Тема: Постоянный ток. Двигатель постоянного тока на электровозе.

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Методическая разработка учебного занятия по учебной дисциплине ОДП.12 Физика и профессионального модуля ПМ. 01 Техническое обслуживание и ремонт узлов локомотива по профессии СПО 23.01.09 Машинист локомотива Тема: Постоянный ток. Двигатель постоянного тока на электровозе.

Разработали: преподаватель физики Лойторенко А.Г.

преподаватель профессиональных дисциплин Левченко Ю.В.

2015

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Данная работа представляет собой методическую разработку учебного занятия по учебной дисциплине ОДП.12 Физика и профессионального модуля ПМ 01 Техническое обслуживание и ремонт узлов локомотива по профессии СПО 23.01.09 Машинист локомотива входящей в укрупненную группу 23.00.00 Техника и технологии наземного транспорт. Наше учреждение готовит профессиональные кадры для железнодорожного транспорта. На преподавании физики в группах по профессии 23.01.09 Машинист локомотива демонстрация профилирования дисциплины и межпредметная связь с дисциплинами профессионального цикла ПМ 01 Техническое обслуживание и ремонт узлов локомотива.

Профессия 23.01.09 Машинист локомотива - это высококвалифицированный труд, требующий большого объёма знаний и навыков, т.к. электровоз - сложная техническая система. Среди профессионально важных качеств 23.01.09 Машинист локомотива важную роль играет развитое техническое мышление, а становление и развитие этого качества происходит при изучении физики. Развитое техническое мышление позволяет принимать оперативное решение производственных технических задач в ограниченное время и в разных условиях. Для 23.01.09 Машиниста локомотива в его работе самое главное - обеспечить безопасность движения. Для того чтобы выполнять свои должностные обязанности, нашему выпускнику потребуются прочные знания дисциплин профессионально - технического цикла, основу которых составляют физические законы, теории, явления. При изучении этого раздела физики обучающиеся повторяют открытия тех ученых, без труда которых электрическая тяга была бы невозможной. Урок сопровождает компьютерная презентация, подготовленная заранее. Два - три обучающихся при информационной поддержке преподавателя, его направляющей и коррекционной работе создают презентацию урока, при этом постепенно приобретают опыт работы с информацией в сети Интернет, учатся её обрабатывать и наглядно оформлять на компьютере.

Формы организации обучающихся: коллективная, индивидуальная

Характер практических работ:

- репродуктивный (обучающиеся пользуются подробными инструкциями, предлагается алгоритм действий, контрольные вопросы, указана учебная и дополнительная литература, которой обучающийся может воспользоваться при выполнении практической работы);

- частично-поисковый (от обучающегося требуется самостоятельный подбор оборудования и приспособлений, необходимых для выполнения работы);

- поисковый (опираясь на имеющиеся у обучающегося теоретические знания, осуществляет самостоятельный поиск решения поставленной для него задачи и предлагает свой метод ее реализации).

Требования к оборудованию:

Для качественного выполнения практической работы обучающийся обязан подготовить рабочее место: подобрать необходимое оборудование, инструменты, приспособления; использовать оборудование, необходимое для выполнения работы строго по назначению; строго следовать инструкции по технике безопасности и безопасным условиям труда;

Инструктаж по технике безопасности и безопасным условиям труда с обучающимися проводится перед началом, во время и по окончанию учебного занятия;

Одним из этапов практической работы является актуализация опорных теоретических знаний. Актуализация может быть проведена в виде устного опроса по вопросам или фронтальной беседы с группой.

В ходе выполнения практической работы обучающимся предлагается примерная инструкционная карта, отражающая технологическую последовательность задания.

Для закрепления навыков выполнения определенной операции обучающимся предлагается самостоятельная работа по вариантам с обязательной оценкой выполненной работы и разбором технических ошибок, допущенных в работе.

Каждая практическая работа предусматривает критериальные показатели оценки выполненной работы.

Методические указания к практической работе содержат приложения:

Приложение 1

Критерии оценки выполненной работы:

Оценка «Отлично» - выставляется обучающемуся, если работа выполнена в полном объеме, в строгом соответствии с заданием и технологической последовательностью выполнения задания; в работе присутствуют элементы творческого подхода, предложены альтернативные методы решения задачи.

Оценка «Хорошо» - выставляется обучающемуся, если работа выполнена в полном объеме, в строгом соответствии с заданием и технологической последовательностью выполнения задания; в работе присутствуют элементы творческого подхода, предложены альтернативные методы решения задачи, допустивший в ходе выполнения практической работы 1-2 незначительные ошибки, которые были самостоятельно исправлены.

Оценка «Удовлетворительно» - выставляется обучающемуся, если работа выполнена в полном объеме, в соответствии с заданием и технологической последовательностью выполнения задания, но имеются отклонения от требуемого образца; в работе отсутствуют элементы творческого подхода, не рассмотрены варианты альтернативных методов решения задачи, в ходе выполнения практической работы допущены элементы небрежного выполнения, допущены ошибки, которые не могут быть исправлены.

Оценка «Неудовлетворительно» выставляется обучающемуся, который не справился с заданием, или даже не приступил к выполнению задания.

Приложение 2 Скриншоты презентаций к уроку.

Приложение 3 Скриншоты обучающего модуля с рабочими ссылками на используемые ресурсы.

Приложение 4 Поурочная карта обучающихся

Приложение 5 Инструкционные карты к выполнению лабораторных работ и практической работы.

Технологическая карта занятия

Учебная дисциплина: ОДП.12 Физика. Профессиональный модуль: ПМ 01Техническое обслуживание и ремонт локомотива (электровоза)

ФИО преподавателя: А. Г. Лойторенко, Ю. В. Левченко

Тема занятия: Постоянный ток. Двигатель постоянного тока на электровозе.

Тип занятия: Комбинированный урок.

Вид занятия: Интегрированное занятие.

Методы и методические приемы проведения занятия: Проблемное изучение материала.

