Урок 'За все надо платить'

За все треба платити.

(Баррі Коммонер)

Урок з фізики у 8 класі

Тема: Двигун внутрішнього згоряння. Екологічні проблеми використання теплових машин.

Мета: ознайомити учнів з будовою і принципом дії двигуна внутрішнього згоряння; показати екологічні проблеми використання теплових двигунів; формувати соціальну компетентність, компетентність охорони здоров'я; виховувати любов до природи.

Тип уроку: урок засвоєння знань.

Обладнання: модель ДВЗ, таблиця «Двигун внутрішнього згоряння», прилад «Повітряне огниво».

Демонстрації: 1. Виконання роботи при згорянні палива ( дослід з приладом « Повітряне огниво»).

2. Модель ДВЗ.

Хід уроку.

1. Організаційний момент.

11. Перевірка домашнього завдання, актуалізація опорних знань.

Перевірка розв'язання домашніх задач ( рішення кількісних задач учні - лаборанти або чергові пишуть на перерві перед уроком на дошці). Усне опитування за питаннями після параграфу підручника.

Питання учням.

1. Які двигуни називають тепловими?

2.Які види теплових двигунів ви знаєте?

3.Що таке робоче тіло теплового двигуна ?

4.Які перетворення енергії відбуваються в теплових двигунах?

5.Назвати основні частини парової турбіни.

6.Як працює парова турбіна?

7.Чому в теплових двигунах тільки частина енергії, що виділилась при спалюванні палива, перетворюється в механічну енергію?

111. Вивчення нового матеріалу.

Вчитель. Сьогодні на уроці ми вивчимо двигун внутрішнього згоряння. Поговоримо про значення теплових двигунів , про паливо для них та викиди, послухаємо інформацію про забруднення навколишнього середовища та вплив його на здоров'я людини.

Двигуни внутрішнього згоряння широко використовуються в народному господарстві.

Питання класу.

- Де використовуються двигуни внутрішнього згоряння?

Учні відповідають, вчитель доповнює ( на легкових, вантажних автомобілях, автобусах, кораблях, сільськогосподарських машинах, в військовій техніці і т.д.)

Вчитель. Паливо згоряє безпосередньо всередині циліндра двигуна, тому його називають двигун внутрішнього згоряння. Він самостійно перетворює внутрішню енергію палива в механічну енергію. Перший ДВЗ був сконструйований німецьким механіком Г. Даймлером в Х1Х столітті.

Вчитель розповідає про будову ДВЗ, називає його основні частини, демонструє модель двигуна, показує частини на таблиці (циліндр, поршень шатун, колінчатий вал,впускний та випускний клапани, свіча, маховик), показує «мертві» точки.

Знайомство з принципом дії ДВЗ. Демонстрація роботи приладу «Повітряне огниво».

Питання класу

Що відбудеться, якщо під поршнем в циліндрі ДВЗ підпалити суміш парів бензину і повітря? (Стане «вибух» і гарячі гази піднімуть поршень, тобто виконають роботу. Внутрішня енергія газу перетворилась в механічну енергію поршня.)

Вчитель розповідає і демонструє чотири такти роботи двигуна (усмоктування горючої суміші, стиск, робочий хід, випуск відпрацьованих газів). Використовує при поясненні модель ДВЗ, таблицю, малюнки в підручнику. ККД двигунів внутрішнього згоряння - 20 - 40%.

1У. Закріплення матеріалу.

Питання класу

• Яка будова ДВЗ?

• Де згоряє паливо в ДВЗ?

• Що таке мертві точки? Як поршень виходить з цих положень?

• Яка роль маховика в ДВЗ?

• Із скількох тактів складається робочий цикл ДВЗ?

• Що відбувається в двигунові під час 1 такту? Як він називається?

• Що відбувається в двигунові під час 11 такту? Його назва?

• Що відбувається під час 111 такту? Його назва.

• Що відбувається під час 1У такту? Як він називається?

• Який ККД ДВЗ?

• Де застосовуються ДВЗ?

Вчитель. Теплові двигуни широко використовуються в автотранспорті, промисловості, авіації, сільському господарстві. Які екологічні проблеми виникли при використанні теплових двигунів? Перша проблема - це забруднення навколишнього середовища продуктами горіння палива. Друга - теплове забруднення атмосфери. Відомий французький океанограф Жан Ів Кусто в свій час сказав: Раніше природа лякала людину, а тепер - людина природу». Давайте поговоримо про паливо для двигунів, про те, як вони забруднюють навколишнє середовище, як все це впливає на здоров'я людини, довідаємось про можливі шляхи виходу із тієї екологічної ситуації, яка склалась в нашій країні.

(Напередодні за 1-2 уроки до цієї теми учням було запропоновано підготувати пові-домлення, презентації по даній темі.)

