Главная / Методические материалы / Преподавание физики

Урок физики в 10-м классе по теме: Принцип действия тепловых двигателей. КПД. Охрана окружающей среды

Автор(ы): Самойлова Лариса Васильевна, учитель

Notice: Undefined variable: content in /home/area7ru/area7.ru/docs/metodic-material.php on line 278
Цели урока:

объяснить принцип действия тепловых двигателей, определить КПД тепловых двигателей:
показать значение тепловых двигателей в жизни человека;
рассмотреть, в чем заключается вредное воздействие тепловых двигателей на окружающую среду и здоровье человека;
выяснить пути охраны окружающей среды;
развивать монологическую речь учащихся;
содействовать формированию навыков сравнения, выделения главного и второстепенного в изучаемом материале, обобщения, логического мышления.
поддерживать интерес к предмету, желание учиться.

Оборудование: плакаты устройства различных ТД и их модели, жидкостный манометр, теплоприемник, нагревательный элемент (электрическая плитка).
Подготовка: учащиеся готовят доклады по темам:

«Загрязнение окружающей среды в Краснодарском крае»,
«Основные источники загрязнения окружающей среды в Гулькевичском районе и ее состояние»,
«Пути решения проблем, связанных с использованием тепловых двигателей: новые двигатели, биологическое топливо, использование газа, полное сгорание топлива, управление движением городского транспорта, особое покрытие дорог, экологическое воспитание водителей».

Ход урока
1. Организационный момент.
2. Повторение теоретического материала по теме.
3. Объяснение нового материала.
4. Самостоятельная работа по группам. Доклады учащихся и их обсуждение.
5. Постановка домашнего задания.
6. Итоги урока.
Повторение теоретического материала по теме

№	Вопрос	Предполагаемый ответ
1	Что называют тепловыми двигателями?	Это устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую.
2	Какие тепловые двигатели вам известны?	ДВС, паровая машина, ракетный двигатель, газовая турбина.

Вы уже изучили законы термодинамики и знаете, что внутреннюю энергию тел можно использовать для совершения механической работы. В тепловых машинах внутренняя энергия, освобождаемая при сгорании топлива, преобразуется в механическую энергию. Это преобразование объясняется так: тела, расширяясь при нагревании, совершают работу. Т.к. газы и пары расширяются наиболее сильно, они используются в качестве рабочего тела.
Важно то, что речь идет не об однократном расширении. Для того чтобы тепловая машина работала непрерывно, нужно, чтобы акты расширения многократно повторялись. Повторяемость актов расширения означает периодический возврат системы в исходное состояние. Но каждое возвращение в исходное состояние требует совершения работы.
Очевидно, что полезный выход работы возможен в том случае, если работа возвращения в исходное состояние меньше, чем работа, получаемая при расширении.
Демонстрация принципа действия теплового двигателя: в трубку жидкостного манометра налита подкрашенная вода. Одно колено трубки соединено с теплоприемником. Теплоприемник нагревается, над нагретой электроплиткой, охлаждается погружением в холодную воду.
Наличие холодильника является обязательным условием действия любого теплового двигателя потому, что полезный выход работы может быть только в процессе передачи тепла от горячего тела (нагревателя) более холодному (холодильнику).

№	Вопрос	Предполагаемый ответ
1	Что называется коэффициентом полезного действия?	Это физическая величина равная отношению полезной работы к затраченной. h = А _п/ А_з
2	Что нам известно об этой величине?	Эта величина выражаются в процентах. Ее значение ни при каких условиях не может быть больше 100%.
3	Что в тепловых машинах совершает полезную работу?	Полезную работу совершает рабочее тело – газ или пар. А_п = А
4	Если газ получил от нагревателя количество теплоты Q₁ , а отдал холодильнику количество теплоты Q₂ , то как можно определить работу газа?	Работу газа можно определить, как разность (Q₁ - Q₂).
5	Какая энергия тратится в тепловых двигателях?	Энергия , которую газ получает от нагревателя (топлива) Q_{1 .}

Таким образом, КПД ТД определится по формуле: h = (Q₁ - Q₂) / Q₁, h = 1 - Q₂ / Q₁ .
Инженеры, проектирующие машины, стремятся повысить КПД машин.
Подумайте, когда КПД будет максимален?
Законы термодинамики позволяют вычислить это значение - впервые это сделал французский ученый Сади Карно.
Он придумал идеальную тепловую машину рабочим телом, которой является идеальный газ.
В цикле Карно расширение газа происходит в два этапа. (На доске приведен график цикла Карно.)