Частично – поисковый. Практические методы

Цели занятия:

В области физических знаний	В области профессионально ориентированных технических знаний
Образовательная: -сформировать понятие об электронной проводимости металлов. Познакомить обучающихся с техникой безопасности при работе с электрическими приборами. В процессе экспериментальной работы выяснить, какие действия способен совершать электрический ток. Показать практическую направленность изучаемого материала. составление плана проведения эксперимента, реализация эксперимента - сформировать умение делать выводы по результатам эксперимента и умение объяснять технологические процессы в двигателе постоянного тока на основе физических знаний. - проконтролировать степень усвоения понятий действия электрического тока, устройство и принцип действия двигателя постоянного тока при помощи лабораторной и практической работы.	- выработать умения и навыки по изучению нового материала, научить анализировать, выделять главное, существенное, основное; систематизировать знания по теме Электрические машины электровоза. Тяговый электродвигатель - умение анализировать и объяснять физические процессы в двигателе постоянного тока на электровозе. - анализ влияния физических процессов на эксплуатационные характеристики тягового двигателя электровоза. - знание принципа работы технических устройств, железнодорожного оборудования; -знание характеристик приборов и технических устройств железнодорожного оборудования
Развивающая: развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей обучающихся в процессе выполнения самостоятельного экспериментального исследования двигателя постоянного тока, при проведении измерений.	Развивающая: Формировать умения выделять существенные признаки и свойства изучаемых процессов, составлять тезисы, вести конспект, делать выводы; обучать приемам запоминания, выделение опорных пунктов по изучаемому материалу учебного занятия
Воспитательная: воспитание профессионального отношения к решению поставленной задачи, стремление осуществлять познавательно-исследовательскую деятельность	Воспитательная: Выработать умения логически мыслить, добиться осознанности и необходимости получения новых знаний

Обеспечение занятия

• Наглядные пособия: Дидактический раздаточный материал: правила техники безопасности; расчетный лист; лист рейтинговой оценки.

Технические средства обучения: мультимедийный проектор; компьютер.

• Методическое сопровождение: отрывок из фильма «Электрический ток в металлах»; авторская презентация к уроку, презентации: «Электрификация железных дорог», «Электровозы постоянного и переменного тока»

• Натуральные образцы: выпрямители, провода с розетками, ключи, магниты, штативы, подставки, электроды угольные и серебряные, р-р медного купороса, кипячёная вода, резистор, лампочка на подставке, шкала, гвозди, проволока, проволочный моток, таблица на доске, схемы электрических цепей, тесты, карточки, маркер,

• Раздаточный материал: Поурочная карта обучающихся, правила техники безопасности; расчетный лист; лист рейтинговой оценки.

Учебные места (для практических и лабораторных занятий) 30 мест

• Литература:

Основная: В.Ф. Дмитриева, Физика: Учебник для средних специальных учебных заведений колледжей. – М.: Академия, 2010 -447 с. Дмитриева, В.Ф. Задачи по физике М.: Академия, 2010.

А.В. Грищенко, В.В. Стрекопытов «Устройство и ремонт электровозов и электропоездов»№, М. Академия,2011г.

Кабардин, О.Ф. Физика: Справочные материалы: Учебное пособие для обучающихся -4-изд. – М.: Просвещение: АО «Учебная литература», 2010. -367с.

Дополнительная: Шушарин А.В. Физические основы технологических процессов на железнодорожном транспорте: учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. / Челяб. ин-т путей сообщения. Челябинск, 2012. 270с.

Межпредметные связи: математика, электротехника, ПМ 01Техническое обслуживание и ремонт локомотива (электровоза)

ХОД ЗАНЯТИЯ

1. Организационный момент. Целевая ориентация (4 мин)

Обучающиеся занимают свои места, учащиеся знакомятся с целями урока.

1. Актуализация опорных знаний (12 мин.)

Физический диктант с целью повторить понятия: электрический заряд, элементарный заряд, проводник, диэлектрик, электрическое поле, электрический ток, электрон.

1. Основная часть. Изложение нового материала(18мин)

   1. Теоретическая часть (15 минут).

Изучение нового материала: углубление знаний об электрическом токе в металлах, ознакомление с устройством, принципом работы, применением двигателя постоянного тока на электровозе.

1. Выполнение лабораторной работы: Действия электрического тока (15 минут)

Умение обучающихся подтвердить экспериментально магнитное, тепловое и химическое действия электрического тока при выполнении лабораторной работы и провести аналогию с подобными действиями тока в двигателе постоянного тока на локомотиве.

Ознакомление с техникой безопасности при выполнении лабораторной работы. Обучающиеся выполняют лабораторный эксперимент, по предложенному плану и делают выводы.

Затем по одному обучающемуся от каждой группы на доске заполняет таблицу и рассказывает о каждом действии тока на электровозе.

Первый обучающийся демонстрирует магнитное действие тока и рассказывает о принципе действия двигателя постоянного тока на локомотиве.

Второй обучающийся демонстрирует тепловое действие тока и рассказывает о его влиянии на потери мощности двигателя постоянного тока на электровозе.

Третий обучающийся демонстрирует химическое действие тока и рассказывает о применении аккумуляторов на электровозе.

1. Отчёт обучающихся по опережающему домашнему заданию (10 мин).

Сообщение №1. «Электрификация железных дорог»,

Сообщение№ 2. «Электровозы постоянного и переменного тока»

1. Выполнение практической работы (10 минут). Исследование принципа действия электродвигателя постоянного тока на локомотиве на модели электродвигателя

1. Закрепление знаний, умений, навыков (15 мин)

Ответы на вопросы обучающих и контролирующих модулей на компьютере.

1. Домашнее задание и его разъяснение (4 мин)

Найти самостоятельно информацию об открытиях учёных, доказывающих электронную природу тока в металлах. Указать основные элементы тягового двигателя на рисунке.

1. Выставление и аргументация оценок (5 мин)

Рейтинговая система выставления оценки:

20 баллов оценка «5»

16-18 баллов – оценка «4»

14-16 баллов – оценка «3».

Менее 14 баллов – оценка «2».

Остальные обучающиеся получают оценки за выполнение практической работы

Преподаватели А.Г. Лойторенко, Ю. В.Левченко

Постоянный электрический ток и его применение на электровозе.

Формирование требований ФГОС при изучении темы:

Постоянный электрический ток и его применение на электровозе.

В результате изучения темы обучающийся должен уметь:

• описывать и объяснять результаты наблюдений и экспериментов: взаимодействие проводников с током;

• применять полученные знания для решения физических задач;

• воспринимать и на основе полученных знаний самостоятельно оценивать информацию, содержащуюся в сообщениях СМИ, научно-популярных статьях;

• использовать новые информационные технологии для поиска, обработки и предъявления информации по физике в компьютерных базах данных и сетях (сети Интернета).

В результате изучения темы обучающийся должен знать:

• смысл понятий: электромагнитное поле, элементарный электрический заряд, сила электрического тока, электрическое напряжение, электрическое сопротивление;

• смысл закона Ома для участка цепи, вклад российских и зарубежных ученых, оказавших наибольшее влияние на развитие физики.

Изучение темы способствует формированию у обучающихся следующих общих компетенций:

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения задач, оценивать их выполнение и качество.

ОК 6. Работать в коллективе и команде.

Ход урока:

№	Этап урока	Деятельность преподавателя	Деятельность обучающегося	Время (в мин.)
1	2	3	4	5
1.	Организационный момент (приветствие обучающихся, постановка цели урока, девиза урока).	(На доске записана тема урока «Постоянный ток. Сила тока. Двигатель постоянного тока на локомотиве». На доске плакат – Двигатель постоянного тока. Преподаватель сообщает обучающимся тему и цели урока: -Сегодня на уроке мы изучим понятия: постоянный электрический ток, электронная проводимость металлов, сила тока, действия тока, условия существования электрического тока, применение постоянного электрического тока на электровозе, устройство и принцип действия двигателя постоянного тока на электровозе.	Записывают в тетрадь тему урока. Приступают к заполнению	4 мин
2.	Воспроизведение и коррекция опорных знаний (диктант по теме Электростатика).	Преподаватель: Для успешного решения задач повторим теоретический материал и выполним физический диктант (на оценку). Задания выполним по вариантам. Каждое задание читаю три раза. После первого прочтения вы обдумываете ответ, после второго – записываете, после третьего – проверяете. Для самопроверки за доской выполнят задания по одному учащемуся из каждого варианта. Физический диктант: 1. Физическую величину, характеризующую свойство тел или частиц вступать в электромагнитные взаимодействия называют… 2. Наименьшими устойчивыми частицами, обладающими элементарным зарядом являются… 3. Модуль элементарного заряда равен… 4. Закон, описывающий с илу взаимодействия двух точечных зарядов называется … 5. Форма материи, посредством которой осуществляются электромагнитные взаимодействия заряженных частиц или тел, называют… 6. Вещества, в которых может происходить упорядоченное перемещение электрических зарядов, называют… 7. Вещества, которые не проводят электрический ток, называют… 8. Упорядоченное движение заряженных частиц называют… 9. Ток, сила которого не изменяется с течением времени называют … 10. Для возникновения электрического тока необходимо… 11. С какой целью на стыках рельсов электрифицированных железных дорог делают толстые медные перемычки или сваривают рельсы? Ответ. Рельсы проводят электрический ток и, следовательно, чтобы цепь не была разомкнута, делают медные перемычки или сваривают рельсы. Преподаватель: Критерии оценивания диктанта: 10 правильных ответов-5баллов, 8- 4 балла, 6 -3 балла и менее 6 – 2балла. Преподаватель: Сдайте листочки, выслушаем и оценим ответы обучающихся, выполнявших задания на доске. (слайды 2-4)	Выполняют задания в листочках, 2 обучающихся за доской. Затем представляют свои работы.	15 мин
3.	Изложение нового материала. Теоретическая часть.	Преподаватель: Мы с вами рассмотрели лишь простейший частный случай взаимодействия неподвижных заряженных частиц– электростатику. Теперь перейдем к изучению электромагнитных процессов, наблюдаемых при движении заряженных частиц. Неподвижные электрические заряды редко используются на практике. Преподаватель: Слово «ток», что означает? А значит – «электрический ток», это движение заряженных частиц. Именно это явление мы с вами и будем изучать на следующих уроках. В школе вы изучали это физическое явление. Тогда мы узнали, что: «электрический ток – направленное движение заряженных частиц». Преподаватель:- Что такое проводник? Вещества проводящие электрический ток: (слайд 2) Для того, чтобы заставить электрические заряды служить нам, их нужно привести в движение – создать электрический ток. Электрический ток освещает наши дома и улицы, приводит в движение станки, создает радиоволны, циркулирует во всех электроприборах. Сегодня мы рассмотрим самый технически важный вид тока – ток проводимости в металлах Наиболее простой случай направленного движения заряженных частиц – постоянный электрический ток в металлах. Самое известное из ранних определений металла было дано в середине XVIII века М.В. Ломоносовым: “Металлом называется светлое тело, которое ковать можно. Таких тел только шесть: золото, серебро, медь, олово, железо и свинец”. Спустя два с половиной века многое стало известно о металлах. К числу металлов относится более 75% всех элементов таблицы Д. И. Менделеева, и подобрать абсолютно точное определение для металлов – почти безнадежная задача. (Слайд8-9) Преподаватель: Давайте вспомним, что мы знаем о металлах. Металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение. В узлах кристаллической решётки металлов расположены положительные ионы, а в пространстве между ними движутся электроны. Электроны не связаны с ядрами своих атомов и движутся беспорядочно, поэтому их называют свободными. (Слайд 9-10) Отрицательный заряд всех свободных электронов по абсолютному значению равен положительному заряду всех ионов решётки. Поэтому в обычных условиях металл электрически нейтрален. (слайд 11) Если в металлах создать электрическое поле, то свободные электроны начнут двигаться направленно под действием электрических сил. Возникает электрический ток. Все электроны начинают двигаться в одном направлении по всей длине проводника, но между ними сохраняется беспорядочное движение (стайка мошкары, движущаяся в сторону ветра). (слайд 12) Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение свободных электронов Об этом мы узнали при изучении физики в школе. А теперь наша задача ознакомиться с опытами учёных, которым удалось экспериментально подтвердить предположение о том, что ток в металлах-направленное движение электронов. Экспериментальное доказательство существования свободных электронов в металлах. (слайд 12видео). Опыт Рикке. (слайд 14) Какие же электрические заряды движутся под действием электрического поля в металлических проводниках? Мы можем предположить, что под действием электрического поля движутся свободные электроны. Но это наше предположение нуждается в доказательстве. Немецкий ученый Рикке поставил следующий эксперимент. Это говорит о том, что ток обусловлен движением частиц, одинаковых для всех металлов. Более подробную информацию обучающиеся получают самостоятельно. Смотрите http://festival.1september.ru/articles/618503/ http://physik.ucoz.ru/photo/ehlektromagnetizm/fotografii/13-0-692 (Немецкий физик К.Рикке в 1899 г. на трамвайной подстанции в Штуттгарте включил в главный провод, питающий трамвайные линии, последовательно друг другу торцами три тесно прижатых цилиндра; два крайних были медными, а средний - алюминиевым. Через эти цилиндры более года проходил электрический ток. Произведя тщательный анализ того места, где цилиндры контактировали, К. Рикке не обнаружил в меди атомов алюминия, а в алюминии - атомов меди, т. е. диффузия не произошла. Таким образом, он экспериментально доказал, что при прохождении по проводнику электрического тока ионы не перемещаются. Следовательно, перемещаются одни лишь свободные электроны, а они у всех веществ одинаковые.) Опыт Мандельштама – Папалекси. (слайд15) Русские ученые предложили следующую идею: есть проводник, который движется с некоторой скоростью, а потом резко тормозится. С помощью данного эксперимента можно было установить знак частиц, отвечающих за ток в металлах. Их эксперименты показали, что это отрицательные частицы. Опыт можно было бы выполнить и с количественным результатом, но помешала первая мировая война. Более подробную информацию обучающиеся получают самостоятельно. http://festival.1september.ru/articles/618503/ http://physik.ucoz.ru/photo/ehlektromagnetizm/fotografii/13-0-692 (Для выяснения природы носителей тока в металлах физики Л.И. Мандельштам и Н.