Урок изучения нового материала в 8 классе

«Тепловые двигатели»

Цель урока: рассмотреть применение закона сохранения и превращения энергии в тепловых двигателях.

Задачи: - познакомиться с историей создания некоторых тепловых машин;

  - познакомиться и изучить принцип действия тепловых двигателей на примере ДВС  

  - создать условия для проявления интереса к предмету.

Оборудование: слайдовая презентация, модель ДВС, карточки.

Метод ведения урока: беседы с применением демонстрационного эксперимента и использование презентации.

Эпиграф урока:

“Человек родился быть господином,
Повелителем, царем природы, но
Мудрость, с которой он должен
Править, не дана ему от рождения:
Она приобретена учением.”

Н.И. Лобачевский

План урока

1. Орг. момент.

2. Новый материал: - превращение энергии (опыт)

                                  - виды тепловых двигателей

-история создания ТД

- ДВС

                                  - влияние работы тепловых машин на окружающую среду

3. Закрепление: тест

4. Итог урока: ответить на вопросы

5. Домашнее задание.

.

Ход урока

Учитель:    -   все физические явления и законы находят применение в повседневной жизни   человека. Жизнь людей невозможна без использования различных видов энергии.

А что является источником энергии? (различные виды топлива, энергия ветра, солнца,  приливов и отливов). Какие виды энергии вам знакомы?

Ученик: механическая, внутренняя.

Учитель: перечислите, какие виды механической энергии вам известны?

Ученик: кинетическая и потенциальная.

Учитель: какую энергию называют внутренней?

Ученик: энергию движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело, называют   внутренней.

Учитель: какие можно привести примеры перехода механической энергии во внутреннюю?

Ученик: падение камня с высоты и нагревание его при этом…

Учитель: а возможен ли обратный переход? Может ли внутренняя энергия переходить в   механическую?

Где в жизни мы встречаемся с такими переходами? Так вот это и будет нашей целью урока: узнать, может ли внутренняя энергия переходить в механическую и где это применяется.

Учитель: вот об этом мы сегодня и поговорим на уроке. Откройте тетради и запишите  число, тему урока.

Вернемся к переходу внутренней энергии в механическую.

Посмотрим опыт – нагревание пробирки, закрытой пробкой. Что наблюдаете?

Ученик: внутренняя энергия воды перешла во внутреннюю энергию газа и за счет расширения тел при нагревании внутренняя энергия воды и газа перешли в механическую энергию пробки. (Обязательно переходы).

Можно ли придумать устройство, в котором переход внутренней энергии в  механическую происходил бы периодически, непрерывно? Да, конечно! И эти устройства назвали тепловыми машинами или двигателями.

Определение в тетрадь: ……………..

ВИДЫ: паровая машина, ДВС, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Во всех этих двигателях энергия топлива сначала переходит в энергию газа или пара, газ расширяется и совершает работу, при этом охлаждается и часть его внутренней энергии превращается в механическую.

Учитель:   -     рождение тепловых двигателей было нелегким. Множество изобретателей в    разных странах мира работали над их созданием, каждый из них внес свой вклад в создание новых двигателей, появление которых  совершило переворот в жизни человечества. Давайте проследим историю создания тепловых двигателей.

Выступление учеников.

Это не все интересные открытия, связанные с изобретением тепловых машин.

Учитель:                 - Логическое продолжение развития новых, более совершенных типов     машин – это создание ДВС (двигатель внутреннего сгорания) . Первый надежно работавший ДВС сконструировал в 1860 году французский инженер Эжен Ленуар. Спустя 16 лет немецкий конструктор Николас Отто создал более совершенный четырехтактный двигатель внутри которых происходит сжигание топлива. Отсюда, и название двигателя.  В XX веке ДВС стал основным двигателем в автомобильном транспорте.

Составные части ДВС:

• цилиндр
• поршень
• клапаны
• свеча
• маховик
• коленчатый вал
• шатун

Крайнее верхнее положение поршня называется – В.М.Т. (верхняя мертвая точка).

