Разработка урока по физике "Двигатель внутреннего сгорания"

МБОУ «Овсянниковская средняя общеобразовательная школа» Целинного района Алтайского края

Разработка урока по физике

                                                          

Учитель: Аткин Д.С.

Двигатель внутреннего сгорания

Цели:

1.     Изучить работу и принцип действия двигателя внутреннего сгорания.

2.     Развитие мышления и памяти

3.     Воспитание чувства патриотизма.

Оборудование:

1.     Модель двигателя внутреннего сгорания

2.     Шприц медицинский

3.     Компьютер

4.     Программа: «от плуга до лазера»

5.     Программа: «Тесты по теме Д.В.С.»

6.     Опорные конспекты по теме.

7.     Пробирка

8.     Спиртовка

9.     Пробка

10. Проволочка алюминиевая

План урока:

1.     Организационный момент

2.     Изучение нового материала

3.     Быстрое повторение

4.     Закрепление изученного материала

5.     Исторические сведения (лучше доклад ученика, чем учителя)

6.     Контроль усвоения изученного материала

7.     Домашнее задание

Ход урока:

·        Учитель: Раздает учащимся алюминиевые проволочки. Ребята, согните  и разогните проволочку несколько раз подряд. Потрогайте место сгиба. Что вы ощущаете?

·        Ученики: Проволочка нагрелась.

·        Учитель: Какие превращения энергии происходят в этом опыте?

·        Ученики: Механическая энергия превращается во внутреннюю энергию.

·        Учитель: А может ли внутренняя энергия превратиться в механическую энергию?

·        Ученики:

·        Учитель:  Демонстрирует опыт. В пробирку наливает воды, затем плотно закрывает ее пробкой и нагревает воду до кипения. Под давлением пара пробка выскочит и поднимется вверх. Какие превращения энергии произошли в данном опыте?

·        Ученики: Энергия топлива перешла во внутреннюю энергию пара, а пар, расширяясь, совершил работу – поднял пробку. Внутренняя энергия пара превратилась в кинетическую энергию пробки.

·        Учитель: А можно ли практически использовать это превращение энергии?

·        Ученики:

·        Учитель: Оказывается можно. Вы, наверное, никогда об этом не задумывались, когда видели проезжающий мимо автомобиль. Практически во всех двигателях автомобиля внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

·        Учитель: Заменим пробирку прочным металлическим цилиндром, а пробку – плотно пригнанным поршнем, который может двигаться вдоль цилиндра. Мы получим простейший тепловой двигатель, в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию поршня.

Двигатель внутреннего сгорания был изобретен в 1860 г. французским механиком Э. Ленуаром. Свое название он получил из-за того, что топливо в нем сжигалось не снаружи, а внутри цилиндра двигателя. Аппарат Ленуара имел несовершенную кон­струкцию, низкий КПД (около 3 %) и через несколько лет был вытеснен более совершенными двигателями.

Наибольшее распространение среди них получил четырехтакт­ный двигатель внутреннего сгорания, сконструированный в 1878 г. немецким изобретателем Н. Отто. Каждый рабочий цикл этого дви­гателя включал в себя четыре такта: впуск горючей смеси, ее сжа­тие, рабочий ход и выпуск продуктов сгорания. Отсюда и назва­ние двигателя — четырехтактный.

Двигатели Ленуара и Отто работали на смеси воздуха со све­тильным газом. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания был создан в 1885 г. немецким изобретателем Г.Даймлером. Примерно в это же время бензиновый двигатель был разработан и О. С. Костовичем в России. Горючая смесь (смесь бензина с воздухом) при­готовлялась в этом двигателе с помощью специального устройства, называемого карбюратором.

Учитель: Демонстрирует с помощью модели принцип действия двигателя внутреннего сгорания

1-й такт—впуск. Открывается клапан 1. Клапан 2 закрыт. Движущийся вниз поршень 3 засасывает в цилиндр горючую смесь.

2-й такт — сжатие. Оба клапана закрыты. Движущийся вверх поршень сжимает горючую смесь. Смесь при сжатии нагревается.

