Разработка урока физики для 8 класса 'Паровая турбина. КПД теплового двигателя'.

Урок физики в 8 классе

на тему «Паровая турбина. КПД теплового двигателя».

Цель урока: объяснить учащимся устройство и принцип работы паровой турбины, выяснить физическое содержание КПД.

Задачи урока.

Образовательные:

познакомить учащихся с устройством и принципом действия паровой турбины; ввести понятие КПД теплового двигателя; обозначить проблемы охраны окружающей среды.

Развивающие:

продолжить формирование умений анализировать информацию, формулировать выводы.

Воспитательные:

рассмотреть области применения тепловых двигателей и условия их эксплуатации. Развивать научное мировоззрение при рассмотрении понятия «КПД».

Тип урока: изучение нового материала.

Межпредметные связи: экология, история.

Методы и приемы обучения: эвристическая беседа, наблюдение, анализ, сравнение, работа с учебником, фронтальный эксперимент, демонстрационный эксперимент, работа в парах.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, пробирка с водой, закрытая пробкой, спички, сухое горючее, штатив.

Методическая цель: использование информационных технологий, технологии проблемного обучения, опорных схем при изучении нового материала, рациональное использование современных и традиционных методов обучения.

ХОД УРОКА

1. Организационный момент.

Учитель: Ребята! Вы каждый урок открываете для себя что-то новое, изучая физику. А сколько еще неопознанного вокруг. С чего начинается познание? Конечно необходима

И - индивидуальная
Н - напряженная
Т - творческая
Е - ежедневная
Р - работа
Е - естественно
С - с юмором.

Т.е. интерес. Интерес к учебе, возникает тогда, когда человек трудиться сам.

2. Этап подготовки к активному сознательному усвоению знаний.

Учитель: Итак, давайте сейчас вспомним, то, что вы изучали на предыдущих уроках. Рассмотрим простой опыт и попробуем его объяснить (в пробирку нальём немного воды, затем плотно закроем и нагреем до кипения).

Демонстрация опыта.

Повторение (вопрос - ответ).
1. Объясните, пожалуйста, что же произошло?

(энергия топлива перешла в процессе нагревания во внутреннюю энергию пара, а затем пар, расширяясь, совершил работу - поднял и выбросил вверх пробку).

2. На что похоже данное устройство?

(похоже на тепловой двигатель).

История тепловых машин уходит в далекое прошлое. Еще в 3 веке до н.э. греческий математик и механик Архимед построил пушку, которая стреляла паром. Рисунки пушки Архимеда были позднее найдены в рукописях Леонардо да Винчи. При стрельбе один конец ствола сильно нагревали на огне. Затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась, и пар, расширяясь, с силой и грохотом выбрасывал ядро. Ствол пушки представлял собой, как бы цилиндр, по которому, как поршень, скользило ядро.

Хочу представить вашему вниманию еще одну модель теплового двигателя.

Демонстрация.

Скажите, что общего в данных опытах. (работают на пару, топливом является пар).

В таком двигателе пар вращает вал двигателя без поршня, шатуна и коленчатого вала. Такой двигатель называется паровой турбиной.

Применяются паровые турбины на тепловых электростанциях и на кораблях.

Учитель: Ребята, как вы думаете, вся ли подводимая энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, используется тепловым двигателем?

(нет, часть её уходит в окружающее пространство, часть на нагревание установки).

т.е. на какой вопрос нам необходимо сегодня ответить.

Нас с вами какая часть энергии интересует?

Как найти часть полезной энергии и от чего она зависит? Идет на совершение работы.

тема нашего урока «Паровая турбина. КПД теплового двигателя».

Мы с вами выяснили, что не вся энергия топлива превращается в механическую.

Для этого рассмотрим составные части любого теплового двигателя.

Тепловой двигатель состоит из:

-нагревателя (процесс сгорания топлива); рабочего тела (газ пар); холодильника (окружающая среда).

Газ или пар, который является рабочим телом, получает от нагревателя некоторое количество теплоты. Рабочее тело совершает работу. Часть энергии передается холодильнику (окружающей среде).

Часть энергии превращает в полезную работу. Чем больше полезная работа, тем двигатель экономичнее. КПД - характеристика экономичности двигателей. Он показывает целесообразность данного двигателя.

Обозначается буквой эта

Численно кпд можно найти по формуле.

Определить КПД теплового двигателя можно вычислить по формуле:

Коэффициент полезного действия - это отношение полезной работы к энергии, полученной от нагревателя.

КПД безразмерная величина, но чаще всего выражается в %.

Следует отметить, сколько бы мы не затратили энергии, даже при самой максимальной совершенной работой, КПД никогда не будет больше и даже равен 1 или 100%.

В современных условиях КПД тепловых двигателей составляет (слайд).

3. Этап усвоения новых знаний.

И мы сейчас с вами убедимся. Предлагаю вам решить следующие задачи.

1. Тепловой двигатель совершил 500 Дж работы, израсходовав при этом 2 кДж теплоты. Найдите КПД двигателя.

2. Израсходовав 3 кг бензина, машина совершила работу, равную 34,5 МДж. Определите КПД машины.

Физминутка.

«Веришь - не веришь»

Задается вопрос, с которым он должен выразить свое согласие или несогласие. Веришь - хлопок, не веришь - поднять руку вверх.

