Исследовательская работа в 1 классе

Направление ОКРУЖАЮЩИЙ МИР

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ В ЭЛЕКТРОННОМ КОНСТРУКТОРЕ «ЗНАТОК»

Введение
Однажды я спросил у папы: «А как работают приборы?». На это он ответил, что, внутри любого электрического прибора есть электрическая цепь, состоящая из разных элементов. Мне стало интересно, как это выглядит и как работает, хотелось все разобрать и посмотреть. После этого родители купили мне электронный конструктор «Знаток». На уроке «Окружающего мира» у нас была тема: «Откуда в наш дом приходит электричество?». Мы изучали электрические цепи. Я приносил на урок свой конструктор, мои одноклассники им заинтересовались. Также, они заинтересовались, как работает мой конструктор. Отсюда мы пришли к выводу, что наше исследование будет актуальным.
Используя свою изобретательность и творческий подход, можно придумать много интересных схем. Испытав схемы на конструкторе, можно собрать цепь из своих деталей и применять ее в жизни. У нас появилась идея, создать схему, в результате чего получится прибор, который можно будет использовать. Вот так появилась тема нашего исследования «Электрическая цепь в электронном конструкторе «Знаток»».
Объект исследования: Электронный конструктор «Знаток»
Цель работы:
• создать свою схему, а затем электрическую цепь на основе электронного конструктора «Знаток».
Задачи:
• узнать, что такое электрическая цепь и из чего она состоит;
• изучить приборы электрической цепи;
• выяснить, как работает электрическая цепь;
• узнать, возможно, ли создать свою электрическую цепь;
• провести анкетирование.
Гипотезы:
• ток движется по любой замкнутой электрической цепи;
• электрическую цепь может создать школьник, даже первоклассник;
• собирать электрические цепи очень интересно.
Новизна исследования заключается в том, что мы попытаемся создать электронную сигнализацию управляемую светом.

Глава 1

1.1. Что такое электрическая цепь?
Какие ассоциации возникают при словосочетании электрическая цепь? Должно быть сразу возникает картина в виде источника питания, простой батарейки, потом от неё идут провода, которые подсоединены к лампочке, а её нить накала светится ярким светом. Это простейшая схема электрического фонарика с лампой накаливания, только вот ещё тумблер подключить и всё готово. Это бытовая, обыденная ассоциация, которая, скорее всего, возникнет у не специалиста в электротехнике.
Какая ассоциация возникает с электрической цепью у специалиста электротехника? Пожалуй, в первую очередь, это будет осветительная сеть, ну или электрическая цепь, где подключается асинхронный двигатель через магнитный пускатель. Это уже профессиональная ассоциация.
У физика, который занимается наукой и исследованиями в области электродинамики электрическая цепь будет ассоциирована с электромагнитными полями, источниками полей, с приборами и научной аппаратурой.
Занимающийся практической электроникой скорее всего представит печатную плату со множеством контактных дорожек на ней и впаянных в неё элементов. Специалист разработчик микроэлектронных схем, который создаёт новые микросхемы, чипы, драйвера устройств, будет ассоциировать электрическую цепь с топологией микросхем (микрочип).
Все эти ассоциации будут верными, но они не являются определениями электрической цепи. Электрическая цепь – это совокупность устройств, предназначенных для протекания электрического тока. (Моя первая энциклопедия / пер.с англ. В.А.Жукова, Ю.Н.Касаткиной, Д.С. Щигеля - М, 2010)
Электрическая цепь делится на две части: внутреннюю и внешнюю. Внутренней частью цепи называется часть всей цепи, находящаяся в пределах (внутри) самого источника электрической энергии. Внешней частью цепи называется та часть всей цепи, которая расположена вне пределов источника электрической энергии. Внешняя цепь, в свою очередь, состоит из потребителей — приборов, которые приводятся в действие электрическим током, и соединительных проводов.
Кроме того, во внешнюю цепь могут быть включены различные приборы, получившие название вспомогательных. Эти приборы, не являясь собственно потребителями, служат для замыкания или размыкания цепи (выключатели, рубильники), для изменения направления тока (переключатели, контроллеры) и т. д..
Электрический ток может протекать только по замкнутой цепи. Но для того, чтобы создать электрическую цепь, нужна электрическая схема. Электрическая схема — это чертеж, на котором показано упрощенное и наглядное изображение связи между отдельными элементами электрической цепи, выполненной с применением условных графических обозначений, и позволяющий понять принцип действия устройства. Электрическая цепь состоит из источников энергии и ее потребителей. Кроме того, в электрическую цепь входят аппараты для включения и отключения всей цепи или отдельных ее участков и потребителей, измерительные приборы, устройства защиты и другие аппараты. (см. рис. 1. Приложение 1) (Занимательно о физике и математике / сост. С. С. Кротов, А. П. Савин.- М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987.)

