Методическая разработка урока физики "Тепловые двигатели"
методическая разработка по физике (11 класс)

Цели урока: 

Образовательные: познакомить учащихся с видами тепловых двигателей, развивать умение определять КПД тепловых двигателей, раскрыть роль и значение ТД в современной цивилизации; обобщить и расширить знания учащихся по экологическим проблемам.

Развивающие: развивать внимание и речь, совершенствовать навыки работы с презентацией.

Воспитательные: воспитывать у учащихся чувство ответственности перед последующими поколениями, в связи с чем, рассмотреть вопрос о влиянии тепловых двигателей на окружающую среду.

Тип урока: комбинированный

Оборудование: компьютеры для учащихся, компьютер учителя, мультимедийный проектор, тесты (в Excel), Физика 7-11 Библиотека электронных наглядных пособий. “Кирилл и Мефодий”.

Ход урока

1. Организационная часть:

-- проверить наличие учащихся на уроке

-- объявление темы и цели урока

Тема нашего урока: “Тепловые двигатели”. (Слайд 1)

Сегодня мы вспомним виды тепловых двигателей, рассмотрим условия их эффективной работы, поговорим о проблемах связанных с их массовым применением. (Слайд 2)

2.  Проверка  изученного материала:

Прежде чем перейти к изучению нового материала предлагаю проверить как вы к этому готовы.

Физические пазлы на тему « 1 закон термодинамики»

3. Изучение нового материала

Все физические явления и законы находят применение в повседневной жизни человека. Запасы внутренней энергии в океанах и земной коре можно считать практически неограниченными. Но располагать этими запасами недостаточно. Необходимо за счет энергии уметь приводить в действие устройства, способные совершать работу. (Слайд 5)

Что является источником энергии? (различные виды топлива, энергия ветра, солнца, приливов и отливов)

Существуют различные типы машин, которые реализуют в своей работе превращение одного вида энергии в другой.

1. Тепловой двигатель – устройство, превращающее внутреннею энергию топлива в  механическую энергию. (Слайд 6)

Рассмотрим устройство и принцип работы теплового двигателя. Тепловая машина работает циклично. Какими бы ни были различные паровые машины, ДВС, реактивные двигатели, работа их сводится к преобразованию внутренней энергии в механическую энергию при наличии рабочего тела, нагревателя и холодильника.

Любая тепловая машина состоит из нагревателя, рабочего тела и холодильника. (Слайд 7)

2. КПД замкнутого цикла (Слайд 8)                                                                                

                                                                                                                                                                                                                         Для непрерывного совершения механической работы термодинамический цикл должен быть замкнутым.

Замкнутые (круговые) процессы используются при работе всех тепловых машин. Для оценки эффективности преобразования внутренней энергии газа в механическую работу, совершаемую за цикл, вводится понятие коэффициент полезного действия.

Q1 – количество теплоты полученное от нагревания Q1>Q2

Q2 – количество теплоты отданное холодильнику Q 21

A= Q 1– |Q 2| – работа совершаемая двигателем за цикл    < 1.

3.  Цикл C. Карно (Слайд 9)

T1 – температура нагревания.

Т2 – температура холодильника.

1.  – не зависит от Q, р, V топлива.
2.  – является функцией только двух температур.

4. Использование теплового двигателя ( выступление  учащегося)

На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели. На железнодорожном транспорте до середины XX в. основным двигателем была паровая машина. Теперь же главным образом используют тепловозы с дизельными установками и электровозы. На водном транспорте также использовались вначале паровые двигатели, сейчас используются как двигатели внутреннего сгорания, так и мощные турбины для крупных судов.

Наибольшее значение имеет использование тепловых двигателей (в основном мощных паровых турбин) на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока. Около 80 % всей электроэнергии в нашей стране вырабатывается на тепловых электростанциях.

Тепловые двигатели (паровые турбины) устанавливают также на атомных электростанциях. Газовые турбины широко используются в ракетах, в железнодорожном и автомобильном транспорте.

На автомобилях применяют поршневые двигатели внутреннего сгорания с внешним образованием горючей смеси (карбюраторные двигатели) и двигатели с образованием горючей смеси непосредственно внутри цилиндров (дизели).

В авиации на легких самолетах устанавливают поршневые двигатели, а на огромных лайнерах – турбовинтовые и реактивные двигатели, которые также относятся к тепловым двигателям. Реактивные двигатели применяются и на космических ракетах. (Слайд 10)

(Показ видеофрагментов работы турбореактивного двигателя.)

Рассмотрим более подробно работу двигателя внутреннего сгорания.

Просмотр видеофрагмента. (Слайд 11)

Работа четырехтактного ДВС.
1 такт: впуск.
2 такт: сжатие.
3 такт: рабочий ход.
4 такт: выпуск.
• Устройство: цилиндр, поршень, коленчатый вал, 2 клапана(впуск и выпуск), свеча.
• Мертвые точки – крайнее положение поршня.
Сравним эксплуатационные характеристики тепловых двигателей.

КПД:

• Паровая машина – 1%
• Газовая турбина – 25-30%
• Карбюраторный двигатель – 20-30%
• Дизельный двигатель – 40– 44%
• Реактивный двигатель – 47% (Слайд 112)

5.  Тепловые двигатели и охрана окружающей среды (Слайд 13) выступление учащегося.

Неуклонный рост энергетических мощностей – все большее распространение укрощенного огня – приводит к тому, что количество выделяемой теплоты становится сопоставимым с другими компонентами теплового баланса в атмосфере. Это не может не приводить к повышению средней температуры на Земле. Повышение температуры может создать угрозу таяния ледников и катастрофического повышения уровня Мирового океана. Но этим не исчерпываются негативные последствия применения тепловых двигателей. Растет выброс в атмосферу микроскопических частиц – сажи, пепла, измельченного топлива, что приводит к увеличению “парникового эффекта”, обусловленного повышением концентрации углекислого газа в течение длительного промежутка времени. Это приводит к повышению температуры атмосферы.

Выбрасываемые в атмосферу токсические продукты горения, продукты неполного сгорания органического топлива – оказывают вредное воздействие на флору и фауну. Особую опасность в этом отношении представляют автомобили, число которых угрожающе растет, а очистка отработанных газов затруднена.

Все это ставит ряд серьезных проблем перед обществом. (Слайд 14)

Необходимо повышать эффективность сооружений, препятствующих выбросу в атмосферу вредных веществ; добиваться более полного сгорания топлива в автомобильных двигателях, а также увеличения эффективности использования энергии, экономии ее на производстве и в быту.

Альтернативные двигатели:

• 1. Электрические
• 2. Двигатели, работающие на энергии солнца и ветра (Слайд 15)

Пути решения экологических проблем:

1. Использование альтернативного топлива.
2. Использование альтернативных двигателей.
3. Оздоровление окружающей среды.
4. Воспитание экологической культуры. (Слайд 16)

4.Закрепление материала

Задача:  паровая машина работает в интервале температур Т=120  , Т=320  , получая от нагревателя количество теплоты О=200 к Дж за каждый цикл. Найдите КПД машины и работу, совершаемую за цикл.

Всем вам предстоит всего лишь через год сдавать единый государственный экзамен. Предлагаю вам решить несколько задач из части А демоверсии по физике за 2012 год. Задание вы найдете на партах.

5. Подведение итогов урока

С момента, когда была построена первая паровая машина, до настоящего времени прошло более 240 лет. За это время тепловые машины сильно изменили содержание жизнь человека. Именно применение этих машин позволило человечеству шагнуть в космос, раскрыть тайны морских глубин.

Выставляет оценки за работу на уроке.

6. Домашнее задание:  §58 В.А.Касьянов 10 класс (Слайд 17)

8. Рефлексия

Прежде чем покинуть класс просьба заполнить таблицу.

Спасибо за работу.

На этом наш урок окончен.

4. Использование теплового двигателя ( выступление  учащегося)

На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели. На железнодорожном транспорте до середины XX в. основным двигателем была паровая машина. Теперь же главным образом используют тепловозы с дизельными установками и электровозы. На водном транспорте также использовались вначале паровые двигатели, сейчас используются как двигатели внутреннего сгорания, так и мощные турбины для крупных судов.

Наибольшее значение имеет использование тепловых двигателей (в основном мощных паровых турбин) на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока. Около 80 % всей электроэнергии в нашей стране вырабатывается на тепловых электростанциях.

Тепловые двигатели (паровые турбины) устанавливают также на атомных электростанциях. Газовые турбины широко используются в ракетах, в железнодорожном и автомобильном транспорте.

На автомобилях применяют поршневые двигатели внутреннего сгорания с внешним образованием горючей смеси (карбюраторные двигатели) и двигатели с образованием горючей смеси непосредственно внутри цилиндров (дизели).

В авиации на легких самолетах устанавливают поршневые двигатели, а на огромных лайнерах – турбовинтовые и реактивные двигатели, которые также относятся к тепловым двигателям. Реактивные двигатели применяются и на космических ракетах. (Слайд 10)

(Показ видеофрагментов работы турбореактивного двигателя.)

5.  Тепловые двигатели и охрана окружающей среды (Слайд 13) выступление учащегося.

Неуклонный рост энергетических мощностей – все большее распространение укрощенного огня – приводит к тому, что количество выделяемой теплоты становится сопоставимым с другими компонентами теплового баланса в атмосфере. Это не может не приводить к повышению средней температуры на Земле. Повышение температуры может создать угрозу таяния ледников и катастрофического повышения уровня Мирового океана. Но этим не исчерпываются негативные последствия применения тепловых двигателей. Растет выброс в атмосферу микроскопических частиц – сажи, пепла, измельченного топлива, что приводит к увеличению “парникового эффекта”, обусловленного повышением концентрации углекислого газа в течение длительного промежутка времени. Это приводит к повышению температуры атмосферы.

Выбрасываемые в атмосферу токсические продукты горения, продукты неполного сгорания органического топлива – оказывают вредное воздействие на флору и фауну. Особую опасность в этом отношении представляют автомобили, число которых угрожающе растет, а очистка отработанных газов затруднена.

Все это ставит ряд серьезных проблем перед обществом. (Слайд 14)

Необходимо повышать эффективность сооружений, препятствующих выбросу в атмосферу вредных веществ; добиваться более полного сгорания топлива в автомобильных двигателях, а также увеличения эффективности использования энергии, экономии ее на производстве и в быту.

Альтернативные двигатели:

• 1. Электрические
• 2. Двигатели, работающие на энергии солнца и ветра (Слайд 15)

Пути решения экологических проблем:

5. Использование альтернативного топлива.
6. Использование альтернативных двигателей.
7. Оздоровление окружающей среды.
8. Воспитание экологической культуры. (Слайд 16)

Государственное  бюджетное  образовательное  учреждение

Начального  профессионального  образования

«  Профессиональное  училище №47  »

Методическая  разработка

открытого  урока  по  физике

«  Тепловые  двигатели »

                                Преподаватель: Силиканова М.Г.

                             г. Ленинск -- 2012