Конспект урока "Работа газа и пара при расширении. Двигатель внутреннего сгорания" 8 класс
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя
общеобразовательная школа №79 г. Воронеж
Конспект урока по физике в 8 классе
« Работа газа и пара при расширении.
Двигатель внутреннего сгорания»
Подготовила
Чиркова Наталья Александровна, учитель физики
ВКК, МБОУ СОШ №79, г. Воронеж
Воронеж 2012
План урока.
Этапы урока.
Время,
мин
Методы и приемы.
1. Постановка целей и
задач урока. Сообщение
плана работы.
1-2
Сообщения учителя.
Записи в тетрадях.
2.Изучение и
закрепление нового
материала.
32-33
Рассказ. Беседа.
Демонстрация модели,
таблиц, диафильма.
Работа с учебником.
Наблюдение,
сопоставление,
умозаключение.
4.Рефлексия.
8-10
Выделение главного.
Заключение учителя.
5. Домашнее задание.
2
Запись на доске и в
дневниках и тетрадях
Цель урока:
1. Продолжить развивать познавательный интерес к физике и технике,
развивать осознанные мотивы учения.
2. Сформировать знания учащихся о работе пара и газа при расширении.
3.Ознакомить учащихся с устройством и принципом работы ДВС и историей
4. Развивать логическое мышление учащихся
5. Познакомить учащихся с реальными типами тепловых двигателей и их
практическим применением.
Оборудование:
Проборка, холодная и горячая вода, модель двигателя внутреннего сгорания,
плакат «Двигатель внутреннего сгорания» (возможно использование
презентации).
Тип урока: комбинированный.
Ход урока.
«Отыщи всему начало, и ты
многое поймешь»
К. Прутков
Сегодня на уроке мы познакомимся с устройством и работой двигателя
внутреннего сгорания. В настоящее время это наиболее распространенный вид
двигателя, он широко используется на транспорте и сельском хозяйстве.
Обратите внимание на эпиграф урока. Прежде всего, мы должны выяснить
физические основы работы двигателя.
1. Что происходит с веществами при их нагревании, охлаждении? (при
нагревании – расширяются, при охлаждении – сужаются, т.к.
изменяется расстояние между молекулами)
2. Как зависит внутренняя энергия от температуры? (с увеличением
температуры внутренняя энергия увеличивается, т.к. увеличивается
скорость движения молекул и их взаимодействие)
Работа газа и пара при расширении.
Демонстрация:
1)Нагревание воды в пробирке, перемещение
пробки.
Вопрос: Что произошло с пробкой? (она
перемещалась внутри пробирки вверх, когда
колбу опустили в сосуд с горячей водой, т.к.
воздух в колбе начал расширяться и оказывать
давление на воду)
Какие произошли превращения энергии?
(внутренняя энергия, которой обладала горячая вода, перешла во внутреннюю
энергию воздуха в колбе, а та в свою очередь во внутреннюю и механическую
энергию воды в пробирке, но не полностью, часть энергии ушла в окружающую
среду)
Если заменить пробирку металлическим цилиндром, а пробку поршнем, то
получим простейший тепловой двигатель, в котором внутренняя энергия
топлива превращается в механическую энергию поршня.
Запишем определение: Тепловыми двигателями называют машины, в
которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.
Двигатель внутреннего сгорания.
1. История развития ДВС
Принято считать, что изобретателем ДВС является выдающийся голландский
математик, механик, физик и астроном
Х. Гюйгенс(1629-1695). Двигатель, предложенный им в 1678 г. должен был
использовать в качестве топлива порох, однако этот двигатель построен не
был.
В 1801 году Лебон взял патент на конструкцию газового двигателя. Принцип
действия этой машины основывался на известном свойстве открытого им
газа: его смесь с воздухом взрывалась при воспламенении с выделением
большого количества теплоты.
В 1860 французский изобретатель Э. Ленуар (1822-1900) сконструировал
двигатель внутреннего сгорания, который представлял собой
одноцилиндровую горизонтальную машину двойного действия, работавшую
на смеси воздуха и светильного газа. Свое название он получил из-за того,
что топливо сжигалось не снаружи, а внутри цилиндра двигателя. Первая
конструкция такого двигателя, которая была предложена Ленуаром, имела
КПД всего в 3%.
В 1866 году германские инженеры - Э. Ланген(1833-1895) и Н. Отто(1832-
1891) создали более эффективный газовый двигатель, и в 1878 году
Николаус Отто построил четырехтактный двигатель, который теперь
является наиболее распространенным ДВС.
Этот ДВС стал годен для применения на транспорте, после того как
заработал на жидком топливе, показав быстроходность компактность и
лёгкость.
Выдающийся германский инженер Р. Дизель (1858-1913) построил в
1897году ДВС, в котором сжималась не горючая смесь, а воздух. Новые
двигатели стали называть дизелями.
Применяют: в автомобилях, работающих на дизтопливе.
2. Двигатель внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания – тепловой
двигатель, в котором часть химической энергии
топлива, сгорающего в рабочей полости,
преобразуется в механическую.
(Дети записывают в тетрадь)
Виды ДВС:
1 ) По роду топлива:
легкие жидкие (бензин, газ), тяжелые жидкие (дизельное топливо).
2) По рабочему циклу:
2-х и 4-х тактные
3) По виду преобразования энергии:
поршневые
турбинные
реактивные
комбинированные
4) По количеству цилиндров:
Одноцилиндровые (мопед, бензопила)
Двухцилиндровые («Ока», мотоцикл)
Четырехцилиндровые (автомобили)
Многоцилиндровые (гоночные машины)
В современных автомобильных двигателях количество цилиндров может быть
четыре, восемь и даже двенадцать.
5) По принципу охлаждения:
жидкостное охлаждение
воздушное охлаждение («Запорожец»)
6) По назначению делятся на:
транспортные, стационарные и специальные
7) По способу образования горючей смеси:
внешнее (карбюратор);
внутреннее у дизельного ДВС.
8) По способу воспламенения (искра или сжатие).
9) По числу и расположению цилиндров разделяют рядные, вертикальные,
оппозитные, V-образные, VR-образные и W-образные двигатели.
Достоинства и недостатки работы карбюраторного ДВС
достоинства - компактность, малая масса;
недостатки- 1) требует топлива высокого качества;
2) невозможность получить при его помощи малую скорость
вращения при малом числе оборотов;
КПД карбюраторного ДВС 20-30%;
Достоинства и недостатки дизельного ДВС
достоинства – 1) дешевые “тяжелые” сорта топлива;
2) не нужна особая система зажигания;
недостатки - большой вес;
КПД дизельного двигателя 38%.
Работа с моделью.
Основные части ДВС
1.Цилиндр.2.Поршень.3.Шатун.4.Коленвал.5.Маховик.6.Два клапана.7.Свеча.
Вопрос: Как топливо попадает внутрь цилиндра? (
под давлением)
Демонстрация: Аналогия всасывания воды под
действием атмосферного давления (шприц)
Итак, перечисляем все такты работы двигателя,
пользуясь моделью
(Дети делают запись в тетрадь)
Первый такт – впуск
Второй такт- сжатие
Третий такт- рабочий ход
3 такт называется рабочим ходом, потому что
газы, образовавшиеся при сгорании смеси, давят на
поршень и двигают его вниз. Расширяясь, газы
совершают работу. Часть внутренней энергии газа
превращается в механическую энергию движения поршня. Движение поршня
передается шатуну, колен валу, маховику. Газ при этом охлаждается.
Четвертый такт – выпуск
Объясним, как поршень выходит из «мертвых точек»? Колен вал вместе с
маховиком, получив толчок от поршня во время рабочего хода, продолжают
вращаться по инерции и обеспечивают дальнейшее движение поршня.
Вопросы:
1.Одинаковы ли мощности одноцилиндрового и четырехцилиндрового
двигателей? (нет)
2. Где используют такие двигатели? (одноцилиндровый в бензопиле,
четырехцилиндровый в автомобилях)
Итак, наибольшее
распространение получил
четырехтактный двигатель
внутреннего сгорания. Один
рабочий цикл двигателя
совершается за 4 хода
поршня. На схеме
представлена работа четырех
цилиндров. Крайние
положения поршня в
цилиндре - мертвые точки,
расстояние от одной мертвой точки до другой - ход поршня.
