Л.И.АРИСТАРХОВА,
МОУ «Ревякинская СОШ», Тульская обл.

Короткое замыкание. Предохранители

План-конспект (канва) урока объяснения нового материала.
8-й класс

Цели урока: развивать умение применять знания в незнакомой ситуации; показать связь физики с повседневной жизнью; продолжить изучение правил обращения с электроприборами.

Оборудование: раздаточный материал (памятка бытовому пользователю электричеством, плавкие предохранители, предохранители для радиоаппаратуры), шнуры от электроприборов с повреждённой изоляцией, изолирующие штативы (3 шт.), электролампа (220 В, 15 Вт), медные провода длиной около 15 см разной толщины (4 шт.), нихромовая проволока (40–50 см), «интерьеры», вырезки из газет, кодоплёнка, ЛАТР, кодоскоп.

Учебник: А.В.Пёрышкин. Физика-8. – М.: Дрофа, 2002.

Ход урока

Учитель читает газетную заметку «Чтобы не навестил “красный петух”»: «Каждый пожар порождается, как правило, совсем крохотным, безобидным, на первый взгляд, огоньком тлеющей сигареты, угольком, выпавшим из топящейся печи, а то и вовсе внешне незаметным поначалу искрением электропроводов в результате короткого замыкания».

Ставится проблема: так что же такое короткое замыкание (КЗ) и почему мы посвящаем ему целый урок?

Демонстрация КЗ и возникновения пожара: сгорание бумажной занавески в «квартире» (см. схему опыта, хорошо описанного в методической литературе, и фото «интерьера»).

Макет «интерьера» – медные провода, на которых висит бумажная «занавеска», раскалились. Сейчас она вспыхнет

Проблема: почему при К3 возник пожар в «квартире»?

Проводится демонстрация: учитель 3–4 раза замыкает оголённые провода в «интерьере» на очень короткое время, и электролампочка в эти моменты гаснет. Поясняет: «Козьма Прутков говорил: “Отыщи всему начало, и ты многое поймёшь”. При КЗ электрический ток идёт только по проводам, мимо потребителя, из-за этого и возникает пожар».

Далее в ходе эвристической беседы выясняется цепочка R I Q с обязательной опорой в рассуждениях на законы Ома и Джоуля–Ленца. Подчёркивается, что пожар возникает от тепла, которое выделяется при протекании по проводам сильного тока, согласно закону Джоуля–Ленца. Зачитывается отрывок из газетной заметки «Коварный огонь»: «Кто же виновник, который эксплуатировал неисправную электропроводку?» Демонстрируются шнуры с повреждённой изоляцией, указываются места, где чаще всего перетирается изоляция, – на изгибах и т.п.

Проблема: как не допустить появления коварного огня при КЗ?

В одних классах ученики сами подсказывают пути решения проблемы, и учитель опытом подтверждает, что пожара при КЗ можно избежать. В других классах учитель заменяет толстые медные проволоки на очень тонкие и соединяет их. Далее в ходе короткой беседы разбирается устройство плавких предохранителей. На каждую парту раздаются предохранители двух видов – для радиоаппаратуры и плавкие. Разбирается житейская ситуация, когда в доме не оказывается запасного предохранителя или вставки в предохранитель, и её заменяют толстой проволокой. В обиходе самодельные предохранители с толстой проволокой называют жучками.

Вид доски в начале выполнения задания по выяснению физической сущности КЗ (слева) и в конце (справа)

Ученикам предлагается закрепить полученные знания необычным способом. Это занимает мало времени, но увлекательно и заставляет задуматься всех. Открывается доска – ученики с интересом рассматривают её. Ставится задача: отразить с помощью символов физическую сущность короткого замыкания. Учитель в первом столбце таблицы перед КЗ располагает рисунки: вверху – жучок, внизу – плавкий предохранитель. Вызывает к доске 8 учеников, которые последовательно заполняют клетки таблицы (каждый ученик – одну клетку). Самые шустрые заполняют клетки верхней строки, оставшиеся с усердием пытаются заполнить нижнюю строку, не обращая внимания на то, что перед КЗ уже поставлен символ плавкого предохранителя. Потом дружно смеются над своим усердием, ведь линия фазы отключается.

