Методическая разработка урока на тему "Тепловые двигатели"

Министерство образования и науки Самарской области

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение  Самарской области

«Тольяттинский индустриально-педагогический колледж»

         (ГАПОУ СО «ТИПК»)

Методическая разработка урока по физике

              

Автор работы

Ахметова Мукатдися Фатыховна, преподаватель

Тольятти, 2016 г

Методическая разработка урока

Тема урока. Тепловые двигатели. КПД тепловых двигателей.

Тип урока. Урок изучения нового материала.

Цель урока: раскрыть физические принципы действия тепловых двигателей.

Задачи урока.

Образовательные: познакомить учащихся с видами тепловых двигателей, развивать умение определять КПД тепловых двигателей, раскрыть роль и значение ТД в современной цивилизации; обобщить и расширить знания учащихся по экологическим проблемам.

Развивающие: развивать внимание и речь, совершенствовать навыки работы с презентацией.

Воспитательные: воспитывать у учащихся чувство ответственности перед последующими поколениями, в связи с чем, рассмотреть вопрос о влиянии тепловых двигателей на окружающую среду.

Оборудование: компьютеры для учащихся, компьютер преподавателя, мультимедийный проектор, тесты (в Excel), Физика 7-11 Библиотека электронных наглядных пособий «Кирилл и Мефодий».

Ход урока

1. Организационный момент.

2. Организация внимания учащихся.

Мотивация познавательной деятельности

Все физические явления и законы находят применение в повседневной жизни человека. Запасы внутренней энергии в океанах и земной коре можно считать практически неограниченными. Но располагать этими запасами недостаточно. Необходимо за счет энергии уметь приводить в действие устройства, способные совершать работу. (Слайд 1)

Что является источником энергии? (различные виды топлива, энергия ветра, солнца, приливов и отливов)

Как уберечь планету от  экологической катастрофы? Что можешь сделать лично ты, студент?

Тема нашего урока: «Тепловые двигатели. КПД тепловых двигателей» (Слайд 1)

Сегодня мы вспомним виды тепловых двигателей, рассмотрим условия их эффективной работы, поговорим о проблемах связанных с их массовым применением. (Слайд 2)

3. Актуализация опорных знаний

-Прежде чем перейти к изучению нового материала предлагаю проверить как вы к этому готовы.

Фронтальный опрос:

– Дайте формулировку первого закона термодинамики. (Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количество теплоты, переданное системе. U=A+Q)

– Может ли газ нагреться или охладиться без теплообмена с окружающей средой? Как это происходит? (При адиабатических процессах.) (Слайд 3)

– Напишите первый закон термодинамики в следующих случаях: а) теплообмен между телами в калориметре; б) нагрев воды на спиртовке; в) нагрев тела при ударе. (а) А=0, Q=0, U=0; б) А=0, U= Q; в) Q=0, U=А)

– На рисунке изображен цикл, совершаемый идеальным газом определенной массы. Изобразить этот цикл на графиках р(Т) и Т(р). На каких участках цикла газ выделяет теплоту и на каких – поглощает?

(На участках 3-4 и 2-3 газ выделяет некоторое количество теплоты, а на участках 1-2 и 4-1 теплота поглощается газом.) (Слайд 4)

4. Изучение нового материала

Тепловые двигатели появились в конце 17века в период интенсивного развития металлургической и текстильной промышленности.

Хронологическая справка создания тепловых двигателей. (Слайд 5)

Все физические явления и законы находят применение в повседневной жизни человека. Запасы внутренней энергии в океанах и земной коре можно считать практически неограниченными. Но располагать этими запасами недостаточно. Необходимо за счет энергии уметь приводить в действие устройства, способные совершать работу. (Слайд 6)

Что является источником энергии? (различные виды топлива, энергия ветра, солнца, приливов и отливов)

Существуют различные типы машин, которые реализуют в своей работе превращение одного вида энергии в другой.

Тепловой двигатель – устройство, превращающее внутреннею энергию топлива в механическую энергию. (Слайд 7)

Рассмотрим устройство и принцип работы теплового двигателя.