3-й такт — рабочий ход. Оба клапана закрыты. Когда поршень оказывается в верхнем положении, смесь поджигается электриче­ской искрой свечи 4. В результате сгорания смеси образуются рас­каленные газы, давление которых составляет 3—6 МПа, а темпера­тура достигает 1600—2200 °С. Сила давления этих газов толкает поршень вниз. Движение поршня передается коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок, маховик будет вращаться дальше по инерции, обеспечивая тем самым перемещение поршня и при последующих тактах.

4-й такт — выпуск. Открывается клапан 2. Клапан 1 закрыт. Поршень движется вверх. Продукты сгорания топлива уходят из цилиндра и через глушитель (на рисунке не показан) выбрасы­ваются в атмосферу.

Рис.1

·        Учитель: Раздает ученикам медицинские шприцы. С помощью этих шприцев моделируются четыре такта работы двигателя внутреннего сгорания.

·        Учитель: Демонстрирует работу Д.В.С. с помощью компьютерной программы: «от плуга до лазера»

·        Учитель: Давайте повторим основные вопросы темы. Какой двигатель называют двигателем внутреннего сгорания?

·        Ученики: Двигатель, в котором топливо сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя.

·        Учитель: Из каких основных частей состоит простейший двигатель внутреннего сгорания?

·        Ученики: Двигатель состоит из цилиндра, поршня, шатуна, коленчатого вала, впускного и выпускного клапанов, маховика, свечи зажигания.

·        Учитель: Какие физические явления происходят при сгорании горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания?

·        Ученики: В цилиндре двигателя периодически происходит сгорание горючей смеси. Расширяясь, газы толкают поршень, а вмести с ним и коленчатый вал, совершая механическую работу.

·        Учитель: За сколько тактов происходит один рабочий цикл двигателя?

·        Ученики: рабочий цикл двигателя происходит за четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск отработанных газов.

·        Учитель: Какую роль играет маховик в двигателе внутреннего сгорания?

·        Ученики: Маховик предназначен для уменьшения неравномерности вращения коленчатого вала.

Мы видим, что в одноцилиндровом двигателе полезная работа совершается лишь во время третьего такта. В четырехцилиндровом двигателе, поршни укреплены таким образом, что во время каждого из четырех тактов один из них находится в стадии рабочего хода.

 Благодаря этому коленчатый вал получает энергию в 4 раза чаще. При этом увеличивается мощность двигателя и в лучшей степени обеспечивается равномерность вращения вала.

Частота вращения вала у большинства двигателей внутреннего сгорания лежит в пределах от 3000 до 7000 оборотов в минуту, а в некоторых случаях достигает 15 000 оборотов в минуту и более.

В 1897 г. немецкий инженер Р. Дизель сконструировал двига­тель внутреннего сгорания, в котором сжималась не горючая смесь, а воздух, В процессе этого сжатия температура воздуха поднималась настолько, что при попадании в него топлива оно самовозгоралось. Специального устройства для воспламенения топлива в этом двигателе уже не требовалось; не нужен был и кар­бюратор. Новые двигатели стали называть дизелями.

Двигатели Дизеля являются наиболее экономичными тепловы­ми двигателями: они работают на дешевых видах топлива и имеют КПД 31—44 % (в то время как КПД карбюраторных двигателей составляет обычно 25—30 %). В настоящее время они применяют­ся на тракторах, тепловозах, теплоходах, танках, грузовиках, пе­редвижных электростанциях.

Судьба самого изобретателя нового двигателя оказалась тра­гической. 29 сентября 1913 г. он сел на пароход, отправлявшийся в Лондон. Наутро его в каюте не нашли. Талантливый инженер бесследно исчез. Считается, что он покончил с собой, бросившись ночью в воды Ла-Манша.

доклад

Изобретение двигателя внутреннего сгорания сыграло огром­ную роль в автомобилестроении. Первый автомобиль с бензиновым двигателем внутреннего сгорания был создан в 1885 г. Г. Даймле­ром. Одновременно с этим Даймлер запатентовал установку своего двигателя на моторной лодке и мотоцикле. В том же году, но чуть позже появился трехколес­ный автомобиль К. Бенца. Гро­моздкие и трудноуправляемые паровые автомобили стали вы­тесняться новыми машинами. Последующие годы явились на­чалом промышленного производ­ства автомобилей.