Далее повторяются распространённые причины, ведущие к пожарам: использование шнуров с повреждённой изоляцией, ветхой электропроводки; использование самодельных нагревателей; включение нескольких мощных приборов в одну розетку (при изучении параллельного соединения подробно разбирался вопрос о возрастании силы тока из-за уменьшения общего сопротивления при увеличении числа потребителей).

Каждому ученику вручается памятка бытовому пользователю электричеством, которая вместе с шутливыми рисунками помогает выяснить причины возгорания. Правила обращения с электричеством легко запоминаются.

Обобщая изученное, учитель акцентирует внимание на следующих правилах:

• Визуально проверять целостность проводов, исправность розеток и выключателей.

• Включать электронагреватели только в сеть, защищённую предохранителями.

• Перегорание предохранителя – сигнал опасности. Необходимо ликвидировать причину нагревания проводов.

• Не ставить самодельные предохранители-жучки.

• Не доверять монтаж или ремонт проводки посторонним лицам.

• По возможности заменить плавкий предохранитель на предохранитель-полуавтомат, действие которого основано на тепловом расширении тел при нагревании.

Демонстрируются полуавтоматические предохранители на разную силу тока (6,3 А, 16 А).

В классе сильного состава решают задачу на расчёт силы тока в аккумуляторе при КЗ, к которому может привести банальная оплошность – падение гаечного ключа на клеммы аккумулятора. Не все ученики пойдут в 10-й класс, а к технике многие тянутся с детства. Тем, которые имеют мотоцикл, приходится уже иметь дело с аккумуляторами. У них очень маленькое внутреннее сопротивление (0,01 Ом). Расчёт будет понятен без введения понятия электродвижущей силы, т.к. дети знают: чтобы в цепи был ток, она должна быть замкнутой.

Для сравнения: 10 А – допустимый ток в квартирной проводке. Ток силой 1200 А приведёт к сгоранию обкладок, и аккумулятор может взорваться от выделенного тепла. Учитель обращает внимание учеников на бережное обращение с аккумуляторами, особенно кислотными (свинцовыми).

Поскольку этот урок является последним в теме «Электрические явления», то в классе с более слабым составом или с преобладанием девочек можно провести повторение всей темы следующим образом. На экран с помощью кодоскопа проецируется плёнка. К доске вызываются девочка и мальчик. Учитель быстро читает вопросы, ученики «отвечают» с помощью указки. Обычно 4–5 мин бывает достаточно для ответов на 30 вопросов. Да, во время такого повторения проверяется механическая память, но ведь без этого тоже не обойтись. В этой игре-соревновании (кто быстрее правильно ответит?) работает и зрительная, и слуховая память.

 

Вопросы к кодоплёнке

Из какого металла делают нить накаливания в электролампочке? Покажите на схеме последовательное соединение резисторов. Единица напряжения? Условное обозначение на схемах электролампочки? Формула закона Ома? Единица сопротивления? Единица силы тока? Покажите на схеме параллельное соединение резисторов. Из какого материала делают нагревательный элемент электроприборов? Покажите схему цепи, где вольтметр включён правильно. Какой буквой обозначается сопротивление? Как называется прибор для измерения силы тока? Покажите схему цепи, где амперметр включён неправильно. До какой температуры нагревается спираль в лампе накаливания? Какой буквой обозначается сила тока? Покажите схему цепи, где вольтметр включён неправильно. Условное обозначение гальванического источника тока? Формула закона Джоуля–Ленца? Условное обозначение предохранителей на схемах? Как называется прибор для регулирования силы тока? Какой металл оказывает току маленькое сопротивление? Из какого материала не делают провода? Найдите слово, которое говорит, как включаются потребители в квартирной электропроводке. Как называется частица с наименьшим по модулю отрицательным зарядом? Найдите слово, которое говорит, как включается амперметр. Какой материал оказывает электрическому току большое сопротивление? Незаряженная частица, входящая в состав ядра? Из какого металла делают провода? Найдите слово, которое говорит, как включается вольтметр. До какой примерно температуры нагревается нихромовая спираль в нагревательном элементе?

