Элективный курс "Электричество в природе"

МОУ Лосевская СОШ № 1 Элективный межпредметный курс О. В. Моргунова, О. Ю. Макаренков Подготовил: учитель физики Запорожцева Ольга Ивановна Под общей редакцией проф. С. А. Антипова Элективные курсы. Физика / Татьянкин Б. А., Моргунова О. В, Макаренков О. Ю, Дубовицкая Т. В –  Воронеж: ВОИПКиПРО, 2006. – 96 с 1Тема №1: Магия холодного огня Цель: ввести понятие о новом явлении, раскрыть природу самостоятельного разряда в газах, познакомить с его видами и использованием. Продолжить формирование интереса и наблюдательности. Оборудование: эбонитовая палочка, пластины конденсатора, электроскоп, электрофорная машина. Приветствие учащихся, проверка готовности к уроку. I.Организационный момент I I.Психологическая подготовка к восприятию нового материала. Записывание темы урока. Формулирование цели. Зачитать отрывок из описания сражения А. Невского со шведами с описания свечения на копьях воинов перед сражением. ДЕМОНСТРАЦИЯ: несамостоятельный разряд между пластинами конденсатора при нагревании воздуха пламенем спички (DVD) А сейчас давайте познакомимся с понятием «огни святого Эльма». I I I . Новая тема Огни святого Эльма Это малоизученное природное явление с таким интригующе романтическим названием относится к виду тихих эл разрядов. Наблюдение в естественных условиях: ночью в виде светящихся кисточек, струй, шлейфов, покрывающих острия и шпили высоких строений, мачты судов и вершины других возвышающихся предметов. Происхождение термина: связывают с названием  религиозного праздника в честь святого Эльма, когда над одной из церквей верующие увидели светящиеся верхушку и крест. Быстро разнёсшаяся молва обеспечила популярность этого «знамения». Подобные явления наблюдались в разное время и в других местах. Первые упоминания находим в «Комментариях Кесаря» ­ книге об африканской войне, где Юлий Цезарь писал, что «в одну из ночей железные острия копий пятого легиона казались огненными». Римский философ Луций Аней Сенека 2 тыс лет назад описал, как  «во время гроз сошедшие с неба звёзды,   словно   птицы,   садятся   на   мачты   кораблей   на   радость   морякам»  –   это   считалось   хорошим предзнаменованием.  Но «добрыми»  были  только  парные  огни  –  звёзды Кастора  и Поллукса.  Если  загоралась только одна звезда, предзнаменование не сулило ничего доброго. Тит  Ливий  писал,  что  «из  дротика,  которым   один из военачальников  вооружил сына,  только  что вступившего в ряды воинов, в течение двух с лишним часов исходил огонь, не сжигавший деревянных частей». Плиний тоже неоднократно замечал звёзды Диоскуров на копьях часовых. Вот что пишет сын Христофора Колумба: «Моряки перестают бояться бури, когда показываются огни святого Эльма. В 1493 г, в октябре месяце … ночью, при сильной грозе и проливном дожде огни святого Эльма показались на мачте в виде семи зажжённых свечей. При виде этого чудесного явления весь экипаж стал молиться и петь благодарственные гимны». В книге Фламмариона «Атмосфера» описывается встреча с особенно сильными огнями святого Эльма на траверсе Балеарских островов: «Вдруг наступила страшная темнота – гром и молнии появились невиданные. Опасаясь бури, я спустил все паруса. Тогда мы увидели в разных местах корабля более 30 огней святого Эльма. Тот, который находился на грот­мачте был более 1,5 футов в длину. Я послал матроса, чтобы снять его.   Матрос   сообщил   нам,   что   огонь   шипит   как   ракета   из   сырого   пороха.   Я   велел   снять   его   вместе   с флюгером и принести вниз. Но как только матрос  снял флюгер, так огонь перескочил  на конец мачты, откуда снять его было невозможно. Он там оставался некоторое время, а затем исчез понемногу». И ещё много таинственных  появлений «огней Диоскуров» запечатлели  древние    и недавние  летописи. Много   раз   появлялись   они,   пугающе­непонятные,   прежде   чем   удалось   выяснить   их  истинную  природу  – родственную природе столь непохожего  явления  как  молния.  Это  электрический  разряд,  но не внезапный, бурный громовой, а тихий     тлеющий, как бы стекающий         с     металлических     остриёв.   DVD «Коронный разряд» Свечение воздуха и появление тока указывает на сильную ионизацию воздуха под действием эл поля. Коронный   разряд   может   возникнуть   не   только   вблизи   проволоки,   но   и   у   острия   и,   вообще,   вблизи   любых электродов, возле которых образуется очень сильное неоднородное поле. 2Громоотвод Подсчитано, что в атмосфере всего земного шара  одновременно  происходит  около  1800 гроз, которые в среднем дают  около 100 молний в секунду. И хотя вероятность поражения молнией какого – либо отдельного человека ничтожно мала, те не менее, они причиняют немало вреда. Достаточно указать, что в настоящее время молнии вызывают около половины всех аварий в крупных линиях электропередач. Поэтому защита от молнии представляет собой важную защиту. М. Ломоносов и Б. Франклин не только объяснили электрическую природу молнии но и указали, как можно построить громоотвод ,защищающий от её ударов. Как построить громоотвод: громоотвод представляет собой длинную проволоку, верхний конец которой заостряется и укрепляется выше самой высокой точки защищаемого здания. Нижний конец проволоки соединяют с металлическим листом, а лист закапывают в землю на уровне почвенных вод. Принцип действия громоотвода: Во время грозы на земле появляются большие индуцированные заряды, а у её поверхности – большое эл поле. Напряжённость его особенно велика около острых проводников, и поэтому на   конце   громоотвода   зажигается   коронный   разряд.   