т. д. Очевидно, что физика нужна каждому человеку и для развития, так как она помогает узнать и понять законы природы.
Физика является одной из основ современной техники. Всё то, чем отличается современная цивилизация от цивилизаций прошлых веков, появилось в результате применения на практике физических открытий. Так, исследования в области электромагнетизма привели к появлению телефонов, открытия в термодинамике позволили создать автомобиль, развитие электроники привело к появлению компьютеров. В последние десятилетия именно на основе физики разрабатываются способы предотвращения многих чрезвычайных ситуаций почему будущим инженерам МЧС РОССии нужно изучать физику?
Физика помогает развивать логическое и аналитическое мышление, выявлять причинно-следственные связи наблюдаемых явлений. В жизни может и не пригодиться закон Ома или Гука, можно забыть изученные определения, понятия, формулы. Но физика даёт возможность научиться логически мыслить, анализировать, правильно выражать свои мысли [3–8]. Изучение физики помогает развить навыки и умения, которые относятся не только к ней:
– запись данных задачи: умение анализировать и систематизировать исходные знания;
– система единиц: умение ориентироваться в единицах измерений;
– решение: способность к анализу, нахождение путей решения проблем, предвидение развития ситуации;
– проверка: умение соотносить результат с ожидаемым и реальностью;
– ответ: умение доводить решение задачи до конечного результата.
Выдающийся французский математик и физик Анри Пуанкаре сравнивал физику с огромной библиотекой. Отдельные опытные данные, явления — это темы, из которых состоит библиотека. Теория — это её каталог. Как без каталога библиотека, особенно большая, представляет собой лишь собрание книг, пусть даже очень ценных, которыми, в сущности, продуктивно пользоваться нельзя, точно так же физика без теории не есть наука, а лишь довольно малоценный конгломерат отдельных фактов, разобраться в которых невозможно [4, 5]. Поэтому на вопрос, нужна ли инженеру МЧС России физика, ответ очевиден и ясен: нужна! Чтобы продуктивно работать, инженеру недостаточно прочесть и знать несколько книг из громадной библиотеки знания. Он должен уметь разбираться в каталоге всей библиотеки, иначе слишком часты будут случаи, когда он будет встречаться с такими явлениями, которых в его книгах нет. И тогда, не умея разбираться в каталоге, он потеряется, будет выхватывать наугад то одну, то другую книгу из огромной библиотеки, но, исключая какой-нибудь счастливый случай, не найдет того, что ему нужно.
История техники знает немало примеров загадочных случаев, имевших иногда катастрофические последствия. Часто оказывалось, что загадочность обусловливалась не присутствием действительно новых, до тех пор не известных факторов, а отсутствием у тех, кто данными вопросами занимался, глубоких знаний физики. И когда за решение брались люди, обладавшие действительно широкими физическими знаниями, загадка не только разъяснялась, но часто открывались новые пути для дальнейшего прогресса в области обеспечения техносферной безопасности.
Так, например, во второй половине XIX века стали обращать на себя внимание непонятные обрушения мостов, особенно цепных, которые в то время как раз строились в сравнительно большом количестве. Было непонятно, почему мосты рушились под весьма небольшой тяжестью, которую они по расчёту должны были свободно выдерживать и фактически раньше выдерживали. Повторные проверки не обнаруживали ошибочности расчётов, а катастрофы были налицо. Инженеры оказались беспомощны перед совершившимися несчастьями и не имели возможности предотвратить их в будущем.
И только в последнем десятилетии XIX века решение задачи было найдено. Оказалось, что цепной мост представляет собой не жесткую систему, а систему, которая может, подобно струне, совершать колебания с той разницей, что струна колеблется быстро, совершая несколько сотен колебаний в секунду, в то время как мост, если заставить его колебаться, совершает за секунду, скажем, одно или даже меньше колебаний. Аналогичное явление повторилось в совершенно другой области. Для передачи электрической энергии иногда используется кабель, состоящий, по существу, из двух металлических проводников, проводящих ток, которые изолированы друг от друга диэлектриком. Слой диэлектрика между проводами должен зависеть от напряжения. Из соображений экономии и из-за ограничения в весе кабеля слой диэлектрика делали таким, каким нужно для определённого случая. Проверяли кабель в заводской лаборатории: для этого соединяли один провод с положительным, другой — с отрицательным полюсом батареи и смотрели, выдержит ли кабель нужное напряжение. И вот наблюдались случаи, когда при работе с переменным током кабель, полностью выдержавший испытания в лаборатории, при эксплуатации пробивался и возникал пожар.
Задача была и здесь решена лишь после того, как к ней подошли со стороны теории физики. Оказалось, что, как и в случае с мостами, проявило себя явление резонанса. Дело в том, что кабель представляет собой электрическую аналогию струны. Если длина кабеля оказывалась такой, что период пульсации тока совпадал с периодом колебаний в нём, наступал резонанс. Происходило нарастание амплитуды колебаний электрического напряжения, которое из-за этого достигало гораздо большей величины, чем то, на которое был рассчитан кабель, — изоляция пробивалась и возникал пожар.
Знание физики необходимо не только инженерам, но и специалистам, работающим в других областях. Например, неоднократно рассматривался вопрос: надо ли преподавать физику будущим врачам? В последнее время этот вопрос волнует многих и не только тех, кто готовит профессионалов в области медицины [3–5]. Как обычно, существуют и сталкиваются два крайних мнения. Те, кто за, рисуют мрачную картину, которая явилась плодом пренебрежительного отношения
к базисным дисциплинам в образовании. Те, кто против, считают, что в медицине должны доминировать чисто профессиональные знания.
Современная теоретическая и практическая медицина достигла больших успехов, и физические знания ей сильно в этом помогли.
