Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Бердигестяхская общеобразовательная школа с
углубленным изучением отдельных предметов им. А.Н. Осипова»
УТВЕРЖДЕНО
решением педагогического совета
от « ___» ___________20___г. протокола №_____
Председатель ______________/Гаврильева А.А./
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по курсу «Электрохимические
источники тока в возобновляемой энергетике»
Уровень общего образования основное
общее образование – 8–9 классы
Количество часов – 72
для 11 класса
на 2020-2021 учебный год
Тематическое
планирование составил: учитель физики, Кузьмин А.С.
с.Бердигестях, 2019
Пояснительная записка
Рабочая программа по курсу «Электрохимические источники тока в возобновляемой энергетике» для 8–9 классов
составлена в соответствии с правовыми и нормативными
документами:
-
Федеральный Закон «Об образовании в Российской Федерации» (от 29.12. 2012 г. № 273-ФЗ);
-
Федеральный
Закон «О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской
Федерации в части изменения и
структуры Государственного образовательного стандарта» (от 01.12.2007 г. №
309-ФЗ с внесенными изменениями от 23.07.2013
г.);
-
Приказ
Минобрнауки России от 09.03.2004 г. № 1312 «Об утверждении федерального
базисного учебного плана и примерных
учебных планов для образовательных учреждений Российской Федерации, реализующих
программы общего образования»;
-
Приказ
Минобрнауки России от 17 декабря 2010 г. № 1897 «Об утверждении Федерального
государственного образовательного стандарта основного общего
образования»;
-
Приказ Минобрнауки России от 31 декабря 2015 г. № 1577 «О внесении изменений
в федеральный государственный образовательный стандарт основного
общего образования, утвержденный приказом Министерства образования и науки Российской
Федерации от 17 декабря 2010 г.
№ 1897»;
-
примерные программы по предметам основного общего образования.
Школьный предмет «Электрохимические источники тока в возобновляемой энергетике» рассматривает основы одной из наиболее развитых у нас в
стране отраслей хозяйственно-экономической деятельности человечества, а именно энергетику, традиционную и в большей
степени альтернативную. Изучение этого предмета позволяет сформировать целостную
картину мира у учащихся, устанавливая связи между материалом, независимо рассматриваемым на школьных уроках
физики, химии, биологии,
математики, географии, обществознания, информатики и истории.
Энергетика в основной школе изучается на уровне
знакомства с основными способами преобразования, хранения и транспортировки энергии. Знакомство идет как на уровне механизмов, описывающих происходящие процессы,
так и на
уровне технических решений, применяемых в мире, стране,
родном регионе.
Цели:
· формирование у учащихся знаний
основ энергетики: понятий,
истории развития, роли энергетики в жизни общества, физических и химических законов, элементов
физических и химических теорий;
·
формирование знаний
об основах устройства и функционирования технических объектов;
· подготовка к формированию у школьников целостных
представлений о современном технологическом устройстве мира;
·
формирование знаний
о методах познания;
·
формирование научного
мировоззрения: представлений об энергии и материи, их видах, преобразованиях энергии;
·
формирование экспериментальных умений в области
энергетики;
· развитие у учащихся психических функций: восприятия, мышления
(эмпирического и теоретического, логического и диалектического), памяти, речи, воображения;
· формирование и развитие свойств
личности: творческих способностей, интереса к обучению,
самостоятельности, коммуникативности.
Задачи:
·
знакомство учащихся
с методом научного
познания и методами
исследования объектов и явлений природы;
· приобретение учащимися
знаний о процессах и физических
величинах, характеризующих явления в области
энергетики;
· формирование у учащихся умений
выполнять экспериментальные исследования с использованием специфических энергетических устройств;
· знание учащимися
таких общенаучных понятий
как природные явления,
эмпирически установленный факт,
проблема, гипотеза, теоретический вывод, результат
экспериментальной проверки;
· понимание учащимися отличий научных данных от непроверенной информации, ценности науки для удовлетворения бытовых,
производственных и культурных потребностей человека.
Планируемые результаты освоения учебного курса «Электрохимические
источники тока в возобновляемой энергетике»
Программа позволяет
добиваться следующих результатов освоения образовательной программы
основного общего образования:
Личностные:
1.
ответственное отношение
к обучению;
2.
способность обучающихся к самообразованию;
3.