Вследствие   этого   индуцированные   заряды   не   могут накапливаться на корпусе здания, и молния не возникает. В тех же случаях когда молния всё же возникает (а такие случаи очень редки), она ударяет в громоотвод, и заряды уходят в землю, не причиняя вреда зданию. В некоторых случаях коронный разряд с громоотвода бывает настолько сильным, что у острия возникает явно видимое свечение. Такое свечение иногда появляется и возле других заострённых предметов например на концах корабельных мачт, острых верхушек деревьев … Это явление было замечено несколько веков тому назад и вызывало суеверный ужас мореплавателей, не понимавших истинной его сущности. IV.Закрепление 1.К какому виду эл разряда относят огни святого Эльма? 2.С чем связывают происхождение термина «огни святого Эльма»? 3.Где можно наблюдать огни святого Эльма? 4.Как иначе называют огни святого Эльма? 5.Что вы можете рассказать из истории наблюдений огней святого Эльма? 6.Для чего применяют громоотвод? 7.Как построить громоотвод? 8.В чём состоит принцип действия громоотвода? 34Цель: раскрыть эл природу молнии, объяснить правила поведения вл время грозы Оборудование: электростатическая машина или высоковольтный индуктор «Разряд» Тема № 2: Магия «убойного» огня Приветствие учащихся, проверка готовности к уроку I.Организационный момент I I.Психологическая подготовка к восприятию нового материала Записывание темы урока. Формулирование цели DVD «Молния» (из диска «открытая физика») 1.Демонстрация получения молнии лабораторным путём 2.Организация беседы: «Что вы хотели бы узнать о молнии?» 3.Ознакомление с планом урока (на доске) I I I.Формулирование проблемных вопросов 1. «Молния» (О работах М. В. Ломоносова, Рихмана, Франклина о молнии и электричестве)  2.«Удивительная молния» (о действии молнии на человека) I V.Сообщения учащихся Возникновение молнии V.Новая тема Человек и молния С   точки   зрения   науки,   молния   –   это   вид   эл   разряда,   происходящего   обычно   при   грозовых   бурях. Существует несколько видов молний: разряды могут происходить между    *грозовым облаком и землёй    *двумя облаками    *внутри облака    *уходить из облака в чистое небо Они могут иметь разветвлённый рисунок или представлять собой единый столб. Молнии, наблюдавшиеся во все времена, имели самые разнообразные формы:    *верёвки              *ленты             *цилиндра    *жгута                  *палки              *шара (редкая форма) 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 устремляются остальные заряженные частицы – происходит молниевый разряд. Воздух разогревается до 30 0000С – в 5 раз больше, чем температура поверхности Солнца. Раскалённая среда взрывообразно расширяется и вызывает ударную волну, воспринимаемую как гром. Интересно, что молнии наблюдаются не только на Земле, но также в атмосферах Венеры, Юпитера, Сатурна.  Одновременно на Земле происходит около 2000 грозовых бурь. Каждую секунду в поверхность Земли ударяет более 100 молний. Наверное многие замечали  что молния мерцает. Оказывается, что одна молния состоит из нескольких разрядов, каждый из которых длится всего несколько десятков миллионных долей секунды. Молнии между тучей и землёй бывают двух типов: 1.положительные 2.отрицательные Положительные разряды происходят только в 5% случаев, зато они более сильные, именно они приводят к возникновению лесных пожаров. 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 поражённого    *сжечь на человеке бельё, оставляя верхнее платье    *молния сбривает с человека все волосы до последнего    *может полностью испарить металлическое кольцо на руке Случай   из   жизни:   учитель   приказал   школьникам   в   походе   держать   за   верёвку.   Ударившая   в   верёвку молния, убила каждого чётного ребёнка в ряду, оставив нечётных полностью невредимыми 5Кое­что о шаровой молнии Появление шаровой молнии как правило связано с грозовой деятельностью, протекающей в атмосфере, поэтому прежде чем пытаться понять её внутреннее строение, необходимо представить те внешние условия, в которых происходит её образование и существование. По   мере   накопления   зарядов   на   земле   и   в   облаке   возрастает   напряжённость   эл   поля,   заряды   будут сосредотачиваться  на обращённых друг к другу поверхностях. Известно что наибольшая напряжённость поля будет на выступающих местах: молниеотводах, деревьях, высотных сооружениях. Наступает эл пробой, образуя канал молнии, и происходит нейтрализация зарядов, накопленных в облаке, и положительно заряженной массе воздуха. Пробой наступает не в землю, а «в положительно заряженную область» воздуха, которая поднимается от земли   и  находится   значительно   ближе  чем   молниеотводы  и   высотные   сооружения.   Пробивается   промежуток, состоящий из «нейтрального» воздуха, который расположен между разноимёнными зарядами, а для этого не нужна разность   потенциалов   в   миллиарды   вольт,   которая   необходима   для   пробоя   промежутков,   измеряемых километрами. Явление   пробоя   примечательно   тем,   что   плотность   отрицательных   зарядов   изолирующего   слоя   из «нейтрального» воздуха с одной стороны, значительно превышает плотность положительных зарядов с другой стороны,   поэтому   при   пробое   электроны   попадают   в   область   с   положительными   ионами   и   перезаряжают последние. В результате отталкивания между отрицательными ионами образуется зона пониженного давления. Она обладает высокой электропроводностью и поэтому заполняется свободными электронами. Под действием эл поля к этой зоне начинают перемещаться положительные ионы воздуха из окружающего пространства. Попадая на границу раздела, положительно заряженные ионы частично рекомбинируют, а при дальнейшем перемещении к центру под действием разницы давлений перезаряжаются и выталкиваются эл полем. В процессе нейтрализации ионов образуется плазма, которая экранирует поле электронов и таким образом уменьшает взаимодействие электронов, расположенных в зоне разряжения с окружающими её положительными зарядами. Вокруг ствола молнии образуется достаточное для экранирования «количество» плазмы, препятствуя его   разрушению.   Образующаяся   таким   образом   голова   ствола   молнии,   к   которой   начинают   перемещаться положительно заряженные ионы воздуха  из окружающего пространства,  оказывается слабо  экранированной,  и электроны,   стекая   к   ней,   будут   стремится   к   области   с   большим   положительным   потенциалом.   Перемещение головы   ствола   молнии   будет   происходить   к   ближайшей   положительно   заряженной   области.   Последние распределены   в   пространстве   случайно,   поэтому   перемещение   головы   выглядит   зигзагообразным.   В   процессе нейтрализации ионы молекул воздуха будут подвергаться действию повышенного давления, возникающему за счёт встречного   перемещения   «­»   и   «+»   ионов,   что,   в   свою   очередь,   будет   препятствовать     их   перемещению,   а следовательно, Ии разрушению канала молнии. Таким образом, канал молнии являет собой своего рода «вакуумный» проводник, частично изолированный от внешнего пространства слоем ионизированного воздуха под высоким давлением, а так же плазмой, которая экранирует эл поле. При разрушении этого проводника происходит взрыв – заполнение разрежённого пространства и разрушение оболочки канала молнии. Что мы слышим как гром. В конечном итоге перемещение головы молнии заканчивается   там,   где   окажется   сосредоточенным   ближайший   наибольший   «+»   заряд,   который   в   состоянии нейтрализовать электроны, поступающие по каналу молнии. В литературе неоднократно описывалось, что шаровые молнии возникают из розеток. В случае с Рихманом, помощником Ломоносова, шаровая молния возникла из разорванного проводника от молниеотвода. Склонность появляются из дымоходов, по всей вероятности, объясняется тем, что сажа, которая там содержится, является проводником,  а сами трубы исполняют  роль молниеотводов.  Так как их нижний конец находится в области, насыщенной   «+» ионами,  а  не  соединён  в  данном   случае  с  «­»  заряженной  землёй,  как  у  молниеотводов,  то несмотря на свою высоту, они явно имеют преимущество перед последними по притягиванию шаровых молний, особенно,   если   учитывать   что   разрушение   «­»   заряда   в   земле   за   счёт   падающих»+»   заряженных   капель   под строениями   происходит   намного   медленнее,   например,   если   стены   выполнены   из   изолирующих   материалов (деревянные, сухой кирпич …) VI.Закрепление 1.Так что же такое молния? 2.С какими видами молнии мы сегодня ознакомились? 3.Можете ли вы своим словами рассказать как образуется молния? 4.Где можно наблюдать молнию? 5.Что можно сказать о температуре воздуха при молниевом разряде? 6.Какие разряды молнии происходят чаще всего? Положительные или отрицательные?  67.Что представляет собой шаровая молния? 8.Можете ли вы в общих чертах объяснить возникновение шаровой молнии? 9.Опасна ли шаровая молния? 10.Как надо себя вести при появлении шаровой молнии? Тема № 3: Магнит Цель: ознакомить учащихся с первыми упоминаниями о магните, его свойствах, влиянии на человека, а также о «птичьем магните ­ компасе», объяснить природу магнетизма. Оборудование: набор магнитов, скрепки, гвоздики, железные опилки, DVD, плакаты по теме, научные статьи. Приветствие учащихся, проверка готовности к уроку I.Организационный момент Записывание темы урока. Формулирование цели I I.Психологическая подготовка к восприятию нового материала 1. Проведение занимательных опытов с магнитом 2.Организация беседы: «Что вы хотели бы узнать о магните?» 3.Ознакомление с планом урока (на доске) I I I.Формулирование проблемных вопросов 1.Это необычный магнит 2.Из истории магнита IV.Сообщения учащихся V.Новая тема Самые старые документальные свидетельства Много лет назад о магните знали в Азии и Китае. Вот сведения из летописей, которые собрал китайский фольклорист Су Матзен: «…Идут караваны по бескрайним гобийским пескам. Направо, налево – унылые жёлтые барханы. Солнце скрыто жёлтой пеленой пыли. Далёк путь. Трудно пришлось бы караванщикам, если бы не было в караване белого верблюда. Белого верблюда с его бесценным грузом. Бесценным, хотя это не золото, не жемчуг и не слоновая кость. Защищённый деревянной резной клеткой, между горбами белого верблюда, совершал свой путь через   пустыню  глиняный   сосуд,   в   котором   на   пробке   плавал   в   воде   небольшой   продолговатый   кусок намагниченного железа. Края сосуды были выкрашены в четыре цвета.. Красный – юг, чёрный – север, зелёный – восток, белый – запад». Глиняный сосуд с кусочком железа в нём был примитивным древним компасом. Китайский компас В   китайских   летописях   встречаются   описания  магнитных   ворот,   через   которые   не   мог   пройти недоброжелатель  с оружием,  а также  магнитных  мостовых  и прочих применений  волшебного камня  чу – ши (магнитного железняка). Другая легенда. В ней рассказывается о военной победе императора Хаан­Ти, одержанной более 3 тыс лет назад.   Этой   победой   он   был   обязан     своим   мастерам,   изготовившим   повозки,   на   которых  были   установлены фигурки человека с рукой, вытянутой вперёд. Фугурки могли вращаться, но вытянутая рука всегда указывала на юг. С помощью таких повозок Хуан­Ти смог в густом тумане напасть на врага с тыла и разгромить его. Опираясь на сведения, приведённые в древнейших китайских энциклопедиях, можно высказать догадку о том, что между 300 и 400 гг до н.э. магнитная стрелка использовалась на кораблях. Если же перейти от легенд к твёрдо установленным фактам, то компас значительно «помолодеет». Так, в музее хранится китайский компас «лишь» тысячелетней давности, напоминающий по форме нашу холмогорскую ложку. Часовня Магомета Из других древнейших упоминаний о магнитах выделим рассказ о часовне Магомета с магнитным сводом,  под которым парит железный сундук с прахом пророка. Гораздо более определённо можно ссылаться на европейские источники. О магните в той или иной связи  писали до н.э. Пифагор, Гиппократ Платон, Эпикур Аристотель и Лукреций потом Плиний, Плутарх, Гален и  Птолемей. Название «магнит» как утверждает Платон дано магнетиту Еврипидом, назвавшим его в своих драмах  «камнем из магнесии». По­видимому слово «магнит» действительно происходит от названия провинции  Магнесия (в Греции), жителей которой звали магнетами (Тит Лукреций Кар в поэме «О природе вещей»). Русский  7путешественник В. А. Теплов, посетивший Магнесию в 80­х гг прошлого века утверждал что гора известна  частыми ударами в неё молний (этим же славилась и гора Магнитная на Урале, почти целиком состоящая из  магнетита). Ив Азии и в Европе давно использовали магнетизм Земли применяя магнитный камень, подвешенный на  нити или установленный на дощечке, плавающей на спокойной поверхности воды. Магнитная сила привлекала как мореходов, так и древних строителей. Плиний   писал   что   александрийский   архитектор   Хинократ   (или   Тимохарес)   начал   делать   свод   храма Арсинои из магнитного камня, чтобы железная фигура Арсинои висела в воздухе (замысел не осуществлён из­за смерти Хинократа. Магнит возвращает красоту и здоровье девушкам Таинственные свойства магнита привлекли внимание английского врача Вильяма Гильберта из Колчестера. Вильям   Гильберт   родился   в   1540г.   Сразу   после   школы   он   поступил   в   колледж   святого   Джона   в Кембридже. Через два года он становится бакалавром через четыре – магистром через пять – доктором медицины. Постепенно он достигает вершины медицинской карьеры и становится лейб­медиком королевы. Трудно сказать, почему именно медик написал первую научную работу по магнетизму. Может быть это было связано   с тем, что толчёный  магнит у средневековых лекарей считался сильным слабительным. Сам Гильберт полагал, что железо «…возвращает красоту и здоровье девушкам страдающим бледностью и дурным цветом лица, т.к. оно сильно сушит и стягивает не причиняя вреда». Однако   горький   опыт   Гильберта   показал,   что   магниты   при   приёме   внутрь   иногда  «…вызывают мучительные боли во внутренностях чесотку рта и языка, ослабление и сухотку членов». Что было известно науке о магните до Гильберта? В 1929 г Пьер Перегрин из Марикурта написал книгу «Письма о магните», в которой собрал много сведений о  магните, накопившихся до него и открытых им лично. Здесь впервые говорится о:    *полюсах магнитов    *притяжении разноимённых полюсов и отталкивании одноимённых    *об изготовлении искусственных магнитов путём натирания железа естественным природным магнитом    *проникновении маг сил через стекло и воду    *компасе Объяснение притяжения полюсов:  «Южная часть притягивается той, которая имеет свойства и природу севера, хотя обе имеют одну и ту же специфическую форму. Однако это не исключает некоторых свойств, существующих более полно в южной части. Но эти свойства северная часть имеет лишь в возможности, и поэтому они при этой возможности и проявляются». Но,   тем   не   менее,   это   туманное   объяснение   натолкнуло   средневекового   арабского   мыслителя   Ибн­Рушда   к гениальной догадке: естественный магнит искажает ближайшее к нему пространство в соответствии с его формой. Ближайшие к магниту области среды, в свою очередь, искажают ближайшие к ним и так до  тех пор, пока «специи» не достигли железа (это первый намёк на существование маг поля). Открытия Гильберта 1.Гильберт опроверг мнение о влиянии алмазов на маг свойства. (на опыте). 2.Он открыл: при нагревании магнита выше некоторой температуры его маг свойства исчезают. Впоследствии эта t = 5880С была названа точкой Кюри. 3.Когда к одному полюсу магнита приближают кусок железа, другой полюс начинает притягивать сильнее. 4.Предметы из мягкого железа, в течение долгого времени лежащие неподвижно, приобретают намагниченность в направлении север – юг. Процесс намагничивания ускоряется, если по железу постукивать молотком. 5.Открыл экранирующее действие железа. Он первым сказал, что магнит сл «шлемом», или «носом», т.е. магнит, вправленный в арматуру из мягкого железа, притягивает гораздо сильнее. Гильберт высказал гениальную мысль о том, что действие магнита распространяется подобно свету. 6.Гильберт   много   сделал   и   открыл.   Но   …   он   почти   ничего   не   смог   объяснить.   Все   его   рассуждения   носят схоластический и наивный характер. В клювах голубей обнаружен компас из магнитных частиц. Полярная крачка гнездится в полутора сотнях км от северного полюса, а с наступлением осени пролетает   над Канадой и Атлантическим океаном к западным берегам Африки и , … т.е дважды в год она преодолевает путь в 20 с лишним тысяч км. Другой пример – новозеландская бронзовая кукушка 8Новозеландские учёные из университета Окленда подтвердили то, о чём научное сообщество догадывалось давно: почтовые голуби ощущают маг поле Земли благодаря крошечным маг частицам в верхних частях клювов. Были проведены многочисленные опыты. Птицы были заранее обучены: при невозмутимом маг поле лететь к одной кормушке, а при включении катушек – к другой. Кода же к клювам голубей присоединяли магниты или вводили в клювы   обезболивающее,   птицы   внезапно   теряли   свои   навигационные   способности.   Правда,   некоторые   загадки остаются. Пока неизвестно, как мозг получает сигналы от магнита.  У птиц два компаса Инженер Г. Швецов предположил, что у птиц есть совершенно иной способ определять направление «запад – восток», а стало быть и другие стороны света. Швецов проанализировал устройство птичьей головы и попытался доказать, что роль биологического компаса может выполнять вестибулярный аппарат. Когда птица летит, машущий полёт не позволяет ей двигаться строго по горизонтали, при взмахе крыльев центр тяжести тела «провисает», а опускание крыльев «подбрасывает» его вверх. А поскольку, кроме тяготения, на тело птицы действует ещё и вращение Земли, то при опускании тела оно ещё дополнительно смещается на восток, а при поднятии – на запад. ОПЫТ: прецессия гироскопа Это   дополнительное   смещение   и   фиксируется   вестибулярным   аппаратом.   Единственный   недостаток   такого компаса – он начинает работать, лишь, когда птица находится в воздухе. Возможно, именно поэтому птичьи стаи, прежде чем лечь на курс, совершают 2 – 3 круга над местом своего пребывания. Компас Хомо Сапиенс Гелиобиологу Джозею Кришвингу удалось обнаружить кристаллы магнитного железняка в мозге человека. Он долго изучал поведение образцов тканей, полученных при посмертных вскрытиях, в магнитных полях, и после совещания с другими учёными пришёл к выводу, что количества магнетита в мозговых оболочках как раз ровно столько,   сколько   необходимо  для   работы   простейшего   биологического   магнитного   компаса.   Учёный подтвердил наличие в человеке седьмого чувства. Однако умение пользоваться  скрытым чувством как мы видим, есть далеко не  у каждого. Зато у всех есть шанс развить это умение в результате тренировок на лоне природы. Важный вывод: человеку не следует терять самообладания в любой сложной ситуации. Для заблудившегося в пустыне, океане, горах … всегда имеется шанс найти верную дорогу к спасению. Почему человека «тянет» не в сторону дома, а чуть­чуть правее? Правая нога у человека немного длиннее левой, и шаг он делает больше, да так, что при движении без ориентиров человек всегда поворачивает значительно левее. Значит, если вы заблудились в лесу, то прислушайтесь к своему седьмому чувству. Ваш «компас» покажет вам путь домой, правда, при этом немного обманет и укажет чуть­чуть правее.   Если «дать волю» ногам, идти, слегка поворачивая влево и «советуясь» со своим органом каждые 5­10 минут, то путь к спасению будет самым кратчайшим. Природа магнетизма Сегодня   хорошо   известно.   Что   причиной   магнитных   свойств   вещества   является  вращение   заряженных электронов вокруг ядра и собственное вращение электрона вокруг оси. Всякое движение заряда – это эл ток, а каждый ток создаёт маг поле. Магнитные свойства атомов находят отражение в периодической системе Менделеева. Изменение № элемента соответствует изменение структуры электронных оболочек. Виды атомов 1.ферромагнитные – все электроны вращаются в одну сторону, создавая сильный суммирующий магнитный момент 2.неферромагнитные – магнитные моменты электронов направлены в разные стороны, что приводит к их взаимной  компенсации. Почему же намагниченные тела притягиваются? Всякая система пытается принять такое положение, в котором её  энергия минимальна. 1.Что вы можете рассказать о китайском компасе? 2.Почему магнит так назвали? VI.Закрепление 93.Как влияет магнит на организм человека? 4.Что было известно науке о магните до Гильберта? 5.Как Перегрин объяснял притяжение южного и северного полюсов магнита? 6.Какую догадку высказал Ибн ­ Рушда? 7.Перечислите открытия Гильберта. 8.Что вы можете рассказать о магнитном компасе у голубей? 9.Есть ли у человека биологический магнитный компас? 10.Постарайтесь объяснить природу магнетизма. 10Тема № 4: Место пребывания электричества Цель: ознакомить учащихся с «электрическими» животными Оборудование: DVD, плакаты по теме, презентация. Приветствие учащихся, проверка готовности к уроку I.Организационный момент Записывание темы урока. Формулирование цели I I.Психологическая подготовка к восприятию нового материала 1.Можете ли вы назвать представителей животного мира, которые так или иначе были бы связаны с электричеством? 2.Ознакомление с планом урока (на доске) I I I.Формулирование проблемных вопросов IV.Новая тема Опыты Гальвани Гальвани   проводил   множество   опытов   с   препарированными   лягушками.   Он   осторожно   высказал   «некоторое подозрение об электричестве, свойственном самому животному». И вот он объявляет мышцу «местом пребывания исследованного нами электричества». Он   рассматривает   мышцу   как   батарею   лейденских   банок,   указывая,   что   электричество   сосредоточено   на поверхности между внутренней полостью мышечных волокон и наружной. В те времена электричество считали особой жидкостью, имеющей характерные вкус и запах. Электрические рыбы На базальтовых стенах и колоннах древнеегипетских храмов есть изображения  священной рыбы. Даже беглый взгляд на неё даёт точный ответ: это нильский электрический сом – близкий родственник хорошо знакомого всем нам европейского сома. Видимо мощный электрический удар, который получал древний египтянин при попытке коснуться этой рыбы, способствовал присвоению ей священного титула. Электрические рыбы известны человеку с древнейших времён. Ещё Аристотель рассказывал своим ученикам, что эл 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 эл угря». О природе этих ударов никто не догадывался до Алессандро Вольта, который сопоставил удар, полученный от эл ската, с ударом от построенной им батареи – вольтова столба. Электрический скат Взрослый эл скат, размером в 1,5 – 2 м в длину и 1 м в ширину, весом в 25 – 30 кг, развивает эл потенциал в 70 – 80 вольт, достаточный чтобы свалить с ног коня или умертвить животное поменьше. Наиболее крупные эл скаты достигают почти 2 м в длину примасе 100 кг.  В прибрежных водах Японии, Юго – Восточной Азии и Индии встречается индийский эл скат, длина тела которого не превышает 13,5 см. Скаты ведут малоподвижный образ жизни и не отличаются особыми способностями к плаванию. Они держатся преимущественно на мелководье, но их можно встретить и на значительной глубине. Эл скат Морси погружается на глубину до 1 км. Обычно скаты лежат на морском дне или слегка погружаются в ил или песок. Здесь они поджидают свою добычу.  Охотятся они на ракообразных, моллюсков и др обитателей моря. Крупные скаты н брезгуют и рыбой. Причём они способны добывать крупную рыбу массой до 2 кг. В их желудках находили камбалу, угрей … Крупную добычу они  убивают сильными разрядами   ока, предварительно охватив её грудными плавниками. Нечаянная встреча человека с эл скатом не сулит ничего хорошего.   Электрический угорь Самой опасной эл рыбой считается эл угорь. Её длина – около 2 м, вес – около 20 кг. Эл угорь вооружён огромными источниками энергии. Они располагаются почти вдоль всего тела, простираясь на 0,8 длины рыбы. Причём, у угря помимо мощных эл органов, способных воспроизводить разряды напряжением до 11650 вольт и силой тока до 1 А, имеются два типа  вспомогательных батарей. Конечно такие разряды свойственны крупным рыбам.  Так у особей, достигающих длины 1 м . напряжение не превышает 350 вольт. Интересно,   что   с   возрастом   возрастает   быстрее,   чем   напряжение,   поэтому   трудно   судить,   какова   мощность разрядов наиболее крупных экземпляров, длина тела которых составляет около 3 м. Положительный полюс  эл батарей угря находится в  головной части, а  отрицательный – в хвостовой, в то время как у эл сома полюса имеют обратное расположение. Помимо мощных батарей у угря имеются ещё два типа эл органов, генерирующих ток низкого напряжения. Работа одного из них каким­то образом связана с деятельностью основных источников эл энергии. А вот второй тип низковольтных батарей предназначен для использования в качестве  локатора  .  Эти батареи производят 20 – 30 разрядов в секунду и позволяют угрю ориентироваться в мутной воде (обходить препятствия и обнаруживать добычу). Мощные же источники энергии предназначены для добывания пищи и обороны от врагов.   V.Закрепление 1.Что вы можете рассказать об опытах Гальвани? 2.Что предположил Гальвани в результате своих опытов? 3.Как представляли электричество во времена Гальвани? 4Назовите известных вам эл рыб. 5.Что вы можете рассказать об эл скате? 6.Что вы можете рассказать об эл угре? Д/З Повторить тему о подготовке семян к посеву 1213Тема № 5: Электричество и растения Цель: показать роль электричества в культуре растений;             познакомить с результатами действия эл поля на растения;            сформировать знания о практическом применении эл тока для повышения урожайности растений Оборудование: гальванометр, яблоко, два проводника, микроскоп, источник тока, свежесрезанные стебли растения,  вольтметр, амперметр, DVD, презентация Приветствие учащихся, проверка готовности к уроку, мобилизация внимания. I.Организационный момент I I.Психологическая подготовка к восприятию нового материала Записывание темы урока.  Формулирование цели.  Повторение темы о подготовке семян к посеву I I I.Формулирование проблемных вопросов 1Ознакомление с планом урока 2.Как вы думаете влияет ли как­нибудь эл ток на растения? 3.Объясните в общих чертах это влияние Краткое сообщение: «Подготовка семян к посеву» IV.Сообщения учащихся VI.Новая тема Влияние атмосферного электричества на растения Влияние атмосферного электричества на растения исследовалось многими. В1748 г аббат Нолет сообщил о своих  экспериментах:    *он электризовал растения, поместив их под заряженные электроды. Наблюдения: ускорение прорастания и роста. Опыты Грандиеу (1879 г): помещал растения в проволочный сеточный заземлённый ящик     *растения, которые не подвергались влиянию атмосферного электричества, показали уменьшение веса на 30 – 50% по сравнению с контрольными.    *наблюдалось специфическое содержание сахара и крахмала Опыты   Лемстрема   (1902   г):   подвергал   растения   действию   ионов   воздуха,   располагая   их   под   проволокой, снабжённой остриями и подключённой к источнику высокого напряжения (1 м над уровнем земли,  ток ионов 10 – 12 А/см2):    *наблюдал увеличение в весе и длине более чем на 45% (морковь, горох, капуста) Круегер с сотрудниками подтвердили, что рост растений ускорялся в атмосфере с искусственно увеличенной концентрацией «+» и «–» малых ионов.       *овёс: увеличение на 60% общей длины и свежего и сухого веса на 25 – 75%. Надземные части обнаружили увеличение содержания протеина, азота и сахара.       *ячмень:   ещё   большее   увеличение   удлинения   (около   100%).   Свежий   вес   мало   увеличился,   а   сухой   очень существенно (вплоть до 660%), что сопровождалось соответствующим увеличением содержания протеина азота и сахара. Опыты с семенами Вордена:    *прорастание зелёных бобов и горошка становилось более ранним при увеличении ионов любой полярности:               «+» ионизация => % проросших равен как в контрольной группе. Растения в дальнейшем продолжали свой рост.               «­» ионизация => % проросших немного меньше, чем в контрольной группе. Растения в дальнейшем в большинстве чахли и погибали Нам известно, что … 141.При распылении ядохимикатов в с/х выяснено, что    *на свеклу, яблоню в большей мере осаждаются с «=» зарядом    *на сирень – с «­» зарядом 2.Цветочная пыльца имеет «­» заряд, приближающийся по величине к заряду пылинок при пылевых бурях. 3.Вблизи   теряющих   пыльцу   растений   резко   изменяется   соотношение   между   «+»   и   «­»   лёгкими   ионами,   что благополучно сказывается на дальнейшем развитии растений. 4.Одностороннее освещение листа возбуждает эл разность потенциалов между освещёнными и неосвещёнными его участками и черешком, стеблем или корнем. Эта разность потенциалов выражает реакцию растения на изменения в его организме, связанные с началом или прекращением процесса фотосинтеза. 5.Прорастание семян в сильном эл поле (например, вблизи коронирующего электрода) приводит к изменениям высоты и толщины стебля и густоты кроны растений (из­за распределения объёмного заряда). 6.Повреждённое место  в тканях растений всегда  заряжается «­»  относительно неповреждённых участков, а отмирающие   участки  растений   приобретают  «­»   заряд  по   отношению   к   участкам,   растущим   в   нормальных условиях. 7.Заряженные семена культурных растений имеют сравнительно высокую электропроводность и поэтому быстро теряют заряд.  8.Семена сорняков ближе по своим свойствам к диэлектрикам и могут сохранять заряд более длительное время. Это используется для отделения на конвейере семян культурных растений от сорняков. 9.Значительные   разности   потенциалов   в   организме   растений   возбуждаться   не   могут,   поскольку   не   имеют специализированного   эл   органа.   Поэтому   среди   растений   не   существует   «древа   смерти»,   которое   могло   бы убивать живые существа своей эл мощностью. Влияние электричества на рост растений 1.Распространение раздражения В конце прошлого столетия началось широкое практическое применение эл тока. Одно из них – использование электричества для повышения урожайности растений. Землевладелец и учёный – исследователь Наркевич – Иодко изучал влияние электричества на растения. Для систематических исследований он оборудовал в имении Над – Неман     опытные   участки   электрокультивирования.   Он   пришёл   к   выводу,   что   «электричество   оказывает   на растения несомненное влияние, в большинстве случаев благотворное». В настоящее время этой теме посвящены многочисленные исследования. Установлено, что при пропускании тока через   стебель   растения   линейный   рост   побегов   увеличивается   на   5   –   30%,   а   также   зависимость   между интенсивностью фотосинтеза и значением разности эл потенциалов между землёй и атмосферой. Однако ещё не исследован механизм, лежащий в основе этих явлений. Явления раздражимости у растений и животных имеют много общего, хотя их проявления в растениях резко отличаются от привычных форм двигательной и нервной деятельности животных.  В   ответ   на   раздражение   в   растения   также   возникает   состояние   возбуждения,   т.е.   усиление жизнедеятельности   его   клеток,   тканей   и   органов.   Степень   возбуждения   пропорциональна   количеству раздражения. Возбуждённый участок ткани или органа приобретает по отношению к невозбуждённым «­» заряд вследствие изменения ионной проницаемости клеточных мембран в месте раздражения:    *слабое раздражение – местное возбуждение    *сильное раздражение – распространяющееся на соседние клетки Скорость распространения возбуждения в растениях зависит от:    ­ вида растения    ­ состояния растения     ­ типа ткани    ­ свойств раздражителя 2.Реакция на раздражение 15Очень сильные раздражения угнетают растение.  Чем выше физиологическая активность раздражителя, тем скорее достигается переход от стимулирующих к угнетающим дозам и концентрациям. Каждая растительная клетка содержит всю генетическую программу роста и развития данного растения. Вместе с тем, она, в зависимости от своей функции и специализации, обладает высокой избирательной чувствительностью к внешним и внутренним раздражителям. Наследственно обусловленные потребности и изменяющиеся условия внешней среды требуют на каждом этапе развития растения сложной и согласованной деятельности всех клеток, тканей и органов. Эта согласованность достигается   у   растений   системой   регуляции,   включающей   плазматические,   гормональные,   сосудистые   и биоэлектрические связи и объединяющей миллиарды клеток растения в целостный организм. ОПЫТЫ С ТЫКВОЙ 1.поднести к кончику листа зажжённую спичку и слегка подпалить его => внешне растение никак не отреагирует   2.предварительно подвести к стеблю растения два электрода и соединить их с усилителем и самописцем , то увидим, что через некоторое время после нанесения раздражения прибор зарегистрирует эл импульс, который распространяется от листа к корням и является сигналом о внешнем воздействии. Аналогичный импульс возникает при действии раздражителя на другие органы растения (стебли усики …). Набор раздражителей вызывающих появление эл сигнала, весьма разнообразен:    *изменение t    *механическое воздействие    *облучение участка растения светом различного спектрального состава… Неверно думать что растения обладают меньшей способностью реагировать на внешний стимул, чем животные. В ряде случаев клетки растений способны отвечать генерацией эл сигналов на такие воздействия, которые кажутся чрезвычайно слабыми.  ИЗ ОПЫТОВ: понижение t от 230С всего на 1 – 20С вызвало генерацию распространяющихся эл сигналов в стебле тыквы. ВЫВОД: В естественной обстановке возникновение эл сигнал о у растений должно быть связано с действием не только сильных, повреждающих факторов, но и весьма слабых изменений в окружающей среде, которые постоянно наблюдаются в естественных условиях. 3.Обнаружение  токов повреждения Передача раздражения (проведение возбуждения) может осуществляться путём возникновения и распространения по растению эл потенциала (потенциала действия). В существовании электричества у растений можно убедиться на довольно простых опытах. Луиджи Гальвани впервые обнаружил токи повреждения (в конце XVIII) у животных организмов. ОПЫТЫ ГАЛЬВАНИ: 1.разрезать отпрепарированную мышцу лягушки поперёк волокон 2.подвести электроды гальванометра к срезу и продольной повреждённой поверхности =>  разность потенциалов около 0,1 В. Первые доказательства существования аналогичных процессов у растений были получены спустя почти 100 лет. Когда стали измерять токи повреждения на разных растительных тканях. Срезы листьев, стебля, репродуктивных органов, клубней всегда оказывались заряженными «­» по отношению к здоровой ткани. ОПЫТЫ С ЯБЛОКОМ: яблоко, гальванометр около (0,1 В) 1.яблоко разрезать пополам 2.удалить сердцевину 3.оба электрода, отведённых к гальванометру, приложить к наружной стороне яблока (кожуре) => гальванометр не зафиксирует разности потенциалов 4.один электрод перенести во внутреннюю часть мякоти => гальванометр отметит появление тока повреждения Кроме   яблока  можно  измерить   токи  повреждения,  достигающие   50 –  70 мВ,  у  срезанных  стеблей,  черешков листьев. 16Из более поздних исследований: средняя скорость тока повреждения в стебле и черешке составляет около 15 – 18 см/мин. В   неповреждённых   органах   биотоки   тоже   постоянно   существуют,   но   для   их   измерения   нужна   более чувствительная аппаратура. 4.Электрические заряды и растение Установлено, что:    *ткань листа заряжена «­» по отношению к центральной жилке    *верхушка побега заряжена «+» по отношению к основанию    *листовая пластинка заряжена «+» по отношению к черешку Если стебель положить горизонтально то под действием силы земного тяготения нижняя часть его становится более электро»+» по отношению к верхней. Наличие биоэлектрических потенциалов характерно для любой клетки. Разность потенциалов между вакуолью клетки и наружной средой составляет около 0,15 В. Только в 1 см2  листа может содержаться 2 – 4 млн клеток и каждая – маленькая электростанция. Решающую   роль   в   возникновении   растительного   как   впрочем,   и   животного   электричества   играют   мембраны клеток. Проницаемость их для катионов и анионов в направлении из клетки в клетку не одинакова. Установлено, что если концентрация какого­либо электролита с одной стороны мембраны в 10 раз выше, чем с другой, то на мембране возникает разность потенциалов 0,058 В. VII. Закрепление 1.Влияет ли атмосферное электричество на растения? 2.Какие учёные занимались исследованиями в области влияния электричества на растения? 3.Как же влияет электричество на растения? 4.Как влияет «+» и «­» ионизация на дальнейший рост растений семена которых подверглись этой ионизации? 5.Как растение реагирует на раздражение? 6.От чего зависит скорость распространения возбуждения? 7.Перечислите набор возможных раздражителей. 8.Только лишь на сильное раздражение реагирует растение? Объясните. 9.Что вы можете рассказать об опытах Гальвани? Что они доказывают? 10.Что вы можете рассказать об опытах с яблоком? Что они доказывают? 11.Биотоки существуют только в повреждённых участках? 12.А как обнаружить биотоки в неповреждённых участках? 17