Конспект урока по физике Работа газа и пара при расширении. Двигатель внутреннего сгорания (8 класс)

8 класс.

Тема урока: «Работа газа и пара при расширении. Двигатель внутреннего сгорания».

Тип урока: Изучение нового материала.

Цели урока:

• Сформировать знание учащихся о работе пара и газа на примере изучения двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

• Ознакомить учащихся с устройством и принципом работы такого двигателя.

Задачи:

Обучающая - изучить понятие тепловых двигателей, добиться понимания учащимися назначения отдельных элементов ДВС, изучить принцип работы четырехтактного ДВС.

Воспитательная - стимулирование познавательной активности при обсуждении работы двигателя, используя компьютер; содействовать патриотическому воспитанию, напомнив о роли русских изобретателей в истории.

Развивающая - систематизировать знания учащихся по изученному материалу темы "Тепловые явления", анализ экологической опасности ДВС.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, презентация, модель ДВС, таблица.

Ход урока:

I этап.

Организационный момент.

</ Цель: подготовка учащихся к активному восприятию материала, заинтересованность учащихся.

Сегодня мы с вами продолжим изучать тепловые явления.

Прежде чем приступить к изучению нового материала, давайте вспомним, что вы изучали ранее.

В 7 клас­се мы изу­ча­ли раз­лич­ные виды энер­гии, в част­но­сти, рас­смат­ри­ва­ли по­тен­ци­аль­ную энер­гию и ки­не­ти­че­скую энер­гию. Далее, в 8 клас­се был изу­чен ещё один вид энер­гии - внут­рен­няя энер­гия.

Cкажите, пожалуйста, обладаете ли вы внутренней энергией? Откуда она в вас берется? На что вы ее расходуете?

II этап.

Актуализация знаний.

Цель: проверить уровень знаний, провести подготовку к изучению нового материала.

Если раньше мы говорили об изменении внутренней энергии путем теплообмена, то теперь более подробно рассмотрим вопрос об изменении внутренней энергии посредством совершения работы и о практическом использовании этого явления в тепловых двигателях.

Использовать внутреннюю энергию - это значит совершать за счет ее полезную работу.

Внут­рен­няя энер­гия лю­бо­го тела может быть за­па­се­на в таком ве­ще­стве, как топ­ли­во. Топ­ли­во может быть раз­ным: жид­ким, твер­дым, га­зо­об­раз­ным, но самая глав­ная его осо­бен­ность - при сжи­га­нии топ­ли­ва вы­де­ля­ет­ся тепло.

Вна­ча­ле рас­смот­рим сле­ду­ю­щий про­стой опыт. Возь­мём про­бир­ку, на­льём туда немно­го воды и за­ткнём её проб­кой. Затем нач­нём эту про­бир­ку на­гре­вать. Через неко­то­рое время пар, об­ра­зо­вав­ший­ся в этой про­бир­ке от за­ки­па­ю­щей жид­ко­сти, вы­толк­нет проб­ку на­ру­жу (рис.). Что же про­изо­шло?

Что вы увидели?

• За счет чего выскочила пробка?

Откройте учебник на стр. 52 и в третьем абзаце найдите ответ на вопрос.

Ответ: За счет давления пара.

• В какую энергию перешла энергия пара?

Ответ: Энергия топлива перешла во внутреннюю энергию пара, а пар, расширяясь, совершает работу - выталкивает пробку.

Если те­перь вме­сто про­бир­ки взять ме­тал­ли­че­ский ци­линдр, а вме­сто проб­ки - пор­шень, то по­лу­чит­ся про­стей­ший теп­ло­вой дви­га­тель.

Можно ли сказать, что пробирка с кипящей в ней водой и вылетающей пробкой, цилиндр с поршнем являются моделью теплового двигателя? Как вы думаете, где данное явление используется в технике?

Ответ: Да. Используется в работе тепловых двигателей. Вы правы.

В нашей жизни ис­поль­зу­ет­ся до­ста­точ­но боль­шое ко­ли­че­ство машин, и эти ма­ши­ны ис­поль­зу­ют раз­лич­ные виды энер­гии. Общей чер­той всех машин яв­ля­ет­ся то, что это устрой­ство, ко­то­рое пре­об­ра­зу­ет один вид энер­гии в дру­гой.

И тема сегодняшнего урока «Работа газа и пара при расширении. Двигатель внутреннего сгорания»

Теп­ло­вой дви­га­тель - это устрой­ство, ко­то­рое пре­об­ра­зу­ет внут­рен­нюю энер­гию топ­ли­ва в ме­ха­ни­че­скую ра­бо­ту.

