Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Конспекты / Урок по теме "Двигатели"

Урок по теме "Двигатели"

  • Физика

Поделитесь материалом с коллегами:



МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКИ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КУРСАВСКИЙ РЕГИОНАЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ «ИНТЕГРАЛ













МЕТОДИЧЕСККАЯ РАЗРАБОТКА

УРОКА ФИЗИКИ

по теме: «Двигатели»

1 курс, специальность:

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

















с.Курсавка

2015г.

Методическая разработка предназначена для проведения комбинированного занятия по физике, с элементами самостоятельной и практической работы с использованием ТСО. Может проводиться со студентами 1 курса в качестве повторительно-обобщающего урока по теме «Термодинамика».


Организация-разработчик: ГБОУ СПО «Курсавский региональный колледж «Интеграл»

Разработчик: преподаватель Кошельникова Е.В.



Рассмотрены, утверждены и рекомендованы к применению на заседании методического Совета ГБОУ СПО КРК «Интеграл».


Протокол №_____ от «___» января 2015 г.


Председатель М.А. Уманская







с.Курсавка, ул. Титова, 15

тел.: 8(86556)6-39-82, 6-39-83

факс:6-39-79

kurs_integrall@mail.ru


Содержание








Пояснительная записка

Методическая разработка предназначена для проведения занятия со студентами 1 курса по теме «Двигатели». В соответствии с требованиями федерального образовательного стандарта нового поколения, при проведении урока использован деятельностно-целевой подход к образованию. Большое внимание уделяется формированию универсальных учебных действий, таких как: умение учиться и познавать мир, сотрудничать, коммуникатировать, организовывать совместную деятельность, исследовать проблемные ситуации – ставить и решать задачи.

Для формирования проектных, коммуникативных умений, активизации познавательной деятельности в план урока включены мини-сообщения и проекты, которые учащиеся готовят заранее. На основе информации, представленной, студентами в сообщениях, подготовлены вычислителные задачи, решение которых способствует отработке навыков решения физических задач, повторению и лучшему усвоению изучаемого материала, показывает возможность применения теоретических знаний на практике.

Систематическое выполнение учащимися подобных заданий способствует более осознанному и конкретному восприятию изучаемого на уроке материала, повышает интерес к физике, развивает любознательность, прививает ценные практические умения и навыки. Задания такого рода  являются эффективным средством повышения самостоятельности и инициативы учащихся, что благоприятно сказывается на всей их учебной деятельности. Таким образом, при выполнении небольших исследовательских проектов учащиеся  вплотную подходят к творческому поиску. Такой подход к проведению уроков     позволяет проверять не знания, а умения учащихся  применить знания в незнакомой ситуации, решать проблемы, выражать мысли, работать с информацией, делать выводы.  



МЕТОДИКА Проведения урока

Уроки физики в современных условиях требуют активного вовлечения учащихся в процесс обучения.

Современные исследования показывают, что человек запоминает 10% того, что читает, 20% того, что слышит, 30% того, что видит, 50-70% запоминается при участии в групповых дискуссиях, 80% при самостоятельном обнаружении и формулировании проблем. И лишь, участие обучающегося в реальной деятельности, в самостоятельной постановке проблем, выработке и принятии, решения, формулировке выводов и прогнозов ведет к тому, что он запоминает и усваивает материал на 90%.

При подготовке и проведении урока необходимо добиться максимальной самостоятельности учащихся при освоении нового материала, изменить формат отношений учитель – обучающийся.

Особенностью преподавания физики в колледже, является то, что средний уровень подготовки учащихся 1-го курса достаточно низок. А объем изучаемого материала – сложен. В связи с этим, большое внимание на начальном этапе урока необходимо уделить повторению ранее изученного материала. В ходе урока, для поддержания внимания и интереса учащихся, необходимо осуществлять смену видов деятельности: просмотр видеосюжетов, беседа, дискуссия, демонстрация, решение задач, самостоятельная работа…

На подготовительном этапе - определяются цели и задачи урока, составляется план - конспект урока. Обучающиеся получают опережающее индивидуальные задания:
1) собрать одну из известных моделей вечных двигателей и проверить её «работоспособность»;
2) Подготовить сообщения о различных видах двигателей:
- Гиробусы
- Реактивные двигатели
- Паровая машина

- Двигатель внутреннего сгорания
- Дизельный двигатель
- Паровая турбина
3) Двигатель внешнего сгорания - создание действующей модели.

Основной этап - организация и проведение урока. Дается определение двигателей. Обсуждаются вопросы превращения различных видов энергии в механическую. На основе данных, содержащихся в сообщениях учащихся, составляются и решаются вычислительные задачи. Демонстрируется, созданная обучающимися, модель двигателя Стирлинга, рассматриваются принципы его работы, решается задача на определение КПД данного двигателя. Рассматриваются модели вечных двигателей и обсуждаются причины их несостоятельности.

На заключительный этапе студенты выполняют кратковременную самостоятельную работу, подводятся итоги урока.

Возможные риски:

1.Теоретический материал достаточно сложен, и учащиеся могут не справиться с поставленными перед ними задачами при решении задач. Необходимо предусмотреть возможность помощи со стороны преподавателя.

2. Неисправность или выход из строя приборов и моделей используемых в ходе урока. (Продублировать модель изображением или схемой в презентации.)

3. Ожидаемые результаты:

Оптимальное сочетание наглядно-образных, словесно-логических способов предъявления учебного материала, а  также сочетание самостоятельных фронтальных и групповых форм работы позволяет ожидать максимального выполнения всех поставленных целей и задач, повышения интереса учащихся к изучению предмета, создания положительного эмоционального настроя и проявления дальнейшей активности и самостоятельности учащихся при подготовке и проведении последующих занятий курса.

