конспект урока Молния
план-конспект урока по физике (8 класс) по теме

Урок по теме «Молния»

Учитель физики и информатики МБОУ СОШ № 1 г.Собинки ЧервоваЕ.Н.(слайд1)

Оформление доски. Крупно написана тема урока: «Молния».

Эпиграф:

 «Во все века жила затаена,

 Надежда — вскрыть все таинства природы»

 (В.Брюсов).( слайд2)

Ход урока

I. Мотивация (5 мин)

Учитель. Молния - самая мощная электрическая сила в природе, созданная льдом и жаром. Она убивает, она калечит. Мы можем поймать ее, можем сымитировать ее, но никогда не сможем полностью контролировать. Люди всегда считали молнию грозным оружием богов (показ видеофрагмента из авторского фильма «Молнии»). Во всем мире испокон веков наблюдается это удивительное физическое явление, но оно хранит еще много тайн, поэтому наше сегодняшнее занятие носит исследовательский характер. Итак, тема урока: «Молния».

Какие задачи мы поставим перед собой? Изучив протекание электрического тока в различных средах, в том числе и в газах, мы попытаемся разобраться в механизме образования молнии, ответить на важные вопросы: каковы условия ее образования? Каковы причины возникновения? Существуют ли способы защиты от нее? Какими действиями она обладает, и какие тайны в себе хранит?

Но сначала давайте зададим себе вопрос: «А много ли мы знаем о молнии?» В этом вам помогут коллажи.

 (Учащиеся отвечают, опираясь на коллажи «Тайны XX века.)

Оказывается, не так уж и много. Почему?

Учащиеся. Молнию очень трудно изучать: она смертельно опасна, трудно предсказать, в какой момент и где она появится.

Учитель. Технический прогресс позволил научиться не только ловить молнию, но и имитировать ее. Тем не менее, загадок осталось немало. Опасности не останавливают человека. Он хочет узнать тайну. Как сказал поэт Валерий Брюсов

(читает эпиграф)... Сегодня на уроке мы и пытаемся раскрыть тайны линейной молнии. Но хочу сказать, что тайна открывается лишь тем, кто готов понять ее. Поэтому для начала вспомним процесс ионизации газа.

II. Объяснение нового материала (15 мин)

 1. Ионизация

Учитель. Электрический разряд - это электрический ток в газах. Что такое электрический ток?

Учащиеся. Это направленное движение свободных заряженных частиц.

Учитель. Каковы условия возникновения электрического тока?

Учащиеся. Наличие свободных заряженных частиц и наличие электрического поля.

Учитель. Это два условия возникновения электрического тока. Воздух при обычных условиях является проводником или диэлектриком?

Учащиеся. Диэлектриком.

Учитель. Тот факт, что воздух является диэлектриком при нормальных условиях, мы используем при размыкании электрической цепи. Но оказывается, что в больших электрических полях воздух превращается в проводник. Покажем это на опыте.

Возьмем прибор «Разряд», который позволяет при подключении к источнику постоянного тока накапливать достаточно большой заряд на проводниках, положительный и отрицательный. Как видим, электрической искры нет, хотя есть и электрическое поле, и небольшое количество свободных заряженных частиц в воздухе. Уменьшим расстояние между проводниками. Возникает ли искра? Учащиеся. Да.

Учитель. Увеличилось ли электрическое поле между проводниками? Учащиеся. Да.

Учитель. Какое из условий существования электрического тока стало выполняться?

Учащиеся. Появилось большое количество свободных заряженных частиц.

Учитель. Рассмотрим "'процесс, в результате которого число свободных заряженных частиц резко увеличилось. Этот процесс называется ионизацией газа.

Оказывается, «поставщиками» свободных заряженных частиц являются нейтральные атомы. Свободные электроны, которые всегда имеются в воздухе, ускоряются в сильном электрическом поле. Когда энергия электрона достигает значения большего, чем энергия связи электронов в атоме (Екш > ^св), то, столкнувшись с атомом, он ионизует его (слайд 3 компьютерной презентации). Это значит, что нейтральный атом испускает еще один электрон, превращаясь в положительный ион. В результате имеем два электрона и один положительный ион.