Для приготовления горючей смеси служит карбюратор. Горючим является
смесь бензина и воздуха. Сгорание горючей смеси происходит в цилиндре
двигателя. В результате сгорания смеси образуются раскаленные газы, давление
в которых составляет 3-6 М Па, а температура достигает 1600-2200 градусов
Цельсия. Частота вращения вала у большинства двигателей внутреннего
сгорания лежит в пределах от 3000 до 7000 оборотов в минуту. Мы разобрали
работу ДВС карбюраторного типа.
Закрепление изученного материала.
1. Приведите примеры превращения внутренней энергии пара в
механическую энергию тела. (Когда на кастрюле с варящейся картошкой
скачет крышка - это пример превращения внутренней энергии пара в
механическую энергию тела. Все виды тепловых двигателей, любая паровая
машина)
2. Какие двигатели называются тепловыми? (Тепловыми двигателями
называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в
механическую энергию)
3. Какие переходы и превращения энергии происходят во всех тепловых
двигателях? (внутренняя энергия топлива превращается в механическую
энергию)
4. Какой двигатель называют двигателем внутреннего сгорания?
( Двигатель внутреннего сгорания – тепловой двигатель, в котором часть
химической энергии топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется
в механическую)
5. За сколько тактов происходит один рабочий цикл двигателя? (за 4 такта)
6. Как называют эти такты? (Первый такт – впуск, второй такт- сжатие
третий такт- рабочий ход, четвертый такт – выпуск)
7. Найти в учебнике, что происходит во втором такте? (второй такт -
такт сжатия. Оба клапана закрыты, и поршень при движении
начинает сжимать, как пружину, рабочую смесь. При достижении
поршнем верхнего положения вся рабочая смесь сжата и находится в
камере сгорания)
8. В каком положении находятся клапаны во 2 и 3 тактах? (клапаны
закрыты)
9. Какие ДВС чаще всего применяют в автомобилях? (четырехтактные)
Экологические проблемы
Тепловые установки и двигатели ежегодно выбрасывают в окружающую
среду около 200 млн.т. оксида серы, 400 млн.т. оксида углерода, 250 млн. т.
соединений хлора, фтора, тончайшей пыли, аэрозолей. Оксиды, соединяясь в
воздухе с водой, образуют кислоты, выпадающие на землю в виде кислотных
дождей. Все это ведет к “экологической катастрофе”.
Результат использование тепловых двигателей (записать в тетрадь):
-Парниковый эффект.
-Повышение температуры на планете.
-Тепловое загрязнение водоёмов.
-Загрязнение воздуха.
Рефлексия.
1 Какие виды тепловых двигателей, рассмотренных сегодня на уроке,
наиболее популярны на сегодняшний день? (ДВС)
2 Почему? (наиболее распространенный вид)
3 Что нового вы узнали? (принцип работы, виды и использование ДВС)
4 Что еще хотели бы узнать о тепловых двигателях? (принцип работы
других видов тепловых двигателей)
5 Каковы возможные пути решения экологических проблем, связанных с
использованием тепловых двигателей? (Использование экологически
чистых источников энергии. Техническое усовершенствование
двигателей. Создание объездных дорог. Создание “зелёных” дорог.
Преумножать зелёный покров земли. Не пользоваться личным
транспортом без особой нужды. Бережно относиться к зелёным
насаждениям)
Домашнее задание.
1 П.20-22, №1126-1128, зарисовать рис.24 и подписать.
Индивидуальное домашнее задание.
1) Почему поршень делается из легкого материала с хорошей
теплопроводностью и небольшим тепловым расширением? (При плохой
теплопроводности поршень расплавился бы, а изготовленный из металла с
большим тепловым расширением заклинивался бы в цилиндре)
2) Почему выпуск отработанных газов (если у автомобиля нет глушителя)
происходит с шумом? В чем смысл работы глушителя? (Отработанные
газы при выпуске из цилиндра имеют значительно большее давление, чем
атмосферный воздух. Расширяясь с большой скоростью, они создают
шум. Смысл работы глушителя состоит в уменьшении скорости выхода
газа из цилиндра двигателя)
Использованные материалы и Интернет-ресурсы
1. Электронная энциклопедия «Кирилла и Мефодия», DVD,2008
2. http://www.google.ru/imglanding?q
3. http://ru.wikipedia.org/wiki
4. http://www.erudition.ru/
5. http://evolutiontechnical.com/
6. А.В. Перышкин, учебник « Физика 8 класс».