Рис. 2

В 1892 г. свой первый автомо­биль построил Г. Форд (США). Через 11 лет его автомобили (рис.2) были запущены в мас­совое производство.

В 1908 г. автомобили начали производить на Русско-Балтий­ском заводе в Риге. Один из первых русских автомобилей «Руссо-Балт» показан на рисунке 3.

Важную роль в развитии и распространении нового вида тран­спорта сыграли автомобильные гонки, которые стали устраиваться с 1894 г. В первой из них средняя скорость автомобилей состав­ляла лишь 24 км/ч. Однако уже через пять лет, она достигла 70 км/ч, а еще через пять лет— 100 км/ч.

После 1900 г. началось производство специальных гоночных автомобилей. С каждым годом их скорость возрастала. В 60-х гг. скорость автомобилей с поршневым двигателем превысила 600 км/ч, а после установки на автомобиле газотурбинного двига­теля она перевалила за 900 км/ч. Наконец, в 1997 г. Э. Грин (Великобритания) на своем ракетном автомобиле «Траст SSС» достиг скорости 1227,985 км/ч, что превысило скорость звука в воздухе!

Рис.3

·        Учитель: А теперь, я предлагаю вам проверить себя, как усвоен материал. Учитель запускает компьютерную программу с проверочными тестами. При наличии 12 компьютеров это можно сделать со всеми учащимися. При одном компьютере 2-3 желающих может пройти тестирование.

Тесты

        C(1) = "Тепловой двигатель, в котором топливо сгорает прямо в цилиндре"

        D(1) = "Паровая турбина"

        U(1) = "Двигатель внутреннего сгорания"

        R(1) = "реактивный двигатель"

        W(1) = "газовая турбина"

        C(2) = "Машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию"

        D(2) = "1)среди ответов нет правильного."

        U(2) = "2)Легковые автомобили "

        R(2) = "3)Тепловые двигатели "

        W(2) = "4) Самолеты "

        C(3) = "Какая часть не принадлежит двигателю внутреннего сгорания?"

        D(3) = "1) Коленчатый вал"

        U(3) = "2) Цилиндр"

        R(3) = "3) Поршень"

        W(3) = "4)Сопла "

        C(4) = "За сколько тактов происходит один рабочий цикл двигателя?"

        D(4) = "1)За четыре"

        U(4) = " 2)За один "

        R(4) = "3)За восемь"

        W(4) = "4) среди ответов нет правильного."

        C(5) = "Каких процессов не бывает в двигателе внутреннего сгорания?"

        D(5) = "1)Впуска и выпуска "

        U(5) = " 2)напуска"

        R(5) = "3)Сжатия "

        W(5) = "4) Рабочего хода"

        C(6) = " Какую роль играет маховик в двигателе внутреннего сгорания?"

        D(6) = "1)Обеспечивает легкий запуск двигателя"

        U(6) = " 2)Увеличивает крутящий момент двигателя"

        R(6) = "3)Уменьшает неравномерность вращения коленчатого вала "

        W(6) = "4) Улучшает разгон автомобиля"

        C(7) = " Какие двигатели внутреннего сгорания чаще всего применяют в автомобилях? "

        D(7) = "1) Одноцилиндровые"

        U(7) = " 2)Двухцилиндровые"

        R(7) = "3) Восьмицилиндровые"

        W(7) = "4)Четырехцилиндровые"

        C(8) = " Где не используют двигатели внутреннего сгорания? "

        D(8) = "1)На паровозах"

        U(8) = " 2)В автомобилях "

        R(8) = "3)На тепловозах "

        W(8) = "4)На тракторах"

        C(9) = " Какие превращения энергии происходят при работе двигателя внутреннего сгорания? "

        D(9) = "1) механическая энергия превращается в потенциальную энергию"

        U(9) = " 2)Внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию поршня"

        R(9) = "3) Внутренняя энергия топлива превращается электрическую энергию поршня "

        W(9) = "4) Внутренняя энергия поршня превращается в механическую энергию цилиндра"

        C(10) = " Кто изобрел 1-й двигатель внутреннего сгорания?"

        D(10) = "1)Г. Даймлер в 1885г"

        U(10) = " 2) Костович в 1885г"

        R(10) = "3) Французский механик Э. Ленуар в 1860г"

        W(10) = "4)Р. Дизель 1897г"