умение ясно, точно и
грамотно излагать свои мысли в устной и письменной речи, понимать смысл
поставленной задачи и выстраивать аргументацию;
4.
знание основ экологической культуры;
5.
умение контролировать процесс и результат
учебной деятельности; у учащихся могут быть сформированы: критичность мышления, умение
распознавать логически некорректные высказывания, отличать гипотезу
от факта.
Метапредметные:
1.
умение
выбирать действия в соответствии с поставленной задачей и условиями её
реализации, планировать пути достижения
целей, осознанно выбирать наиболее эффективные способы решения учебных и
исследовательских задач;
2.
умение составлять план действий, осуществлять контроль по образцу
и вносить необходимые коррективы;
3.
умение формулировать и применять знаково-символические модели и схемы для решения
задач;
4. умение
находить в различных источниках информацию, необходимую для решения возникающих
проблем, и представлять её в понятной
форме;
5.
способность принимать решение в условиях
неполной или наоборот
избыточной информации;
6.
умение
устанавливать причинно-следственные связи, строить логические рассуждения и
формулировать выводы по проделанной работе;
7.
навыки использования информационно-коммуникационных
технологий;
8.
умение выдвигать
гипотезы при решении
учебных задач и понимать необходимость их проверки;
9.
умение планировать и осуществлять деятельность, направленную на решение
задач исследовательского характера;
10.
умение выбирать
наиболее рациональные и эффективные способы
решения задач;
11.
умение работать
в группе: формулировать, аргументировать и отстаивать своё мнение; находить
общее решение.
Предметные:
1.
распознавать изученные
явления и объяснять
их основные свойства
и условия протекания;
2.
при описании изученных явлений
правильно трактовать физический смысл используемых величин,
их обозначения и единицы
измерения, находить формулы, связывающие данную физическую величину с другими величинами;
3.
анализировать особенности явлений и процессов, используя физические и химические законы;
4.
решать практико-ориентированные задачи, используя физические и химические законы, на основе анализа
условия задачи выделять
физические величины и формулы, необходимые для её решения,
и проводить расчёты;
5.
находить модель
адекватную предложенной задаче
и разрешать проблему
на основе полученных знаний с использованием математического аппарата;
6.
оценивать адекватность полученного значения физической величины;
7.
самостоятельно приобретать и применять знания в
различных ситуациях для решения практических задач, в том числе
с использованием справочных материалов и компьютера;
8.
знать основные
способы представления и анализа статистических данных;
9.
использовать знания
об изученных явлениях в повседневной жизни, например, для соблюдения норм
экологического поведения в окружающей среде;
10.
соблюдать правила
безопасности и охраны
труда при работе с учебным
оборудованием;
11.
для проведения экспериментов собирать
установку из предложенного оборудования;
12. проводить прямые и косвенные измерения физических величин
с последующим анализом
полученных результатов с учетом возможной точности измерений;
13.
понимать роль эксперимента в получении научной
информации;
14.
понимать принципы
действия широкого спектра
машин, приборов и технических устройств, условия их
безопасного использования в повседневной жизни;
15. воспринимать информацию физического и химического содержания в научно-популярной литературе и средствах массовой
информации, критически оценивать полученную информацию, анализируя ее
содержание и данные об источнике информации.
Содержание учебного
курса
Введение
Проблемы
энергообеспечения. Энергопотребление и энергоэффективность. Виды энергии. Электрический ток. Источники
электрического тока. Электрическая цепь и ее составные части. Простейший конденсатор. Энергия
электрического поля простейшего конденсатора. Ионистор. Передача электрической
энергии на расстояние.
Механическая энергия.
Преобразование механической энергии
в электрическую.
Механическая работа. Мощность.
Энергия. Физические величины,
необходимые для описания
механических видов энергии.
Потенциальная и кинетическая энергия. Превращение одного вида механической
энергии в другой. Закон сохранения полной
механической энергии. Коэффициент полезного действия.
Явление электромагнитной индукции.
Опыты Фарадея. Индукционный ток. Преобразование механической энергии в электромагнитную. Генератор постоянного и переменного
тока. Классификации генераторов тока. Основные
величины, характеризующие работу генераторов тока. Применение
генераторов тока. Одновременное использование
нескольких генераторов тока.
Энергия химической связи
Химическая связь. Типы химических связей:
ковалентная, ионная, металлическая, водородная. Энергия связи.