Цели изадачи урока

Тема: «Двигатели»

Цель занятия: Рассмотреть различные типы и виды двигателей и, основываясь на полученной информации, повторить основные приемы и способы решения задач механики и термодинамики.

Задачи:
Образовательные: Обобщение изученного ранее материала. Повторение базовых законов механики, молекулярной физики и термодинамики. Доказательство, опираясь на закон сохранения энергии, невозможности создания вечного двигателя.
Развивающие: Развитие практических умений и навыков, умения самостоятельно мыслить, выражать собственную точку зрения, получать знания из различных источников, умения размышлять и делать выводы, проводить связь с жизнью.
Воспитательные: вовлечение обучающихся в работу в коллективе, воспитание чувства коллективизма, личной ответственности за выполнение поставленной задачи, формирование социальной роли ученика, положительного отношения к учению.
Методические: совершенствование методики проведения уроков физики, в соответствии с федеральным Государственным Образовательным стандартом нового поколения, совершенствование деятельностного подхода к обучению, реализация идеи сотрудничества преподавателя и студентов.
Здоровьесберегающие: укрепление физического и психологического здоровья студентов, путем создания положительного настроя, ситуации «Успеха»; совершенствование навыков безопасной работы с приборами и лабораторным оборудованием.

Формируемые компетенции:

  • ценностно-смысловая компетенция (чёткое представление учеником, что и как он изучает и каким образом он сможет использовать полученные знания в последующей жизни)


  • общекультурная компетенция (знание духовно-нравственных основ жизни человечества, связь полученных на уроке знаний и исторических фактов)


  • учебно-познавательная компетенция (способность учиться, самостоятельно получать знания и использовать их в своей деятельности)


  • информационная компетенция (владение информационными технологиями, умение осуществлять сбор и обработку необходимой информации)


  • коммуникативная компетенция (умение общаться, работать в коллективе, уважать, слышать и слушать друг друга)


  • компетенция личностного самосовершенствования (способность учиться, получать новые знания, овладевать умениями, необходимыми для дальнейшей жизни)

Тип урока: Комбинированный урок.

Форма проведения: повторение, решение задач, создание физических моделей.

Методы проведения: сочетание объяснительно иллюстративных методов обучения с частично – поисковым и исследовательским методами обучения

Средства обучения и оборудование:

1) Подготовленные учащимися модели вечных двигателей, двигатель внешнего сгорания, модель двигателя внутреннего сгорания, паровой машины и паровой турбины.

2) Демонстрация принципа действия тепловых двигателей.

3) Сообщения учащихся:
- Гиробусы
- Реактивные двигатели
- Паровая машина

- Двигатель внутреннего сгорания
- Дизельный двигатель
- Паровая турбина
«Вечные двигатели»:
-Двигатель Орфериуса
- Колесо Бхаскара
- Поплавковый двигатель
- Двигатель Симона Стевина
- Магнитный двигатель

-Вечный водопровод.

4) Компьютерная презентация


Продолжительность занятия – 80 минут



Структура урока

  1. Оргмомент. (3 минуты)

  2. Актуализация: Определение двигателя, как устройства, преобразующего энергию того или иного вида в механическую. Виды энергии и возможность их преобразования в механическую (5 минут)

  3. Инерционные и реактивные двигатели. (Сообщения учащихся: «Гиробусы», «Реактивные двигатели», обсуждение особенностей данных двигателей, решение задач из раздела «Механика», составленных на основе фактов, содержащихся в сообщениях учащихся). (15минут)

  4. Тепловые двигатели. (Демонстрация принципа действия тепловых двигателей. Сообщения учащихся: «Паровая машина», «Двигатель внутреннего сгорания», «Дизельный двигатель», «Паровая турбина». Демонстрация работы двигателя внешнего сгорания. Решение задач из раздела «Молекулярная физика. Термодинамика», составленных на основе фактов, содержащихся в сообщениях учащихся (27 минут)

  5. Вечные двигатели. Сообщения учащихся: «Двигатель Орфериуса», «Колесо Бхаскара», «Поплавковый двигатель», «Двигатель Симона Стевина», «Магнитный двигатель», «Вечный водопровод». Обсуждение особенностей данных моделей и причин, по которым данные механизмы не могут работать вечно.(20 минут)

  6. Рефлексия. Подведение итогов урока. Выставление оценок.(7 минут)

  7. Домашнее задание. (В качестве домашнего задания обучающимся предлагается отрывок из повести М.Е.Щедрина «Современная идиллия», прочитав который необходимо попытаться объяснить принцип действия двигателя, описанного в повести и указать причины по которым он не может работать вечно.)(3 минуты)



учебно-методическое обеспечение


1. Физика-10. Базовый и профильный уровни / авт. Мякишев Г.Я., БуховцевБ.Б.,  СотскийС.С. – М.: «Просвещение», 2010.

2. Сборник задач для 10-11 класса, автор Рымкевич А.П. – Дрофа, 2010.

3. Поурочные разработки по физике.10класс. Волков В.А.- М: «ВАКО»,2008.

4. Поурочные планы по учебнику Г.Я.Мякишева и др.-Волгоград,2008.

5. Перельман Я. И. Занимательная физика. М., «Наука», 1965, книга 2

6. http://elementy.ru/posters/perpetuum (Дата обращения 26.01.15)
7.
http://ladlav.narod.ru/disput.htm(Дата обращения 26.01.15)













Приложения

Приложение 1.



1. Оргмомент.

Тема сегодняшнего урока: «Двигатели».

Цель: Рассмотреть различные виды двигателей, которые были, когда либо, созданы человеком. Некоторые из них уже устарели, а некоторые с успехом продолжают использоваться и сегодня. Выяснить перспективы их усовершенствования. Обсудить возможность создания двигателя, способного длительное время совершать работу, не используя при этом дополнительные источники энергии.