Крайнее нижнее положение называется – Н.М.Т.

Расстояние между крайними положениями поршня называют ходом поршня.

Один рабочий цикл в двигателе происходит за 4 хода поршня или за 4 такта.

Принцип работы ДВС:

I такт – ВПУСК

Поршень из крайнего верхнего положения опускается вниз. В это время  автоматически открывается клапан, через который топливная смесь попадает в  цилиндр, вследствие разряжения воздуха под поршнем. К концу первого такта  топливная смесь заполняет весь цилиндр.

II такт – СЖАТИЕ

Горючая смесь внутри цилиндра. Поршень поднимается вверх. Клапаны

Закрыты. Происходит сжатие смеси. Поршень доходит до В.М.Т.

III такт – РАБОЧИЙ ХОД

Этот такт особенный. Он единственный.

Вспыхивает электрическая искра, топливная смесь воспламеняется, сгорает,  температура повышается до 2000 градусов Цельсия.

Ребята, как Вы думаете, в чем особенность данного такта?

Ученик: при полном сгорании топливной смеси, газ расширяется и толкает поршень вниз. Это единственный такт, в котором поршень в цилиндре самостоятельно  движется.

Учитель: IV такт – ВЫПУСК

Поршень поднимается в В.М.Т., выпускной клапан открывается, выхлопные  газы выпускаются в атмосферу.

Обратите внимания на то, что из 4-х тактов Д.В.С. лишь один рабочий.

Показываю анимацию 4-х цилиндрового Д.В.С. Вы просмотрели анимацию и  видели, что поршень в цилиндре движется поступательно, а для того чтобы  двигались колеса машин необходимо вращательное движение.

Как же поступить?

Ученик: Поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение кривошипно – шатунным механизмом.

Учитель: движение поршня передается шатуну, а через него коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок, маховик затем продолжает вращаться по инерции, т.к. обладает большой массой ( тем самым заставляет двигаться   поршень во время 3-х нерабочих тактов ).

В современных двигателях обычно используется несколько цилиндров,  поршни которых связаны с общим валом. Чаще всего применяются 4-х   цилиндровые двигатели. Работа цилиндров согласуется так, что в одном из них поочередно происходит рабочий ход и коленчатый вал получает энергию от  одного из поршней.

Учитель: ребята, а как влияют тепловые двигатели на окружающую среду?подумайте, зачем мы озеленяем наши улицы?

Ученик: тепловые двигатели работают на нефтепродуктах. Выхлопные газы очень  ядовиты и вредны для организма людей. За год в атмосферу выбрасывается 20  млн. т. свинца, за 20 лет в атмосфере увеличилось углекислого газа на 20 %.

Учитель: вы – молодцы! Экологические проблемы вышли на первое место по своей общечеловеческой значимости. С самых высоких международных трибун  говорят о том: как сохранить нашу Землю голубой и зеленой. Если раньше  выживание ассоциировалось, прежде всего, с предотвращением ядерной войны, то сейчас, сегодня выжить – значит не погубить себя своей же собственной  деятельностью. Какие меры можно предпринять, чтобы сохранить нашу планету?

Что из рассмотренного на уроке вам наиболее понравилось?

Мы продолжим обсуждение вопросов на следующем уроке.

Домашнее задание: § 21-22

Спасибо за урок! Вы у меня самые гениальные дети нашей планеты.

Задача:

Начальная температура двух литров воды 20⁰С. До какой температуры можно было бы нагреть эту воду при сжигании 10 г спирта? (Считать, что теплота сгорания спирта целиком пошла на нагревание воды).

Задача:

Начальная температура двух литров воды 20⁰С. До какой температуры можно было бы нагреть эту воду при сжигании 10 г спирта? (Считать, что теплота сгорания спирта целиком пошла на нагревание воды).

Задача:

Начальная температура двух литров воды 20⁰С. До какой температуры можно было бы нагреть эту воду при сжигании 10 г спирта? (Считать, что теплота сгорания спирта целиком пошла на нагревание воды).