Потенциал ионизации, сродство
к электрону, электроотрицательность.
Химические реакции и их классификация. Тепловые эффекты химических
реакций. Термохимические уравнения.
Теплота образования химических соединений. Закон Гесса
и его следствия.
Скорость химической реакции. Представление о механизмах
химических реакций. Элементарная стадия реакции. Гомогенные и гетерогенные реакции. Зависимость скорости
гомогенных реакций от концентрации (закон действующих масс). Константа скорости химической реакции, ее зависимость от температуры. Энергия
активации.
Растворы. Механизм образования растворов. Растворимость
веществ и ее зависимость от температуры и природы растворителя. Отличие физических свойств раствора от свойств растворителя. Твердые растворы.
Электролиты. Растворы электролитов. Электролитическая диссоциация кислот,
оснований и солей. Гидролиз солей. Равновесие между ионами
в растворе и твердой фазой.
Произведение растворимости.
Окислительно-восстановительные реакции в растворах. Стандартные потенциалы окислительно-
восстановительных реакций.
Ряд стандартных электродных потенциалов. Электролиз растворов
и расплавов. Законы
электролиза Фарадея. Электрохимический синтез. Электрохимические источники тока.
Использование электрохимических источников тока. Экономические и экологические особенности применения электрохимических источников тока.
Тепловые электростанции
Тепловое равновесие. Количество теплоты. Закон сохранения и превращения энергии
в механических и тепловых процессах. Тепловые циклы. Преобразования энергии в тепловых
машинах. КПД тепловой машины.
Тепловая электростанция и принцип ее работы. Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ).
Геотермальная энергетика. Использование термальных вод в России
и мире. Мутновская ГеоЭС. Экономические и экологические особенности тепловых электростанций.
Гидроэнергетика
Основные характеристики и элементы гидроэлектростанции (ГЭС). Этапы технологического процесса ГЭС. Преобразование энергии в рабочих
узлах ГЭС.
Гидроаккумулирующая электростанция.
Ядерная и термоядерная энергетика
Строение атома. Атомное ядро. Изотопы. Дефект масс и
энергия связи атомных ядер. Стабильные
и нестабильные ядра. Радиоактивные превращения, деление ядер и ядерный
синтез. Радиоактивный распад и синтез.
Период полураспада. Источники энергии Солнца и других
звезд.
Атомная электростанция. Достоинства и недостатки.
Безопасность атомных электростанций. Разработки в области управляемого термоядерного синтеза.
Экономические и экологические особенности атомных
электростанций. Влияние радиоактивных излучений на живые организмы.
Гелиоэнергетика
Электромагнитные волны и их свойства.
Диапазоны электромагнитных излучений
и их практическое применение.
Инсоляция.
Гелиотермальная энергетика. Коллекторы солнечной энергии. Солнечная архитектура.
Металлы, полупроводники и неметаллы. Электронная и
дырочная проводимость. Фотовольтаика. Фотоэлемент. Принцип работы фотоэлемента. Теоретическая эффективность
фотоэлементов. Способы увеличения числа носителей заряда. Идеальный и реальный КПД фотоэлемента.
Монокристаллические и поликристаллические солнечные панели. Солнечная
батарея. Солнечные электростанции.
Использование солнечной энергии
в транспорте.
Экономические и экологические особенности гелиоэнергетики.
Ветроэнергетика
Кинетическая энергия воздушных масс. Использование
энергии ветра до появления ветрогенераторов. Методы генерации электроэнергии из энергии ветра. Принцип работы
ветрогенератора. Ветрогенараторы с горизонтальной и вертикальной осью. Основные
характеристики ветрогенератора. Ротор
Дарье. Эффект Магнуса.
Турбопарус.
Ветроэнергетический потенциал. Использование ветряных электростанций в России. Экономические и экологические особенности ветроэнергетики.
Использование биотоплива
Виды биотоплив: твердое,
жидкое, газообразное. Три поколения биотоплив. Фотосинтез. Топливные элементы,
работающие на биотопливе.
Использование биотоплива в России. Экономические и экологические особенности применения биотоплива.
Водородная энергетика
Основные вехи в истории водородной энергетики. Водород и
его свойства. Водородный топливный элемент (вТЭ). Принцип работы, типы и основные
характеристики вТЭ. Электрохимический генератор. Электрохимическая энергоустановка. Области применения энергоустановок на вТЭ.