Сообщение ученика (тепловой двигатель)

Зна­че­ние ме­ха­ни­че­ской ра­бо­ты в жизни че­ло­ве­ка пе­ре­оце­нить тя­же­ло: эта ра­бо­та опре­де­ля­ет дви­же­ние транс­пор­та, пе­ре­воз­ку и подъ­ём гру­зов и мно­гое дру­гое. За­да­ча любой ма­ши­ны - пре­об­ра­зо­вать энер­гию в эту ра­бо­ту.

Рас­смот­рим по­дроб­нее ис­то­рию со­зда­ния пер­вых машин. Че­ло­век давно за­ду­мы­вал­ся о том, как по­стро­ить со­от­вет­ству­ю­щие ма­ши­ны.

Пер­вым таким че­ло­ве­ком (по до­шед­шим до нас све­де­ни­ям) был Герон Алек­сан­дрий­ский, ин­же­нер-изоб­ре­та­тель, ко­то­рый жил в I (по неко­то­рым дан­ным, во II) нашей эры.

Он пер­вым со­здал свою зна­ме­ни­тую па­ро­вую ма­ши­ну, ко­то­рая на­зы­ва­ет­ся теп­ло­вой ма­ши­ной Ге­ро­на.

Прин­цип дей­ствия этой ма­ши­ны за­клю­чал­ся в сле­ду­ю­щем: в сосуд с от­вер­сти­я­ми на­ли­ва­лась вода и по­ме­ща­лась над огнем. Вода за­ки­па­ла, через от­вер­стия с боль­шой ско­ро­стью вы­ры­вал­ся пар, и часть, под­ве­шен­ная над огнем, на­чи­на­ла вра­щать­ся. Это и был про­об­раз пер­вой теп­ло­вой ма­ши­ны.

Пер­вый теп­ло­вой дви­га­тель, ко­то­рый ис­поль­зо­вал­ся в ра­бо­те (а не был де­мон­стра­ци­ей пре­вра­ще­ния внут­рен­ней энер­гии в ме­ха­ни­че­скую ра­бо­ту), был по­стро­ен в 1768 году в Ан­глии зна­ме­ни­тым ин­же­не­ром Джейм­сом Уат­том (Рис. 4) (в честь Уатта потом была на­зва­на еди­ни­ца мощ­но­сти).

Сообщение ученика о Джейм­се Уат­те

Прав­да, су­ще­ству­ет вер­сия, что на два года рань­ше Уатта в 1766 году на Бар­на­уль­ском за­во­де была из­го­тов­ле­на пер­вая па­ро­вая ма­ши­на в Рос­сии. Изоб­ре­та­те­лем этой ма­ши­ны был Иван Пол­зу­нов.

Сегодня на уроке мы с вами поговорим о тепловых двигателях, об их устройстве и принципе работы. Мальчишки в своей жизни уже, наверно, не раз ходили с папами в гараж. Но я думаю, что и девочкам знания о ТД будут полезны, так как сейчас все больше женщин садится за руль автомобиля.

III этап. Изучение новой темы

Цель: реализуются обучающие задачи урока, идёт активизация мыслительной и самостоятельной деятельности учащихся, воспитывается чувство уверенности в высказывании своего мнения.

Тепловой двигатель - это устройство, совершающее работу за счет тепловой энергии.

Тепловая машина - это тепловой двигатель, работающий циклично.

ДВС - очень распространенный вид ТД. ДВС работают на жидком топливе или горючем газе.

Какие виды жидкого топлива вы знаете?

Где сгорает топливо в этом двигателе?

Само название ДВС говорит о том, что топливо сгорает внутри самого двигателя - прямо в цилиндре. ДВС работают на жидком топливе (бензин, керосин) или на горючем газе.

ДВС - это двигатель, топливо в котором сгорает внутри самого двигателя.

Рассмотрим устройство ДВС на макете.

(вместе с учащимися рассматриваем интерактивную модель ДВС)

1 - впускной клапан

2 - выпускной клапан

3 - поршень

4 - шатун

5 - коленчатый вал

6 - свеча

5 - коленчатый вал

6 - свеча

Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень 3, соединенный при помощи шатуна 4 с коленчатым валом 5. На валу укреплен тяжелый маховик для уменьшения неравномерности вращения вала. В верхней части цилиндра имеются два клапана 1 и 2, которые при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через клапан 1 поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи 6, а через клапан 2 выпускаются отработавшие газы. В таких двигателях постоянно происходит сгорание горючей смеси (пары бензина и воздуха). При сгорании этой смеси образуются газы, температура которых порядка 1600-1800 ⁰С.