1.2. Работа электрического тока в цепи
Рассмотрим движение электрического тока в металлах. Как же электрический ток создается внутри металлического проводника? Металлы хорошо проводят электрический ток. Рассмотрим, что же такое металл – это поликристаллические вещества. Упорядоченное расположение атомов внутри этих кристаллов подразумевает, что каждый атом находится на своем месте, а вокруг ядра этого атома движутся электроны.(см. рис. 2. Приложение 1) Крайние электроны, то есть, те, которые отдалены от ядра атома, слабо связаны с ядром и поэтому могут переходить от одного атома к другому. Такое беспорядочное движение электронов напоминает газ или электронный газ. Вот в таком виде создается структура металлического проводника.
Все меняется, если внутри проводника появляется электрическое поле. Электрическое поле заставляет двигаться электроны, но не ядра, они смещаются по направлению электрического поля. Электроны перескакивают от одного атома к другому – вот это движение мы и называем электрическим током в металлах. Электроны в металлических проводниках движутся очень медленно. А вот электрическое поле внутри проводника распространяется со скоростью света (300 000 километров в секунду). Поэтому, после того, как мы замкнули цепь, электрическое поле распространяется практически мгновенно, а уже вслед за этим полем электроны медленно начинают двигаться по всей цепи. (см. рис. 3. Приложение 1) (Физика для всех, книга 3 «Электроны» / сост. А. И. Кайгородский.- М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1979)
Какое действие оказывает электрический ток?:
1. Тепловое действие – при протекании электрического тока в проводнике, он нагревается, к примеру, это используют в нагревательных приборах;
2. Химическое действие – проводник, по которому протекает электрический ток, может менять свое химическое действие, например, с помощью электрического тока производится выплавка алюминия;
3. Магнитное действие – это значит, что при протекании электрического тока, находящегося вблизи, магнитная стрелка меняет свое направление.

Направление электрического тока – это направленное движения положительных зарядов. Принято считать, что заряды движутся от «+» к «-», от анода к катоду. Хотим отметить, что это происходит лишь тогда, когда электрическая цепь замкнута. (Перышкин А.В. Физика. 8 кл.: Учеб. Для общеообразоват. Учреждений. – М.: Дрофа,2003г.)

1.3. Историческая справка
История электричества, с чего же она началась? Думаем, на этот вопрос вряд ли кто даст точный, исчерпывающий ответ. Но все же попробуем разобраться.
Явления, связанные с электричеством были замечены в древнем Китае, Индии и древней Греции за несколько столетий до начала нашей эры. Около 600 года до н.э., как гласят сохранившиеся предания, древнегреческому философу Фалесу Милетскому было известно свойство янтаря, натертого об шерсть, притягивать легкие предметы. Кстати словом “ электрон” древние греки называли янтарь. От него же пошло и слово “электричество”. Но греки всего лишь наблюдали явления электричества, но не могли объяснить.
Лишь в 1600 году придворный врач английской королевы Елизаветы Уильям Гилберт с помощью своего электроскопа доказал, что способность притягивать легкие тела имеет не только натертый янтарь, но и другие минералы: алмаз, сапфир, опал, аметист и др. В этом же году он издает труд “О магните и магнитных телах”, где изложил целый свод знаний о магнетизме и электричестве.
В 1650 году немецкий ученый и по совместительству бургомистр Магдебурга Отто фон Герике создает первую “электрическую машину”. Она представляла собой шар, отлитый из серы, при вращении и натирании которой, притягивались и отталкивались легкие тела. В последствии его машину усовершенствовали немецкие и французские ученые. (Большая книга "Почему" / пер.с итальянского О.Живаго -М, 2012)