Д. Папалекси провели в 1913 году оригинальный опыт. Идея опыта сводилась к тому, чтобы обнаружить электрический ток при внезапной остановке быстро движущегося проводника. Если металлический стержень движется поступательно со скоростью V. При резком торможении стержня носители тока будут продолжать двигаться по инерции, Поэтому в замкнутой цепи появится кратковременный ток, который можно обнаружить с помощью гальванометра. По направлению тока можно определить знак движущихся зарядов. Этот опыт подтвердил существования инерционного движения носителей заряда в проводнике). Опыт Стюарта – Толмена. Возьмём катушку, которая может вращаться вокруг своей оси. Концы катушки с помощью скользящих контактов замкнуты на гальванометр. Если находящуюся в быстром вращении катушку резко затормозить, то свободные электроны в проволоке продолжат двигаться по инерции, в результате чего гальванометр должен зарегистрировать импульс тока. В этих опытах было определено отношение заряда к массе носителей заряда. Зная заряд электрона, можно было определить массу частиц. Она оказалась порядка 10-30кг, что в несколько тысяч раз меньше массы иона. Таким образом, результаты опыта свидетельствовали о том. Что носителями тока могли быть только электроны. Более подробную информацию обучающиеся получают самостоятельно. http://festival.1september.ru/articles/618503/ http://physik.ucoz.ru/photo/ehlektromagnetizm/fotografii/13-0-692 (В 1916 году опыт, аналогичный опыту Мандельштама – Папалекси, осуществили американские физики Т. Стюарт и Р. Толмен Катушка с большим числом витков тонкой проволоки приводилась в быстрое вращение вокруг ее оси (общая длина витков обмотки составляла примерно 500м, а линейная скорость движения провода достигала 300м/с). Концы обмотки были присоединены к чувствительному гальванометру при помощи длинных гибких проводов. После раскручивания катушки ее резко тормозили специальным приспособлением. При этом в цепи возникал кратковременный ток, причем направление тока соответствовало направлению инертного движения отрицательно заряженных частиц) Выводом из этих экспериментов стала электронная теория электропроводности металлов. На основе этих и других опытов П.Друде в 1900 году создал теорию электропроводности металлов, в основе которой лежат следующие допущения: а) свободные электроны в металле ведут себя как молекулы идеального газа; «электронный газ» подчиняется законам идеального газа; б) движение свободных электронов в металле подчиняется законам классической механики Ньютона; в) свободные электроны в процессе их хаотического движения сталкиваются не между собой (как молекулы идеального газа), а с ионами кристаллической решётки; г) при столкновениях электронов с ионами электроны передают ионам свою кинетическую энергию полностью. Таким образом, было экспериментально доказано существование свободных электронов в металлах. Вопрос преподавателя: Какой вывод мы можем сделать? (слайд 19-20) 2. Направление электрического тока. (слайд 21 видео) В металлах электрический ток – это упорядоченное движение электронов (отрицательно заряженных частиц). Т.к. в основном мы будем сталкиваться с электрическим током в металлах, разумно было бы предположить, что за направление электрического тока принимают направление движения электронов в электрическом проводнике (т.е. от « - » полюса источника к « + »). За направление электрического тока приняли направление, по которому могли бы двигаться в проводнике «+» заряды, т.е. от «+» к «-», а т.к. это условие было учтено во всех законах и правилах электрического тока, то после открытия электронов и ионов ничего изменять не стали. Просмотр кинофильма «Направление электрического тока». (Проставить направление тока в схемах рабочего листа). (слайд 20). Как многие физические явления электрический ток имеет количественную характеристику, называемой силой тока: если через поперечное сечение проводника за время ∆t переносится заряд ∆q, то среднее значение силы тока равно: I=∆q/∆t (сила тока равна отношению заряда ко времени). (слайд 22 – 23) Таким образом, средняя сила тока равна отношению заряда ∆q, прошедшего через поперечное сечение проводника за промежуток времени ∆t, к этому промежутку времени. В СИ (системе интернациональной) единицей силы тока является ампер, обозначается 1 А = 1 Кл/с (Один ампер равен отношению 1кулона на 1 секунду) Обратите внимание: если сила тока со временем не меняется, то ток называют постоянным. Сила тока может быть положительной величиной, если направление тока совпадает с условно выбранным положительным направлением вдоль проводника. В противном случае сила тока отрицательна. Для измерения силы тока используют прибор – амперметр. Принцип устройства этих приборов основан на магнитном действии тока. В электрическую цепь амперметр включается последовательно к тому прибору, у которого нужно измерить силу тока. Схематичное изображение амперметра – окружность, в центре буква А. (слайд 23) Мы выяснили, какова природа электрического тока в металлах. Вопрос преподавателя: -Но как можно судить о том, есть ли в проводнике ток? -Какие действия электрического тока вы знаете? Вопрос преподавателя: - Какими действиями себя проявляет электрический ток в металлическом проводнике? Следующим этапом урока является выполнение кратковременных лабораторных работ, (обучающиеся делятся на 3 группы) Перед вами – лабораторное оборудование. Ваша задача- выполнить эксперимент, продемонстрировать различными способами основные действия электрического тока. Заполнить предлагаемую таблицу и рассказать о том, какие основные действия электрического тока мы можем наблюдать на электровозе. Перед началом работы, вспомним о технике безопасности: Человеческое тело – проводник. Если случайно человек окажется под напряжением 24В, то в большинстве случаев он не избежит травмы или даже смерти. Поэтому любому человеку, имеющему дело с электричеством, надо помнить следующие правила: 1. Очень опасно одновременное прикосновение двумя руками к двум оголённым проводам. 2. Очень опасно прикосновение к оголённому проводу, стоя на земле, на сыром или цементном полу. 3. Опасно пользоваться неисправными электроприборами. 4. Нельзя собирать, разбирать, исправлять что-либо в электрическом приборе, не отключив его от источника питания. 5. Нельзя проводить какие либо операции с электрической арматурой, не выключив её из сети. Мы пользуемся на уроке напряжением безопасным для жизни 4В. Но правила, оговоренные выше, надо соблюдать. (Для каждой группы обучающихся на столах лежит лабораторное оборудование: Первая группа: Батарея 4В, проволочный моток, штатив, источник постоянного тока, реостат, ключ, соединительные провода, постоянный магнит. Вторая группа: Лампочка на подставке, батарея 4В, соединительные провода, ключ. Третья группа: Лампочка на подставке, электролитическая ванна, раствор медного купороса, соединительные провода, батарея 4В.	Обучающиеся отвечают на вопросы преподавателя. Обучающиеся приступают к заполнению поурочной карты -Движение! Ответ: вещества, в которых есть свободные носители зарядов. На этом этапе обучающиеся получают домашнее задание самостоятельно найти и изучить более подробную информацию об опытах Рикке, Мандельштама, Папалкси, Толмена, Стюарта. Предполагаемый ответ обучающегося: -В обычных условиях металл электрически нейтрален - Свободные электроны движутся в нём беспорядочно - Если создать в металле электрическое поле, то свободные электроны начнут двигаться направленно (упорядоченно), т. е. возникнет электрический ток беспорядочное движение электронов сохраняется. Предполагаемый ответ обучающегося: -по действиям электрического тока. Предполагаемый ответ обучающегося: -тепловое, магнитное, химическое и физиологическое Предполагаемый ответ обучающегося: -магнитное действие и тепловое действие. Предполагаемый ответ обучающегося: Основные носители заряда в металлах – электроны, следовательно проводимость металлов – электронная. Предполагаемый результат: Обучающиеся выполняют лабораторный эксперимент, по предложенному плану и делают выводы. Затем по одному человеку от каждой группы на доске заполняют таблицу и рассказывают о каждом действии тока электровозе. Первый обучающийся: Этот опыт впервые был проделан Эрстедом, таким образом было доказано магнитное действие электрического тока. Мы наблюдали, что при замыкании цепи виток провода отклонялся от первоначального положения, следовательно на электрический ток со стороны магнитного поля действует сила, вызывающая механическое движение, это физическое явление нашло своё применение в коллекторных и асинхронных двигателях двигателе локомотива. Тяговые электродвигатели (ТЭД) служат для преобразования электрической энергии в механическую, передаваемую затем с помощью специальных устройств на колесные пары локомотива.( слайд 35). Второй обучающийся: Мы продемонстрировали тепловое действие электрического тока. Его необходимо учитывать при работе машиниста электровоза, так как чем большую мощность развивает тяговый двигатель, тем больший ток проходит по его обмоткам и тем больше тепла выделяется в проводниках. В результате нагреваются обмотки и другие детали двигателя. Повышение температуры сказывается на состоянии и работоспособности двигателя и в первую очередь на его изоляции. Поэтому для увеличения мощности тягового двигателя необходимо его охлаждение. Для этого через тяговые двигатели с помощью вентиляторов непрерывно прогоняют охлаждающий воздух.	25 мин
				2 мин
5.	Домашнее задание	Повторить п.34-49 «Сборник задач по физике» В.И.Лукашик, Е.В.Иванова №1261,1284,1315	Записывают задание в дневник, просматривают в учебнике, сборнике задач, задают вопросы.	1 мин