В работе двигателей можно выделить следующие общие черты:

1) Энергия топлива  механическая энергия.

При этом энергия топлива сначала превращается во внутреннюю энергию газа или пара, нагретых до высокой температуры.

2) Необходимо наличие двух тел с различными температурами.

Они называются нагревателем и холодильником. Кроме того необходимо рабочее тело (пар или газ)

Итак, любая тепловая машина состоит из нагревателя, рабочего тела и холодильника.       

                 (Слайд 8)

В процессе работы теплового двигателя рабочее тело забирает у нагревателя некоторое количество теплоты  и превращает часть его в механическую  работу, а непревращенную часть теплоты  передает холодильнику.

По закону сохранения и превращения энергии

3) Работа любого теплового двигателя циклична. Каждый цикл состоит из разных процессов:

·        Получение энергии от нагревателя;

·        Рабочего хода (расширение рабочего тела и превращение части полученной энергии в механическую);

·        Передача неиспользованной части энергии холодильнику.

КПД замкнутого цикла    (Слайд 9)

                               

  – количество теплоты полученное от нагревания >

 – количество теплоты отданное холодильнику <

= – || – работа совершаемая двигателем за цикл ? < 1.

Цикл C. Карно      (Слайд 10)

– температура нагревания,    – температура холодильника.

– не зависит от  топлива, является функцией только двух температур. Значит как можно повысить КПД?

Вывод: для повышения КПД теплового двигателя следует понижать температуру холодильника и повышать температуру нагревателя. А для этого надо искать новые виды топлива, более экологически чистые.

На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели. На железнодорожном транспорте до середины XX в. основным двигателем была паровая машина. Теперь же главным образом используют тепловозы с дизельными установками и электровозы. На водном транспорте также использовались вначале паровые двигатели, сейчас используются как двигатели внутреннего сгорания, так и мощные турбины для крупных судов. (Слайд 11)

Наибольшее значение имеет использование тепловых двигателей (в основном мощных паровых турбин) на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока. Около 80 % всей электроэнергии в нашей стране вырабатывается на тепловых электростанциях.

Тепловые двигатели (паровые турбины) устанавливают также на атомных электростанциях. Газовые турбины широко используются в ракетах, в железнодорожном и автомобильном транспорте.

На автомобилях применяют поршневые двигатели внутреннего сгорания с внешним образованием горючей смеси (карбюраторные двигатели) и двигатели с образованием горючей смеси непосредственно внутри цилиндров (дизели).

В авиации на легких самолетах устанавливают поршневые двигатели, а на огромных лайнерах – турбовинтовые и реактивные двигатели, которые также относятся к тепловым двигателям. Реактивные двигатели применяются и на космических ракетах.

Показ видеофрагмента  работы турбореактивного двигателя. (Видео-1)

Рассмотрим более подробно работу двигателя внутреннего сгорания. Просмотр видеофрагмента.  (Видео-2)

 Работа четырехтактного ДВС. (Слайд 12)

 1 такт: впуск,   2 такт: сжатие,    3 такт: рабочий ход,   4 такт: выпуск.

 • Устройство: цилиндр, поршень, коленчатый вал, 2 клапана (впуск и выпуск), свеча.

 • Мертвые точки – крайнее положение поршня.

 Сравним эксплуатационные характеристики тепловых двигателей.

КПД:

Паровой двигатель – 8%

Паровая турбина – 40%

Газовая турбина – 25-30%

Двигатель внутреннего сгорания – 18-24%

Дизельный двигатель – 40– 44%

Реактивный двигатель – 45%       (Слайд 13)

Тепловые двигатели и охрана окружающей среды.    (Слайд 14)

Неуклонный рост энергетических мощностей – все большее распространение укрощенного огня – приводит к тому, что количество выделяемой теплоты становится сопоставимым с другими компонентами теплового баланса в атмосфере. Это не может не приводить к повышению средней температуры на Земле. Повышение температуры может создать угрозу таяния ледников и катастрофического повышения уровня Мирового океана. Но этим не исчерпываются негативные последствия применения тепловых двигателей. Растет выброс в атмосферу микроскопических частиц – сажи, пепла, измельченного топлива, что приводит к увеличению “парникового эффекта”, обусловленного повышением концентрации углекислого газа в течение длительного промежутка времени. Это приводит к повышению температуры атмосферы.

