Урок физики на тему "Принцип действия тепловых двигателей. КПД. Охрана природы"

	СИСТЕМА МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА ГККП «КОЛЛЕДЖ №3»
	Открытый урок
	Ф35 КП-7	Издание 2	Стр 1 из20

УТВЕРЖДАЮ

Заместитель директора по УР

__________ А. Каратаева

ОТКРЫТЫЙ УРОК ФИЗИКИ

НА ТЕМУ: «Принцип действия тепловых двигателей.

 КПД. Охрана природы».

Разработала  преподаватель: Логвинова Т.И.

Шымкент – 2016г.

Рассмотрено на заседании ЦК_________

протокол № ___от _________ _____________20___г.

Руководитель ЦК__________________________________

                                                            (Подпись)

Разработано преподавателем ______________________

                                                                  (Подпись)

Тема урока: Принцип действия тепловых двигателей.

КПД. Охрана природы.

Пояснительная записка

За многолетнюю работу я использовала разные формы проведения урока по данной теме. Меня заинтересовала возможность соединения знаний и умений учащихся с показом результатов их работы в рамках урока с применением ИКТ. В основу урока было положено использование опережения знакомства с тепловыми двигателями при изучении темы «Устройство карбюраторного ДВС» на уроках спецтехнологии. И так как они знакомятся с некоторыми вопросами темы раньше, то появилась возможность представления знаний, полученных вне урока, в виде презентаций. Эта работа способствовала формированию особых навыков: умения ставить и решать проблемы в контексте интеграции различных наук и дуальной системы обучения. Основные требования к презентации содержали вопросы по применению явлений, законов физики в природе и технике.

Цели урока.

Образовательные: Изучить принцип действия тепловых двигателей.  Выяснить способы увеличения КПД теплового двигателя. Рассмотреть практическое применение ДВС. Сформировать умение решать задачи с практической направленностью.

Развивающие: Развивать познавательную активность, логическое мышление, исследовательские навыки, интерес к предмету. Уметь применять теоретические знания в решении нестандартных задач с практической направленностью.

Воспитательные: Воспитание чувства ответственности, трудолюбия в процессе решения задач. Развивать умение работать с дополнительной литературой. Способствовать развитию умения самостоятельной работы с учебником.

Оборудование: Компьютер, мультимедийный проектор, экран, презентации

Методы обучения: объяснительно-иллюстративный, с элементами проблемного обучения и использованием ИКТ.

Межпредметные связи: экология, спецтехнология (устройство автомобиля- тема «Устройство карбюраторного ДВС»)

Тип урока: комбинированный урок изучения нового материала.

Ход урока.

1. Организационный момент (приветствие, положительный настрой на изучение темы).

2. Актуализация знаний.

Для достижения цели урока нам необходимо вспомнить пройденный материал.

Фронтальная беседа.

1. Что изучает термодинамика?

2. Дайте определение внутренней энергии системы.

3. Назовите способы изменения внутренней энергии.

4. Сформулируйте первый закон термодинамики.

5.какой процесс называют адиабатным?

6. Что является графиком адиабатного процесса?

7. Сформулируйте второй закон термодинамики.

8.  В чем заключается третий закон термодинамики?

3.Мотивация (демонстрация видео).

Проблемная ситуация: О чем сегодня пойдет речь на уроке? (О тепловых двигателях)

Запасы внутренней энергии в земной коре и океанах можно считать практически неограниченными. Необходимо уметь за счет энергии приводить в движение станки на фабриках и заводах, средства транспорта, тракторы и другие машины, вращать роторы генераторов электрического тока и т. д. Человечеству нужны двигатели- устройства, способные совершать работу.

Тепловые двигатели - это устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую.

4.Изучение нового материала.

Выступление студентов: (защита проектов)

1) История создания тепловых машин ( Муханов С.).

2) Виды тепловых двигателей (Клунный Д., Маймаков Н.).

Вид транспорта	Вид двигателя
Автомобильный	Поршневой ДВС (карбюраторный и дизельный)
Железнодорожный	Дизельный, электрический
Водный	ДВС, паровая турбина
Воздушный	Поршневой, реактивный, турбореактивный

3) Устройство и принцип действия ДВС (Ходжимуратов А., Клунный Д.)