1 учень. До складу енергетичного комплексу України входять теплові електростанції (ТЕС). Парові та газові турбіни цих станцій самі по собі не дають великих забруднень навколишнього середовища. Але для того , щоб вони працювали, потрібне паливо: вугілля, нафта, природний газ, сланці, торф та інші види органічного палива. Відходи ТЕС надходять в навколишнє середовище у вигляді твердих та газоподібних продуктів згоряння, які в 4-5 разів перевищують масу використаного палива. Крім того, в навко-лишньому середовищі розсіюється близько 60% вихідного тепла у вигляді нагрітої води в конденсаторах та 10% тепла з димовими газами, що викидаються. Вироблення тепла та електроенергії на ТЕС супроводжується скиданням різних стічних вод. Темпи добування і використання органічного палива постійно ростуть. Це з однієї сторони приводить до різкого скорочення їх запасів, з другої - до теплового і вуглекислого забруднення атмосфери.

Вчені вважають, що за останні 100 років в атмосферу виділилось за рахунок спалю-вання палива 250 млрд. тон вуглекислого газу, а за весь час існування людини - 320 млрд .т. Щорічно в атмосферу викидається приблизно 15 млрд. т цього газу, при цьому половина цієї кількості розчиняється в морях та океанах. В океані вуглекислого газу в 60 разів більше, ніж в повітрі.

До чого це може привести?

Вуглекислий газ приймає участь в процесі фотосинтезу. Він затримує частину інфрачервоного випромінювання Землі - створюється «тепличний ефект». Атмосфера біля Землі стає теплішою. За останні роки середня температура підвищилась на 1⁰С. Якщо спалювання палива буде продовжуватись в таких же кількостях, то до 2050 року температура може підвищитись на 3⁰С. Це може привести до глобальних екологічних катастроф - плавленню льодовиків та підвищенню рівня світового океану.

2-й учень. Хто з нас не хоче мати свій автомобіль? А от саме автомобілі в великих містах дають самий великий відсоток ( до 80%) забруднень. В 1995 році в світі було більше 600 млн автомобілів. В США автомобіль є у кожного другого жителя, в Африці на 1000 чоловік припадає 9 автомобілів, в Індії - 2, в Китаї - 0,4. Зате в Індії та Китаї 600 млн велосипедів - екологічного виду транспорту. В нашому місті десятки тисяч одиниць автотранспорту, а скільки легкових машин в особистому користуванні.

3-й учень. При спалюванні твердого палива в топках ТЕС залишається багато золи,в якій міститься оксид сірки, причому 90% складає сірчаний ангідрид.

Сірчаний ангідрид - отрута. Він викликає виникнення кислотних дощів, які нега-тивно діють на все живе на Землі. При концентрації сірчаного ангідриду 40 мг/м³ подразнюються слизові оболонки, дихальні шляхи, очі. У людей виникають хвороби: бронхіт, астма, катари, порушуються обмінні процеси, виникають зміни в крові та інше.

В такому рідкому паливі як мазут, дизельне паливо міститься токсична речовина оксид ванадію (V₂O₅ ).

При горінні газоподібних палив виникає оксид азоту (NO). До речі, таке паливо вважається самим «чистим» органічним паливом.

Оксид азоту знищує гемоглобін в крові, руйнує центральну нервову систему.

Пари діоксину азоту (NO₂) подразнюють верхні дихальні шляхи, приводять до сильного отруєння та інші важкі хвороби.

Чадний газ (СО) понижує вміст кисню в крові, при великій концентрації викликає смерть, уражає нервову систему, послаблює логічну та зорову пам'ять.

Вуглекислий газ (СО₂) подразнює шкіру та слизові оболонки. Дуже чуттєві до нього люди з хворобами серця та легенів.

Сполуки ванадію викликають зміни в крові , органах дихання нервовій системі. Виникають алергічні хвороби.

Сполуки свинцю діють на все живе, викликають зміни в крові, судинах, внутрішніх органах, отруєння.

Якщо висота труби ТЕС дорівнює 100 м, то шкідливі речовини розсіюються в радіусі 20 км. При висоті труби 250 м розсіювання захоплює ділянку радіусом 75 км. Чим вища труба котельної, тим менша концентрація викидів, які осідають на землю.

4-й учень : Якщо не вживати заходів щодо поліпшення екологічної ситуації, це може привести до жахливих катастроф, які загрожують всьому живому на Землі. Останнім часом пропонуються заходи, спрямовані на зменшення викидів вуглекислого газу в атмосферу. Конструктори пропонують різні технічні удосконалення ДВЗ. Але це не знімає проблему викидів токсичних речовин, оскільки продуктами згоряння в цих двигунах є нафтопродукти. Зараз пропонуються інші підходи в автомобілебудуванні. Пошуки ведуться в напрямі використання відновлювальних джерел енергії, наприклад, водень може замінити бензин та інші органічні палива. Існують автомобілі, які працюють від акумуляторних батарей.

Вчитель. Сьогодні ви дізналися про будову і дію самого поширеного теплового двигуна - двигуна внутрішнього згоряння - та наслідки, які виникають в природі від роботи теплових двигунів.

