Урок по физике "Топливо и его последствия"
презентация к уроку по физике (8 класс) по теме

Открытый урок по физике для 8 класса

Тема урока «Топливо и последствия его сгорания»

Учитель: Шелпакова Т.В.

Цели:
Образовательные: учащиеся должны познакомиться с процессом сгорания топлива, усвоить физическое понятие – удельная теплота сгорания топлива, вывести формулу для расчета энергии, выделяющейся при сгорании топлива Q=qm.
Развивающие: учащиеся должны научиться применять полученные знания в конкретных ситуациях.
Воспитательные: учащиеся должны увидеть зависимость питания человека и энергозатрат человеческого организма, уметь работать в группе.

Тип урока: объяснение нового материала.

Оборудование:

1. Коллекция топлива
2. Демонстрация горения свечи (свеча, пустой стакан).
3. Мультимедийный проектор.

Ход урока

1. Организационный момент (цели урока, запись д/з.)
2. Актуализация знаний

1. Какие виды энергии вы знаете?
2. Что называется внутренней энергией?
3. Какими способами можно изменить внутреннюю энергию?
4. О каком способе изменения внутренней энергии мы говорили на предыдущих уроках? (теплопередача)

3. Изучение нового материала.

Тема сегодняшнего урока необычная, она связана со многими аспектами нашей жизни.

Что такое топливо? Топливо - это горючие вещества, применяемые с целью получения энергии при их сгорании.
По агрегатному состоянию (А какие агрегатные состояния вы знаете?) топливо может быть и твердым, и жидким, и газообразным. По происхождению топливо делится на природное (древесина, солома, торф, бурый и каменный уголь, антрацит, горючие сланцы, нефть, природный газ) и искусственное (кокс, торфяные брикеты, моторные топлива и др.), (показать различные виды топлива из коллекции, проверить, что записали).

Состав топлива: углерод (50-97%), водород 10% и выше), сера (до 8%), кислород (42-43%), азот (1,5-2%), влага.

При сгорании топлива выделяется значительная энергия, которую используют в быту, промышленности, сельском хозяйстве, на электростанциях, в автомобильном транспорте.

В данном случае изменение внутренней энергии происходит не посредством теплообмена или совершением работы, а в результате термохимических явлений, происходящих с топливом.

Демонстрация

Горение свечи: Чтобы согреть других, свеча должна сгореть» (Майкл Фарадей).

Возьмите пустой стакан и накройте горящую свечу. Через некоторое время свеча погаснет. Какое условие горения нарушается?
При горении атомы углерода соединяются с двумя атомами кислорода, образуя углекислый газ, т.е. горение связано с разрушением одних молекул и образованием других.
Для разделения молекул на атомы нужно преодолеть силы притяжения, а, следовательно, совершить работу, затратить энергию.
При соединении атомов в молекулы энергия, наоборот, выделяется.
Опытным путем определено количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива массой 1 кг.
Эта физическая величина называется удельной теплотой сгорания топлива и обозначается буквой - q. Измеряется удельная теплота сгорания топлива в Дж/кг.
Запишем в рабочих тетрадях:
q - удельная теплота сгорания топлива
Единица измерения - Дж/кг
Удельная теплота сгорания топлива - это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг.
В справочниках есть специальные таблицы значений удельной теплоты сгорания топлива. Пример такой таблицы есть у вас в учебнике, откройте страницу 26, и у меня на доске (показать на компьютере таблицу).

Вопросы к таблице:
Какое вещество имеет самую большую удельную теплоту сгорания?
Какое вещество имеет самую маленькую удельную теплоту сгорания?
Как понимать: удельная теплота сгорания, например, торфа 1,4·107 Дж/кг?
Это значит, что при полном сгорании 1 кг торфа выделяется 1,4·107 Дж энергии.
Давайте отрепетируем опрос. Говорите только название вещества, например, спирт; а ваш сосед должен сказать: удельная теплота сгорания спирта (проверяем, выучил ли он новую физическую величину) 2,7·107 Дж/кг (проверяем, выучил ли он новую размерность) - это значит, что при полном сгорании 1 кг спирта выделяется 2,7·107 Дж энергии (проверяем, понял ли он ее физический смысл). Попробуйте в парах, называйте друг другу только вещество и слушайте ответ товарища.