2. Актуализация

Что такое двигатель?(слайд1)

Двигатель – устройство, преобразующее энергию того или иного вида в механическую.

Виды энергии.(слайд 2)


?

hello_html_m381e40d7.gif hello_html_m2d3dd5e9.gif hello_html_4ea7126.gif

hello_html_1edd72b3.gif hello_html_1428a6ee.gif

hello_html_m6a14362b.gif

На сегодняшний день нам уже достаточно хорошо знакомы: механическая и внутренняя энергия. В дальнейшем нам предстоит познакомиться с электрической и ядерной энергией. Каждый вид энергии имеет свои особенности. А между собой их связывает важнейший из законов физики: закон сохранения энергии (слайд 3)

Закон сохранения энергии: Энергия ниоткуда не берется, никуда не исчезает, просто переходит от одного тела к другому, превращается из одного вида в другой.

3. Инерционные и реактивные двигатели.

Рассмотрим возможность использования в двигателях механической энергии.

Демонстрация инерционного автомобиля.

Вопросы:
- Почему движется автомобиль?
(По инерции)
- Какая энергия превращается в механическую? (Кинетическая энергия вращения маховика)
- При каких условиях машинка проедет большее расстояние? (Если увеличить массу маховика или скорость его вращения)
- Можно ли данный принцип использовать для создания двигателя, приводящего в движение реальные транспортные средства? (Да)

Сообщение 1. Гиробусы (слайд 4-)https://www.deutsche-digitale-bibliothek.de/binary/YE5VPJHRN4TPUFUTRNMYEAPXXI2Q22VD/full/1.jpg

http://coollib.com/i/63/210363/_34.jpg















  • Гиробус – определенный тип троллейбуса, который приходит в движение за счет кинетической энергии вращения маховика. Это морально устаревший вид транспорта, в настоящее время не используется.

    Но конструкция гиробуса является интересным и полезным техническим учебным пособием

    Впервые концепт этого агрегата разработали в Швейцарии в 1940-х годах. Гиробус являлся достойной альтернативой аккумуляторным автобусам, троллейбусам и другой технике, работающей от городской сети в тех районах, где невыгодно было пускать линию электропередач.

    В 1950 году гиробус впервые совершил поездку по маршруту вместе с пассажирами.

    Подзаряжался маховик на остановках через 1,2-2 км в течение 40 с. Для этого штанги гиробуса поднимались до соприкосновения с контактами на высокой мачте. Генератор начинал работать в режиме двигателя и разгонял маховик. Хотя КПД маховичного автобуса был невысок – всего 50 %, гиробус показал себя очень экономичным транспортным средством. Расход энергии составлял 1,5 кВт·ч, или 5,5 МДж на километр пробега. Для сравнения напомню, что автобус того же класса, что и гиробус, расходует на километр пути не менее 400 г бензина, что составляет в переводе на механическую работу в три раза большую величину – 17 МДж.

    Гиробус совершенно не загрязнял окружающую среду. А ведь даже электроаккумулятор выделяет в атмосферу водород и пары, которые содержат в себе такие вредные вещества, как свинец, кадмий, хлор и др. В отличие от троллейбуса, гиробусу не требовались контактные провода, уродующие вид города и создающие опасность поражения током. Он ехал совершенно бесшумно, его штанги не терлись и не искрили при движении.

    И все же, несмотря на эти преимущества, гиробус проиграл соревнование с дорогим, дымящим и шумным автобусом. Это произошло, в основном, потому, что гиробус приходилось часто подзаряжать.

    Он мог пройти на энергии маховика в идеальном случае 8 км, а в действительности – около 6 км, после чего останавливался. Для городского транспорта это слишком мало.

    Плюсы гиробуса

    • Бесшумный ход

    • Экологичность

    • Не требует непрерывной контактной сети

    • Возможность гибко изменять маршрутную сеть в случае необходимости.

    Недостатки

    • Большой вес (гиробус, предназначенный для перевозки 20 человек на 20 километров, должен иметь маховик весом в 3 тонны)

    • Вращающийся со скоростью в 3000 оборотов в минуту маховик требует особых мер безопасности (линейная скорость обода маховика достигает 900 километров в час)

    • Управлять гиробусом сложно, так как его маховик обладает свойствами гироскопа (стремится сохранять неизменное положение в пространстве).

















































Вопросы:

- Последить цепочку превращения энергии. (Электрическая – кинетическая энергия маховика – кинетическая энергия гиробуса)

- Возможные потери энергии? (Трение деталей, сопротивление воздуха)

Задача: Определить силу тяги двигателя гиробуса, если КПД двигателя составляет 50%, а расход энергии на 1 км пробега – 5,5МДж

Дано:
η=50%
S=1км
Е=5,5МДж

СИ
0,5
1000
м
5500000Дж

Решение:
hello_html_m662fc9af.gif; hello_html_m5c0d349c.gif; hello_html_m45d9d8db.gif;

hello_html_542d9c93.gif;

hello_html_742a5af5.gif

Ответ: 2750Н

F-?



Демонстрация реактивного движения(С помощью воздушного шарика)

Вопросы:

Как называется такое движение? (Реактивное)

Определение реактивного движения? (Движение, при котором от тела отделяется какая либо его часть.)http://www.what-who.com/uploads/images/r/r_020.jpg

Какой закон лежит в основе реактивного движения? (Закон сохранения импульса)

Сообщение 2. Реактивные двигатели (слайд -)













По мере развития авиации возникла необходимость в создании нового двигателя, который мог бы поднять самолет на большую высоту, развить у него большую скорость, увеличил бы дальность полета самолета. Для больших высот и скоростей понадобились новые двигатели – реактивные.

Ракета была изобретена в Древнем Китае. С давних пор в праздничные дни люди любуются тем, как взлетая вверх, ракета рассыпается каскадом разноцветных искр. Но почему взлетает ракета? В обыкновенной ракете порох, сгорая, образует много газов. Они вытекают струей из отверстия вниз и, взаимодействуя с корпусом ракеты, толкают ее вверх. Принцип реактивного движения был использован еще во II в. до нашей эры александрийским ученым Героном в устройстве игрушки – шар Герона.

Если в корпусе ракеты есть запасы не только горючего, но и окислителя, то ракета может двигаться и в безвоздушном пространстве. Одним из первых, кто предложил использовать ракеты для полетов в космос, был русский ученый Константин Эдуардович Циолковский. Он впервые разработал теорию реактивного движения. Аналогичную теорию космических полетов предложил русский революционер Н. Кибальчич. Рукописи его работ были найдены через несколько лет после его казни в архивах Петропавловской крепости. В нашей стране 
4 октября 1957 года был запущен первый в мире искусственный спутник Земли.

Полет человека в космос впервые в истории был осуществлен в Советском Союзе 12 апреля 1961 года. Корабль – спутник «Восток» пилотировал первый в мире летчик-космонавт Ю.А. Гагарин.

Развитие космонавтики и проведение исследований в космосе оказали большое влияние на развитие техники и ряда наук: астрономии, медицины, метеорологии и др.

В настоящее время реактивные двигатели используются не только на ракетах, но и на реактивных и турбореактивных самолетах, реактивных катерах выбрасывающих из корпуса для создания реактивной тяги мощную струю воды.

































Вопросы:

- Последить цепочку превращения энергии при движении воздушного шарика. (Внутренняя энергия воздуха – кинетическая энергия воздуха – кинетическая энергия шарика)

- Последить цепочку превращения энергии в ракетном двигателе. (Внутренняя энергия топлива – кинетическая энергия газа – кинетическая энергия ракеты)

- Возможные потери энергии? (Нагревание корпуса)

Задача: Чему равна скорость пороховой ракеты массой 1 кг после вылета из неё продуктов сгорания массой 0,1кг со скоростью 500м/с.



Дано:
m1=1кг
m2=0,1кг
v2=500м/с

СИ

Решение:
hello_html_43639828.gif

hello_html_maada369.gif

hello_html_m4c097713.gif50м/с

Ответ: 50м/с

v1-?



4. Тепловые двигателиhttp://rudocs.exdat.com/data/26/25647/25647_html_1419d6f.png

Тепловые двигатели – устройства, превращающие внутреннюю энергию в механическую

Принцип действия тепловых двигателей:









КПД тепловых двигателей

hello_html_b15192c.gifКПД теплового двигателя

hello_html_4cc331c8.gif- КПД идеальной тепловой машины. (Максимально возможный)



Демонстрация модели теплового двигателя:

В термостойкий высокий стакан наливается вода. Пробирка, частично заполненная водой, погружается в воду. Стакан устанавливается на плитку. При нагревании воды, воздух в пробирке расширяется, часть воды выходит из пробирки, и пробирка всплывает на поверхность. На поверхности происходит охлаждение воздуха в пробирке, он сжимается, и вода снова поступает в пробирку – конструкция опускается на дно сосуда. Далее процесс повторяется вновь.

Если стакан закрыть крышкой, то охлаждения воздуха происходить не будет, пробирка не опустится на дно.

Вопросы:

-Что является нагревателем, рабочим телом, холодильником? (Плитка, воздух в пробирке, атмосфера)

- Последить цепочку превращения энергии в паровой машине. (Внутренняя энергия топлива – внутренняяя энергия воздуха – кинетическая энергия пробирки)

- Для каких целей возможно применение такого двигателя? (Подъем груза на поверхность)



Виды тепловых двигателей

Паровая машина

Двигатель внутреннего сгорания

Паровая турбина

Реактивный двигатель

http://www.what-who.com/uploads/images/p/p_014.jpg

http://dosaaf-51.ru/uploads/posts/2010-05-31/27-2.gif

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/69/Curtis-turbina.jpg

http://static.newsland.com/news_images/667/big_667579.jpg

Архимед

Леонардо да Винчи

Иван Ползунов

Джеймс Уатт

Дени Папен

Ленуар

Николай Отто

Дизель


Бранка

Лаваль

Герон

Кибальчич

Циолковский

Королев






Сообщение 3 Паровая машина

Две с половиной тысячи лет назад. Т.е. в III веке до нашей эры греческий ученый математик и механик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Ее описания были найдены спустя 18 столетий в рукописях великого Леонардо да Винчи. Как она стреляла? Один конец ствола сильно нагревали на огне, затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась и превращалась в пар. Пар, расширяясь, с силой и грохотом выбрасывал ядро. Сам Леонардо да Винчи задумывался над тем, как использовать внутреннюю энергию пара. На одном из его рисунков изображен цилиндр с поршнем. В нем находится вода, которая подогревается. В результате нагрева пар, расширяясь и увеличиваясь в объеме, ищет выход и толкает поршень. Во время движения вверх поршень совершает работу. Чтобы поршень возвратился назад, цилиндр обливали холодной водой – пар конденсировался и тяжелый поршень опускался вниз. Это был первый паровой двигатель, но он не получил распространения.

Попытки построить паровые двигатели предпринимались многими изобретателями, но самой удачной была машина, построенная англичанином Т.Ньюкоменом в 1711 году.

В конце XVIII в. В России на Алтае работал гениальный русский изобретатель Иван Ползунов. Он значительно усовершенствовал паровую машину. Ему принадлежит честь создания проекта первого универсального парового двигателя – паровой машины – она приводила в действие воздуходувные меха, нагнетающие воздух в плавильные печи. Но она проработала 43 часа и встала навсегда (котел дал течь, кожа, которой были обтянуты поршни, истерлась). Об этой машине вскоре забыли. Восстановить свое детище Иван Ползунов не мог, так как машина была пущена в работу уже после смерти изобретателя (1765г.). Он умер в возрасте 38 лет.

Создателем универсального парового двигателя, который получил большое распространение, стал английский механик Джеймс Уатт. Он построил двигатель, который годился для любой машины и их стали ставить на машины, корабли, паровозы. Но к.п.д. паровой машины не превышали 15-20%.

























Демонстрация модели паровой машины. Устройство машины и принцип ее действия

Вопросы:

- Последить цепочку превращения энергии в паровой машине. (Внутренняя энергия топлива – внутренняя энергия пара – кинетическая энергия поршня – кинетическая энергия колеса)

-Что является нагревателем, рабочим телом, холодильником? (Сгорание топлива, пар, атмосфера)

- Возможные потери энергии? (Нагревание корпуса, трение деталей механизма)



Сообщение 4 Двигатель внутреннего сгорания

Паровую машину из-за ее низкого к.п.д. к середине XIX века начинают вытеснять двигатели внутреннего сгорания. Прообразом первого двигателя внутреннего сгорания могут служить такие виды оружия как пушка, ружья, используемые с давних времен. В их ствол засыпали порох, клали ядро или патрон и поджигали порох. Пушка или ружье стреляли. Еще в конце XVII – начале XVIII в. Дени Папен придумал устройство, в котором под поршень цилиндра надо было насыпать порох и поджечь его. Образовавшиеся газы должны были, расширяясь поднять поршень. Затем цилиндр нужно было облить водой и поршень должен был опуститься вниз под действием собственной силы тяжести. Такова была идея, но при первом же испытании машина была разрушена взрывом. На создание новой машины у изобретателя не было денег. Это был прообраз современного двигателя внутреннего сгорания. Первый двигатель внутреннего сгорания пригодный к использованию был изобретен французским изобретателем Ленуаром. Его двигатель был похож на паровую машину, но в цилиндр поступал не пар, а горючая смесь, поджигаемая свечой.

Но к.п.д. двигателя Ленуара был всего 3-5%. Немецкий механик – самоучка Николай Отто в 1878 году создал первый двигатель, работавший по четырехтактному циклу и имеющий к.п.д.22%.





















Демонстрация модели двигателя внутреннего сгорания. Устройство и принцип ее действия

Вопросы:

- Последить цепочку превращения энергии в двигателе внутреннего сгораня. (Внутренняя энергия топлива – внутренняяя энергия газа – кинетическая энергия поршня – кинетическая энергия машины)

-Что является нагревателем, рабочим телом, холодильником? (Сгорание топлива, газ, атмосфера)

- Возможные потери энергии? (Нагревание корпуса, трение деталей механизма)

















Сообщение 5 Дизельный двигатель

Борьба за повышение к.п.д. двигателя внутреннего сгорания продолжалась. В 1892 году немецкий инженер Рудольф Дизель получил патент на новый вид двигателя внутреннего сгорания, названный в честь него дизельным. В цилиндре сжимался воздух, причем в 2,5 раза больше, чем в двигателе Отто (карбюраторном). При таком сжатии температура воздуха повышалась настолько, что при впрыскивании топлива в цилиндр, оно сразу воспламенялось, т.е. для такого двигателя не надо было свечи, чтобы поджигать топливо. Сначала в дизельном двигателе топливом служил керосин, затем нефть, мазут. (Кстати в самолетах до сих пор используют керосин.) К.п.д. дизельного двигателя достигает 44%.

Судьба самого Рудольфа Дизеля была трагичной. 29 сентября 1913 он сел на пароход, отправлявшийся в Лондон. Наутро его в каюте не нашли. Считается, что он покончил с собой, бросившись ночью в воды Ла-Манша. Первый автомобиль с бензиновым двигателем внутреннего сгорания был создан в1886 году немецким механиком Г. Даймлером.

Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно важно. Карбюраторные двигатели устанавливаются на автомобилях, мотоциклах, вертолетах; дизельные – на теплоходах, тепловозах, тракторах, тяжелых автомобилях, самолетах.

Основные направления в развитии двигателестроения включают в себя:

а) увеличение производства дизельных грузовых автомобилей и автопоездов с уменьшенным на 25-30% по сравнению с бензиновыми двигателями потреблением топлива;

б) ускорение перехода на производство легковых автомобилей с дизельными двигателями. Значительное расширение производства автомобилей, работающих на сжатом и сжиженном газе.































Вопросы:

- Последить цепочку превращения энергии в дизельном двигателе. (Внутренняя энергия топлива – внутренняя энергия газа – кинетическая энергия поршня – кинетическая энергия машины)

-Что является нагревателем, рабочим телом, холодильником? (Сгорание топлива, газ, атмосфера)

- Возможные потери энергии? (Нагревание корпуса, трение деталей механизма)



Сообщение 6 Паровая турбина

В 1629 году итальянец Бранка создал проект колеса с лопатками. Оно должно было вращаться, если струя пара с силой ударяет по лопаткам колеса. Это был первый проект паровой турбины, которая впоследствии получила название активной турбины.

Но турбостроение по существу началось только с конца XIX в., когда стала ощущаться нужда в быстроходном двигателе. В 1883 году шведский инженер Лаваль получил патент на активную паровую турбину. У первых паровых турбин был существенный недостаток: из-за огромной скорости струи пара скорость вращения турбины была излишне велика. Уменьшить скорость вращения турбины смогли, укрепив на диске не один ряд лопаток, а больше и применив несколько ступеней давления.

Паровая турбина имеет ряд достоинств: ее к.п.д. достигает 40%, если велики давление и температура пара (p ? 24 МПа, t ? 560 0 С); вал паровой машины вращается плавно и равномерно; турбина занимает мало места; вода, получаемая при конденсации отработанного пара, очень чиста, что весьма важно для питания паровых котлов.

В настоящее время паровые турбины являются почти единственным тепловым двигателем на мощных тепловых электростанциях, служат основным двигателем на крупных судах, турбины средних размеров и даже небольших мощностей применяют для привода насосов, воздуходувок и пр. Газовые турбины устанавливаются на мощных грузовых машинах типа БелАЗ.












.














Демонстрация модели паровой или газовой турбины. (Объяснение устройства и принципа работы паровой и газовой турбин).

Вопросы:

- Последить цепочку превращения энергии в турбине. (Внутренняя энергия топлива – кинетическая энергия пара – кинетическая энергия ротора турбины)

-Что является нагревателем, рабочим телом, холодильником? (Сгорание топлива, пар, атмосфера)

- Возможные потери энергии? (Нагревание корпуса, трение деталей механизма)

Сообщение 7 Двигатель внешнего сгорания

Демонстрация, созданной студентами, модели двигателя внешнего сгорания. Объяснение принципа работы.




Вопросы:

- Последить цепочку превращения энергии в турбине. (Внутренняя энергия топлива – кинетическая энергия пара – кинетическая энергия колеса)

-Что является нагревателем, рабочим телом, холодильником? (Сгорание топлива, пар, атмосфера)

- Возможные потери энергии? (Нагревание корпуса и окружающего воздуха, трение деталей механизма)

Задача: Оценить максимально возможный КПД данной модели

Дано:
T1=10000c
T2=200C

СИ
1
273K
293K


Решение:
hello_html_4cc331c8.gif

hello_html_m40c99c47.gif=77%

Ответ: 77%

η-?



-Это очень высокий КПД. Возможно ли достичь таких результатов в реальных условиях? (Нет, т.к. Данная формула не учитывает потери энергии.)


5. Вечные двигатели.

Основным общим свойством всех, рассмотренных машин является их способность совершать работу за счет подвода энергии.

Однако, на протяжении столетий многие изобретатели упорно пытались создать такой двигатель, который не использовал бы для своей работы энергию или использовал меньше, чем совершал полезной работы. Он заранее получил название perpetuum mobile – вечный двигатель.

Идея perpetuum mobile не давала покоя не только ученым и изобретателям. Она не оставила равнодушными музыкантов, писателей, поэтов.

- Фрагмент произведения Иоганна Штрауса «perpetuum mobile»

Только в британское патентное бюро до начала 20 века было представлено более 600 проектов. И это несмотря на то, что  еще в 16 веке Леонардо да Винчи писал: «О, искатели постоянного движения! Сколько пустых проектов создали вы в подобных поисках».

Сейчас мы рассмотрим некоторые, наиболее известные модели и постараемся доказать их несостоятельность.


Петр Первый и Орфиреус
В 1715–22 годах Петр потратил много усилий, чтобы купить вечный двигатель доктора Орфиреуса. «Самодвижущимся колесо» Орфиреуса было, вероятно, самой успешной мистификацией вечного двигателя. Изобретатель соглашался продать свою машину лишь за 100 тысяч ефимков (талеров), что составляло тогда огромную сумму. В начале 1725 г. царь хотел лично осмотреть вечный двигатель в Германии, но вскоре Петр умер.
Вот типичный путь успешного инженера, ставшего, хочется верить в силу обстоятельств, жуликом. Орфиреус родился в Германии в 1680 г., изучал богословие, медицину, живопись и, наконец, занялся изобретением «вечного» двигателя. До смерти в 1745 г. он жил на приличные доходы, которые получал, показывая свою машину сначала на ярмарках, а потом у могущественных покровителей, таких как польский король и ландграф Гессен-Кассельский.
Ландграф Гессен-Кассельский устраивал серьезные испытания вечному двигателю Орфиреуса. Двигатель закрыли в комнате и запустили, а затем комнату заперли, опечатали и поставили охрану. Через две недели комнату вскрыли, а колесо все еще вращалось «с неослабевающей быстротой».
Тогда ландграф устроил еще одно испытание. Машину запустили снова и теперь в течение сорока дней в комнату никто не входил. После вскрытия комнаты машина продолжала работать.
Изобретатель-жулик получил от ландграфа бумагу, где говорилось, что «вечный двигатель» делает 50 оборотов в минуту, способен поднять 16 кг на высоту 1,5 м, а также может приводить в действие кузнечный мех и точильный станок. Поэтому Петр Первый и заинтересовался чудесной машиной.
Но не все верили Орфиреусу. Тому, кто уличит его в жульничестве, предлагалась очень крупная премия в 1000 марок.
Но, как это часто бывает, Орфиреус стал жертвой домашней склоки. Он поссорился с женой и ее служанкой, которые знали тайну «вечного двигателя». Оказывается, «вечный двигатель» действительно приводился в движение людьми, незаметно дергавшими за тонкий шнурок. Этими людьми были брат изобретателя и его служанка. Орфиреус был действительно очень хорошим изобретателем и рискованным человеком, если смог прятать в закрытой комнате ландграфа Гессен-Кассельского этих людей несколько недель. Ведь они должны были не только что-то есть, но и просто ходить в туалет.
Характерно, что Орфиреус упорно утверждал, что жена и прислуга донесли на него по злобе: «весь свет наполнен злыми людьми, которым верить весьма невозможно».
Посланец Петра Первого библиотекарь и ученый Шумахер, который занимался подготовкой сделки с Орфиреусом, писал Петру, что французские и английские ученые «ни во что почитают все оные перепетум мобилес и сказывают, что оное против принципиев математических». Это говорит о том, что уже за сто тридцать лет до формулировки закона сохранения энергии большинство ученых были убеждены, что вечный двигатель создать невозможно.
pic



Идея изобретателя: Некоторые изобретатели вечных двигателей были просто жуликами, ловко надувавшими легковерную публику. Одним из наиболее выдающихся «изобретателей» был некий доктор Орфиреус (настоящая фамилия — Бесслер). Основным элементом его двигателя было большое колесо, которое будто бы не только вращалось само собой, но и поднимало при этом тяжелый груз на значительную высоту.
Почему двигатель не работает: «Вечный двигатель» оказался далеко не вечным — его приводили в действие брат Орфиреуса и служанка, дергая за искусно спрятанный шнурок



Колесо Бхаскара и подобные проекты вечных двигателей

Доподлинно неизвестно, кто и когда первый попытался создать вечный двигатель, но первое упоминание о нем в рукописях датируется XII веком. Рукописи принадлежат индийскому математику Бхаскаре. В них в стихотворной форме описывается некое колесо, с прикрепленными к нему по периметру трубками, наполовину заполненными ртутью. Считалось, что за счет перетекания жидкости, колесо будет само по себе вращаться бесконечно. Примерно на том же принципе было сделано еще несколько попыток создать вечный двигатель. Как обычно, безуспешно.

Вечный двигатель

Идея изобретателя: Идея основана на применении колеса с неуравновешенными грузами. К краям колеса прикреплены откидные палочки с грузами на концах. При всяком положении колеса грузы на правой стороне будут откинуты дальше от центра, нежели на левой; эта половина, следовательно, должна перетягивать левую и тем самым заставлять колесо вращаться. Значит, колесо будет вращаться вечно, по крайней мере, до тех пор, пока не перетрется ось.Проект 11. Колесо с откидывающимися грузами

Почему двигатель не работает: Грузы на правой стороне всегда дальше от центра, однако неизбежно такое положение колеса, при котором число этих грузов меньше, чем на левой. Тогда система уравновешивается — следовательно, колесо не будет вращаться, а, сделав несколько качаний, остановится.





Вечный двигатель из цепочки поплавков

Другой прототип вечного двигателя основывается на использовании закона Архимеда. В теории считалось, что цепь, состоящая из полых резервуаров, за счет выталкивающей силы станет вращаться. Не было учтено лишь одно – давление водяного столба на самый нижний бак будет компенсировать выталкивающую силу.

Вечный двигатель



Идея изобретателя: Высокая башня наполнена водой. Через шкивы, установленные вверху и внизу башни, перекинут канат с 14 полыми кубическими ящиками со стороной 1 метр. Ящики, находящиеся в воде, под действием силы Архимеда, направленной вверх, должны последовательно всплывать на поверхность жидкости, увлекая за собой всю цепь, а находящиеся слева ящики спускаются вниз под действием силы тяжести. Таким образом ящики попадают попеременно из воздуха в жидкость и наоборот.
Почему двигатель не работает: Ящики, входящие в жидкость, встречают весьма сильное противодействие со стороны жидкости, причем работа на проталкивание их в жидкость не меньше работы, совершаемой силой Архимеда при всплывании ящиков на поверхность.







Вечный двигатель Симона Стевина

Еще одним изобретателем вечного двигателя является нидерландский математик Симон Стевин. По его теории цепочка из 14 шаров, перекинутая через треугольную призму, должна прийти в движение, потому что с левой стороны шаров в два раза больше, чем с правой, а нижние шары уравновешивают друг друга. Но и тут коварные законы физики помешали планам изобретателя. Несмотря на то, что четыре шара в два раза тяжелее, чем два, они катятся по более пологой поверхности, следовательно, сила тяжести, действующая на шары справа, уравновешивается силой тяжести, действующей на шары слева, и система остается в равновесии.

Вечный двигатель Симона Стевина



Идея изобретателя: Через трехгранную призму перекинута цепь из 14 одинаковых шаров. Слева четыре шара, справа — два. Остальные восемь шаров уравновешивают друг друга. Следовательно, цепь придет в вечное движение против часовой стрелки.pic

Почему двигатель не работает: Грузы приводит в движение только составляющая силы тяжести, параллельная наклонной поверхности. На более длинной поверхности больше грузов, но и угол наклона поверхности пропорционально меньше. Поэтому сила тяжести грузов справа, умноженная на синус угла, равна силе тяжести грузов слева, умноженной на синус другого угла.







Магнит и желоба

Идея изобретателя:Сильный магнит помещается на подставке. К ней прислонены два наклонных желоба, один под другим, причем верхний желоб имеет небольшое отверстие в своей верхней части, а нижний на конце изогнут. Если на верхний желоб положить небольшой железный шарик, то вследствие притяжения магнитом он покатится вверх, однако, дойдя до отверстия, провалится в нижний желоб, скатится по нему, поднимется по конечному закруглению и вновь попадет на верхний желоб. Таким образом, шарик будет бегать непрерывно, осуществляя тем самым вечное движение. Проект этого магнитного perpetuum mobile описал в XVII веке английский епископ Джон Вилкенс.Проект 7. Магнит и желоба

Почему двигатель не работает: Устройство работало бы, если бы магнит действовал на металлический шарик только во время его подъема на подставку по верхнему желобу. Но вниз шарик скатывается замедленно под действием двух сил: тяжести и магнитного притяжения. Поэтому к концу спуска он не приобретет скорость, необходимую для поднятия по закруглению нижнего желоба и начала нового цикла.



«Вечный водопровод»Проект 8. «Вечный водопровод»

Идея изобретателя:Давление воды в большом баке должно постоянно выжимать воду по трубе в верхнюю емкость.

Почему двигатель не работает: Автор проекта не понимал, что гидростатический парадокс в том и состоит, что уровень воды в трубе всегда остается таким же, как в баке





Проект: Луна и планеты

Идея изобретателя: Вечное движение Луны вокруг Земли и планет вокруг Солнца.
Почему двигатель не работает: Здесь налицо смешение понятий: «вечный двигатель» и «вечное движение». Полная (потенциальная и кинетическая) энергия Солнечной системы есть величина постоянная, и если мы захотим за ее счет совершить работу (что, в принципе, не исключено), то эта энергия будет уменьшаться. Но вот «бесплатной» работы мы всё равно не получим.
pic


В 1775 году Французская академия наук заявила, что построить вечный двигатель абсолютно невозможно и что никакие проекты вечных двигателей к рассмотрению приниматься не будут.



6. Рефлексия

Вопросы:

-Какому закону противоречат все, созданные когда либо, модели вечных двигателей? (Закону сохранения энергии )

- Куда, неизбежно теряется часть энергии любого работающего двигателя? (Ни в одном двигателе нельзя получить больше механической работы, чем затрачено энергии. Наоборот, во всех двигателях часть энергии неизбежно теряется на преодоление сил трения, превращаясь во внутреннюю, что приводит к нагреванию трущихся деталей.)

- Возможно ли создание вечного двигателя в будущем? (Нет. Все попытки создать «вечный двигатель» обречены на неудачу. Т.к противоречат фундаментальным законам физики.)

- Какая задача должна стоять перед современными механиками, конструкторами и изобретателями двигателей? (Задача техники не в том, чтобы попытаться обойти закон сохранения энергии,  а в том, чтобы уменьшать потери в различных двигателях и машинах)

Выставление оценок за работу на уроке.

7. Домашнее задание.

Внимательно прочитать отрывок из повести М.Е.Щедрина «Современная идиллия», в котором описывается посещение мастерской изобретателя – мещанина Презентова.

«Мещанин Презентов был человек лет тридцати пяти, худой, бледный, с большими задумчивыми глазами и длинными волосами, которые прямыми прядями спускались к шее. Изба была у него достаточно просторная, но целая половина ее была занята большим маховым колесом, так что наше общество с трудом в ней разместилось. Колесо было сквозное, со спицами. Обод его, довольно объемистый, сколочен был из тесин, наподобие ящика, внутри которого была пустота. В этой-то пустоте и помещался механизм, составлявший секрет изобретателя. Секрет, конечно, не особенно мудрый, вроде мешков, наполненных песком, которым предоставлялось взаимно друг друга уравновешивать. Сквозь одну из спиц была продета палка, которая удерживала колесо в состоянии неподвижности.

— Слышали мы, что вы закон вечного движения к практике применили? — начал я.

— Не знаю, как доложить, — ответил он сконфуженно, — кажется, словно бы…

— Можно взглянуть?

— Помилуйте! За счастье…

Он подвел нас к колесу, потом обвел кругом. Оказалось, что и спереди и сзади — колесо.

— Вертится?

— Должно бы, кажется, вертеться. Капризится будто…

— Можно отнять запорку? — Презентов вынул палку — колесо не шелохнулось.

— Капризится! — повторил он, — надо импет(толчок) дать. Он обеими руками схватился за обод, несколько раз повернул его вверх и вниз и, наконец, с силой раскачал и пустил, — колесо завертелось. Несколько оборотов оно сделало довольно быстро и плавно, — слышно было, однако ж, как внутри обода мешки с песком то напирают на перегородки, то отваливаются от них; потом начало вертеться тише, тише; послышался треск, скрип, и, наконец, колесо совсем остановилось.

— Зацепочка, стало быть, — сконфуженно объяснил изобретатель и опять напрягся и размахал колесо. Но во второй раз повторилось то же самое.

— Трения, может быть, в расчет не приняли?

— И трение в расчете было… Что трение? Не от трения это, а так… Иной раз словно порадует, а потом вдруг… закапризничает, заупрямится — и шабаш. Кабы колесо из настоящего материалу было сделано, а то так, обрезки кой-какие».

Вопросы:

- Какая из моделей вечного двигателя описана в произведении? (Найти информацию в сети Интернет)

- Согласны ли вы с мнением изобретателя, что причина остановки двигателя в «зацепочке»?

- Будет ли работать двигатель, собранный из «настоящего материалу»


Выберите курс повышения квалификации со скидкой 50%:

Краткое описание документа:

Методическая разработка предназначена для проведения занятия со студентами 1 курса по теме «Двигатели». В соответствии с требованиями федерального образовательного стандарта нового поколения, при проведении урока использован деятельностно-целевой подход к образованию. Большое внимание уделяется формированию универсальных учебных действий, таких как: умение учиться и познавать мир, сотрудничать, коммуникатировать, организовывать совместную деятельность, исследовать проблемные ситуации – ставить и решать задачи.

Для формирования проектных, коммуникативных умений, активизации познавательной деятельности в план урока включены мини-сообщения и проекты, которые учащиеся готовят заранее. На основе информации, представленной, студентами в сообщениях, подготовлены вычислителные задачи, решение которых способствует отработке навыков решения физических задач, повторению и лучшему усвоению изучаемого материала, показывает возможность применения теоретических знаний на практике.

Автор
Дата добавления 09.12.2015
Раздел Физика
Подраздел Конспекты
Просмотров333
Номер материала ДВ-246055
Получить свидетельство о публикации

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх