Учителю
Урок на тему: Тепловые двигатели

Урок на тему: Тепловые двигатели

Автор публикации: Присягина И.В.

Дата публикации: 20.04.2016

Краткое описание:

предварительный просмотр материала

Тема урока:

«Тепловые двигатели и охрана окружающей среды»

Цели урока:

Образовательная

- рассмотреть физические принципы работы тепловых двигателей;

- выяснить роль тепловых двигателей в жизни мирового сообщества;

Развивающиая

- совершенствовать интеллектуальные способности и мыслительные умения учащихся;

- формировать представление о процессе научного познания;

Воспитательная

- прививать культуру умственного труда;

- раскрыть сущность экологических проблем и убедить учащихся в жизненной важности бережного отношения к окружающей нас природе.

Тип урока:

урок усвоения новых знаний.

Оборудование:

пробирка, пробка, вода, макеты двигателя внутреннего сгорания, экологические таблицы.

Ход урока

Организационный момент

Подготовка к усвоению нового материала

Задачи: организовать и целенаправить познавательную деятельность учащихся

а) мотивация

Мощный расцвет промышленности в XIX в был связан с изобретением первого теплового двигателя внутреннего сгорания послужило базой для развития автомобильного транспорта.

(Слайд 1)

(запись в тетради)

Тема нашего урока - тепловые двигатели и охрана окружающей среды

б) формулировка цели урока.

Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Все они при работе выделяют большое количество теплоты и выбрасывают в атмосферу вредные для растений и животных химические соединения. Это ставит серьезные проблемы охраны окружающей среды.

(Слайд 2)

Наша цель - раскрыть сущность экологических проблем; научить видеть физику в окружающем мире.

Актуализация опорных знаний учащихся

Задачи: повторить и углубить знания, необходимые для усвоения нового материала; прием обучения - эвристическая беседа

Изучение нового материала

Экспериментальное задание

Нальем в пробирку немного воды, затем плотно закроем ее пробкой нагреем воду до кипения. Под давлением образовавшегося пара пробка выскочит и поднимается вверх. Сначала в этом опыте энергия топлива перешла во внутреннюю энергию. Затем пар, расширяясь, совершил работу - поднял пробку. Если мы заменим пробирку прочным металлическим цилиндром, а пробку - поршнем, способным двигаться внутри цилиндра, то получим простейший тепловой двигатель.

(запись в тетради)

Тепловыми двигателями называют машины, преобразующие внутреннюю энергию топлива в механическую.

Существует разные виды тепловых двигателей:

(Слайд 3)

Различные по конструкции и назначению паровые машины разработали: Т.Севери (англичанин), Т.Ньюкомен (англичанин), Д. Папен (француз), И.И. Ползунов (русский), Д.Уатт (англичанин).

Большое значение для развития науки и техники имело изобретение Уатта, которое совпало по времени с бурным развитием промышленности в Англии. Изобретение паровой машины сыграло огромную роль в переходе к машинному производству.

(Слайд 4)

Двигатель внутреннего сгорания был изобретен в 1860 г, французским механиком Э.Ленуаром. Свое название он получил из - за того, что топливо в нем сжигалось внутри цилиндра двигателя.

(Слайд 5)

Наибольшее распространение получил четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, сконструированный в 1878 г. немецким изобретателем Н.Отто

(Слайд 6)

(запись в тетради)

Каждый рабочий цикл этого двигателя включал в себя четыре такта:

-впуск горючей смеси,

-ее сжатие,

-рабочий ход,

-выпуск продуктов сгорания.

Отсюда и название двигателя - четырехтактный.

(Слайд 7)

I такт - выпуск. Открывается впускной клапан, поршень движется вниз, рабочая смесь занимает весь объем цилиндра.

II такт - сжатие. Клапаны закрыты. Поршень движется, рабочая смесь сжимается, и при минимальной рабочей смеси происходит воспламенение от искры.

III такт - рабочий ход. При сгорании рабочей смеси давление газов составляет 5-7 мПа, а Температура 1500 - 2200ºС. Поршень под действием газов движется вниз, температура газа уменьшается. Происходит преобразование части внутренней энергии в механическую.

IV такт - выпуск. Поршень начинает двигаться вверх, открывается выпускной клапан, и отработанные газы выходят в окружающую среду.

Частота вращения вала - от 3000 до 7000 оборотов в минуту. КПД-25-30%.

В 1897г. немецкий инженер Р.Дизель сконструировал ДВС, в котором сжималась не горючая смесь, а воздух. В процессе этого сжатия температура воздуха поднималась настолько, что при попадании в него топлива оно самовозгоралось. Специального устройства для воспламенения топлива в этом двигателе уже не требовалось; не нужен был и карбюратор. Новые двигатели стали называть дизелями.

(Слайд 8)

Двигатели Дизеля являются наиболее экономичными тепловыми двигателями. КПД- 31-44 %.

Применение ДВС: они приводят в движение самолеты, теплоходы, тракторы, тепловозы, морские и речные суды, автомобили.

Охрана окружающей среды.

Выступление учащейся с опережающим заданием)

Особое место в экологическом загрязнении занимает транспорт. Один легковой автомобиль в среднем в год потребляет около 4 тонн кислорода, а выбрасывает в атмосферу около 40 кг окиси азота и почти 200 кг различных углеводородов. Выбросы особенно значительны при малых оборотах двигателей или в моменты торможения или увеличения скорости. В этот момент выделяется в десятки раз больше несгоревших частиц, чем при обычной работе двигателя в пути. Отработавшие газы автомобильных двигателей оказывают вредные влияния на весь организм человека, воздействуют на органы обоняния, вызывают раздражение глаз, верхних дыхательных путей, обострение легочных и других хронических заболеваний, в некоторых случаях могут привести к серьёзным отравлениям.

Отрицательные последствия использования машин:

а) Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа, способного поглощать тепловое инфракрасное излучение поверхности Земли. Рост концентрации углекислого газа в атмосфере приводит к повышению ее температуры (парниковый эффект). Этот эффект может создать угрозу таяния ледников и катастрофические повышение уровня Мирового океана.

б) при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.

в) При сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека.

Ежегодно сжигая 33 млрд т угля, человечество рассеивает вместе с золой до 220 тыс. т урана и 280 тыс.т. мышьяка, в то время как мировое производство этих двух металлов составляет в год соответственно 30 и 40 тыс. т.

В результате сжигания топлива в атмосферу поступает около

200 млн т. оксида углерода (II)

150 млн. т. оксида серы (IV)

50 млн. т. оксида азота (II)

250 млн. т. пыли

70 млн. м³ соединений свинца и других металлов.

В последние годы охране окружающей среды во всех странах мира уделяется большое внимание.

Для этого необходимо обеспечить:

более полное сгорание топлива;
более тщательную очистку газов, выделяющихся двигателями внутреннего сгорания;
поиск более «чистого» продукта. Ведутся большие исследовательские работы по созданию водородного двигателя, в процессе работы которого в атмосферу не выбрасываются вредные газы.

Перспективными с точки зрения экологии являются электромобили, в которых вместо бензиновых двигателей используется электродвигатель.

V. Закрепление нового материала

Задачи: закрепить знания и умения, необходимые для самостоятельной работы учащихся

Ответы на вопросы:

Перечислите виды тепловых двигателей.
Каковы отрицательные последствия применения тепловых двигателей?
Одним из перспективных направлений в поисках экологически чистых видов топлива является переход на широкое использование водорода. Чем это объяснить?

VI. Подведение итогов урока

Задачи: формировать систему знаний о процессе научного познания

Основу научного познания заложил великий итальянский ученый Г.Галилей. Именно этим путем идут ученые, совершая свои открытия. И мы на уроке изучали новый материал соответственно циклу естественнонаучного познания.

Метод научного познания позволяет объективно отражать действительность и применяется не только в физике, но и в других областях науки. Вспомним основные этапы и их последовательность в изучении тепловых двигателей. Какой этап научного познания вам показался наиболее трудным? Наиболее важным? Наиболее интересным?

VII. Домашнее задание.

Г. Я. Мякишев 10кл. §82, стр.269-273.

Приложение

Урок на тему: Тепловые двигатели