IV. Применение нового материала - решение задач.

Мы только что узнали из таблицы, сколько энергии выделяется при сгорании 1 кг топлива. 

Общее количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива массой m кг, вычисляется по формуле (Какой?):

Q = qm - запишем в рабочих тетрадях.

Рассмотрим следующую ситуацию (решим задачи):

Задача 1: Какое количество теплоты выделится при полном сгорании пороха массой 25 г? (Лукашик № 1037а)

Дано:                                                Решение:
m = 0,025 кг                                    Q = qm
q = 0,38 ·107 Дж/кг                Q = 0,38 ·107 Дж/кг · 0,025 кг= 95·103 Дж

       Q - ?

                     Ответ: Q = 95кДж.  

Сфера использования:

Обогрев помещений, приготовление пищи, работа ТД, выработка электроэнергии и т. д.

V. Мотивация.
Энергия, за счет которой поддерживаются обменные функции нашего организма, выделяется в ходе химических реакций окисления содержащихся в пище углеводов, жиров и белков.

В человеческом организме роль горючего, содержащего энергию в аккумулированной и готовой к употреблению форме, играет пища.
Разные виды пищи, как и разные виды топлива, содержат различный запас энергии. (Показать таблицу на компьютере "Удельная теплота сгорания пищевых продуктов".)

Что и сколько нужно съесть, чтобы компенсировать энергозатраты организма, или, наоборот, сколько нужно потратить энергии после вкусной и плотной трапезы, чтобы не "потолстеть" (не отложить жиры) - вы сегодня и узнаете.

Вопросы к таблице:
Какой продукт из представленных имеет самую большую удельную теплоту сгорания?
Какой продукт из представленных имеет самую маленькую удельную теплоту сгорания?
Как понимать: удельная теплота сгорания, например, шоколада 22218·103 Дж/кг?

Это значит, что при полном сгорании 1 кг шоколада выделяется 22218·103 Дж энергии.

Зная "энергоемкость" пищевых продуктов можно составить разнообразные способы питания для компенсации энергозатрат организма.

Задача 2: Восстановит ли спортсмен запас энергии после занятий плаванием в течение 15 мин, если съест 50 г белого хлеба и 100 г жареной колбасы?

Давайте посмотрим на следующую таблицу. В ней приведены ориентировочные значения энергозатрат человека массой 70 кг за 1 час при различных видах деятельности (показать на компьютере таблицу).

Вопросы к таблице:
Каковы энергозатраты при… . А три часа… . А полчаса (0,5 часа)… . Самые большие энергозатраты при… . Самые маленькие… .

Вернемся к задаче:

Дано:                                                Решение:
m1 = 0,05 кг                                        Q = qm
m2 = 0,1 кг                        Q1 = 9912·103 Дж/кг · 0,05 кг = 495,6·103 Дж
Qс = 220,5 кДж                    Q2 = 1113·103 Дж/кг · 0,1 кг = 111,3·103 Дж
q1 = 9912·103 Дж/кг                                Q = Q1 + Q2
q2 = 1113·103 Дж/кг        Q = 495,6·103 Дж + 111,3·103 Дж = 606,9 ·103 Дж 
Q = ?                                                    Q = 606,9 кДж
Ответ: восстановит.

VI. Заключение.
А теперь поговорим, к каким экологическим последствиям может привести использование топлива? Выпишите эти последствия по ходу рассказа в тетрадь под пунктами 1,2 и т. д.
Интенсивное использование природного и искусственного топлива ведет к истощению природных ресурсов и загрязнению окружающей среды.
Наибольший вред наносят тепловые электростанции (показать на компьютере из слайдов) и котельные, загрязняющие окружающую среду газообразными продуктами сгорания, аэрозолями, золой, шлаками, выделением тепла. В состав дымовой смеси обычно входят оксиды азота (NOx; ? 18 %), оксиды углерода (СОх; ? 12 %), диоксид серы (SО2; ? 0,2 %), вода (? 1 %), взвешенные частицы и десятки соединений с малой концентрацией. Газообразные NО2 и SО2, соединяясь с водяными парами атмосферы, образуют кислотные дожди. Избыток углекислого газа вызывает парниковый эффект. Большие сложности возникают с отходами топочной золы и шлаками, занимающими при хранении значительные территории, загрязняющие почву и воду.
Кроме газов, аэрозолей и золы, в окружающую среду выделяется огромное количество тепла, вызывая тепловое загрязнение атмосферы, гидросферы, литосферы. В частности, из-за повышения температуры водоемов развиваются водоросли, снижающие содержание кислорода в воде. А это, в свою очередь, приводит к снижению окислительных процессов и способности водной среды к самоочищению. Многие водоемы (реки, водохранилища), на которых расположены тепловые электростанции, не замерзают из-за большого сброса тепла.
Возможные варианты выписанного:
1) Истощение природных ресурсов. 
2) Загрязнение окружающей среды.
Продолжение (виды загрязнения окружающей среды):
Кислотные дожди

Парниковый эффект    

Загрязнение почвы и воды    

Выделение тепла
Тепловое загрязнение атмосферы   

Тепловое загрязнение гидросферы   

Тепловое загрязнение литосферы
водоемы не замерзают   

снижению окислительных процессов и способности водной среды к самоочищению.    

VII. Домашнее задание: 

1) § 10, 11; упр.5 (2,3);

2) запишите виды деятельности, которые вы выполняете в течение дня; вычислите, сколько вам нужно на это энергии; составьте дневной рацион питания, чтобы энергии хватило на всю вашу деятельность; расчеты по питанию выполните как задачу (все подробно пояснить на примерах и раздать таблицы).

VIII. Подведение итогов.
Итак, сегодня на уроке Вы познакомились с новой физической величиной (Какой?); узнали, какие бывают виды топлива, и что пища - это тоже своеобразное "топливо" для человека.

Если осталось время

1. Каков физический смысл поговорки?

Горели дрова жарко - было в бане парко,

Дров не стало – и все пропало.

Ответ: Пока горят дрова – выделяется энергия и температура повышается, как только перестанет выделяться энергия, температура в бане будет понижаться.

2. Отгадайте загадку:

Дерево даешь – съедает,
От воды – умирает. (Огонь)

3. Отгадайте загадку:

Что за чудо: синий дом,
Окна светлые кругом,
Носит обувь из резины,
И питается бензином. (Автобус)

Японская автономная фирма “Мазда” в первой половине 1990 г. сконструировала и испытала первый в мире автомобиль с водородным двигателем. Он может преодолевать без дозаправки 230 км и развивать скорость до 170 км/час. Он снабжен роторным двигателем мощностью в 300 л.с. В 1996 году немецкий автомобильный концерн “Даймлер – Бенц” выпустил автомобиль на водородных топливных элементах. В чем преимущество водорода как топлива? (q больше, чем у других видов топлива; при сгорании водорода не выделяются ядовитые вещества)

Это полезно знать!

Необычное растение – неопалимая купина. Если поднести к ней горячую спичку, то она вспыхнет ярким пламенем и тут же погаснет. Зеленые листья при этом остаются не тронутыми огнем. Листья этого растения выделяют летучие вещества, которые вспыхивают, словно порох и горят.

Удельная теплота сгорания пищевых продуктов

Энергозатраты человека при различных видах деятельности