В 70-х роках ХХ століття відомий американський біолог Баррі Коммонер сфор-мулював екологічні закони:

Все пов'язане з усім.

Все треба кудись дівати.

За все треба платити.

Природа знає краще .

Давайте підведемо підсумок , згадаємо, що вивчили сьогодні, розглянемо зміст законів екології.

Все пов'язане з усім. Людина забирає в землі паливо, корисні копалини, цим порушує природний баланс. Спалюючи паливо, вона отримує токсичні речовини, які негативно впливають на людину.

Все треба кудись дівати. Золу, всі відходи треба надійно утилізувати, щоб вони не попали в атмосферу воду, не забруднили Землю, тому що при поганих умовах збере-ження все це повертається до людини.

За все треба платити. За отримання корисних помічників - теплових двигунів - людям приходиться дуже дорого платити, навіть ціною свого власного життя. Якщо ми цінує-мо своє здоров'я та життя , життя всього живого на нашій планеті, то треба, не жалі-ючи, владувати гроші в розробку енергозберігаючих технологій, безвідходних вироб-ництв, будову могильників для токсичних відходів, будову очисних споруд. Треба вдосконалювати теплові двигуни, підвищувати їхній ККД, зменшувати викиди ток-сичних речовин.

Природа знає краще. Треба жити дружно з природою, брати в неї скільки корисних копалин, скільки вона може відновити. Треба берегти і примножувати багатства природи , насаджувати парки, сквери - вони поглинають багато отруйних речовин.

Домашнє завдання: вчити параграфи 61,63 підручника, розв'язати задачі:

1.За одну годину холостої роботи двигуна трактора К-701 втрачається більше 4 кг палива. Скільки каністр за місяць (об'єм каністри 20 л) може зекономити водій?(взяти 30 робочих днів). Відповідь: маса витраченого палива за місяць 120 кг. Об'єм палива 150 л. Число каністр - 7,5 штук.

2. Чому ємності з бензином краще зберігати під землею?

(Під землею не має коливань температури, особливо в літню пору. Відсутні протяги або вітер. Це зменшує випаровування палива.)

3.На теплоході установлений дизельний двигун потужністю 80 кВт з ККД 30%. На скільки кілометрів шляху йому вистачить 1 т дизельного палива при швидкості руху 20 км/год? Відповідь: 900 км. (сильним учням)

Підведення підсумків уроку.

Умова задач, які можна запропонувати для розв'язання учням на уроках фізики при вивченні різних тем:

1.З цистерни темного кольору ємністю 10 м³ за рік випаровується близько 200 кг пали-ва. Скільки буде зекономлено палива в 50 цистернах, якщо їх пофарбувати в білий або сріблястий колір? Чому фарбування в світлі кольори дає економію палива?

Відповідь: маса 10 т. Світлі та сріблясті поверхні відбивають сонячні промені, перешкоджаючи нагріванню цистерни.

2.Скільки витратиться бензину за весь час роботи автомобіля, якщо кожної секунди втрачається 1 крапля бензину? Термін роботи автомобіля 10 років, а маса краплі палива 40 мг. ( маса втраченого палива m = 3154 кг)

3.Бригада механізованої колони зо 1 робочий день зекономила 5 л солярки. Яка буде маса зекономленого палива за 250 робочих днів року? Скільки зекономлено коштів, якщо вартість 1 літра солярки 5 гривень? Густина солярки 800 кг/м³.

Відповідь: маса зекономленої солярки 1000 кг; зекономлено коштів 6250 гривень.

4.Чому каністри для збереження бензину рекомендують заливати повністю до корка?

Відповідь: Заливання бензину до корка економить пальне, так як це зменшує площу поверхні палива, що зменшує втрати при випаровуванні.

5.Чому в приміщенні, де зберігається пальне, особливо бензин, не повинно бути протягів?

Відповідь: Протяг являє собою повітряний потік, який збільшує випаровування з поверхні рідини. Молекули бензину, що відірвались від рідини, відносяться потоком повітря.

6. Чому бочки для збереження бензину повинні закриватися корком з гумовою прокладкою, і дуже міцно?

Відповідь: Гумова прокладка, щільно притиснута корком не дасть вилитися і випаруватися паливу.

7.Чому для заправки машин бензином не користуються відром, а шлангом?

Відповідь: При користуванні відром паливо розливається і частково випаровується під час заправки.

8.В яку пору року втрати пального на випаровування максимальні і чому?

Відповідь: В літку температура висока, а швидкість випаровування більша з підвищенням температури.

9. Чому водії машин, автобусів відключають двигуни за 10-15 м від зупинки?

Відповідь: Після відключення двигуна автомобіль деякий час рухається по інерції. Цим водій економить паливо.

10. Чи проходить випаровування гасу, бензину взимку?

Відповідь: Так, але випаровування при низьких температурах відбувається значно в менших кількостях, ніж влітку.