Действия электрического тока.

№ группы	Рисунок	Название действия	Применение на локомотиве
1		магнитное	В результате работы, опираясь на карточки, каждая группа запишет место применения изученного действия тока.
2		тепловое
3		химическое

Магнитное действие является основным, так как наблюдается у всех проводников, тепловое отсутствует у сверхпроводников, а химическое наблюдается лишь у растворов и расплавов электролитов.

Преподаватель: какова же скорость движения самих электронов в проводнике под действием электрического поля? Что возникает в проводнике и распространяется с большой скоростью? (слайд 24-25)

- Невелика, всего несколько миллиметров в секунду, а иногда и ещё меньше.

Если возникает в проводнике электрическое поле, оно с огромной скоростью распространяется по всей длине проводника (близкой к скорости света 300 000 км/с), одновременно начинают двигаться электроны в одном направлении по всей длине проводника

Сравнение электрического тока с течением воды в водопроводе, а распространения электрического поля – с распространением давления воды.

ЭТО ИНТЕРЕСНО !
В 1979 г. в США было получено в лабораторных условиях самое высокое напряжение.
Оно составило 32 ± 1,5 млн В.
Напряжение, считающееся безопасным для человека в сухом помещении,
составляет до 36 В. Для сырого помещения это значение опускается до 12 В.

ЭТО НАДО ЗНАТЬ ВСЕМ !

Что будет с человеком, который окажется рядом с упавшим оголенным кабелем,
находящимся под высоким напряжением ?
Так как земля является проводником электрического тока, вокруг   упавшего оголенного  кабеля, находящегося под напряжением,   может возникнуть опасное для человека шаговое напряжение.
Шаговое напряжение, обусловленное  электрическим током, протекающим в этом случае  в земле,
  равно разности потенциалов между двумя точками поверхности земли, находящимися на расстоянии одного шага человека. Возникает замкнутая электрическая цепь в теле человека по пути нога-нога. Поражение электрическим током по  этому пути  считается наименее опасным, т.к. в этом случае через сердце проходит не более 0,04 от общего тока, и на практике не зарегистрировано ни одного случая смертельного поражения человека шаговым напряжением.
При попадании под шаговое напряжение даже небольшого значения  возникают непроизвольные  судорожные сокращения  мышц ног. Обычно человеку удается в такой ситуации своевременно выйти из опасной зоны. Однако не пытайтесь выбегать оттуда огромными шагами, шаговое напряжение при этом только увеличится! Выходить надо обязательно  быстро, но очень мелкими шагами или скачками на одной ноге!
Если же рефлекторное действие тока всё-таки  успевает проявиться, то  человек падает на землю, и возникает  более тяжелая ситуация:  образуется  более опасный путь тока  от рук к ногам,  и создается  угроза смертельного поражения.

Электродвигатель постоянного тока

Электродвигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую. Первый электродвигатель создал Борис Семёнович Якоби в 1834 году. Электродвигатели используются в пылесосах, холодильниках, магнитофонах, кухонных комбайнах, электродрелях, станках, автомобилях, поездах, космических станциях. (слайд 26)

Тяговые электродвигатели (ТЭД) служат для преобразования электрической энергии в механическую, передаваемую затем с помощью специальных устройств на колесные пары локомотива. Действия тяговых двигателей основано на явлении электромагнитной индукции.

Презентация учащегося1.

Доклад учащегося 1. Виды тяги и их технико-экономическое сравнение.

В зависимости от типа локомотива различают и виды тяги. При паровой тяге поезда обслуживаются паровозами; при тепловой тяге - тепловозами, в пригородном сообщении - дизельпоездами; при электрической тяге - электровозами, в пригородном сообщении - электропоездами. Паровоз, тепловоз, дизельпоезд - это автономные локомотивы.

Несмотря на привязанность к линиям электропитания, электрическая тяга имеет ряд преимуществ:

1.Мощность тяговых двигателей электровоза не ограничена мощностью источника энергии. Поэтому, при равном или даже меньшем весе, электровоз развивает бо́льшую силу тяги и ведет поезд с более высокой скоростью, отсюда:

2.Пропускная способность (количество поездов в единицу времени) возрастает на 30÷50 % по сравнению с паровой тягой, а провозная способность (количество тонн перевезенного груза в единицу времени) возрастает в 1,5÷2 раза.

3. К.П.Д. составляет ≈ 23 % (при тепловой тяге ≈ 19 %, при паровой тяге ≈ 3÷4 %).

4. Электроподвижной состав устойчиво работает в зимних условиях.

5. Более высокая культура в производстве.

6. Возможна работа по системе многих единиц (на тепловозах и дизель поездах она ограничена необходимостью контроля за работой дизель-генераторных установок в противопожарном отношении).

7. Сравнительно низкие расходы на ремонт и эксплуатацию.

8. Возможность применения рекуперации (передача электроэнергии от электровоза в контактную сеть).

9. Простота управления, быстрая смена направления движения.

Однако тяга имеет ряд недостатков:

1. Большой расход цветного металла.

2. Работа электроподвижного состава зависит от состояния контактной сети, тяговых подстанций, электростанций.

3.Требуются дополнительные капитальные затраты на строительство электростанций, тяговых подстанций и сооружений контактной сети, но они окупаются за 2÷4 года.

Доклад обучающегося 2. Постоянный ток на электровозе:

Система постоянного тока. Тяговые электродвигатели (ТЭД) служат для преобразования электрической энергии в механическую, передаваемую затем с помощью специальных устройств на колесные пары локомотива.

Исторически, контактная сеть постоянного тока была первой (1895 г. США, 1926 г. - СССР).Простота конструкции электровозов постоянного тока имела решающее значение, что определило ее более широкое использование. Это и обусловило распространение системы постоянного тока на железных дорогах СССР в первые годы электрификации.