Первичное закрепление

Рассмотрим принцип работы ДВС на модели.

Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками.

Расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой, называется ходом поршня. Один рабочий цикл в двигателе происходит за 4 хода поршня или такта. Поэтому такие двигатели называются четырёхтактными. Рассмотрим более подробно каждый такт.

Учащиеся: пытаются сами объяснить работу двигателя в каждом такте.

Затем учитель ещё раз останавливается на этом, объясняя подробнее с использованием таблицы.

Учитель:

1такт- впуск: при повороте вала поршень опускается вниз. Объём над поршнем увеличивается, в цилиндре создается разрежение, клапан 1 открывается и в цилиндр входит горючая смесь. В конце такта цилиндр заполняется горючей смесью и клапан 1 закрывается.

2 такт- сжатие: при дальнейшем повороте вала поршень начинает двигаться вверх и сжимает горючую смесь, когда поршень доходит до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь возгорается от электрической искры и быстро сгорает.

3 такт- рабочий ход: образующиеся при сгорании смеси газы давят на поршень и он движется вниз. В этом случае двигатель совершает работу. Этот такт называется рабочим ходом.

Во 2 и 3 тактах оба клапана закрыты.

4 такт- в конце 3 такта клапан 2 открывается и через него продукты сгорания выходят в атмосферу. В течение такта поршень движется вверх. В конце такта клапан 2 закрывается.

Итак, цикл двигателя состоит из 4 тактов. Давайте вспомним их ещё раз.

Учащиеся: ещё раз называют названия тактов, затем их записывают в тетрадях. Записи тут же проверяются.

Виды двигателей внутреннего сгорания (сообщение ученика)

VI этап. Первичное закрепление

Цель: отработка, базовых знаний, выполнение заданий по образцу

Вызвать учащегося и на модели продемонстрировать устройство и такты ДВС.

VII этап.

Цель: изучить вредное воздействие ТД на окружающую среду, анализ экологической опасности ДВС.

Р.Рождественский дал очень точный и емкий образ нынешней действительности:

Аэродромы,

Пирсы и перроны,

Леса без птиц и земли без воды…

Все меньше - окружающей природы,

Все больше - окружающей среды.

Составлен рейтинг самых «грязных» автомобилей в мире, которые выбрасывают в атмосферу наибольшее количество вредных веществ.

И в этом списке сплошь и рядом дорогущие спортивные суперкары и лимузины. Именно они являются главными врагами чистого воздуха (компанию им составил огромный Hummer H2).

Если сейчас в среднем обычные легковушки выбрасывают в атмосферу 120-150 г/км вредных веществ, то у лидера списка Bugatti Veyron этот показатель намного больше. Его 1001-сильный мотор выкидывает на каждый пройденный километр сразу 571 г!

На втором месте идет Lamborghini Murcielago (495 г/км),

а замыкает это «грязную» тройку призеров Ferrari 599 GTB (490 г/км). Стоит отметить, что в списке присутствует сразу три Ferrari.

То есть именно эту итальянскую компанию можно назвать производителем самых «грязных» автомобилей в мире.

VIII этап. Мозговой штурм (контроль и коррекция)

Цели: контроль за усвоением знаний, умений и навыков.

Тест

IX этап. Домашнее задание.

Цель: подготовка учащихся на выполнение домашнего задания, развитие интереса к изучению физики.

• §§ 21, 22

• Какие экологические проблемы породили тепловые двигатели? Каковы пути их решения? (К чему приводит загрязнение почвы СО? СО₂? Свинцом? Сажей? NO₂?)

Учащиеся: записывают в дневники.

X этап. Подведение итогов.

Цель: воспитание интереса изучения физики.

Учитель: Хочется отметить, что научно-технический прогресс неуклонно совершенствует конструкции, технические характеристики автомобилей. Важным на современном этапе является создание новых экономичных и экологически чистых машин. Это - машины нового века, новых технологий. Это - машины будущего. Может быть кто-то из вас и будет изобретателем этих машин. Желаю вам в этом удачи.

Стихотворение Н. Аникина:

Если мы вредим природе,

Мы вредим самим себе.

С юных лет должны ребята

Все живое охранять.

Чтоб за страшную ошибку

На природу не пенять.

Лозунг жив еще в народе,

Повторяй его везде

Продлеваешь жизнь природе -

Продлеваешь жизнь себе.

5