Выбрасываемые в атмосферу токсические продукты горения, продукты неполного сгорания органического топлива – оказывают вредное воздействие на флору и фауну. Особую опасность в этом отношении представляют автомобили, число которых угрожающе растет, а очистка отработанных газов затруднена.

Все это ставит ряд серьезных проблем перед обществом. (Слайды 15, 16)

Необходимо повышать эффективность сооружений, препятствующих выбросу в атмосферу вредных веществ; добиваться более полного сгорания топлива в автомобильных двигателях, а также увеличения эффективности использования энергии, экономии ее на производстве и в быту.

Альтернативные двигатели:

·        Электрические

·        Двигатели, работающие на энергии солнца и ветра.  (Слайд 17)

Пути решения экологических проблем:

·        Использование альтернативного топлива.

·        Использование альтернативных двигателей.

·        Оздоровление окружающей среды.

·        Воспитание экологической культуры. (Слайд 18)

5. Закрепление материала

Решение задач. Задание вы найдете на рабочих столах ваших компьютеров.

Тесты (в Excel), Физика 7-11 Библиотека электронных наглядных пособий “Кирилл и Мефодий”

6. Подведение итогов урока

С момента, когда была построена первая паровая машина, до настоящего времени прошло более 240 лет. За это время тепловые машины сильно изменили содержание жизнь человека. Именно применение этих машин позволило человечеству шагнуть в космос, раскрыть тайны морских глубин. Но эти машины приносят вред нашей планете. В начале урока были поставлены вопросы, давайте же ответьте на них.

Как уберечь планету от  экологической катастрофы? Что можешь сделать лично ты, студент?

 - В рамках месячника безопасности движения проводить ежегодно акции под названием «Автомобиль – друг или …?»

Выставляет оценки за работу на уроке.

7. Домашнее задание: 1.  стр.135-137, 138-143 (Дмитриева В.Ф.)

                                        2. § 82, упр. 15 (11, 12) (Мякишев Г.Я.)

     3. Подготовить рефераты (индивидуальное задание) на темы:

·        История создания ТД;

·        Двигатели внутреннего сгорания;

·        Альтернативные двигатели;

·        Тепловые двигатели. За и против.

4.     Подготовить листовки-памятки водителю в борьбе с загрязнением воздуха для акции «Автомобиль друг или …?» (Слайд 19)

8. Рефлексия

Прежде чем покинуть класс просьба заполнить таблицу. (Слайд 20)

На уроке я работал	активно / пассивно
Своей работой на уроке я	доволен / не доволен
Урок для меня показался	коротким / длинным
За урок я	не устал / устал
Мое настроение	стало лучше / стало хуже
Материал урока мне был	понятен / не понятен полезен / бесполезен интересен / скучен
Домашнее задание мне кажется	легким / трудным интересно / не интересно

Ответы подчеркнуть

Спасибо за работу. (Слайд 23)

Литература.                                  (Слайд 22)

1.     Волков В.А. Универсальные поурочные разработки по физике. 10 класс. – М.: ВАКО, 2008.

2.     Демкович В.П. Сборник задач по физике. 10-11 кл. – М.: ООО “Издательство Астрель”, 2010.

3.     Дмитриева В.Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образоват. учреждений нач. и сред. Проф. образования / В.Ф.Дмитриева. 2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 448с.

4.     Мякишев Г.Я. Физика: учебник для 10кл. общеобразоват. учреждений / Г.Я.Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. – 10-е изд. - М.: Просвещение, 2010.- 336с.

Приложения к уроку.

1.     Видео-1

2.     Видео-2

3.     Тест

4.     Презентация