Вопросы:

1. Температура воздуха у поверхности пола выше, чем у потолка.

2. Молекулы одного и того же вещества в твердом, жидком и газообразном состоянии одни и те же, ничем не отличаются друг от друга.

3. Переход вещества из твердого состояния в жидкое называют кристаллизацией.

4. Единицей измерения массы тела является м³.

5. Различные вещества имеют разную теплопроводность.

6. Температура плавления всегда больше температуры кристаллизации

7. Единицей измерения количества теплоты является 1Дж

8. Вещества отвердевают при той же температуре, что и плавятся.

4. Этап закрепления новых знаний.

1. Один из учеников при решении получил ответ, что КПД теплового двигателя равен 200%. Правильно ли решил ученик задачу?

(Нет. КПД теплового двигателя не может быть больше 100% или равен 100%).

2. Нарисовать схему в тетрадь и заполнить недостающие элементы.

3. Я сейчас вам раздам информацию о загрязнении окружающей среды при использовании тепловых двигателей, а вы в тексте найдите причины загрязнения окружающей среды и пути их решения.

• (Загрязнение атмосферы, Загрязнение почвы

• Пути решения

При сжигании топлива в тепловых машинах требуется большое количество кислорода. На сгорание разнообразного топлива расходуется от 10 до 25% кислорода, производимого зелеными растениями.

Тепловые машины не только сжигают кислород, но и выбрасывают в атмосферу эквивалентные количества двуокиси углерода (углекислого газа). Сгорание топлива в топках промышленных предприятий и тепловых электростанций почти никогда не бывает полным, поэтому происходит загрязнение воздуха золой, хлопьями сажи. Сейчас во всем мире обычные энергетические установки выбрасывают в атмосферу ежегодно 200-250 млн. т золы и около 60 млн. т диоксида серы.

Кроме промышленности воздух загрязняет и транспорт, прежде всего автомобильный (жители больших городов задыхаются от выхлопных газов автомобильных двигателей).

При работе тепловых двигателей в атмосферу выбрасывается огромное количество теплого пара или газа, что приводит к дополнительному нагреванию атмосферы. Большая электростанция мощностью 1 тыс. МВт, работающая на угле производит 6 млн. т. углекислого газа, что эквивалентно выхлопам 2 миллионов автомобилей. В последующие десятилетия общее всемирное производство углекислого газа удвоится т.к. США, Китай, Индия и другие страны строят новые электростанции. Соединяясь с водяными парами в атмосфере, углекислый газ образует угольную кислоту. Даже очень слабая (в тысячу раз менее кислая, чем апельсиновый сок, продаваемый в магазинах) угольная кислота «чистого» дождя за столетия разъедает кирпич, металл, мрамор.

При сжигании топлива образуются оксиды азота (в угольных котлах на 1м3 дыма - несколько грамм, в газовых - до 5г). За год только в России в воздух выбрасывается 2 млн. т. NOх. Попав в атмосферу и растворяясь в дождевой воде, они становятся азотной кислотой. Реагируя с содержащимися в воздухе разнообразными примесями, они образуют токсичные соединения, которые выпадают на поверхность воды и суши (а также на наши головы) с кислотными дождями.

Последствиями настоящих кислотных дождей является засорение (засоление) почв, открытых и подземных вод, гибель лесов, нарушение химического состава в экосистемах. Кроме того, в «кислой» воде лучше растворяются такие опасные металлы как кадмий, ртуть, свинец, содержащиеся в почве и донных отложениях, что влияет на чистоту потребляемой людьми и животными воды.

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.

5. Этап информации учащихся о домашнем задании и инструктаж к его выполнению

§ 23, 24; подготовка к контрольной работе.

6. Этап подведения итогов урока

Урока время истекло,

Я вам, ребята, благодарна

За то, что встретили тепло

И поработали ударно.

На этом наш урок окончен. Спасибо за урок!

Плюс-минус-интересно».

Заполнить таблицу из трех граф.

П

М

И

В графу «П» - «плюс» записать все, что понравилось на уроке.

В графу «М» - «минус» записать все, что не понравилось на уроке.

В графу «И» - «интересно» записать все любопытные факты, о которых узнали на уроке и что бы еще хотелось узнать по данной проблеме, вопросы к учителю.

Учитель.

Можно ли человеческий организм отнести к тепловым двигателям? (Да.)

Живые организмы также способны совершать механическую работу, но за счёт «сгорания» своеобразного топлива - пищи. К ним тоже применимы такие понятия, как полезная работа и КПД. Любое движение тела живого организма связано с расходом энергии. Затраты энергии прямо пропорциональны интенсивности выполняемой работы.

При различных видах деятельности человека значение КПД варьируется от 10 до 30 %.

Для совершения любой работы и поддержания работоспособности организму необходима энергия. Её запасы периодически пополняют за счёт пищи. Мы с вами знаем, что различное топливо имеет различную теплоту сгорания. Пища тоже обладает своего рода теплотой сгорания - её называют калорийностью.

Разные продукты имеют различную калорийность или энергетическую ценность (например, баночка кока - колы - 50, 47 ккал,

пачка печенья - 243,5 ккал.) 1 кал = 4,19 Дж.
СЛАЙД 12 (таблица затрат энергии)

Вы можете оценить энергетическую ценность своего рациона питания, но для этого нужно воспользоваться таблицей «Калорийность продуктов».