Бомбардировка электронами нейтральных атомов называется ионизацией электронным ударом (слайд 4). Процесс ионизации газа носит лавинный характер, как грязевой поток, сходящий с гор (слайд 5). Возникает электрический разряд самостоятельным (слайд 6)

2. Молния

Учитель. Итак, создав электрический разряд в лабораторных условиях, мы смоделировали процесс ионизации газа. Теперь попробуем с помощью этой модели понять механизм возникновения :молнии. В природе встречаются четыре вида гигантских электрических разрядов - молний, которые сопровождаются вспышками в атмосфере и громом:

- линейная (разряд между облаком и землей);

- плоская (разряд между облаками);

- четочная (разряд в виде цепочки ярко светящихся точек);

- шаровая.

Шаровую и четочную молнию фотографировать очень трудно, поэтому их фото нам не удалось найти.

Лучше всех изучена линейная молния. О ней мы и поговорим сегодня.

Молния - гигантский искровой электрический разряд в газе (слайд 7).

При каких условиях может возникнуть молния?

Это:

1) высокая влажность (большая масса влаги в облаках);

2) большой перепад температур между нагретой солнцем поверхностью Земли и холодными вышележащими слоями атмосферы, в результате чего возникают ильные нисходящие и восходящие потоки воздуха;

3) нормальное атмосферное давление.

При таких условиях облака электризуются. Пока точно не известно, как это происходит. Существует много гипотез электризации грозовых облаков. Приведу, на мой взгляд, наиболее достоверную.

• Электризация облаков и Земли. Различные участки земной поверхности прогреваются Солнцем неравномерно. Из-за этого возникают восходящие потоки нагретого влажного воздуха. Вверху вода конденсируется и кристаллизируется, превращаясь в кристаллики льда. В верхней части облака эти кристаллы сталкиваются и разламываются на две части (большая раз в сто часть заряжается отрицательно, меньшая - положительно). Более крупные осколки осаждаются в нижней части облака и там тают, а мелкие поднимаются вверх. Таким образом, в большинстве случаев нижняя часть облака заряжается отрицательно, а верхняя положительно.

Отрицательно заряженная часть облака наводит на земной поверхности под собой положительный заряд -происходит электризация поверхности Земли через влияние.

• Механизм образования молнии. Между облаком и земной поверхностью (в дальнейшем мы будем говорить «землей») создается электрическое поле. Если оно достаточно сильное, то происходит ионизация воздуха, и возникает искровой разряд в виде молнии.

Рассмотрим основные параметры молнии (слайд 8):

Напряженность электрического поля между облаком

и землей .............................................. 105-106В/м

Сила тока разряда* .......................... 105-106 А

Скорость протекания разряда ............ 108 м/с

Длительность единичного разряда ..... 0,001 с

Число разрядов в одном канале** ...... 30-50

Температура в канале*** .................. 10 000 К

Диаметр канала ............................... 1 м

Диаметр разряда.............................. 40 см

Время между разрядами ................... 0,01 с

Вы видите, что молния - не единичный разряд, а множество очень коротких разрядов, быстро следующих друг за другом. Из-за этого нам кажется, что молния мерцает.

Итак, мы рассмотрели механизм образования линейной молнии. Какие основные процессы являются причиной возникновения искрового самостоятельного разряда (молнии)? (слайд 9).

Учащиеся. Электризация и ионизация газа.

III. Закрепление (10 мин)

(Групповая работа по карточкам, 2 мин на обсуждение.)

КАРТОЧКА 1

• А.С.Пушкин:

...Вдруг

Гром грянул, свет блеснул в тумане,

Лампада гаснет, дым бежит...

? Описанное явление очень похоже на молнию. Предположим, что это молния. А что сначала: мы слышим гром или видим вспышку? uсв= 3 • 108 м/с, •uзв~ 330 м/'с.

? На каком расстоянии сверкнула молния? Удар грома мы услышали через 25 с после того, как увидели вспышку молнии.

КАРТОЧКА 2    

 ? Чем была страшна молния для мореплавателей?