Явление катализа. Катализаторы. Каталитические процессы, используемые в ТЭ, работающих на водороде.
Представление о механизмах гомогенного и гетерогенного катализа.
Электролиз.
Электролизер. Другие способы получения водорода. Способы хранения и транспортировки
водорода.
Экономические и экологические особенности водородной энергетики.
Термоэлектрические явления
Контактная разность потенциалов. Термоэлектрический ток. Термопара. Эффект Пельтье. Эффект
Зеебека.
Элемент Пельтье. Эффект Томсона.
Примеры использования энергии для нужд человечества
Стационарные электростанции на топливных элементах. Резервные источники электроэнергии на солевых топливных элементах. Энергосистема металлургического производства.
Преобразование энергии на космических аппаратах. Реактивное движение. Гравитационный маневр.
Электромобили на солнечных батареях.
Самолёт Solar Challenger. Электромобиль LADA Ellada.
Применение солнечных панелей на автомобилях серийного производства (Toyota Prius).
Примеры практических работ и теоретических кейсов:
1. Преобразование механической энергии в электрическую с помощью ручного
генератора;
2.
Использование ручного
генератора для снабжения
различных потребителей электроэнергии;
3.
Ионистор – как способ хранения электрической энергии;
4.
Особенности процессов зарядки и разрядки
ионистора;
5.
Зависимость энергоэффективности ветрогенератора от типа используемых лопастей;
6.
Зависимость энергоэффективности ветрогенератора от количества используемых лопастей;
7.
Зависимость энергоэффективности ветрогенератора от угла, под которым
расположены лопасти;
8.
Поиск оптимальной конструкции ветрогенератора;
9. Использование ветрогенератора для снабжения
различных потребителей электроэнергии; 10.Хранение электроэнергии, получаемой с помощью ветрогенератора;
11.Напряжение,
мощность, количество оборотов и количество энергии производимое ветрогенератором; 12.Напряжение, мощность и количество энергии производимое топливным
элементом (ТЭ), работающем
на жидком
биотопливе;
13. Зависимость работы ТЭ, использующего жидкое биотопливо от частоты обновления
топливной смеси, времени и характеристик топлива (температура, концентрация);
14. Использование ТЭ, работающего на жидком биотопливе,
для снабжения различных потребителей электроэнергии; 15.Напряжение и
мощность, производимые солевым
ТЭ;
16. Зависимость работы
солевого ТЭ от частоты обновления топливной смеси, времени
и характеристик топлива
(температура, концентрация);
17. Характеристики модели электромобиля, работающего на
солевом ТЭ (скорость движения, запас хода);
18.Использование солевого ТЭ для снабжения различных потребителей электроэнергии;
19.Зависимость
напряжения и мощности выдаваемой солнечной панелью от освещенности ее
поверхности; 20.Зависимость напряжения
и мощности выдаваемой
солнечной панелью от спектральных характеристик падающего
света;
21.Зависимость
напряжения и мощности выдаваемой солнечной панелью от угла падения света; 22.Использование солнечной панели для
снабжения различных потребителей электроэнергии; 23.Напряжение, мощность и количество энергии производимое
элементом Пельтье; 24.Использование элемента
Пельтье для снабжения
различных потребителей электроэнергии;
25.Зависимость
напряжения и мощности, выдаваемой водородным ТЭ; 26.Хранение и получение водорода методом электролиза
дистиллированной воды; 27.Модель автомобиля, работающего на водороде;
28.Характеристики модели электромобиля, работающего на водородном ТЭ
(скорость движения, запас хода); 29.Заправочная станция
для автомобиля, работающего
на водороде;
30.Параллельное и
последовательное соединение ТЭ, работающих на водороде; 31.Использование водородного ТЭ для снабжения различных
потребителей электроэнергии; 32.КПД
водородного ТЭ;
33.ВАХ водородного
ТЭ; 34.ВаттАХ водородного ТЭ;
35.Определение
энергопотребления на собственные нужды водородного ТЭ; 36.Режимы работы металлогидридного
источника водорода;
37. Запас энергии в металлогидридном источнике водорода;
38. Влияние режимов работы
клапана продувки на работу водородного ТЭ;
39. Оценка экологической и экономической эффективности альтернативных источников энергии (теоретический кейс);
40. Анализ концепции энергетической башни (теоретический
кейс); 41.Анализ концепции
ветромобиля (теоретический
кейс);
42.Перспективы использования альтернативных источников
энергии в родном регионе (теоретический кейс);
43.Расчет запаса хода модели
автомобиля, работающего на водороде (теоретический кейс).