Локомотивы, к которым контактный провод подводит электрическую энергию постоянного тока, называют электровозами постоянного тока, а железнодорожные линии, на которых они работают,— электрифицированными железными дорогами постоянного тока, или, точнее, железными дорогами, электрифицированными по системе постоянного тока. Свыше 50% всех электрифицированных дорог на земном шаре электрифицировано по этой системе. Из 50 тыс. км электрифицированных железных дорог нашей страны более 27 тыс. км работает на постоянном токе

Тяговые двигатели для электровозов и электропоездов постоянного тока в основном изготовляют на напряжение не выше 1500В (редко – незначительно большее). Попарное последовательное соединение таких двигателей позволяет иметь в тяговой сети напряжение, равное 3000 В. При таком напряжении энергия тяговым двигателям передается без изменения уровня напряжения на электровозе. В этой системе электровозы получаются наиболее простыми, что и составляет одно из главных ее преимуществ. При таких значениях напряжения расстояния между подстанциями на грузонапряженных дорогах принимаются, как правило, около 15 – 20 км, а сечения проводов контактной сети по сравнению с другими системами тока и напряжения – в 2 – 3 раза большими. В столь же раз больше получаются потери энергии в проводах контактной сети.

В дальнейшем при увеличении грузопотоков приходится добавлять подстанции, и тогда расстояние между ними уменьшается вдвое. Большая площадь сечения проводов контактной сети и большее число тяговых подстанций, вызванное относительно невысоким напряжением в тяговой сети, являются существенным недостатком системы постоянного тока. Номинальное напряжение на метрополитенах России и ряде других стран равно 750 В.

Недостатком системы постоянного тока являются также большие потери энергии в пусковых реостатах при разгоне поезда. Особенно при пригородном движении, где доля пусковых потерь достигает – 12 - 15%.

Влияние нагрузок тяговой сети на смежные линии при системе постоянного тока относительно невелико и легко устранимо, что можно отнести к существенным преимуществам этой системы. Иначе обстоит дело с электрокоррозией подземных сооружений, что как уже было отмечено, является особенностью и одним из существенных недостатков системы постоянного тока. Для борьбы с этими явлениями разработаны эффективные мероприятия, значительно уменьшающие опасность электрокоррозии подземных сооружений.

Участки дорог постоянного тока питаются от энергосистемы, а энергия преобразуется с помощью полупроводниковых преобразователей. Ранее подстанции постоянного тока оборудовались в основном двигатель – генераторы. В настоящее время для преобразования переменного тока в постоянный применяют только полупроводниковые преобразователи.

В 50 гг в СССР и Франции были начаты работы по созданию новой более экономичной системы электрической тяги переменного тока промышленной частоты 50 Гц с напряжением в тяговой сети 25 кВ. В этой системе тяговые подстанции, как и в системе постоянного тока, питаются от общепромышленных высоковольтных трехфазных сетей. Но на них нет выпрямителей. Трехфазное напряжение переменного тока линий электропередачи преобразуется трансформаторами в однофазное напряжение контактной сети 25 кВ, а ток выпрямляется непосредственно на электроподвижном составе. Легкие, компактные и безопасные для персонала полупроводниковые выпрямители, которые пришли на смену ртутным, обеспечили приоритет этой системы.

Во всем мире электрификация железных дорог развивается по системе переменного тока промышленной частоты.

Одним из средств, помогающих освоить быстро растущий объем перевозок, является увеличение массы поездов. Так, средняя масса поезда в 1940 г. была равна 1367 т, а в 1985 г. составила 3033 т, т. е. возросла более чем в 2 раза.

Повышение массы поездов достигается благодаря использованию более мощных локомотивов. Так, мощность электровоза ВЛ19 — первенца нашего электровозостроения — составляла 2040 кВт, а мощность серийно выпускаемых современных электровозов превышает 8000 кВт (приложение 2), т. е. больше в 4 раза. Мощность электровозов повышают, увеличивая как число осей, а соответственно и число тяговых двигателей, приводящих их в движение (с шести до восьми и двенадцати), так и мощность двигателей (с 250— 400 кВт до 850—1050 кВт).

С повышением мощности электровозов растет потребляемый ими ток, а, следовательно, падение напряжения и потери электрической энергии в контактной сети, если неизменны площадь сечения ее проводов и напряжение в контактном проводе. Чтобы уменьшить потери энергии, увеличивают площадь сечения проводов, но это вызывает большой расход дефицитного цветного металла. Лучше было бы, конечно, повысить напряжение, но при той же мощности локомотива тяговые двигатели и тяговая аппаратура будут гораздо сложнее и дороже, а надежность их работы снизится.

Поэтому вновь начали изучать возможности использования переменного тока для электрической тяги. Известно, что переменный ток обладает замечательным свойством: его можно трансформировать, т. е. повышать или понижать напряжение в очень широких пределах. Подводя высокое напряжение к контактному проводу, нетрудно понизить его с помощью трансформатора, установленного на электровозе, до оптимального по условиям работы тяговых двигателей и аппаратов.

     А что если на самом локомотиве преобразовывать переменный ток, передаваемый по контактной сети, в постоянный? Тогда к контактным проводам можно будет подводить высокое напряжение, на электровозе понижать его и, преобразуя переменный ток в постоянный, питать им тяговые двигатели. Осуществить это оказалось возможным после освоения нашей промышленностью производства надежно действующих ртутных выпрямительных установок.

    Электровозы с ртутными выпрямителями работали довольно долго, но они обладали многими недостатками, в частности низкой надежностью и плохими массогабаритными показателями, создавали ряд эксплуатационных неудобств.

    Освоение массового производства кремниевых выпрямителей, значительное снижение их стоимости привели к тому, что на современных электровозах применяются исключительно полупроводниковые преобразовательные, установки. Кремниевые вентили при значительной мощности имеют небольшую массу, малые размеры, высокий коэффициент полезного действия (к. п. д.), устойчиво работают в широком диапазоне температур.

    Для питания электровозов переменного тока применяют однофазный ток промышленной частоты при напряжении в контактном проводе 25 кВ. Железные дороги, где эксплуатируются такие электровозы, называют электрифицированными железными дорогами переменного тока, или, точнее, железными дорогами, электрифицированными по системе переменного тока промышленной частоты. Применение системы переменного тока промышленной частоты позволило создать мощные электрические локомотивы. Протяженность дорог переменного тока в нашей стране превышает 22 тыс. км.