Глава 2

2.1. Анкетирование
В начале исследовательской работы вместе с моим учителем Боровлевой Вероникой Александровной, мы решили провести анкетирование, чтобы узнать, что знают мои одноклассники об электрическом токе.
Вопросы:
1. Электрический ток опасен для человека?
2. Умеешь ли ты собирать электрическую цепь?
3. Хотел бы ты собрать схему электронного конструктора?
При помощи данных вопросов мы узнали, что все 27 учеников нашего класса знают о том, что электрический ток опасен. Также 27 человек хотели бы собрать электрическую цепь и 25 одноклассников никогда этого не делали.
Вывод: Изучение электрической цепи на электрическом конструкторе интересно многим ребятам, поэтому я решил разобраться в его работе и попробовать собрать собственную схему. А практическое изучение – это не только важная часть изучения электрической цепи, но и очень увлекательная.
Так подтвердилась наша третья гипотеза.

2.2. Изучение элементов электрической цепи.
Прежде чем начать работу с конструктором «Знаток», нужно узнать из каких компонентов он состоит. Для этого мы взяли инструкцию по применению. Там представлены название и схематические обозначения всех составляющих конструктора.
В электрическом конструкторе Знаток есть такие приборы как:
1. Провода с соединительными клеммами – они служат для соединения источника тока и потребителя.
2. Выключатель – служит для замыкания и размыкания цепи.
3. Фоторезистор – датчик электрического сопротивления, которое меняется в зависимости от воздействия на него света.
4. Светодиод – прибор, трансформирующий электроток в видимое свечение.
5. Динамик – устройство для воспроизведения звука.
6. Сигнальная (интегральная схема ) – датчик, подающий сигнал.
7. Антенна – устройство для излучения и приема радиоволн.
8. Резистор – пассивный элемент электрической цепи, предназначен для линейного преобразования силы тока в напряжение и наоборот.
9. Конденсатор – устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.
10. Транзистор – электронный усилитель сигналов.
11. Батареи – источник энергии.
12. Лампа – осветительный элемент. (Ожегов С.И. и Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка Российская академия наук.- 4-е изд., дополненное. – М.: ООО «ИМИ Технология», 2003г.;)
В инструкции показано 320 схем, многие из них мы собрали. Ко всем деталям нужно относиться очень бережно, так как если хоть одна из них сломается, схему собрать будет невозможно.
2.3. Проведение опытов
Из деталей электрического конструктора «Знаток» мы с папой собрали тестер электропроводности, при помощи которого определили, какие предметы проводят электрический ток, а какие – нет.
Опыт № 1
Электропроводность бумаги – отсутствует (см. фото 1. Приложение 2)
Опыт № 2
Электропроводность ткани – отсутствует (см. фото 3. Приложение 2)
Опыт № 3
Электропроводность дерева – отсутствует (см. фото 2. Приложение 2)
Опыт № 4
Электропроводность пластмассы – отсутствует (см. фото 4. Приложение 2)
Опыт № 5
Электропроводность металла.
•Металлический предмет пропускает электрический ток, лампочка на тестере загорается; (см. фото 5. Приложение 2)
•Попробуем добавить дополнительный источник тока, после этого лампочка горит ярче. (см. фото 6. Приложение 2)
Вывод: Бумага, ткань, дерево, пластмасса не проводят электрический ток – это диэлектрики. Металл проводит электрический ток очень хорошо – это проводник. А при дополнительном источнике энергии, электрический ток усиливает работу. Ток проходит только при замыкании цепи, первая гипотеза подтвердилась частично. Опыт показал, что нужно обратить внимание и на составляющие электрической цепи.