Учебно-методическое и информационное обеспечение образовательной деятельности
Книги:
1. Тетельмин В.В., Язев В.А. «Физические основы традиционной и альтернативной энергетики», ИД Интеллект, 2016;
2.
Фортов В.Е., Попель О.С. «Энергетика в современном мире»,
ИД Интеллект, 2011;
3.
В.Е. Фортов,
О.С. Попель, «Возобновляемая энергетика в современном мире», МЭИ, 2015;
4.
Соренсен Б. «Преобразование, передача
и аккумулирование энергии», ИД Интеллект, 2011;
5.
Смил В. «Энергетика: мифы и реальность. Научный подход к анализу мировой
энергетической политики», АСТ- Пресс, 2012;
6. Родионов В. «Энергетика: проблемы настоящего и возможности будущего», НЦ ЭНАС, 2010;
7.
Власов В.К. «Полезный ветер.
От паруса до…», ИД Интеллект, 2017.
Статьи и видео:
Box»;
Материально-техническое обеспечение образовательной деятельности
Для реализации образовательной деятельности необходимо следующее материально-техническое обеспечение:
1.
Помещение, оснащенное:
-
проектором для проецирования слайдов
на экран;
-
ноутбуком с портом USB 2.0, подключенным к проектору;
-
доступом к сети «Интернет»;
-
экраном размером
не менее 100 дюймов;
-
флипчартом;
-
бумагой для флипчарта (не менее 1 рулона);
-
комплектом разноцветных маркеров;
2.
Генератор водорода
малой мощности для заправки металлогидридных картриджей типа Hydrostik;
3.
Электролизер повышенной мощности для зарядки
металлогидридных картриджей типа Hydrostik;
4.
Имитатор ветра;
5.
Имитатор солнца;
6.
Комплект для проведения экспериментов и исследований в области альтернативной энергетики «Horizon Energy
7.
Учебно-методический стенд «Солнечная энергетика»;
8.
Учебно-методический стенд «Водородная энергетика»;
9.
Учебно-методический стенд «Термоэлектричество»;
10.
Учебно-методический стенд
«Стенд практического изучения
преобразования и коммутации электроэнергии»;
11.
Набор для проектирования систем
на топливных элементах
30 Вт. Fuel Cell Developer Kit – 30W;
12.
Ресурсный набор «Водородная энергетика для класса робототехники»;
13.
Система питания
на топливном элементе
для гибридных устройств
«H-Cell 2.0»;
14.
Электронный конструктор «Схемотехника и электроника»;
15.
Ресурсный комплект
«Логика, Интеграция».
Количество каждой позиции
необходимого оборудования зависит от количества учеников в классе и будет рассчитано отдельно.
Тематическое планирование 8–9 классы
|
№ п/п
|
Название раздела
|
Общее
количество часов
|
Количество часов
на
теоретическую работу
|
Количество
часов на практическую работу
|
|
1.
|
Введение
|
2
|
2
|
0
|
|
2.
|
Механическая энергия. Преобразование механической энергии
в электрическую.
|
4
|
2
|
2
|
|
3.
|
Энергия химической связи
|
10
|
2
|
8
|
|
4.
|
Тепловые электростанции
|
4
|
2
|
2
|
|
5.
|
Гидроэнергетика
|
4
|
2
|
2
|
|
6.
|
Ядерная и термоядерная энергетика
|
2
|
2
|
0
|
|
7.
|
Гелиоэнергетика
|
6
|
2
|
4
|
|
8.
|
Ветроэнергетика
|
4
|
2
|
2
|
|
9.
|
Использование биотоплива
|
6
|
2
|
4
|
|
10.
|
Водородная энергетика
|
12
|
2
|
10
|
|
11.
|
Термоэлектрические
явления
|
4
|
2
|
2
|
|
12.
|
Примеры использования энергии
для
нужд человечества
|
14
|
2
|
12
|
|
|
Сумма
|
72
|
24
|
48
|
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.