Объяснение мастера п/о: Устройство и рабочий цикл четырехтактного ДВС (по модели)

Устройство и рабочий цикл четырехтактного ДВС

Рассмотрим четырехтактный цикл карбюраторного двигателя:

- первый такт- всасывание (впуск рабочей смеси)

- второй такт- сжатие

- третий такт- рабочий ход (искра запальной свечи воспламеняет смесь, давление газа резко возрастает)

- четвертый такт- выхлоп (выпуск), продукты сгорания через выхлопную трубу выбрасываются в окружающую среду.

На практике КПД двигателя внутреннего сгорания достигает 20-30%

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя.

(Объяснение преподавателя по презентации).

Для совершения двигателем работы, необходима разность давлений по обе стороны поршня двигателя, которая достигается за счет повышения температуры рабочего тела на сотни или тысячи градусов по сравнению с температурой окружающей среды. Такое повышение температуры происходит при сгорании топлива.  Таким образом тепловой двигатель состоит из нагревателя, рабочего тела и холодильника

Максимально возможный КПД идеального теплового двигателя, работающего с нагревателем, имеющим температуру Т1, и холодильником с температурой Т2 впервые

вычислил французский инженер и ученый Сади Карно (1796-1892). Он придумал идеальную тепловую машину с идеальным газом в качестве рабочего тела и получил для КПД этой машины следующее значение:

Главное значение этой формулы состоит в том, что любая реальная тепловая машина, работающая с нагревателем, имеющим температуру Т1 и холодильником Т2 , не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины

Из формулы видно, что КПД зависит от Т1 – температуры нагревателя (но любой материал обладает ограниченной теплостойкостью или жаропрочностью) и Т2 – температуры холодильника (но она не может быть ниже температуры окружающего воздуха).

Важнейшей задачей науки и техники является повышение КПД тепловых двигателей и приближение его к максимально возможному.

 В настоящее время усилия инженеров направлены на повышение КПД двигателей за счет уменьшения трения их частей, потерь топлива вследствие его неполного сгорания и т.д.

5. Решение вычислительных задач.

1)    Тепловая машина за один цикл получает от нагревателя количество теплоты 100 Дж и отдает холодильнику 75 Дж. Каков КПД?

2)     Чему равен КПД идеального теплового двигателя, если температура нагревателя 455° С, а температура холодильника 273° С?

Как можно повысить КПД этого двигателя? Опыт и расчеты показывают, что для этого нужно добиться большой степени сжатия смеси. Однако в двигателях карбюраторного типа очень сильно сжимать горючую смесь нельзя, так как она, сильно нагреваясь, будет преждевременно нагреваться. Дизельный двигатель позволяет избежать эти затруднения и повысить КПД.

Степень сжатия в дизелях достигает большой величины, вследствие чего температура воздуха в конце сжатия поднимается до температуры, достаточной для воспламенения топлива. КПД дизеля достигает 40%. Он может развивать значительную мощность и работать на дешевых сортах жидкого топлива.

Применение тепловых двигателей.

В сельском хозяйстве весьма распространенным видом теплового двигателя является двигатель внутреннего сгорания. Такие двигатели стоят на тракторах и, комбайнах, автомобилях, на машинах, выполняющие дорожные работы (бульдозерах, скреперах, экскаваторах), на стационарных установках (электростанциях), в ремонтных мастерских и т. П.

Из двигателей внутреннего сгорания самое широкое применение получили дизели. Они поставлены на тракторах, на мощных грузовых машинах, на стационарных установках. Дизели имеют более высокий КПД, чем карбюраторные двигатели, работают на тяжелом, недорогом, жидком топливе. Мощные дизельные тракторы: К-700 («Кировец»), К-700А, К-701, К-702.Вместимость топливного бака 640 л. Такой запас топлива позволяет машине работать весь световой день, что особенно важно в напряженные периоды сельскохозяйственных работ.

Дизели по сравнению с карбюраторными двигателями более экономичны и вследствие высокой степени сжатия в них расходуется на 25% меньше топлива (на единицу работы). Они работают на топливе, которое менее опасно в пожарном отношении.