? Какую помощь необходимо оказать пострадавшему от молнии?

КАРТОЧКА 3

? Какие последствия может вызвать молния?

• К.К.Случевский'.

Упала молния в ручей.

Вода не стала горячей.

А что ручей до дна пронзен,

Сквозь шелест струй не слышит он.

Зато и молнии струя,

Упав, лишилась бытия.

Другого не было пути...

? Куда девалась энергия молнии?

КАРТОЧКА 4

• Л.Н.Толстой: «Вдруг стало темно, пошел дождь и загремело. Я испугался и сел под большой дуб. Блеснула молния такая светлая, что мне глаза больно стало, и я зажмурился. Над моей головой что-то затрещало и загремело; потом что-то ударило меня в голову, я упал и лежал до тех пор, пока не перестал дождь. Когда я очнулся, по всему лесу капало с деревьев, пели птицы и играло солнышко. Большой дуб сломался, из пня шел дым. Вокруг меня лежали оскребки дуба. Платье на мне было все мокрое и липло к телу; на голове была шишка и было немножко больно».

? Чего не знал мальчик, пострадавший от молнии? Каковы правила поведения во время грозы?

Ответы

КАРТОЧКА 1. • Сначала мы видим молнию, а уже потом слышим гром. Скорость света в миллион раз больше, чем скорость звука.

 S= 330 м/с • 25 с = 8,25 км.

КАРТОЧКА 2. • Мог возникнуть пожар, перемагнититься компас, а это нередко приводило к кораблекрушениям.

• При потере сознания следует расстегнуть воротник, расслабить пояс, растереть виски, щеки, грудь мокрым платком, опрыскать лицо холодной водой, ватку с нашатырным спиртом поднести к носу. После того как пострадавший придет в сознание, нужно напоить его крепким чаем и отправить в больницу.

При остановке дыхания нужно сделать искусственное дыхание, вызвать врача, госпитализировать.

КАРТОЧКА 3. • Разрушение сооружений из-за выделения колоссального количества энергии и создания области высокого давления; пожары; повреждения различных электроприборов, линий электропередач; ослепление летчиков в полете; перемагничивание компаса; смертельные случаи; пополнение озонового слоя атмосферы (при каждом разряде образуется озон).

- Вода является довольно хорошим проводником электричества, и при падении в ручей вся энергия молнии уходит, пронзая ручей до дна, в землю. Она действительно велика - порядка 108-109 Дж. Даже обычный искровой разряд способен прожечь бумагу.

КАРТОЧКА 4. • Мальчик не знал, что молния чаще всего ударяет в высокие одиноко стоящие предметы. Чтобы избежать поражения молнией, надо соблюдать следующие основные правила:

- не подходить к высоким предметам (деревьям, столбам) и молниеотводам, а тем более не прислоняться к ним;

- не оставаться на возвышенных и открытых местах;

- не находиться на берегах водоемов (а тем более в воде).

IV. Обобщение

(Фронтальная беседа по слайду 9, о чем узнали на уроке,. условия, причины и механизм возникновения, действия молнии, способы защиты.)

V. ДЗ

1. Заполнить пропущенные места в опорном конспекте, который был роздан детям в начале урока, используя материал § 51, 52, 81, 82 учебника Г.Я.Мякишева и Б.Б.Бу-ховцева «Физика-10. (М., Просвещение, 1992.)

2. Подготовить (по желанию) проекты, сообщения, рефераты по темам «Шаровая молния», «Четочная молния».

3. Разобрать по опорному конспекту устройство и принцип действия молниеотвода

4. Ответить на вопросы:

- Где безопаснее находиться человеку: в доме, вблизи молниеотвода, за пределами защитного пространства молниеотвода? Почему? При каких условиях молниеотвод может оказаться опасным для здания?

- Почему говорят, что молния может находить зарытые под землей клады?

- Почему у альпинистов существует правило: ночуешь высоко в горах - все металлические предметы собери и положи отдельно, подальше от лагеря?