Задача:

Начальная температура двух литров воды 20⁰С. До какой температуры можно было бы нагреть эту воду при сжигании 10 г спирта? (Считать, что теплота сгорания спирта целиком пошла на нагревание воды).

Задача:

Начальная температура двух литров воды 20⁰С. До какой температуры можно было бы нагреть эту воду при сжигании 10 г спирта? (Считать, что теплота сгорания спирта целиком пошла на нагревание воды).

Задача:

Начальная температура двух литров воды 20⁰С. До какой температуры можно было бы нагреть эту воду при сжигании 10 г спирта? (Считать, что теплота сгорания спирта целиком пошла на нагревание воды).

Задача:

Начальная температура двух литров воды 20⁰С. До какой температуры можно было бы нагреть эту воду при сжигании 10 г спирта? (Считать, что теплота сгорания спирта целиком пошла на нагревание воды).

Дополнительный материал к уроку

Влияние ДВС на окружающую среду.

Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду связано с действием различных факторов.

Во-первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.

Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа.

В третьих, при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека. А автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу две-три тонны свинца.

Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды - использованием в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца. Перспективными являются разработки автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяются электродвигатели или двигатели, использующие в качестве топлива водород.

Выбросы вредных веществ в атмосферу - не единственная сторона воздействия энергетики на природу. Согласно законам термодинамики производство электрической и механической энергии в принципе не может быть осуществлено без отвода в окружающую среду значительных количеств теплоты. Это не может не приводить к постепенному повышению средней температуры на земле. Одно из направлений, связанное с охраной окружающей среды, это увеличение эффективности использования энергии, борьба за её экономию.

Тепловые двигатели и экология.

Непрерывное развитие энергетики, автомобильного и других видов транспорта, возрастание потребления угля, нефти и газа в промышленности и на бытовые нужды увеличивает возможности удовлетворения жизненных потребностей человека. Однако в настоящее время количество ежегодно сжигаемого в различных тепловых машинах химического топлива настолько велико, что все более сложной проблемой становится охрана природы от вредного влияния продуктов сгорания. Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду“связано с действием различных факторов.

Во-первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.

Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа. В атмосфере Земли в настоящее время содержится около 2600 млрд. тонн углекислого газа (около 0,033%). До периода бурного развития энергетики и транспорта количество углекислого газа, поглощаемого из атмосферы при фотосинтезе растениями и растворяемого в океане, было равно количеству углекислого газа, выделяемого при дыхании и гниении. В последние десятилетия этот баланс все в большей степени стал нарушаться. В настоящее время за счет сжигания угля, нефти, и газа в атмосферу Земли ежегодно поступает дополнительно около 20 млрд. тонн углекислого газа. Это приводит к повышению концентрации углекислого газа в атмосфере Земли. Молекулы оксида углерода способны поглощать инфракрасное излучение. Поэтому увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере изменяет прозрачность. Дальнейшее существенное увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере может привести к повышению ее температуры ("парниковый эффект"). Производство электрической и механической энергии не может быть осуществимо без отвода в окружающую среду количества теплоты, что приводит к повышению температуры на Земле и создать угрозу таяния ледников и катастрофического повышения уровня Мирового океана.

В-третьих, при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека. Особенно существенно это загрязнение в крупных городах и промышленных центрах. Более половины всех загрязнений атмосферы создает транспорт. Кроме оксида углерода и соединений азота, автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу 2-3 млн. тонн свинца.

Автомобильные двигатели играют решающую роль в загрязнении атмосферы в городах, проблема их усовершенствования представляет одну из наиболее актуальных научно- технических задач. Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды - использование в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца. Перспективными являются разработки и испытания автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяют электродвигатели, питающиеся от аккумуляторов, или двигатели, использующие в качестве топлива водород. В последнем типе двигателя при сгорании водорода образуется вода, но и здесь возникает масса технических проблем. Вопросы окружающей среды становятся все более определяющими для дальнейшего развития теплоэнергетики. Организация охраны окружающей среды требует усилий в масштабе всего земного шара.