Тема: Тепловые машины. Принцип работы и КПД тепловых двигателей. Экологические проблемы использования тепловых машин.

План-конспект урока по физике

Класс: 9

Дата___________

№ урока: 45

Тема: Тепловые машины. Принцип работы и КПД тепловых двигателей. Экологические проблемы использования тепловых машин.

Тип урока: урок изучения нового материала

Форма урока : урок- исследование.

Цель: Изучить  принцип действия и назначение тепловых машин, КПД  ДВС, экологические последствия применения тепловых двигателей.

Планируемые результаты:

Личностные УУД: проявляют ситуативный познавательный интерес к новому учебному материалу.

Регулятивные УУД: Самостоятельно формулируют познавательную цель и строят действия в соответствии с ней.  Сличают способ и результат своих действий с заданным эталоном, обнаруживают отклонения и отличия от эталона

Коммуникативные УУД: Осуществляют взаимоконтроль и взаимопомощь. Умеют задавать вопросы,  обосновывать и доказывать свою точку зрения

Познавательные УУД: Выбирают смысловые единицы и устанавливать отношения между ними. Выделяют объекты и процессы с точки зрения целого и частей.

Метапредметные:

 уметь анализировать текстовую, графическую и аудиовизуальную информацию, самостоятельно формулировать и решать познавательные задачи на основе анализа информации, устанавливать логические связи.

Оборудование: учебник, тетрадь, видеофрагменты, интерактивная доска.

Ход урока

1. Организационный момент

                   Приветствие, настрой на урок

2. Повторение пройденного материала

Учебник стр. 85-86

Закон сохранения и превращения энергии?

Первый закон термодинамики?

КПД теплового двигателя?

3 Этап актуализации знаний

A).Из истории изобретения тепловых двигателей.

Изобретение первого теплового двигателя – паровой машины – было первым действительно интернациональным изобретением. Различные по конструкции и назначению паровые машины разработали: англичанин Т. Севери (1698 г.), англичанин Т. Ньюкомен (1705 г.), француз Д. Папен (1707 г.), русский И.И. Ползунов (1763 г.), англичанин Д. Уатт (1774 г.).

Большое значение для развития науки и техники имело изобретение Уатта, которое совпало по времени с бурным развитием промышленности в Англии.

В 1860 г., почти через сто лет после изобретения универсальной паровой машины Ползуновым и Уаттом, французский изобретатель Ленуар сконструировал первый двухтактный двигатель внутреннего сгорания. Через 16 лет, в 1876 г., немецкий конструктор Н. Отто построил первый четырехтактный двигатель.  

Как вы считаете какая наша сегодняшняя тема и цель урока?

4.Этап усвоения новых знаний и способов действий

B). Модель теплового двигателя и ее составные части .

В теоретической модели теплового двигателя рассматриваются три тела: нагреватель,  рабочее тело и холодильник.   Нагреватель – тепловой резервуар (большое тело), температура которого постоянна.

В каждом цикле работы двигателя рабочее тело получает некоторое количество теплоты от нагревателя, расширяется и совершает механическую работу. Передача части энергии, полученной от нагревателя, холодильнику необходима для возвращения рабочего тела в исходное состояние.

а) происходит превращение энергии топлива в механическую энергию;

в) необходимо наличие двух тел с разными температурами; они называются нагревателем и холодильником; необходимо рабочее тело.

с) состоит из повторяющихся циклов изменения состояния рабочего тела.

В реальных технических устройствах, которые называются тепловыми машинами, рабочее тело нагревается за счет тепла, выделяющегося при сгорании топлива. Так, в паровой турбине электростанции нагревателем является топка с горячим углем. В двигателе внутреннего сгорания (ДВС) продукты сгорания можно считать нагревателем, а избыток воздуха – рабочим телом. В качестве холодильника в них используется воздух атмосферы или вода природных источников.

C). КПД теплового двигателя.

(рассказывает преподаватель)  Сади  Карно доказал, что КПД идеального двигателя зависит только от температурнагревателя  и  холодильника и может быть подсчитан по формуле:

D).Роль тепловых двигателей в жизни человека, в развитии энергетики  и транспорта.

(рассказывает преподаватель)  Тепловые  двигатели  имеют исключительно важное  значение в жизни общества.Тепловые  двигатели  сыграли и играют большую роль в развитии техники, энергетики и транспорта.

Изобретение  паровой машины сделало возможным изобретение парохода (1807г.) и паровоза (1814г.)

            Изобретение К.Лавалем  паровой турбины (1889г.) позволило резко увеличить мощности электростанций. В настоящее время паровая турбина- основной первичный двигатель  на тепловых и атомных электростанциях.

Изобретение двигателя внутреннего сгорания вызвало к жизни автомобилестроение и авиацию.

Создание газовых турбин привело к резкому возрастанию скоростей и грузоподъемных самолетов, а создание реактивных двигателей дало возможность  полетам в космос.

Огромна роль двигателей внутреннего сгорания в сельскохозяйственной и строительной  технике (тракторы, комбайны, тягачи, автомашины, экскаваторы и другие машины).

Тепловые  двигатели в настоящее время - основные преобразователи энергии топлива в другие виды энергии и без них была бы невозможна цивилизация.

Просмотр видеоролика

E).Экологические последствия работы тепловых двигателей.

(рассказывает учащийся):

Интенсивное использование тепловых машин на транспорте и в энергетике (тепловые и атомные электростанции) ощутимо влияет на биосферу Земли. Хотя о механизмах влияния жизнедеятельности человека на климат Земли идут научные споры, многие ученые отмечают факторы, благодаря которым может происходить такое влияние:

1.      Парниковый эффект – повышение концентрации углекислого газа (продукт сгорания в нагревателях тепловых машин) в атмосфере. Углекислый газ пропускает видимое и ультрафиолетовое излучение Солнца, но поглощает инфракрасное излучение, идущее в космос от Земли. Это приводит к повышению температуры нижних слоев атмосферы, усилению ураганных ветров и глобальному таянию льдов.

2.      Прямое влияние ядовитых выхлопных газов на живую природу (канцерогены, смог, кислотные дожди от побочных продуктов сгорания).

3.      Разрушение озонового слоя при полетах самолетов и запусках ракет. Озон верхних слоев атмосферы защищает все живое на Земле от избыточного ультрафиолетового излучения Солнца.

Выход из создающегося экологического кризиса лежит в повышении КПД тепловых двигателей (КПД современных тепловых машин редко превышает 30%); использовании исправных двигателей и нейтрализаторов вредных выхлопных газов; использовании альтернативных источников энергии (солнечные батареи и обогреватели) и альтернативных средств  транспорта (велосипеды и др.).

Физминутка. Упражнения для глаз.

—  колебательных движений глазами по горизонтали справа- налево.

—  колебательных движений глазами по вертикали: вверх-вниз.

—  вращательных движений глазами слева- направо.

—  вращательных движений глазами справа- налево.

—  вращательных движений глазами в правую, затем в левую стороны — «восьмерка»

5. Этап закрепления изученного  учебного материала

( преподаватель)   Решим следующие задачи:

Могли ли работать ветряные двигатели, если бы температура атмосферного воздуха была везде одинакова?

(Ответ: нет)

            Почему КПД летом значительно ниже, чем зимой?

 (Ответ: потому, что температура холодильника летом выше, чем зимой.)

Вы покупаете автомобиль. Один стоит 300 тыс. рублей, другой, внешне такой же стоит 330 тыс. рублей. Выясняете у продавца – почему такая разница в стоимости. Оказывается, первый продается без каталитического нейтрализатора, второй с каталитическим нейтрализатором. На каком Вы остановите выбор?

Предполагаемыйответ:

Конечноже, тот, который дешевле, ведь пока в нашей стране ездят миллионы автомобилей без каталитического нейтрализатора, поэтому зачем переплачивать лишнее.

            Вы долго добирались из пыльного города до красивого, чистого уголка. Ваш грязный, пыльный автомобиль ужасно дисгармонирует с тем видом, который перед вами открылся. Вам хочется внести гармонию в природу. Какие возникают желания?

Предполагаемый ответ:

            Схватить ведро, тряпку и тут же на природе как следует отмыть свой автомобиль, так часто делает мой папа, (дедушка, знакомый…)

            Вы – владелец автомобиля. Ваш выбор – автомобиль под окном на газоне, либо

   через квартал на платной автостоянке?

  Предполагаемый ответ:

Под окном, так удобнее им пользоваться, он все время на виду и под рукой.

            Тепловая машина...

1)      производит механическую работу по увеличению внутренней энергии тела

2)      производит тепло

3)      совершает механическую работу за счет подводимого количества теплоты

4)      производит электроэнергию за счет совершения работы

            В модели тепловой машины рабочим телом называется...

1)      тело, у которого в ходе цикла тепло только забирается

2)      тело, которому тепло только отдается 

3)      тело, которое только получает тепло, совершая механическую работу

4)      тело, которое сначала нагревается, а потом охлаждается, совершая механическую работу

            Какие из названных ниже механизмов являются неотъемлемыми частями любого теплового двигателя?

a)      Цилиндр

b)      Турбина

c)      Нагреватель

d)      Поршень

Отметьте отрицательные результаты воздействия на окружающую среду работы тепловых двигателей.

1)      Разрушение озонового слоя

2)      Длительное воздействие парникового эффекта

3)      Истощение запасов нефти и газа.

6.Этап подведения итогов.

Подвести итоги урока. В форме беседы повторить элементы теплового двигателя, формулу для вычисления КПД теплового двигателя, экологические проблемы использования тепловых двигателей.

7. Этап информации о домашнем задании      

            §§22-23, ПОДУМАЙТЕ НАД ВОПРОСОМ: ВОЗМОЖЕН ЛИ "ПЕРПЕТУУМ МОБИЛЕ"?

8.Этап  рефлексии                                                 

Что нового вы сегодня узнали на уроке?

Что для вас  было наиболее трудным на этом уроке и как вы справлялись с трудностями?

Что каждый из вас считает для себя полезным и важным?

Какими способами деятельности овладели?

Благодарю  за работу на уроке.