VI. Заключение

Учитель. Молния — это все еще загадка природы, будоражащая наше воображение. Тайн, связанных с нею, много. Например, непонятно:

- почему при столкновении ледяных кристаллов положительный заряд накапливается на более мелких частицах, а отрицательный - на более (примерно в 100 раз) крупных;

- почему молнии бывают длиной 100 км и более, но никогда не бывают короче сотен метров?

- почему на теле пораженного молнией человека сгорело белье, а куртка осталась неповрежденной?

- почему молния «сбрила» с человека все до последнего волоса, не причинив ему ни малейшего вреда?

Уникальная история приводится в Книге рекордов Гиннеса. В Роя Салливана, паркового смотрителя из США, с 1942 г. по 1977 г. молния попадала семь раз. Травмы были разной степени - от поражения большого пальца на ноге до опаленных волос на голове и ожогов груди и живота. Перед очередной грозой бедняга не выдержал нервного напряжения и покончил с собой.

В Ленинской библиотеке хранятся описания случаев, когда молнии не оставляли своих жертв даже после смерти - продолжали бить в могильные камни.

Завершая наш урок, я хочу сказать, что, быть может, именно вы сможете разгадать тайны молний.

VII. Оценка ответов учащихся

Природа милая, тебе одной я внемлю,

Ты подарила мне и небеса, и землю,

И их помощником я буду век за веком

Лишь оттого, что я родился человеком

(М.Чо-хонаи. XVIII в.).

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ

м о л н и я

1. Электрический разряд —    __________

Условия возникновения электрического тока:

1)_____________________________

2) _____________________________

2. Ионизация

Рассмотрим...

3. Плазма ___   ___ ______________

_________________________________ Плазма — смесь возбужденных (т.е. обладающих высокой энергией) ионизованных атомов и возбужденных электронов. Они непрерывно взаимодействуют между собой, что приводит к неконтролируемому выделению энергии в пространство.

4. Молния__________________________

____________________________________

• Электризация облаков и Земли. Различные участки земли...

• Механизм образования молнии. Земная поверхность и облако образуют чудовищных размеров конденсатор, между обкладками которого вот-вот произойдет разряд (Е = 105-106 В/м). Но даже насыщенный водяными парами воздух является диэлектриком, он плохо проводит электричество.

Роль гигантских проводов, соединяющих тучи с земной поверхностью играют плазменные каналы, которые образуются, когда в какой-то момент от туч в сторону земли со скоростью около 107 м/с, с периодическими остановками на десятые доли секунды, начинают двигаться почти невидимые, слабосветящиеся скопления ионизованных частиц - лидеры.

Путь лидера, как правило, изломан. На своем пути лидер ионизует молекулы воздуха (процессы ударной электронной и фото ионизации в результате поглощения атомами и молекулами испускаемого лидером ультрафиолетового излучения), создавая плазменный канал повышенной проводимости.

Как только лидер достигает земли, через проложенный им канал пробегает ярко светящийся обратный (главный) разряд от земли к облаку. Скорость разряда около

108 м/с, максимальная сила тока в канале 105 - 10е А, температура 10 000 К, диаметр канала около 1 м, диаметр разряда около40 см. Вспышка длится примерно 0,001 с. Но мы успеваем заметить молнию потому, что разряды повторяются в одном и том же канале от 30 до 50 раз через 0,01 с. Из-за временных интервалов между ними наблюдателю кажется, что молния мерцает.

Причины возникновения молнии: _________

___________________________________________

Устройство и принцип действия молниеотводов

Молниеотводы для защиты от молнии были изобретены в XVIII в. Чем молниеотвод выше, тем лучше: вокруг него образуется «защищенное пространство» в форме конуса, радиус К основания которого приблизительно равен высоте молниеотвода 1г.

Основное назначение молниеотводов

разных видов - не принимать удар .— на себя, а предотвратить его возникновение. Это достигается тем, что на острие молниеотвода под влиянием отрицательного заряда облака скапливается положительный заряд, который

уходит в воздух, т.е. вокруг острия

. окружающий воздух ионизируется.

Отрицательные ионы воздуха притягиваются положительным острием

и нейтрализуют заряд молниеотвод-

да. Возникает явление, получившее

название стекание зарядов.

