Конспект урока "Тепловые двигатели" 10 класс
МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
"СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 2"
Открытый урок физики
по теме:
КЛАСС: 10
УЧИТЕЛЬ: ФЕДОРОВА ЛИЯ АНДРЕЕВНА
г. Донской
Слайд 1 - Тема урока "Тепловые двигатели".
Слайд 2
Цели и задачи урока:
познавательные:
1.Сформировать понятие о физических принципах действия тепловых
двигателей.
2.Познакомить учащихся с важнейшими направлениями применения
тепловых двигателей в народном хозяйстве.
3. Выяснить экологические проблемы, связанные с использованием
тепловых двигателей.
развивающие:
1. Формировать навыки сравнения, обобщения, выделения главного и
второстепенного в изучаемом материале.
2. Развивать монологическую речь учащихся.
3. Поддерживать интерес к предмету.
воспитательные:
1. Воспитывать умение слушать товарища.
2. Формировать умение работать с дополнительной литературой.
Оборудование:
компьютер, интерактивная доска, модель двигателя внутреннего сгорания,
пробирка с пробкой, штатив с муфтой и лапкой, горелка.
Ход урока
1) Организационный момент.
Слайд 3
2) Актуализация знаний. Фронтальный опрос:
1) Как читается первый закон термодинамики?
2) Что такое количество теплоты?
3) Как записывается формула внутренней энергии идеального одноатомного
газа?
4) Как можно рассчитать работу газа?
5) В чем заключается геометрический смысл работы газа?
6) Как рассчитывается КПД тепловой машины, идеальной тепловой машины?
3) Слово учителя. До конца 17 – начала 18 веков человек использовал
только ветряные и водяные двигатели. Созданием новых двигателей люди в
те времена не занимались потому, что все хозяйство держалось на рабах, а
позже в средние века – на крепостных, которые выполняли почти всю работу.
Но по мере зарождения в городах новых ремесел, стали появляться
мануфактуры, производственные цеха, где труд был разделен на отдельные
операции. Эти операции могла бы выполнять машина, для которой нужен
двигатель. Им стал тепловой двигатель.
В тепловых двигателях внутренняя энергия рабочего тела (им является пар
или газ) превращается в механическую энергию.
Давайте проследим протекание этих процессов на опыте.
Опыт. Выталкивание паром пробки из пробирки.
При нагревании воды увеличивается масса пара, находящегося под пробкой,
его давление, и наступает момент, когда пар выталкивает пробку – совершает
работу. На этом основана работа любого теплового двигателя.
А теперь давайте познакомимся с устройством и принципом действия
тепловых двигателей.
Слайд 4.
1-й доклад.
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.
Слайд 5.
2-ой доклад.
Попытки построить паровые двигатели предпринимались многими
изобретателями, но самой удачной была машина, построенная англичанином
Томасом Ньюкоменом в 1711 году.
Слайд 6.
В конце XVIII в. В России на Алтае работал гениальный русский
изобретатель Иван Ползунов. Он значительно усовершенствовал паровую
машину.
Слайд 7.
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%.
Слайд 8.
3-й доклад.
Паровую машину из-за ее низкого к.п.д. к середине XIX века начинают
вытеснять двигатели 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.
Видео ролик. Принцип действия ДВС.
Слайд 9.
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%.
С принципом работы такого двигателя мы познакомимся с помощью его
модели.
4) Демонстрация модели четырехтактного двигателя.
Слайд 10.
5 -й доклад.
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%.
Слайд 11.
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.
Слайд 12.
6-й доклад.
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.
Видеоролик. Демонстрация модели паровой или газовой турбины.
(Объяснение устройства и принципа работы паровой и газовой турбин).
Паровая турбина имеет ряд достоинств: ее к.п.д. достигает 40%, если велики
давление и температура пара; 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.
Слайд 13.
Слайд 14.
7-й доклад. Реактивные двигатели.
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.
Видеоролик: Двухконтурный турбореактивный двигатель
Слайд 15.
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.
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.
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.
Слайд 16.
8-ой доклад.
Экологические проблемы, связанные с использованием тепловых
двигателей
При работе тепловых двигателей в атмосферу выбрасывается огромное
количество теплого пара или газа, что приводит к дополнительному
нагреванию атмосферы.
При сжигании топлива образуются оксиды азота. В атмосфере они
становятся азотной кислотой. Токсичные соединения выпадают в виде
кислотных дождей. Это приводит к засолению почвы, открытых и подземных
вод, гибель лесов, нарушение химического состава в экосистемах.
Кроме того, при работе двигателей внутреннего сгорания в атмосферу
выбрасываются свинец и другие вредные вещества.
Решение проблем, возникающих при работе тепловых двигателей, ученые и
конструкторы видят в увеличении КПД тепловых двигателей, в создании
условий для наиболее полного сгорания топлива, в улавливании и
переработке углекислого газа и окислов азота, в замене тепловых двигателей
на более экологически чистые двигатели, например, электрические или
гибридные.
Слайд 17.
Задание на дом:
§ 82, упр. 15, задачи № 11, № 12, заполнить таблицу..
№
Типы
двигателей
топливо
КПД
Применение
Недос-
татки
Достоин-
ства
Подготовить сообщение по теме: «Пути повышения КПД тепловых
двигателей».
Слайд 18.
Ответ № 1: 62,5%
Ответ № 2: 20 Дж
Ответ № 3: 366, 25 К
Слайд 19.
Слайд 20.
Нельзя допустить, чтобы люди направляли на собственное уничтожение
те силы природы, которые сумели открыть и покорить»
Ф. Жолио – Кюри.
Слайд 21.
«Могущество страны не только в одном материальном богатстве, но и в
духе народа.
Чем шире, свободнее эта душа, тем большего величия и силы достигает
государство.
А что воспитывает широту духа, как не эта удивительная природа!
Её надо беречь, как мы бережём самую жизнь человека.
Потомки никогда не простят нам опустошения земли, надругательства
над тем, что по праву принадлежит не только нам, но и им.»
П.И.Чайковский.
Подведение итогов, выставление оценок.
Рефлексия.
Фронтально:
1. Что нового вы сегодня узнали?
2. В чём вы затруднялись при изучении данной темы. Почему?
3. Что бы вы еще хотели узнать по данной теме?
