Конспект урока по физике "Решение задач на расчет КПД тепловых двигателей"

Урок №43 физика 10 класс дата 17.02

Тема. Решение задач на расчет КПД тепловых  двигателей.                                                     

Цель урока: научится  применять формулы для расчета КПД тепловой машины при решении расчетных задач.

Задачи урока:

Образовательные: повторить виды тепловых двигателей, развивать умение определять КПД тепловых двигателей

Развивающие: развивать внимание и речь, совершенствовать навыки самостоятельной работы.

Воспитательные  формировать целостное представление обучающихся о мире (природе, обществе и самом себе), о роли и месте физики в системе наук.

Планируемые результаты:

Предметные.  Научиться применять имеющиеся знания к решению конкретных задач (определение основных термодинамических величин); грамотно оформлять решение задач в тетради; использовать математический аппарат в решении задач на уроках физики; овладеть научным подходом к решению различных задач по теме.

Метапредметные.  Коммуникативные: организовывать учебное сотрудничество с учащимися и учителем, работать индивидуально и в группе, находить компромисс и разрешать конфликты на основе согласования позиций и отстаивания интересов, определять способы действий в рамках предложенных условий и требований.

Регулятивные: ставить учебную задачу, составлять план и последовательность действий, осуществлять контроль в форме сравнения результата и способа действий с эталоном с целью обнаружения отличий и отклонений от эталона.

Познавательные: выбирать наиболее эффективные методы решения задач в зависимости от конкретных условий, формировать рефлексию способов и условий действия, контролировать и оценивать процесс и результаты деятельности.

Личностные. Формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками и учителем; овладение научным подходом к решению различных задач; формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки и общественной практики.

Тип урока: урок применения знаний, умений и навыков.

Оборудование:  компьютер, мультимедийный проектор, раздаточный материал.

Ход урока

1. Орг. момент

2. Мотивация учебной деятельности, сообщение темы, целей и задач урока.

Составить  Синквейн  к понятию «КПД»

1 строка –название синквейна:     «КПД»

2 строка – два прилагательных  идеальный, максимальный

3 строка –три глагола : вычислить, создать, превращать

4 строка –фраза на тему синквейна: необратимость тепловых процессов в природе

5 строка- эффективность.

Тема нашего урока: Решение задач на расчет КПД тепловых двигателей

Сегодня мы вспомним виды тепловых двигателей, рассмотрим условия их эффективной работы, применим формулы для расчета КПД тепловой машины при решении расчетных задач

3. Актуализация опорных знаний.

«Микрофон» (Ответить на вопросы, передавая условный микрофон)

-Что называют тепловым двигателем?

Тепловой двигатель – устройство, превращающее внутреннею энергию топлива в механическую энергию.

-Какие  виды тепловых машин вам известны? (Ответы учеников)

-Назовите основные части тепловой машины

Любая тепловая машина состоит из нагревателя, рабочего тела и холодильника.

-Запишите формулы для КПД замкнутого цикла

КПД замкнутого цикла ,   

- В формуле Q₁ – ?   (количество теплоты, полученное от нагревания Q₁>Q₂   )

- В формуле Q₂ – ?   (количество теплоты, отданное холодильнику Q ₂<Q ₁ )

- В формуле A^{/ =} Q ₁– |Q ₂| –  ?  ( работа совершаемая двигателем за цикл )

-Запишите формулу для КПД идеальной тепловой машины

-В формулеT₁ – ? (температура нагревателя).

-В формуле Т₂ – ?   (температура холодильника).

От чего зависит КПД -?  ( не зависит от Q, р, V топлива, а является функцией только двух температур).

4. Решение задач ( Ученик у доски совместно с учителем)

Задача 1. В котле паровой машины температура 160°С, а температура холодильника 10 °С. Какую максимальную работу может теоретически совершить машина, если в топке, коэффициент полезного действия которой 60 %, сожжён уголь массой 200 кг с удельной теплотой сгорания 2,9 • 10⁷ Дж/кг? (текст задачи на слайде)

Решение. Максимальную работу может совершить идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, КПД которой η = (Т₁ - Т₂)/Т₁, где Т₁ и Т₂ — абсолютные температуры нагревателя и холодильника. Для любой тепловой машины КПД определяется по формуле η = A/Q₁, где А — работа, совершаемая тепловой машиной, Q₁ — количество теплоты, полученной машиной от нагревателя. Из условия задачи ясно, что Q₁ — это часть количества теплоты, выделившейся при сгорании топлива: Q₁ = η₁mq.

Тогда  откуда А = η₁mq(1 - Т₂/Т₁) = 1,2 • 10⁹ Дж.

Задача 2. Паровая машина мощностью N = 14,7 кВт потребляет за 1 ч работы топливо массой m = 8,1 кг, с удельной теплотой сгорания q = 3,3 • 10⁷ Дж/кг. Температура котла 200 °С, холодильника 58 °С. Определите КПД этой машины и сравните его с КПД идеальной тепловой машины. (текст задачи на слайде)

Решение. КПД тепловой машины равен отношению совершённой механической работы А к затраченному количеству теплоты Qlt выделяющейся при сгорании топлива. Количество теплоты Q₁ = mq.

Совершённая за это же время работа А = Nt.

Таким образом, η = A/Q₁ = Nt/qm = 0,198, или η ≈ 20%.

Для идеальной тепловой машины  η < η_ид.

Физкультминутка

5. Самостоятельная работа по вариантам.  Работа в парах (каждый ученик решает по одной задаче, обсуждают решение, обмениваются решенными задачами)

Вариант-1

Задача 1. В двигателе  Внутреннего сгорания было израсходовано 0,5 кг горючего, теплота сгорания которого  46·10⁶ Дж/кг при этом двигатель совершил 7·10⁶ Дж/кг полезной работы. Каков его КПД? .

Задача 2. Какое количество воды можно вскипятить, затратив 800 г дров, если КПД кипятильника 30%, начальная температура воды 10ºС?

Вариант-2

Задача 1. В процессе работы тепловой машины за некоторое время рабочим телом было получено от нагревателя количество теплоты Q₁ = 1,5 • 10⁶ Дж, передано холодильнику количество теплоты Q₂ = -1,2 • 10⁶ Дж. Вычислите КПД машины и сравните его с максимально возможным КПД, если температуры нагревателя и холодильника соответственно равны 250 °С и 30 °С. (текст задачи на слайде)

Задача 2. Какой должна быть температура нагревателя, для того чтобы стало возможным достижение значения КПД тепловой машины 80 %, если температура холодильника27 °С?

Подведение итогов. Оценивание.

Д/З повторить основные понятия и законы МКТ и термодинамики главы 10,13

Рефлексия

Краткое описание документа:

Данный урок -урок применения знаний и умений при выполнении конкретных задач. Мотивацией к уроку является составление "Синквейна" к понятию КПД; повторение основных понятий - "Микрофон".