Переменный ток. Урок-квест

Учитель Константинова Е.Н.

Ход урока

 

 

Ход урока (развернутый)

I. Организационный момент

Приветствие. Настрой деятельности на успех.

Здравствуйте ребята. Надеюсь, что сегодня вы узнаете и новое и полезное. Я рассчитываю на вашу помощь, заинтересованность.

Но прежде, чем мы приступим я расскажу вам одну притчу:

«Один человек потерял смысл жизни. И загрустил.

Видя это, Бог послал к нему Ангела.

Прилетел к нему Ангел, сложил свои белоснежные крылья и прошептал Человеку на ухо: «Зря ты грустишь. Твой смысл – открыть ТАЙНУ!».

«Какую ТАЙНУ?!!» - оживился Человек.

«Я не могу тебе этого сказать, но настанет время, и ты обязательно узнаешь», - ответил Ангел и улетел обратно на небо, расправив свои белоснежные крылья.

И остался Человек наедине со своей ТАЙНОЙ.

Он постоянно думал о ней. Вся жизнь его наполнилась великим смыслом: он – первооткрыватель ВЕЛИКОЙ ТАЙНЫ, созданной самим Богом!

Однажды Человек тяжело заболел. И родные думали, что он не выживет. Но Человек выжил, потому что он хотел открыть ТАЙНУ и ждал, когда настанет его время.

Его выгнали с любимой работы. Но Человек с достоинством пережил это, потому, что ТАЙНА ждала его.

Любимая женщина предала его, но он справился со своим горем, потому что в жизни его была прекрасная цель – открыть ТАЙНУ.

Началась война. И многие не смогли её пережить. Но Человек сумел, ибо он являлся первооткрывателем великой ТАЙНЫ. Ему просто нельзя было умирать…

Человек преодолел все беды и несчастья, которые преподнесла ему жизнь и остался верен себе, не согнувшись под тяжестью испытаний. Он открыл множество ТАЙН, разгадал миллион загадок, что преподнесла ему жизнь. Но так и не приблизился к той ВЕЛИКОЙ ТАЙНЕ.

Наконец настал его час возвращаться на Небо.

За ним прилетел тот самый Ангел и посадил на белоснежное крыло.

«Ну же, ну! Теперь-то я узнаю о ВЕЛИКОЙ ТАЙНЕ, которую я пытался разгадать всю свою жизнь! Думаю, момент, наконец, настал. Расскажи мне о ней» - попросил его Человек.

Ангел усмехнулся и покачал головой: Ты многое свершил и познал, твоя дорога была полна интересного и необычного, ты заново обрел смысл своего существования и потому прожил долгую, достойную жизнь. Скажи мне человек, был ли ты счастлив все эти годы?

И от человек ответил: - ДА.

Эпиграф нашего урока:

Самое прекрасное и глубокое из доступных нам чувств – это ощущение тайны, ибо в нем источник истиной науки”.

А. Эйнштейн:

 

Когда реальность открывает тайны, уходят в тень и меркнут чудеса...

1. Знакомство учащихся с темой.

Сегодня тема нашего урока: «Тайны Физики: Переменный ток. Получение переменного электрического тока».

Ваша профессия напрямую связана с информацией и интернетом. А интернет может стать хорошим и удобным инструментом для вашего образования. Как вы знаете, на просторах «всемирной паутины» существуют великое множество образовательных ресурсов (сайтов ) И сегодня я хочу вам представить один из таких образовательных ресурсов разработанный специально для вас, творческой лабораторией кабинета № 31: «Физика»

Показывается презентация основных элементов электронного веб - ресурса (сайт). И познакомлю вас новым для вас понятием веб-квест*. Слово квест многие из вас наверняка знают оно пришло к нам из компьютерных игр. Однако применяют их не только для развлечения но и для обучения.

*-веб-квест (от англ. quest - поиск) образовательный сайт в Интернете, с которым работают обучающиеся, выполняя ту или иную учебную задачу.

Такие веб-квесты разрабатываются для максимальной интеграции Интернета в различные учебные предметы на разных уровнях обучения в учебном процессе. Они охватывают отдельную проблему, учебный предмет, тему.

Знакомство учащихся с целями урока:

для преподавателя -освоение знаний о фундаментальных физических законах и принципах, лежащих в основе современной физической картины мира; наиболее важных открытиях в области физики, оказавших определяющее влияние на развитие техники и технологии; методах научного познания природы;

для обучающихся: повторяем явление электромагнитной индукции.