Диэлектрики — это вещества, не содержащие свободных заряженных частиц, т. е. таких заряженных частиц, которые способны свободно перемещаться по всему объему тела. Поэтому диэлектрики не могут проводить электрический ток.
Диэлектрики иначе называются изоляторами, назовите примеры твердых тел, являющихся диэлектриками (изоляторами).
Диэлектриками являются многие твердые тела (фарфор, янтарь, эбонит, стекло, кварц, мрамор и др.), некоторые жидкости (например, дистиллированная вода) и все газы.
По внутреннему строению диэлектрики разделяются на полярные и неполярные .
В полярных диэлектриках молекулы являются диполями, в которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают. К таким диэлектрикам относятся спирт, вода, аммиак и др.
Неполярные диэлектрики состоят из атомов или молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают. К таким веществам относятся инертные газы, водород, кислород, полиэтилен и др.
Модуль практических занятий (П- тип): https://yandex.ru/video/preview/2391775086839394090
Внесём полярный диэлектрик в электростатическое поле и посмотрим, что при этом произойдёт. В полярных диэлектриках поляризация происходит в результате переориентации диполей. Когда нет внешнего поля, диполи сориентированы хаотично и суммарное поле внутри вещества равно нулю. Воздействие внешнего электрического поля испытывают все молекулы диэлектрика.
Когда неполярный диэлектрик помещают во внешнее электрическое поле, происходит перераспределение зарядов внутри молекул таким образом, что в целом в диэлектрике появляется собственное поле. Убедимся в этом на опыте. Возьмём электрометр с металлическим диском и зарядим его положительно. Поднесём к диску лист пластика, стрелка электрометра приблизилась к стержню. Значит, диэлектрик ослабляет поле диска.
Если проводник заряжен, то есть на нем находится избыточный заряд какого-либо знака, то из-за того, что одноименные заряды отталкиваются, они будут стремиться занять как можно больший объем и окажутся все на поверхности проводника.
Когда мы подносим гильзу к заряженной пластине, то под действием её электрического поля свободные электроны металлической гильзы приходят в направленное движение и собираются на левой стороне гильзы. Поэтому гильза притягивается к пластине.
Этот вывод наглядно продемонстрировал английский физик Майкл Фарадей. Он провёл следующий опыт. Оклеил большую деревянную клетку листами станиоля (оловянной бумагой) и изолировал её от Земли. При помощи электрической машины Фарадей очень сильно зарядил клетку, а сам поместился в неё с чувствительным электроскопом. При этом электроскоп не показывал никакого отклонения. Можно провести подобный опыт. (Демонстрируется опыт).
Профилирование предмета к профессии 20.02.02 Защита в чрезвычайных ситуациях:
https://yandex.ru/video/preview/4804239281933556612
Электромагнитное излучение, как болезнетворный фактор следует рассматривать на основании клинических и экспериментальных материалов. Совместное действие этих излучений широкого диапазона можно классифицировать как отдельную радиоволновой болезни. Тяжесть ее последствий находится в прямой зависимости от напряженности ЭМП, продолжительности воздействия, физических особенностей различных диапазонов частот, условий внешней среды, а также от функционального состояния организма, его устойчивости к воздействию различных факторов возможностей адаптации. Сегодня мы не представляем свою жизнь без современных средств передвижения (трамвай, троллейбус, самолет, поезд, автомобиль и т. п.). Они помогают нам быть мобильными и тратить меньше времени на передвижения из пункта А в пункт В. Но мало кто задумывается, какую угрозу подвергает человек свое здоровье и жизнь, садясь за руль или в салон автомобиля, поезда, самолета или даже троллейбуса, или трамвая. Установлено, что в 90 % случаев виной аварий является так называемый «человеческий фактор», то есть большинство случаев происходит по вине человека, который управляет транспортным средством. Почему это происходит? Что приводит к нарушению систем организма? На человека действуют электромагнитные поля, создаваемые силовыми установками, электротехническими средствами, которыми оснащено транспортное средство. Норма составляет 0,2мкТл.
Защита человека от опасного воздействия электромагнитного облучения осуществляется рядом способов, основными из которых являются: уменьшение излучения непосредственно от самого источника, экранирование источника излучения, экранирование рабочего места, поглощение электромагнитной энергии, применение индивидуальных средств защиты, организационные меры защиты.
Инженерно-технические защитные мероприятия сводят к использованию экранирования электромагнитных полей непосредственно в местах пребывания. человека. Радиоизлучения могут проникать в помещения, где находятся люди через оконные и дверные проемы. Для экранирования смотровых окон, окон помещений, застекления потолочных фонарей, перегородок применяется металлизированное стекло, обладающее экранирующими свойствами. Такое свойство стеклу придает тонкая прозрачная пленка окислов металлов (олова), металлов (медь, никель, серебро) и их сочетания. Сегодня на уроке мы разобрали поведение проводников и диэлектриков в электрическом поле. Сделаем выводы :
– Диэлектрики — это вещества, не содержащие свободных заряженных частиц.
– В полярных диэлектриках молекулы являются диполями, в которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают.
– Неполярные диэлектрики состоят из атомов или молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают.
Модуль контроля (К-тип):
Авторский тест по теме: «Диэлектрики в электростатическом поле». Составила Сапогова Е. Д. учащиеся проходят по ссылке, выполняют на телефонах и показывают результат в баллах учителю).
https://www.testwizard.ru/test.php?id=104217
Авторский тест по теме: «Защита в чрезвычайных ситуациях от поражения электрическим током». Составила Сапогова Е. Д. учащиеся проходят по ссылке, выполняют на телефонах и показывают результат в баллах учителю).
https://www.testwizard.ru/test.php?id=104221