Электрическое поле в некотором

объеме вокруг молниеотвода ослабевает, а следовательно, уменьшается и вероятность удара молнии.

Для того чтобы молниеотвод не стал

источником опасности, его надежно

заземляют на глубину нескольких

метров для того, чтобы электрический заряд молнии ушел в землю.

H=R

Молния является одним из самых загадочных явлений природы, ибо ее поведение не поддается лабораторному моделированию, а значит, и систематическому наблюдению.

П.Капица,

ТАИНЫ XX ВЕКА

В обличии монстра

К сожалению, эти факты - скорее исключение из правила, и контакты человека с шаровой молнией чаще имеют трагические последствия. «Проснувшись среди ночи, я увидел в метре от пола ярко-желтый шар размером с бильярдный, - вспоминает один из участников экспедиции на Памир, в составе которой было пять человек. - Он семь раз подряд обошел по очереди все спальные мешки, на какое-то время скрываясь внутри каждого и вырывая куски плоти спящих в них людей до самой кости. Отверстия в спальниках были не более шара, но раны у всех пятерых были чудовищны. Шар не тронул ни одного предмета, изувечил только людей».

В небе пропасть всего таинственного. По

свидетельству женщины, в то время перестал работать приемник - раздался громкий треск и аппарат замолчал. Позже супруги обнаружили, что в нем «полетел» транзистор, а в антенной катушке сгорела обмотка. Перестали работать и электронные часы мужа. По мнению ученых, все эти «чудеса» объясняются интенсивным широкополосным электромагнитным излучением, которое генерирует шаровая молния. И если сверхвысокие частоты (СВЧ) «испаряют» кольца у людей прямо с пальцев, выводят из строя телефоны, приемники и телевизоры, то низкие частоты (НЧ) воздействуют на мозг человека, вызывая головные боли, галлюцинации, чувство страха и панику.

Молния подожгла нефтезавод под Краковом (07.05.2002; 09.00.36). На нефтеперерабатывающем заводе в местечке Тщебин в окрестностях Кракова произошел сильный пожар. ЧП случилось в воскресенье. По предварительным данным, в один из резервуаров с нефтью емкостью 10 тысяч тонн ударила молния, отчего он загорелся. От высокой температуры стенки резервуара лопнули, и горящая нефть разлилась по территории завода. По счастливой случайности охваченный огнем резервуар не был заполнен целиком - в нем было всего около 800 т нефти.

В пригородах Сиднея за последние три дня сгорели 150 домов (28.12.2001; 09.00.44).

Около 150 домов сгорели в пригородах Сиднея за последние три дня. В стране бушуют  сильные пожары. Австралийское правительство объявило ряд районов охваченного пожарами штата Новый Южный Уэльс зонами стихийного бедствия. Об этом заявил вчера глава австралийского правительства Джон Говард, накануне посетивший пять районов на юго-западе Сиднея, которые серьезно пострадали от огня. «Я лично видел, какой большой ущерб нанес огонь, и встретился с некоторым пострадавшими», -сказал он. Австралийский премьер объявил о выделении полумиллиона австралийских долларов на помощь пострадавшим. Пожары начались около двух недель назад. В глубине леса от попадания молнии вспыхнули несколько деревьев, огонь пошел дальше. Но

полиция подозревает, что были и поджоги. Стихия уже начала вырываться из-под контроля пожарных. На горящие леса и поселки сбрасываются десятки тонн воды. Огонь уничтожил сотни голов скота. В ночь на четверг тысячи людей были эвакуированы из южных районов Сиднея.  

1. Заполнить пропущенные места в опорном конспекте, который был роздан детям в начале урока, используя материал § 125,125,126учебника Г.Я.Мякишева и Б.Б.Буховцева «Физика-10. (М., Просвещение, 2004Г.)

2. Подготовить (по желанию) проекты, сообщения, рефераты по темам «Шаровая молния», «Четочная молния».

3. Разобрать по опорному конспекту устройство и принцип действия молниеотвода

4. Ответить на вопросы:

- Где безопаснее находиться человеку: в доме, вблизи молниеотвода, за пределами защитного пространства молниеотвода? Почему? При каких условиях молниеотвод может оказаться опасным для здания?