Глава 3

3.1. Практическая деятельность: сигнализация, управляемая светом
Исследуя мой конструктор «Знаток, мы изучили инструкцию и некоторые источники литературы, мы собрали множество схем, таких как «вентилятор», «лампочка», «радиоприемник», «мегафон» и т.д., но потом мы решили попробовать создать свою схему. (см. рис. 4. Приложение 3) В итоге у нас получилось создать электрическую цепь, которой мы дали название – «сигнализация, управляемая светом».
Для создания «сигнализации, управляемой светом» мы использовали следующие элементы: две батареи(1), соединительные провода(2), резистор(3), сигнальную (интегральную схему)(4), транзистор PNP(5), транзистор NPN(6), фоторезистор(7), динамик (8), выключатель(9).
Сначала мы к двум батареям соединительными проводами последовательно соединили динамик - транзистор NPN – транзистор PNP – фоторезистор - резистор. Затем проводами мы соединяем оба транзистора с интегральной схемой и фоторезистор с интегральной схемой, а потом замыкаем цепь с выключателем. При замкнутой электрической цепи в присутствии света из динамика послышатся сигналы полицейской машины. На этом принципе можно собрать схему со звуками пулемета, сигналами пожарной машины и т.п. В темноте или заслонив от света фоторезистор звук прекращается. После этой работы мы решили показать моим одноклассникам, как работает «сигнализация, управляемая светом». Я рассказал про каждую деталь нашей цепи и объяснил их функции. Одноклассники слушали меня с восторгом, им это очень понравилось. После моего исследования все ребята и даже девочки моего класса захотели иметь такой конструктор. А мы были рады, что не ошиблись с выбором нашего исследования.
Таким образом, мы получили полезный прибор – сигнализацию, реагирующую на свет. Мы убедились, что даже первоклассник с помощью родителей может создать свою электрическую цепь – подтвердилась наша вторая гипотеза.
Заключение
Во время работы я узнал много интересного, научился работать со справочной литературой, проводить анкетирование, делать опыты.
Вместе с руководителем мы решили все задачи, которые ставили в начале работы. Достигли цели исследования: создали схему и собрали электрическую цепь на основе электрического конструктора «Знаток».
Мы подтвердили с помощью опытов, что ток движется по замкнутой цепи, также смогли доказать, что не все предметы проводят электрический ток. Первая гипотеза подтвердилась частично.
Электрическую цепь может собрать школьник, даже первоклассник – так подтвердилась наша вторая гипотеза. У нас получилось провести опыты, изучить составляющие электрической цепи, разобраться с понятием «Электрическая цепь», также изучить, как ток движется по электрической цепи и наконец, составить схему и собрать по ней электрическую цепь при помощи конструктора «Знаток».
Мы выяснили, собирать электрические цепи очень интересно, увлекательно, поэтому с конструктором «Знаток» я провожу много свободного времени.
Мы пришли к выводу, что материал нашего исследования можно использовать на уроках «Окружающего мира», а на уроках «Технология» - практически применять его. В этом мы убедились, проведя анкетирование – наша третья гипотеза подтвердилась, а это значит, что данная тема актуальна в наши дни.
Хотелось бы выразить огромную благодарность всем, кто помогал нам в проведении исследования.

Библиографический список
1.Живаго О. Большая книга "Почему". - пер.с итальянского -М, 2012;
2.Жукова В. А., Касаткиной Ю. Н., Щигеля Д. С. Моя первая энциклопедия. - М, 2010;
3.Инструкция к электронному конструктору «Знаток»;
4.Кайгородский А. И. Физика для всех, книга 3 «Электроны». - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1979;
5.Кротов С. С., Савин А. П. Занимательно о физике и математике. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987;
6.Ленгли Э. Оксфорд. первая энциклопедия, перевод с англ. А.В. Мясникова. – М.:ЗАО «РОСМЕН – ПРЕСС», 2010г..
7.Ожегов С.И. и Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка Российская академия наук.- 4-е изд., дополненное. – М.: ООО «ИМИ Технология»,2003г.;
8.Перышкин А. В. Физика. 8 кл.: Учеб. Для общеообразоват. Учреждений. – М.: Дрофа,2003г.;

Исследовательская работа в 1 классе

Рекомендуем посмотреть: