Урок 16 Магнітні та електричні фізичні явища.

5 клас

Урок 16

Магнітні та електричні фізичні явища.

Мета уроку:

навчальна:

• продовжити формувати знання про явища природи, розглянути про електричні і магнітні явища;
• природні та штучні джерела електричної енергії;
• навести приклади застосування знань про електричні та магнітні явища в житті людини;
• значення електричних явищ в житті тварин;
• навчити спостерігати за електричними явищами в природі дії їх на рослинні організми;
• дотримуватися правил безпеки при роботі з електричними приладами;
• навчити систематизувати знання , робити висновки про повторюваність явищ в природі ,

розвивальна: 

• розвивати логічне мислення школярів, уміння порівнювати, використовувати опорні знання та життєвий досвід для опанування новими знаннями, робити висновки, аргументовано доводити свою точку зору;
• розвивати зацікавленість природничими науками та пошуковий інтерес під час демонстрацій та виконання дослідів.
   

виховна:

• виховувати любов до природи , заохочувати вивчати природничі науки.

Тип уроку: комбінований

Обладнання: магніт, компас,  ошурки металічні, скляна паличка, кусочки паперу

Хід уроку

1.Організаційний момент

2. Актуалізація опорних знань.

Питання для фронтального опитування:
1.    Що таке природні явища? Назвіть їх основні групи.
2.    Що таке механічний рух? Назвіть його характеристики.
3.    Що треба знати, щоб обчислити швидкість руху тіла?
4.    Що таке звук? Як він виникає та поширюється?
5.    В яких межах частоти лежать звукові коливання, які ми чуємо?
6.    Які явища називають тепловими?
7.    Що таке температура тіла чи речовини? Від чого вона залежить? У яких одиницях вимірюється?
8.    Як змінюється об’єм тіл та речовин при їх нагріванні та охолодженні?
 

3.Мотивація навчальної діяльності

Інтерактивна вправа «Мозковий штурм»

• Які асоціації у вас викликають слова «електрика», «магніт»?

На уроці учні знайомляться з електричними та магнітними явищами , ви дізнаєтесь, чому магніт притягує до себе тіла?

4.Вивчення нового матеріалу.

 Ще у давнину люди помітили, що одні тіла можуть притягувати інші. Такі тіла стали називати магнітами.

Тіла, які мають магнітні властивості, називаються магнітами (від грецького – камінь з міста Магнесії – давнього міста у Туреччині).

Отже, залізна руда є природним магнітом. 

Магнітні явища — це явища притягування тіл до магніту.

Вони притягують до себе предмети із заліза, сталі та інших матеріалів. Однак більшість металів, папір, тканина, скло є немагнітними. Навколо намагнічених тіл і електричного струму існує простір, де діє магнетизм. Цей простір називають магнітним полем.

Наша планета подібна до величезного магніту.

Намагнічені тіла, які можуть вільно обертатись навколо вертикальної осі, завжди розташовуються одним кін­цем на північ, а іншим — на південь. Таке розміщення магніту зумовлене його взаємодією з магнітним полем Землі, тому полюси магнітів називають північ­ним (Пн.) та південним (Пд.). Полюси магнітів позначають різними кольорами: південний полюс — червоним, а північний — синім. Це зроблено для того, щоб розрізняти північний полюс (Пн.) магніту та південний (Пд.).

Взаємодія магнітів завжди така, що їх однойменні полюси відштовхуються, а різнойменні — притягуються.

Якщо магніт підвісити на нитці, то через деякий час він повернеться і розміститься вздовж напряму «північ – південь». Той полюс магніту, який повертається на північ, називають північним полюсом (позначається літерою N), а той, що повертається на південь – південним (позначається літерою S).

Будь-який магніт обов’язково має два полюси. Якщо спробувати розділити полюси магніту, то з цього нічого не вийде. Скільки б ми не ділили магніт на окремі частини, він завжди матиме північний і південний полюси. Навіть найменший шматочок магніту, відокремлений від будь-якої його частини, завжди матиме два полюси.

Залежно від призначення магніти виготовляють різноманітної форми та розмірів. Існують штучно виготовлені підковоподібний та штабовий магніти.

• Пригадайте з початкової школи, дія якого приладу природодослідника пов’язана з магнітними явищами?

(Демонстрування компаса і розповідь учня про принцип його роботи).

Прийом «Історична довідка»

Для орієнтування на місцевості люди виготовили прилад компас. Хоча напрями на північ і південь компас показує лише наближено, тобто з певною похибкою. Він дає змогу визначати сторони горизонту за будь-якої погоди. Тому компас обов’язково беруть із собою мореплавці, геологи, туристи. Основна складова цього приладу – магнітна стрілка. Вона розташована на вістрі голки і вільно обертається. Оскільки наша планета сама є магнітом велетенських розмірів, магнітна стрілка компаса щомиті відчуває магнітну дію Землі. І тому один її кінець завжди вказує на північ, а інший – на південь.

Іноді спостерігаються так звані магнітні бурі, коли компас може не показувати правильно напрямку північ-південь. Це буває тоді, коли Сонце виявляє активність і в атмосферу Землі потрапляє значна кількість заряджених частинок, зокрема електронів і протонів.

• Що змушує магнітну стріл­ку компаса рухатись?

 Саме магнітне поле, що існує навколо Земної кулі, змушує магнітну стрілку компаса розташовуватись так, що один її кінець показує напрямок на північний, а інший — на південний магнітний полюс Землі. Яким чином люди використову­ють знання про магнітні явища? (При створенні компасів, які допомагають орі­єнтуватися на місцевості тощо).

Магнітні явища в природі

Деякі живі організми можна назвати «живими магнітами». Так, у степах Північної Америки росте невеличка рослина, яку називають сильфіум. Їїї широкі мережані листочки розташовані в одній площині і завжди орієнтовані ребром на північ південь, широкою стороною на захід схід. Для подорожніх сильфіум є надійним компасом. Ця дивна властивість захищає рослину від пекучих сонячних променів і надмірного випаровування вологи.

Магнітне поле Землі є орієнтиром, наприклад, для слимаків. Якщо на шляху слимака покласти магніт, що діє на слимака трохи сильніше, ніж магнітне поле Землі, то, повертаючи магніт у той чи інший бік, можна змінювати напрям руху слимака.

Виявлено, що навіть мухи якимось способом відчувають магнітне поле Землі. Німецький учений Гюнтер помітив, що в 90 випадках зі 100 вони сідають на горизонтальну поверхню в напрямку точно північ – південь або схід – захід. Таку саму особливість він виявив у хрущів і термітів.

В атмосфері Землі періодичні виникають так званні магнітні бурі, пов’язані з потраплянням до неї значної кількості протонів та електронів через додаткову активність Сонця. Магнітні бурі провокують напади захворювань нервової та серцево-судинної систем, а також порушують роботу телевізійних ретрансляторів і навігаційних приладів.

Отже, найважливішими властивостями магнітів є:

• різні частини магніту по-різному притягують залізні предмети; найсильніше притягують полюси магніту;
• магніт завжди має два полюси: північний і південний; не може бути магніту з одним полюсом;
• різнойменні полюси магнітів притягуються, а однойменні – відштовхуються;
• підвішений на нитці магніт розміщується так, що вказує напрям на північ і на південь;
• Земля є велетенським магнітом.   
  
   

Електризація тіл та електричні явища

Щодня ми користуємося найрізноманітнішими електричними приладами і так звикли до їхніх послуг, що вкрай рідко цікавимося: а як же працюють ці розумні прилади? Ми навіть не замислюємося над тим, яких дивовижних явищ природи воно стосується.

Якщо пластмасову лінійку натерти папером, то вона притягуватиме до себе маленькі клаптики паперу, пір’їнки, тонкі цівки води так само, як магніт залізо. Подібне відбувається, коли до клаптиків паперу піднести пластмасовий гребінець, яким щойно розчісували сухе волосся. В обох випадках це сталося тому, що внаслідок тертя лінійка та гребінець наелектризувалися, тобто набувають електричного заряду. Явище, в результаті якого тіла набувають властивості притягувати інші тіла, називають електризацією тіл, а самі тіла називаються наелектризованими або ж такими, що мають електричний заряд.

Прийом «Історична довідка»

Слово «електрика» ввійшло до науки значно раніше, ніж були винайдені електричні лампи, електродвигуни, холодильники, телевізори, радіоприймачі. Ще за 600 років до нашої ери стародавні греки помітили, що коли бурштин, або янтар (тверда смола хвойних дерев, що росли на Землі сотні тисяч років тому), потерти об вовну, то він набуває властивості притягувати до себе пір'їнки, листочки, соломинки. Грецькою мовою янтар – електрон, від чого й пішло слово «електрика».