Основные показатели работы двигателя – КПД, мощность, экономичность

Рассмотрим достоинства и недостатки тепловых двигателей.

6.     Закрепление материала.

Решение исследовательских задач,  с практической направленностью.

1) Почему при втором такте – сжатии – двигатель не разрывается, ведь на самом деле здесь происходит взрыв?

(Ответ: добавляют соли оксида свинца в топливо для уменьшения октанового числа, вызывающего детонацию).

2) Укажите возможные пути экономии топлива при работе тепловых машин.

(Ответ: уменьшение силы трения частот двигателя, уменьшение потерь топлива вследствие его полного сгорания).

3) Можно ли количество теплоты, которое передается ДВС холодильнику, использовать для теплофикации?

(Ответ: можно, если поставить теплообменник).

4) Станет ли к.п.д. тепловых машин равным 100%, если трение в частях свести к нулю?

(Ответ: нет, низкий к.п.д. тепловых машин объясняется не столько трением в механизмах, сколько необходимостью отводить большое количество теплоты в холодильник).

5) Почему в тепловых двигателях в качестве рабочего тела используется газ или пар, а не жидкость или твердое тело?

(Ответ: высокая степень сжатия газов).

6) Наносит ли ущерб природе работа тепловых двигателей?

( Повсеместное применение тепловых двигателей отрицательно влияет на окружающую среду. Это ставит ряд серьезных поблеем перед обществом. Наряду с важнейшей задачей повышения КПД тепловых двигателей требуется проводить мероприятия по охране окружающей среды).

Сообщение студента « Влияние тепловых двигателей на окружающую среду».

7.   Тесты

Дата ___  ___  _______  Фамилия Имя ___________________________  

Тест по физике Тема: Тепловые двигатели.

№1В конце какого такта происходит вспышка на свече?
а		Рабочий ход .      Сжатие       Впуск       Выпуск
б
в
г
№2Какой клапан открыт во время такта СЖАТИЕ?
а		Впускной.       Выпускной       Оба        Ни один из них
б
в
г
№3Какой клапан открыт во время такта ВЫПУСК?
а		Впускной .   Выпускной       Оба       Ни один из них
б
в
г
№4Какой клапан открыт во время такта РАБОЧИЙ ХОД?
а		.      Впускной       Выпускной       Оба       Ни один из них
б
в
г
№5Во время какого такта одновременно открыты оба клапана?
а		Сжатие       Рабочий ход      Впуск       Среди ответов нет верного
б
в
г
№6Какой вид теплового двигателя предназначен для полета в космос?
а		Паровая турбина      Реактивный      Карбюраторный ДВС        Дизельный ДВС
б
в
г
№7Каким образом поджигается топливная смесь в камере сгорания ДВС?
а		Высоковольтный электрический разряд      Раскалённой спиралью      Газовым факелом       Здесь нет верного ответа
б
в
г
№8Тепловые двигатели преобразуют … а.      Механическую энергию в электрическую б.      Внутреннюю энергию топлива в механическую энергию в.      Внутреннюю энергию топлива в электрическую энергию г.       Внутреннюю энергию топлива в потенциальную энергию

8.     Итоги урока. Оценки за урок.

    За активное участие                                                                                                 на уроке физики

                                                    За отличные знания тепловых двигателей

                                                             на уроке физики

9.     Домашнее задание.Б. Кронгарт физика-10 п.5.9

10. Рефлексия

-Что заинтересовало вас сегодня на уроке более всего?

-Как вы усвоили новый материал?

-Пригодятся ли вам знания полученные на уроке?

- Какие были трудности? Удалось ли их преодолеть?

-Ваше отношение к уроку ?

Литература                                                                         

1. Голованов Я. Этюды об ученых. М. Молодая гвардия. 2002.

2. Дмитриева В.Ф. . Физика для профессий и специальностей технического профиля.    М. :Издательский центр «Академия».2012

3.Б. Кронгарт физика-10 Алматы «Мектеп» 2012

4.Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. М. Просвещение. 2001.

5.Тульчинский М.Е. Качественные задачи по физике в средней школе.

М.Просвещение. 1972.