Практическая работа

Исследование принципа действия электродвигателя постоянного тока на локомотиве на модели электродвигателя.

Цель работы: ознакомиться с основными деталями электрического двигателя постоянного тока на модели этого двигателя и изучить принцип его действия.

Оборудование: модель электродвигателя, источник питания, ключ, соединительные провода.
Подготовительные вопросы:

1. Действие электрического двигателя основано……………

2. Кто изобрёл первый электродвигатель, пригодный для практического применения?

3. Какие преобразования энергии происходят в электродвигателе постоянного тока?

4. Где применяются электродвигатели?

5. Каковы преимущества электрических двигателей по сравнению с тепловыми?

ХОД РАБОТЫ

Примечание:

• Подвижная часть электродвигателя называется якорем. Электромагнит, создающий магнитное поле, в котором вращается якорь, называют индуктором.

1. Якорь

2. Сердечник полюса

3. Обмотка полюса

4. Статор

5. Вентилятор

6. Щетки

7. Коллектор

5. Подключите к модели электродвигателя источник питания, приведя тем самым его в движение. Если двигатель не работает, найдите причины и устраните их.

6. Измените направление тока в цепи. Заметьте, как изменилось направление вращения электродвигателя.

ВЫВОД

Контрольные вопросы

1. Изменится ли направление вращения якоря, если изменится направление тока: а) в обмотке якоря электродвигателя; б) в обмотке электромагнитов; в) одновременно в обмотках якоря и электромагнита?

2. В троллейбусах установлены электродвигатели постоянного тока. Притягиваются или отталкиваются провода троллейбусной линии?

3. Почему в метро применяют только электрические двигатели, а не тепловые?

4. Почему в обмотке электродвигателя используется не один виток, а несколько?

1. якорь

2. электромагнит (индуктор)

3. коллектор

4. статор

Преподаватель: Как можно избежать действия электрического тока при случайном прикосновении к электроприбору, которое оказалось под напряжением?

Для этого необходимо заземление, так как земля является проводником и, благодаря своим огромным размерам, может удерживать большой заряд.

Из каких материалов выполняется заземление?

Выслушать ответы обучающихся.

Закрепление.

Сегодня на уроке мы рассмотрели основное понятие электродинамики:

электрический ток;

условия необходимые для существования электрического тока;

количественную характеристику электрического тока.

• Как объяснить, что в обычных условиях металл электрически нейтрален?

• Что происходит с электронами металла при возникновении в нем электрического поля?

• Что представляет собой электрический ток в металлах?

• Какую скорость имеют ввиду, когда говорят о скорости распространения электрического тока в проводнике?

Ответы на вопросы по модулям ( на компьютере)

Домашнее задание:

1. Электровоз движется со скоростью 54 КМ/Ч и развивает среднюю силу тяги

68. 6 кН. Оцените силу потребляемого тока, если напряжение в линии 3КВ, а КПД двигателя составляет 92 %.

1. Приведите примеры вредных и полезных потерь энергии на железнодорожном транспорте.

2. Электропечь системы электрообогрева в железнодорожном пассажирском вагоне имеет мощность 0 . 5кВт и питается от напряжения 450 В. Определить сопротивление данной печи, а также силу тока, проходящую через неё.

3. В чём заключается недостаток электроотопления вагонов и как его можно исправить? На каких железнодорожных ветках в Приморском крае проявляется этот недостаток?

Подпишите части обозначенные на рисунке «Тяговый двигатель НБ418К6»:

1._____________________________________

2._____________________________________

3._____________________________________

4._____________________________________

5._____________________________________

6._____________________________________

7._____________________________________

8._____________________________________

9._____________________________________

10.____________________________________

11.___________________________________

12.____________________________________

13.____________________________________

14.___________________________________________________________________________

15._______________________________________________________________________

(слайд 40)

Укажите, на какие неисправности в локомотиве указывают горящие лампы?

Поурочная карта обучающегося ________________________________________________

План урока:

Понятие электрического тока

Направление электрического тока (принятое и истинное)

Условия, необходимые для существования электрического тока

Действия электрического тока: Тепловое Химическое Магнитное

Основные характеристики тока: Сила тока

Тема урока: Постоянный электрический ток и его основные характеристики.

1. Электрический ток – это _______________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Направление электрического тока:

За направление электрического тока принято направление ____________________________________________________________________________________________________

Истинное направление электрического тока в проводнике ____________________________________________________________________________________________________

1. Более подробно ознакомиться с опытами Рикке, Мандельштама и Папалекси можно

http://festival.1september.ru/articles/618503/

http://physik.ucoz.ru/photo/ehlektromagnetizm/fotografii/13-0-692

Условия, необходимые для существования электрического тока:

1. _______________________________________________________________________________________

2. _______________________________________________________________________________________

3. _______________________________________________________________________________________

4. _______________________________________________________________________________________

Действия электрического тока

4.

Магнитное:

Тепловое:

Химическое:

4) расчетная формула:

5

1. обозначение:

Название физической величины:

.

5) прибор для измерения:

3) единица измерения:

1. определение:

Задача: Определите силу тока, если за _ минуты через поперечное сечение проводника прошло 0,01 кКл электрического заряда.

Домашнее задание: параграф выучить записи в тетрадях

• Литература:

Основная: Дмитриева, В.Ф. Физика: Учебник для средних специальных учебных заведений колледжей. – М.: Академия, 2010 -447 с.

Дмитриева, В.Ф. Задачи по физике М.: Академия, 2010.

Кабардин, О.Ф. Физика: Справочные материалы: Учебное пособие для обучающихся -4-изд. – М.: Просвещение: АО «Учебная литература», 2010. -367с.

Дополнительная: Шушарин А.В. Физические основы технологических процессов на железнодорожном транспорте: учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. / Челяб. ин-т путей сообщения. Челябинск, 2012. 270с.