Такие игры я провожу с 7-го класса в каждом полугодии. Класс обычно очень живо, заинтересованно реагирует на промедление товарищей, дети начинают подсказывать, «в каком углу» написан ответ (с большого расстояния надписи воспринимаются лучше).

Можно задавать вопросы с подвохом. «Подвох» и поможет закончить этот урок. Учитель читает последний вопрос: «Какое устройство защищает квартиру от короткого замыкания?» Ответ учеников предугадать нетрудно, а ведь слово «пожар»-то не произносилось! Закончить можно словами: «К сожалению, человеческий фактор (халатность, оплошность, проступок, лень, всем известное “авось всё обойдётся”, элементарное незнание физики и правил обращения с электроприборами) не позволяет избежать короткого замыкания, а вот предохранители, которые лежат у вас на столе, защищают квартиру от пожара.

На дом кроме соответствующего параграфа даётся задание: проверить, какие именно предохранители используются в квартире и есть ли среди них жучки. (В разговоре с учениками на перемене перед следующим уроком выясняется, что жучки ставятся.)

В классе сильного состава урок можно закончить опытом, который прямо противоположен задаче по расчёту силы тока при КЗ аккумулятора и поясняет, что не все источники тока «боятся» КЗ. К высоковольтному генератору (5000 В) подключается низковольтная лампочка (3,6 В) и, к большому удивлению учеников, не перегорает! Желательно после отключения лампочки получить искру в подтверждение того, что прибор исправен. Объяснение наблюдаемого явления можно дать как домашнее задание: «Вы теперь знаете, что при КЗ можно получить ток силой тысячу ампер на аккумуляторе, хотя напряжение на его зажимах 12 В. Почему же низковольтная лампочка не перегорает при подаче на неё напряжения несколько тысяч вольт? Строгое объяснение вы сможете дать в старших классах, но качественно можете объяснить и сейчас, если хорошенько подумаете». Конечно, следует обратить внимание на то, что это исключительный случай (за счёт генератора), и шутки, «эксперименты» с высоким напряжением недопустимы, опасны!

Изложена лишь приблизительная канва урока, которую можно заполнять в зависимости от уровня подготовки класса. Обязателен опыт, демонстрирующий КЗ (нагревание проводов, горение бумажной занавески, закреплённой на проводах) и защиту от КЗ (перегорание тонких проволочек).

Людмила Ивановна Аристархова окончила МГПИ им. В.И.Ленина, заслуженный учитель РФ, учитель физики высшей квалификационной категории, руководитель РМО учителей физики. Свою работу в школе начала с обустройства кабинета. Несмотря на более чем 15-летний перерыв в обеспечении приборами, на их отсутствие не жалуется – всё есть, всё работает. Любит после уроков работать в кабинете, осваивать новые интересные опыты, в чём помогает и наша газета. Как-то получила поздравительную открытку от одноклассников (школу заканчивала в Забайкалье – была офицерской дочкой) со словами: «Поздравляем с окончанием первой четверти среди бесчисленного числа будущих». И вот 40 лет в одной школе, теперь учит внуков своих первых учеников. Вспоминаются слова И.В.Курчатова: «Хороша наука физика, да жизнь коротка...» Сын – офицер, дочь тоже учитель физики. С внуком и внучками общается тесно только на каникулах, т.к. живут они в других областях.