Подібну до бурштину властивість мають й інші речовини й тіла. Якщо скляну паличку, потерту об шовкову тканину, піднести до сухої руки, то можна почути легке потріскування, а в темряві – побачити невеликі іскорки. Іскри можна побачити також під час знімання вовняного або синтетичного одягу в темній кімнаті. Це і є невеликі блискавки і громи. Дуже легко наелектризувати тертям об хутро палички з гуми, сірки, пластмаси, капрону.

Тіла заряджаються не лише у разі натирання одних тіл іншими. Під час будь-якої взаємодії різнорідних тіл та безпосереднього контакту відбувається їх заряджання. Але при натиранні контакт між тілами щільніший і вони заряджаються сильніше, що легше виявити під час дослідів. Електризуються тіла й від стикання з наступним їх роз'єднанням. Унаслідок стикання скляної палички та шматочка гуми електризується і скло, і гума.

В електризації завжди беруть участь два тіла. Під час електризації електризуються обидва тіла.

Виконуючи досліди з електризації різних тіл, учені домовилися, що один заряд називатиметься позитивним, а інший – негативним, тобто зарядам приписали знаки «+» (плюс) і «–» (мінус).

Прийом «Історична довідка»

У 1897 році відомий англійський фізик Джозеф Джон Томсон установив наявність в атомах крихітних частинок, які згодом отримали назву — електронів. Ці дуже легкі частинки є в будь-яких речовинах. За певних обставин електрони здатні залишати свої атоми чи, навпаки, «приєднуватися» до інших. У цих випадках кажуть, що атоми перетворюються на іони. Атоми, яким не вистачає електронів, називають позитивними іонами, а ті, що «захопили» зайві, — негативними.

Наелектризовані тіла взаємодіють між собою. Вони або притягуються одне до одного, або відштовхуються.

Якщо тіла мають однакові заряди, вони відштовхуються одне від одного, а якщо різнойменні – притягуються одне до одного.

Явища, пов’язані з електризацією тіл, мають назву електричних явищ.

Широкого використання вони набули з XIX ст. завдяки дослідженням всесвітньовідомих учених: Шарля Кулона, Луїджі Гальвані, Алессандро Вольта, Андре Ампера, Георга Ома, Майкла Фарадея, Генріха Герца Олександра Попова та багато інших.

Займатися серйозно електромагнітними явищами вчені почали лише з 17 століття. Знадобилося чимало часу, щоб знайти правильні пояснення природі електрики. У той час експерименти проводилися зі статичними зарядами. Основи електростатики заклав французький вчений Шарль Огюстен Кулон. Їм були отримані експериментальні результати, що мають фундаментальне значення. Вони дозволили проводити кількісні дослідження електричних явищ. Але нерухомі електричні заряди рідко використовуються на практиці. Для того, щоб змусити електричні заряди служити людям, потрібно привести їх у рух - створити електричний струм.

Провідники і непровідники електрики

Заряди можуть переміщуватися від одного тіла до іншого по деяких тілах. Якщо електричні заряди переміщуються у речовинах (тілах), то такі речовини (тіла) називають провідниками, а якщо не переміщуються – непровідниками, ізоляторами або діелектриками.

Усі метали, ґрунт, розчини солей і кислот у воді є провідниками електричних зарядів. У тілі людини також добре переміщуються електричні заряди. Через тіло людини заряджені тіла розряджаються, тому воно так само є провідником електрики. Якщо доторкнутися до зарядженого тіла рукою, електричні заряди перейдуть на наше тіло, а через нього в землю. Тіло стане незарядженим, тобто втратить електричні заряди.

Більшість речовин у природі не є провідниками. Порцеляна (фарфор), ебоніт, скло, бурштин, шовк, капрон, пластмаси, бензин, гас, повітря непровідники електрики. Тіла, виготовлені з таких речовин, називають ізоляторами (від грецького слова ізоляро – відокремлювати).

Електричний струм

Сьогодні важко уявити собі життя без широкого використання електричного струму. Він живить радіоприймачі та телевізори, комп'ютери і двигуни електропотягів, допомагає готувати їжу і лікує певні хвороби. Що ж таке електричний струм?

Найвідоміші з провідників — метали (мідь, алюміній), з них виготовляють електричні дроти. Рух електронів у провіднику в одному напрямку називають електричним струмом.

Електричний струм – це впорядкований (напрямлений) рух заряджених частинок.

Електричний струм не можна побачити.

Для практичного використання електричного струму потрібні джерело струму, його споживачі (наприклад, лампи), а також провідники, за допомогою яких струм передається від джерела до споживача. Для вмикання струму користуються вимикачами, а для запобігання пошкодженню приладів – запобіжниками. Усі складові частини з’єднані у замкнене коло. Тому такі установки називають електричними колами.

Щоб електричний струм у провіднику існував протягом певного часу, потрібно мати джерело електричного струму. Добре відомими вам джерелами струму є батарейки, акумулятори для кишенькового ліхтарика, різних електричних іграшок, годинників, мобільних телефонів тощо. Кожне джерело струму має позитивний полюс, на якому нагромаджуються позитивні заряди, і негативний полюс, на якому нагромаджуються негативні заряди, їх умовно позначають знаками «+» і «–».

Потужними джерелами електричного струму є різні типи електростанцій: теплові (ТЕС), гідравлічні (ГЕС), атомні (АЕС), вітрові (ВЕС), сонячні (Геліостанції), геотермальні (ГеоЕС) (використовується теплота Землі) електростанції.

Електричний струм має магнітну дію, а про його теплову дію ви знаєте з повсякденного життя (електричний паяльник, електроплита, праска, лампа розжарювання та багато інших приладів). Світлову дію струму можна спостерігати на прикладі блискавки, свічення ламп денного світла, полярного сяйва. Електричний струм має також фізіологічну дію, тобто впливає на живі організми, і у багатьох випадках буває дуже небезпечним. Тому під час використання електричного струму слід обов’язково дотримуватися правил техніки безпеки. Струм має також й хімічну дію.

Електрика навколо нас

Винахід електрогенератора змінило весь устрій життя людства. Електрична енергія володіє величезними перевагами перед іншими видами енергії. Її можна передавати по проводах на величезні відстані з порівняно малими втратами і зручно розподіляти між споживачами. Цю енергію за допомогою досить простих пристроїв легко перетворити на будь-які інші форми: механічну, внутрішню (нагрівання тіл), енергію світла і т. д.

Без електричної енергії неможливий технічний прогрес на сучасному етапі цивілізації.

Щоб краще уявити значення електрики в нашому житті, подумайте, що могло б статися, якби вона раптом зникла. Відразу замовкнуть радіоприймачі й телефони, зникнуть зображення з екранів телевізорів та комп'ютерів, зупиняться верстати на заводах і фабриках, які приводяться в рух за допомогою електричних двигунів... Навіть звичний автомобіль не зможе рухатися, бо не працюватиме його стартер, за допомогою якого запускається двигун, система запалення, освітлення, контролю... Раптове зникнення електрики в сучасному світі спричинило б величезну катастрофу.

Зайве говорити про те, що сталося б, якби перестала працювати сучасна електронно-обчислювальна техніка, завдяки якій здійснюється керування величезною кількістю виробничих процесів.

Вирішальна роль електричної енергії у сучасному житті пояснюється її перевагами перед іншими видами енергії.

По-перше, електрична енергія найбільш універсальна, вона легко перетворюється в механічну, теплову, хімічну, світлову тощо.

По-друге, електричну енергію зручно розподіляти між найрізноманітнішими споживачами. Навіть у вашій квартирі від однієї електромережі живляться радіоприймач і телевізор, електрична лампа і холодильник, електрична праска і магнітофон.

По-третє, електричну енергію можна досить просто передавати на значні відстані без значних втрат. Це дає можливість за допомогою ліній електропередачі енергію подавати від гідравлічних електростанцій, що їх зводять на річках, чи теплових електростанцій, які можна будувати біля покладів палива.

Сьогодні і, мабуть, у найближчому майбутньому електрика залишається основою наукового і технічного прогресу суспільства.

Електрика у природі

У природі також є електричні явища, що супроводжують людину все життя,— це блискавки, величезні електричні розряди, які можуть завдати багато лиха. Тому здавна їх вивчають, щоб знайти надійний захист.

Блискавка – велетенський електричний іскровий розряд довжиною декілька кілометрів та діаметром у десятки сантиметрів. Триває недовго: лише десяті частки секунди.

Учені підрахували, що кожної доби на всій земній кулі відбувається приблизно одна гроза кожні дві секунди, тобто за добу спалахує близько 8 мільйонів блискавок. Грози найчастіше бувають улітку в другій половині дня. Тривалість більшості гроз близько години. Однак у тропіках і горах вони іноді тривають до 12-13 годин.

Під час грози внаслідок тертя в хмарах шарів повітря і краплин води відбувається їх електризація. Під час грози наелектризовані хмари можуть зблизитись настільки, що від цього виникає електричне явище – блискавка. Грім, що супроводить блискавку зовсім безпечний. Це звук, який виникає від раптового розширення повітря, що нагрівається під час виникнення блискавки.

Під час грози блискавка також може виникнути між хмарою та землею. Це дуже небезпечно, бо від блискавки трапляються пожежі і гинуть люди. Тому під час грози необхідно дотримуватись певних правил: уникати контакту з металевими тілами. Якщо гроза застала на відкритій місцевості, рекомендується сісти на землю і перечекати її. Можна заховатися у заглибину в землі, а не стояти під поодиноким деревом.

Окрім лінійної зрідка спостерігається блискавки незвичайної форми. Одні з них нагадують ракету. Інші мають вигляд ланцюжка з точок, що світяться. А деякі виникають як яскрава куля різного забарвлення й величини (10-20 см в діаметрі). Це куляста блискавка, яка повільно й безшумно пересуваючись у повітрі, може проникнути вглиб будівлі крізь щілини, димарі, труби й через кілька секунд розірватися з сильним тріском або ж безшумно вислизнути в інший отвір. Це дуже рідкісне явище, яке виникає після удару лінійної блискавки. Існує від однієї секунди до кількох хвилин. Природа кулястої блискавки досі не з'ясована.

Щоб запобігти влучанню блискавки, на будинки та інші споруди встановлюють блискавковідводи.

Електричне походження мають також полярні сяйва. Вони являють собою разюче явище світіння, що спостерігається на небі найчастіше у полярних областях. Вважається, що цей феномен існує також і в атмосферах інших планет, наприклад Венери. Природа і походження полярних сяйв є предметом інтенсивних досліджень. Вважають, що вони відбуваються в результаті світіння розріджених шарів повітря на висоті 90-1000 км під дією протонів й електронів, які проникають в земну атмосферу з космосу. Розрахунки, виконані на основі багатьох фотоспостережень на Алясці, в Канаді і Норвегії, показують, що близько 94% полярних сяйв приурочено до висот від 90 до 130 км над земною поверхнею. Максимальна зареєстрована висота появи полярного сяйва близько 1130 км, мінімальна — 60 км. Полярні сяйва мають дуже різноманітні форми, включаючи проблиски, плями, однорідні дуги і смуги, пульсуючі дуги і поверхні, спалахи, промені, променисті дуги, корони. Встановлено, що співвідношення інтенсивності найяскравіших до найслабших полярних сяйв становить 1000:1.

Іноді в океані, коли над судном проходять грозові хмари, моряки бачать, як на щоглах з’являється світіння, яке супроводжується легким потріскуванням. Час від часу вогники бігають й по поверхні води. Це вогні святого Ельма – світлові блідо-блакитні або фіолетові електричні спалахи довжиною від 30 см до 1 м і більше. Їх появу моряка вважали добрим знаком, який попереджує про закінчення шторму. Вогні святого Ельма часом виникають на гірських вершинах, а також на шпилях і гострих кутах високих будівель. Вперше їх побачили в епоху Середньовіччя на вежах церкви Святого Ельма. Це явище являє собою електричні розряди на кінцях електропровідників, коли в атмосфері навколо них сильно підвищується напруженість електричного поля. При цьому виникає розряд, але не відразу, як під час блискавки, а поступово. З гострих предметів вилітає безліч електричних іскор, утворюючи світіння.

Деякі морські тварини(зокрема електричний скат) мають органи, що продукують електрику(для захисту від ворогів).

5. Закріплення вивченого матеріалу.

• Що таке магніт та магнітні явища?
• Що називають полюсами магніту?
• Як взаємодіють між собою полюси магнітів?
• Як за допомогою компаса можна виявити полюси магніту?
• Чому  магнітна стрілка на Землі  встановлюється у певному напрямі?
• У переліку тіл і речовин вкажіть, які притягуватимуться магнітом, а які – ні: залізний цвях, пластмасова скріпка, цукор, кухонна сіль, залізна та алюмінієва ложки.
• Що таке електризація тіл? Звідки походить слово «електрика»?
• Які два види зарядів існують у природі, як їх називають і позначають?
• Наведи приклади застосування електричних явищ.

6. Підсумок уроку

• Що нового ви дізналися під час уроку?
• Де можна застосувати здобуті знання?

7. Домашнє завдання 

1. Опрацювати §12