1-2) изотермическое расширение при температуре нагревателя, происходящее с подводом теплоты.
2-3) адиабатное расширение сжатого газа (работа совершается газом за счет его внутренней энергии).

Возврат газа в исходное состояние за счет работы внешних сил происходит также в два этапа:

3-4) изотермическое сжатие при температуре холодильника;
4-1) адиабатного сжатия.

h = T ₁-T ₂/ T ₁ (температура выражена в Кельвинах)
Главное значение этой формулы состоит в том, как доказал Карно, что любая реальная машина, работающая с нагревателем, имеющим Т₁ и холодильником имеющим Т₂ не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины.
После записи всех формул в тетради учащимся предлагается работа в группах. Каждая группа получает описание устройства и принципа действия какого-либо теплового двигателя. В течение 7-8 мин учащиеся знакомятся с описанием и выполняют предложенные задания.
Один представитель от каждой группы, используя плакат или модель, рассказывает об устройстве и работе двигателя.
Анализируя все ответы, приходим к выводу, что в любом двигателе нагревателем служит сгорающее топливо, рабочим телом - газ или пар, холодильником атмосфера или конденсатор.
Выписываем на доску подсчитанные КПД двигателей, по приведенным в карточках-заданиях данным. Обсуждаем вопрос о путях повышения КПД.
УЧИТЕЛЬ:
Более 80% всей электроэнергии в нашей стране вырабатывается на тепловых электростанциях, где используются мощные паровые турбины. На атомных электростанциях также установлены паровые турбины. На всех основных видах транспорта преимущественно используются тепловые двигатели.
Повсеместное применение тепловых двигателей с целью получения удобной для использования энергии связано с воздействием на окружающую среду.
Какие действия на окружающую среду оказывают ТД?

загрязняют биосферу;
повышают температуру окружающей среды;
истощают природные ресурсы;
влияют на состояние здоровья людей.

Доклады учащихся о загрязнении атмосферы в нашем крае и районе.
Заслушиваем сообщения учащихся, которые они готовят заранее, о влиянии работы тепловых двигателей на человека и окружающую среду, о путях уменьшения вредного действия тепловых двигателей.
Дом. задание. Пп 29, 30 упр. 6, зад 15. 16
Итоги урока.

Описание устройств тепловых двигателей
Двигатель внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания - это тепловая машина, в которой в качестве рабочего тела используются газы высокой температуры, образующиеся при сгорании жидкого или газообразного топлива непосредственно внутри камеры поршневого двигателя.
Первый поршневой двигатель внутреннего сгорания был создан в 1860 году французским инженером Э. Ленуаром. КПД этого двигателя был равен 3,3%. К его достоинствам можно отнести малые размеры и массу.
Использование ДВС: автомобили, тракторы, тепловозы, авиация, корабли.
Строение четырехтактного автомобильного двигателя.

цилиндр,
камера сгорания,
поршень,
входной клапан;
выходной клапан,
свеча;
шатун;
маховик.

Работа ДВС
1 такт - "всасывание" поршень движется вниз, через впускной клапан в камеру сгорания всасывается горючая смесь - пары бензина с воздухом. В конце такта всасывающий клапан закрывается;
2 такт - "сжатие"- поршень поднимается вверх, сжимая горючую смесь. В конце такта в свече проскакивает искра, и горючая смесь воспламеняется;
3 такт - "рабочий ход"- газообразные продукты сгорания достигают температуры 1600⁰ С и давления 1- 10 МПа, с большой силой давят на поршень, который опускается вниз, и с помощью шатуна и кривошипа приводит во вращение коленчатый вал;
4 такт - "выхлоп"- поршень поднимается вверх и через выходной клапан выталкивает отработавшие газы в атмосферу. Температура выбрасываемых газов 500⁰ С.
Виды топлива: бензин, природный газ.
<...

ВНИМАНИЕ!
Текст просматриваемого вами методического материала урезан на треть (33%)!

Чтобы просматривать этот и другие тексты полностью, авторизуйтесь на сайте:

Простая ссылка на эту страницу:

Ссылка для размещения на форуме:

HTML-гиперссылка:

Добавлено: 2011.04.18 | Просмотров: 4586
При использовании материалов сайта, активная ссылка на AREA7.RU обязательна!