изучаем устройство и принцип действия генератора переменного тока,

применение генератора переменного тока.

Квест №1: "Таинственная запись в дневнике"

Майкл Фарадей (22 сентября 1791 — 25 августа 1867) — английский физик, химик и физико-химик, основоположник учения об электромагнитном поле, член Лондонского королевского общества.

Главным направлением деятельности Фарадея было изучение тайн природы, а не их использование, тем не менее трудно переоценить то значение, которое имело открытое им явление для практики. Еще при жизни Фарадея началось использование гальванопластики, создан первый топливный элемент и изобретен свинцовый аккумулятор и генератор.

Фарадей опубликовал около 40 научных работ, главным образом по химии. В 1824 ему первому удалось получить хлор в жидком состоянии, а в 1825 г он впервые синтезирует гексахлоран — вещество, на основе которого в XX веке изготовлялись различные инсектициды. Постепенно его экспериментальные исследования всё более переключались в область физики.

После открытия в 1820 Х.Эрстедом магнитного действия электрического тока Фарадея увлекла проблема связи между электричеством и магнетизмом В 1822 в его лабораторном дневнике появилась запись: «Превратить магнетизм в электричество». Рассуждения Фарадея были следующими: если в опыте Эрстеда электрический ток обладает магнитной силой, а, по убеждению Фарадея, все силы взаимопревращаемы, то и магниты должны возбуждать электрический ток.»

-прагматическая (высказывание обучающимися психологической мотивация исторических событий по веб-квесту№1)

-социальная (ситуация успеха)

6. Виды деятельности на уроке.

1. Учимся работать с электронным образовательным ресурсом, содержащим обучающее видео, текст, плакаты, анимации и другие сервисы.

2. Закрепляем знания и постигаем новые тайны физики.

II. Фронтальный опрос.

1. Какую задачу в 1821 году поставил перед собой учёный М. Фарадей?

2. Удалось решить Фарадею эту задачу?

3. При каком условии во всех опытах в катушке, замкнутой на гальванометр, возникал индукционный ток?

4. В чём заключается явление электромагнитной индукции?

5. В чём практическая важность открытия явления электромагнитной индукции?

Физический диктант в тетрадях

КАКИМИ БУКВАМИ ОБОЗНАЧАЮТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ.

1. МАГНИТНЫЙ ПОТОК.

2. ИНДУКЦИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ.

3. СИЛА ТОКА.

4. ДЛИНА ПРОВОДНИКА

НАПИШИТЕ ФОРМУЛУ ДЛЯ РАСЧЁТА (4 слайд):

5. МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ.

6. СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩЕЙ НА ПРОВОДНИК С ТОКОМ.

Ответы:

1. Ф

2. В

3. I

4. l

5.

6. F=B∙l∙I

Квест3:"Закон электромагнитной индукции Фарадея и мистичность его открытия".

Как было известно ещё в XVIII веке, токи создают вокруг себя магнитное поле. Это установил и А. Ампер и А. Вольта и Дж. Гальвани . Были предприняты многочисленные попытки обнаружить и обратную связь – способность магнитных полей вызывать электрические токи. Много времени и сил потратил на это, к примеру, А. Ампер, но безрезультатно. Он вставлял внутрь больших катушек, подключенных к гальванометру, довольно сильные постоянные магниты. Поскольку он был «хорошо обученным экспериментатором», то он располагал измерительную часть установки в другой комнате и хорошо её экранировал, как сказали бы мы сейчас. Вдвинув магнит в катушку, он шёл посмотреть на показания гальванометра. Увы, стрелка была неподвижна. И только в 1831 году М. Фарадей, самоучка, простолюдин, обнаружил явление электромагнитной индукции. Он осуществлял поначалу тот же опыт, что и А. Ампер, но гальванометр располагал рядом с установкой. И, конечно же, вдвигая магнит внутрь катушки, он увидел, как дёрнулась стрелка гальванометра. Причём, когда он вытаскивал магнит, она тоже дёргалась, но уже в другую сторону.

Актуализация опорных знаний – фронтальная беседа с учащимися.

Прежде чем мы будем говорить о производстве электрического тока, давайте вспомним: (Квест 4 "ВОПРОС-ОТВЕТ")

Вопрос: Что называют электрическим током?

Ответ: Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц.

Вопрос: Какие вам известны источники тока?

Ответ: Аккумуляторы, батарейки и т. д.

Область применения каждого из перечисленных видов одинакова? Нет, она определяется их характеристиками. Давайте выясним, какие у них достоинства и недостатки и можно ли их применять повсеместно?

Химические источники тока: гальванические элементы; батареи аккумуляторов; ртутная батарейка, используемая в часах, калькуляторах и слуховых аппаратах, дает 1,4В; традиционная батарейка для карманного фонарика, дает 4,5 В. (демонстрация)

Достоинства – компактность, возможность использовать как автономный источник энергии.

Недостатки – небольшая энергоемкость, высокая стоимость энергии, недолговечность, проблема утилизации отходов.

Термоэлементы, фотоэлементы, солнечные батареи (демонстрация)

Достоинства – безмашинный способ получения энергии.

Недостатки – малый КПД, зависимость от погодных условий.

III. Изучение нового материала. Поэтому преобладающую роль в наше время играют электромеханические индукционные генераторы тока. (Квест -4-5)

Практически они дают всю используемую энергию. Какие они имеют достоинства, преимущества и недостатки, нам предстоит выяснить сегодня на уроке.

Итак, Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, которое заключается в возникновении индукционного тока под действием переменного магнитного поля.

После открытия этого явления многие скептики, сомневаясь, спрашивали: «Какая от этого польза?»

На что Фарадей ответил: «Какая может быть польза от новорожденного?»

Прошло немногим более половины столетия и, как сказал американский физик Р.Фейнман, «бесполезный новорожденный превратился в чудо-богатыря и изменил облик Земли так, как его гордый отец не мог себе и представить».

И этим богатырем, изменившим облик Земли, является генератор.

Генератор – это устройство, преобразующее энергию того или иного вида в электрическую энергию (запишите определение в тетрадь).

Электрический ток вырабатывается в генераторах .

Что играет роль ротора и статора?

В настоящее время существуют различные модификации индукционных генераторов. Но все они состоят, из одних и тех же, частей – это магнит или электромагнит, создающий магнитное поле, и обмотка в которой индуцируется ток.

Обратите внимание, в данном случае вращается проволочная рамка, которая является ротором, магнитное поле создает неподвижный, постоянный магнит.

Обратите внимание, в данном случае вращается постоянный магнит, а неподвижна рамка.

Выполним практическую демонстрацию опыта Фарадея.

Вы должны сделать вывод относительно связи направления индукционного тока в цепи с направлением движения магнита.

Электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и направлению, называется переменным током.

Надо сказать, что стандартная частота тока, применяемая в осветительной сети и промышленности России и большинства стран мира, равна 50Гц, в США частота равна 60Гц

Продемонстрируем модель генератора переменного тока (вращение проволочной рамки в магнитном поле.

Генератор замыкаем на низковольтную лампочку 3,5В. Подаём воду из водопроводного крана в турбину. Вращение турбины передаётся генератору. Наблюдаем свечение лампочки

Заострим внимание на том, что в генераторе происходит превращение механической энергии в электрическую.

Вопрос к классу: каким образом приводится во вращение ротор генератора на гидроэлектростанции, на тепловой электростанции? Обсуждаются и уточняются ответы учащихся.

Добиться ответа:

- На гидроэлектростанциях – потоком падающей воды;

- На тепловых – паром высокого давления и температуры.

Мы живем в 21 веке и основой цивилизованного образа жизни, следовательно, и научно-технического прогресса, является энергия, которой требуется все больше и больше. Но здесь возникает проблема. Эту проблему можно назвать - проблема «трех Э»: Энергетика + Экономика + Экология. Для бурного развития экономики, требуется все больше и больше энергии, увеличение выработки энергии - ведет к ухудшению экологии, наносит большой вред окружающей среде.

Ведь энергетика является одной из самых загрязняющих отраслей народного хозяйства. При неразумном подходе происходит нарушение нормального функционирования всех компонентов биосферы (воздуха, воды, почвы, животного и растительного мира), а в исключительных случаях, подобных Чернобылю, под угрозой оказывается и сама жизнь. Поэтому главным должен стать подход с экологических позиций, учитывающих интересы не только настоящего, но и будущего.

Между тем, ТЭС являются одними из основных загрязнителей атмосферы твердыми частицами золы, окислами серы и азота, а также углекислым газом, способствующим возникновению «парникового эффекта». Над городами образуются, так называемые острова тепла, из-за усиленного выброса энергии которых, нарушается нормальное течение атмосферных процессов.

В настоящее время назрела необходимость внедрения ресурсосберегающих и безотходных технологий; переход к чистым, альтернативным и неисчерпаемым источникам энергии.

Строят электростанции разного типа, геотермальные, ветряные, и т.д. Но это забегая на перед скажу это тема нашего следующего урока.

IV. Закрепление знаний, полученных на уроке. Квест №6:"Применение генераторов"

1. Какой электрической ток называется переменным?

2. Где используют переменный электрический ток?

Какими бы ни были типы электростанций, главное устройство на любом из них – это генератор.

Вопрос: Что называют генератором?

Ответ: Генератор – это устройство, преобразующее энергию того или иного вида в электрическую.

Вопрос: Назовите основные части генератора.

Ответ: Ротор, статор.

Вопрос: Фонари по дороге стоят одиноко.

Десять герц – частота переменного тока.

Кто ответит мне ясно, без тени смущенья:

Этот ток применяют ли для освещения?

Ответ: Нет.

V. Подведение итогов. Рефлексия.

Сегодня на уроке, мы с вами разобрали принцип действия генератора, этого внушительного сооружения из проводов, изоляционных материалов, стальных конструкций. Но при своих огромных размерах в несколько метров важнейшие детали генераторов изготавливаются с точностью до миллиметра. Нигде в природе нет такого сочетания движущихся частей, которые могли бы порождать, электрическую энергию столь же непрерывно и экономично.

Проверка знаний - проверь соседа! (тест)

А сейчас проверим, на сколько, вы усвоили данный материал. Запишите правильный ответ. Кто ответит правильно на 7 вопросов, получит «5», на 6 вопросов, оценку - «4», за 4-5 правильных ответов получит «3».

Тест: Генерирование электрической энергии. (Квест №7 «Проверь себя»)

I. На каком явлении основано действие электромеханического индукционного генератора переменного тока?

1. электростатической индукции;

2. электромагнитной индукции;

3. термоэлектронной эмиссии.

II. Генерирование электрической энергии представляет собой…

1. создание материи;

2. создание энергии;

3. преобразование энергии.

III. Изменяясь во времени магнитное поле, может быть источником…

1. магнитного поля;

2. электрического поля;

3. гравитационного поля;

4. электростатического поля.

IV. Переменный ток вырабатывают на ...

V. Промышленная частота используемого в России переменного тока ...

VI. Для того чтобы зафиксировать возникновение индукционного тока в рамке, вращающейся в магнитном поле, нужно к выводам ее присоединить…

VII. Простейший генератор переменного тока представляет собой ...

Рефлексия. Собираем на учебной доске кроссенс* по материалам пройденной на уроке темы. Вспоминаем, чем мы сегодня занимались и что изучали.

*- Кроссенс - новейший тип головоломки, для разгадки которой нужно отыскать цепочку ассоциаций между соседними, то есть имеющими общие стороны, картинками . Ассоциации нужно искать не только по "внутренним" свойствам объектов, но порой и по "внешним" (скажем, по сходному звучанию слов).

Квест №8:"Свеча"

Наша работа подходит к концу. И в заключении.

Завершая свои лекции, Фарадей часто обращается к своей юной аудитории,со таинственными словами: “Все, что я могу сказать вам в заключение этой лекции (потому что мы рано или поздно все равно должны закончить эту лекцию), так это выразить пожелание, чтобы вас - все ваше поколение - можно было сравнить со свечой; чтобы вы могли так же ярко, как и она, светить для окружающих; чтобы вы во всех ваших поступках могли оправдать красоту горящей свечи своими достойными и полезными делами, выполняя свой долг перед соотечественниками”.

Как вы думаете, какой смысл вкладывал Фарадей в эти строки?

Выставление оценок в журнал

VI. Домашнее задание:

Основной материал :составить опорный конспект дополнив материал из учебника Г.Я. Мякишев Б.Б. Буховцев Н.Н. Сотский «Физика» (11 класс)

§31

Дополнительный материал: подготовить сообщения по теме: «Тепловые электростанции» «Экологические проблемы, связанные с работой АЭС, тепловых и гидроэлектростанций». Составить интеллект - карту по теме: «Получение переменного тока» или кроссенс.

Спасибо за внимание. Всего хорошего. До свидания.