Конспект урока по физике «Принцип действия тепловых двигателей. КПД» 10 класс.

Урок по физике

«Принцип действия тепловых двигателей. КПД»

10 класс. Физика.

Цель урока: Изучить устройство и принцип действия теплового двигателя, используя технологию развития критического мышления.

Задачи урока:

1. Продолжить изучение темы «термодинамика».

2. Разъяснить устройство теплового двигателя.

3. Продолжить формировать информационную культуру учащихся путём анализа и структурирования информации.

Ход урока:

1. Стадия вызова.(5 минут)

Ученикам раздаются карточки с таблицей, в которой пустые клетки нужно заполнить. Таблица составлена по теме «Количество теплоты».

Таблица полностью заполненная:

Количество теплоты.

Буквенное обозначение

Единица измерения

Формула

Процесс

Q

Дж

c*m*(t₂-t₁)

Нагревание или охлаждение

Q_пл.

Дж

λ*m

Плавление или кристаллизация

Q_п.

Дж

r*m

Кипение (парообразование) или конденсация

λ

Дж/кг

Q_пл./m

Плавление или кристаллизация

r

Дж/кг

Q_п./m

Кипение (парообразование) или конденсация

c

Дж/кг*К

Q/m*(t₂-t₁)

Нагревание или охлаждение

Раздаточный материал для учеников.

Таблица для учеников:

Количество теплоты.

Буквенное обозначение

Единица измерения

Формула

Процесс

c*m*(t₂-t₁)

Нагревание или охлаждение

Q_пл.

Плавление или кристаллизация

r*m

Кипение (парообразование) или конденсация

λ

Плавление или кристаллизация

r

Дж/кг

Дж/кг*К

Нагревание или охлаждение

После заполнения таблицы вывести правильную таблицу на экран или записать на доске. Ученики обмениваются работами и проверяют соседа.

Учитель собирает работы.

2. Стадия осмысления. (20 минут). Изучение нового материала.

1).Объяснение учителя . Устройство и принцип действия теплового двигателя. Опыт. Цикл Карно.

Численность населения на Земле очень быстро увеличивается.
Около 200 тыс. лет назад - 1 млн. человек
сейчас - более 6 млрд. человек
только в городах - 4 млрд. человек

Резко возрастает потребление топлива и энергии (выработка энергии за последние 100 лет на душу населения увеличилась в 20 раз).

Как следствие возникают экологические проблемы.

Часть таких проблем возникает из-за тепловых двигателей.

Тепловой двигатель- это устройство, превращающее внутреннюю энергию топлива в механическую.

Давайте проследим часть пути развития тепловых машин.

Герон Александрийский - древнегреческий математик и механик, в 1 в.н.э. изобрёл паровую машину.

Томас Севери - английский механик и изобретатель, в 1698 году изобрёл паровую машину для откачивания воды из угольных шахт.

Томас Ньюкомен - английский инженер, в 1710 году изобрёл паровую машину, в которой в двигателе пар внутри цилиндра толкал вверх поршень.

Джеймс Уатт - шотландский инженер и изобретатель, в 1769 году изобрёл машину, в которой пар направлялся в отдельную камеру для конденсата.

Иван Иванович Ползунов - русский изобретатель, в 1766 году изобрёл двухцилиндровую паровую машину.

И это только небольшая часть изобретателей, которые работали над созданием тепловых машин.

В основном рабочим телом теплового двигателя является газ, который совершает работу при расширении, а холодильником является атмосфера.

Рассмотрим устройство и принцип работы теплового двигателя. Работа любого теплового двигателя циклична.

Каждый цикл состоит из разных процессов:

- получение энергии от нагревателя;
- рабочего хода;
- передача неиспользуемой части энергии холодильнику

Любая тепловая машина состоит из нагревателя, рабочего тела и холодильника, и это принципиально необходимое условие для непрерывной циклической работы любого теплового двигателя.

2).По учебнику ученики находят и зарисовывают схему теплового двигателя в тетрадь. (назначение каждой части)

Зарисуйте в тетрадь из учебника стр.235 рис.170-«Принцип действия теплового двигателя».

3). Объяснение учителя. КПД.

Если бы теплота смогла самопроизвольно возвращаться от холодильника к нагревателю, то внутренняя энергия могла бы быть полностью превращена в полезную работу с помощью любого теплового двигателя.

Работа совершаемая двигателем равна:

A' ⁼ Q ₁- |Q ₂|

Q₁ - количество теплоты, полученное от нагревания Q₁>Q₂

Q₂ - количество теплоты, отданное холодильнику Q ₂1

КПД теплового двигателя - это отношение работы совершаемой двигателем, к количеству теплоты полученному от нагревателя.

КПД замкнутого цикла

η=А/Q₁=(Q₁-Q₂ )/Q₁

η<1 !!!! - у всех двигателей некоторое количество теплоты передаётся холодильнику.

Представляет большой интерес нахождение максимально возможного КПД теплового двигателя. Впервые это сделал французский инженер и учёный Сади Карно.

Карно изобрёл машину с идеальным газом в качестве рабочего тела. Идеальный газ - это газ взаимодействие между молекулами которого пренебрежимо мало.

η_max=(T₁-T₂)/T₁

T₁ - температура нагревания

Т₂ - температура холодильника

КПД машины Карно прямо пропорционален разности абсолютных температур нагревателя и холодильника.

Главное значение доказательства Карно - любая реальная тепловая машина, работающая с нагревателем, имеющим температуру T₁, и холодильника с температурой T₂, не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины.

η =1 если температура холодильника равна нулю.

Температура холодильника практически не м ожжет быть ниже температуры окружающего воздуха.

Увеличиваться температура нагревателя может, но любая материя, а особенно твёрдые тела, при нагревании теряют свои свойства упругости и начинает плавится..

3. Рефлексия.(15 минут)

Карточки с текстом или ссылки на Интернет - тексты: прочитав текст, ученикам предлагается написать эссе на тему: «Тепловые двигатели. Польза человеку и вред окружающей среде».

Учитель собирает задания и один из учеников читает своё эссе. Обобщаем тему урока, делая общий вывод о вреде тепловых двигателей для окружающей среды и о пользе для человека.

Домашнее задание (5 минут):

1. §84-учить придерживаясь ответов на вопросы стр.238

2. упр.15 (1,2)