- Почему говорят, что молния может находить зарытые под землей клады?

- Почему у альпинистов существует правило: ночуешь высоко в горах - все металлические предметы собери и положи отдельно, подальше от лагеря?

H

R

КАК УБЕРЕЧЬСЯ ОТ МОЛНИИ ?

(или устройство громоотвода)

Молниеотвод (в быту он чаще называется громоотводом)   -  устройство для защиты сооружений
от ударов молнии. 
Простейший громоотвод  состоит  из  металлического наконечника,
заземляющего проводника и  надежного заземления.

   Общее сопротивление  устройства не  должно превышать  10—20 Ом.   Чем молниеотвод выше,
тем лучше.  Вокруг него образуются защитная зона, имеющая форму конуса с углом при вершине приблизительно 45 градусов. Радиус основания конуса приблизительно равен высоте молниеотвода.

Вероятность прямого  попадания  молнии внутрь   защитной зоны  ничтожно мала. 
Правильно установленный громоотвод  перехватывает более 99 % молний.
Защитой от молнии небольших жилых домов с металлическими крышами является
надёжное заземление крыши. Здания с центральным отоплением, водопроводом и подземной электропроводкой  в специальных громоотводах не нуждаются.

Основное назначение молниеотводов разных видов – это не  принимать удар молнии на себя, 
а предотвращать его появление. Это достигается тем,  что на острие молниеотвода скапливается заряд, который уходит затем в воздух. Электрическое поле в результате этого ослабевает, 
поэтому  уменьшается вероятность удара молнии.

Созданием молниеотводов ученые занимались с 18 века.
В разных странах проводились эксперименты с атмосферным электричеством
и практически решался вопрос защиты от молний.
В 1754 году чешский священник Прокопий Дивиш, проживавший в Моравии , установил на своем доме заземленный железный шест. Местные крестьян разрушили громоотвод, полагая,
что именно он виновник неурожая того года.

Но считается, что молниеотвод изобрел Бенджамен Франклин из США.
Семь лет своей жизни посвятил Франклин доказательствам электрической природы молнии.
И только после этого Франклин смог осуществить главное изобретение своей жизни – громоотвод.
Опыты Бенджамена Франклина с громоотводом состоялись в 1760 году.
Громоотвод, по словам Франклина, «...либо предотвращает удар молнии из облака,
либо уже при ударе отводит его в землю без ущерба для здания.
"Он отнял молнию у небес... " - такова надпись, вырезанная на бюсте Б. Франклина работы скульптора А. Гудона.

Молниеотводы начали устанавливать на церковных шпилях и других зданиях.
Европа и Америка разделились на два лагеря – ярых приверженцев громоотвода и столь же ярых противников его.
Не обходилось и без курьезов, так было предложено изобретение молниеотводящего зонтика.
В Париже в те годы даже женские шляпы изготовлялись с громоотводами.

ИНТЕРЕСНО ...

... что в Филадельфии в 1782 году было установлено 400 громоотводов. Крыши всех общественных зданий, за исключением гостиницы французского посольства (Франция громоотвод официально
не признавала), были увенчаны металлическими штырями. Во время сильной грозы 27 марта 1782 года именно в дом-исключение ударила молния. Гостиница была частично разрушена, а живший в ней французский офицер убит. После этого случая, имевшего широкий общественный резонанс, громоотводы были установлены уже на всех филадельфийских зданиях.

СПАСАЙСЯ ПО ПРАВИЛАМ !

Если молния ударяет в человека, то в большинстве случаев этот удар смертелен.
Пострадавшему от молнии, находящемуся в бессознательном состоянии, до прибытии врача необходимо сделать искусственное дыхание.

Чтобы обезопасить себя от попадания молнии,  следует:
1. Не находиться на улице во время грозы, а если же это произошло,  то следует отключить все предметы,  излучающие электромагнитные  волны и  находящиеся при себе.
2.  Не следует во время грозы находиться близко к деревьям и высоким объектам,  так как  чаще всего   молния бьет именно в такие объекты.