Конспект урока по физике для 10 класс

Разработка урока по физике в 10 классе по теме

« Тепловые двигатели и проблемы экологии»

Эпиграф к уроку:

« Или люди сделают так, чтобы в

воздухе стало меньше дыма,

или дым сделает так,

что на Земле станет меньше людей .»

Задачи урока:

• Систематизация знаний о принципах действия двигателей внутреннего сгорания (карбюраторных и дизельных)

• Систематизация знаний о видах топлива и физико - химических процессах в природе

• Развитие способности учащихся анализировать ситуации, связанные с охраной природы

• Воспитание бережного и разумного отношения к окружающей среде.

Ход урока:

1. Объяснение нового материала.

Из истории создания тепловых двигателей.

----- рассказ учителя истории.

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

Что представляет собой тепловой двигатель? Из чего он состоит?

------- рассказ 1 -го учащегося.

Тепловой двигатель состоит из 3- основных элементов.

• Нагревателя

• Рабочего тела

• Холодильника

Рабочим телом служит газ или пар.

Рабоч.телоРабочее тело получает от нагревателя Q₁ и

нагревается при этом до Т₁

Нагретый пар (газ) расширяясь, совершает работу

( толкает поршень). Газ при этом охлаждается.

Но не все количество теплоты , полученное от

нагревателя, идет на совершение работы.

Часть теплоты передается холодильнику вместе с

отработанным паром или выхлопными газами.

Холодильником служит окружающая среда или специальные устройства для охлаждения.

Отдавая холодильнику Q₂ рабочее тело охлаждается до Т_2.

Величина совершенной работы равна разности Q₁ - Q₂

Учитель:

А почему газ не может затратить на совершение работы все количество теплоты, полученное от нагревателя?

Ответ:

Это связано с тем, что тепловой двигатель должен работать циклически. А для совершения каждого следующего цикла необходимо путем сжатия вернуть газ в исходное состояние. При сжатии над газом совершается работа. При расширении газ сам совершает работу. Если эти работы равны, то суммарная работа за цикл равна нулю.

Следовательно, что для совершения полезной работы необходимо. Чтобы работа, затраченная на сжатие газа, должна быть по величине меньше работы, совершаемой им при расширении. Для этого нужно , чтобы каждому значению объема при сжатии соответствовало меньшее давление, чем при расширении. Давление газа при одном и том же объеме тем меньше, чем ниже его температура. Поэтому газ перед сжатием надо охладить.

Учитель:

Какими техническими недостатками обладают тепловые двигатели?

Ответ:

Одним из недостатков является их низский к.п. д.

Еще С. Карно показал, что к.п.д. идеальной тепловой машины равен

К.п.д. = ( Т₁ - Т₂ ) / Т₁ = 1 - Т₂ / Т₁

Видно ,что к.п.д. тем выше ,чем ниже температура холодильника, и чем выше температура нагревателя. Поэтому для повышения к.п.д. необходимо просто увеличивать Т₁ и уменьшать Т₂ , при Т₂ = О к.п.д = 1.

Но на самом деле повысить таким способом к.п.д. нельзя. А почему?

Ответ:

Мы не можем как угодно понижать температуру холодильника ( так как им служит окружающая среда )

Повышать температуру нагревателя тоже можно лишь до определенных пределов, так как жаропрочность любого материала ограничена.

Учитель:

Есть только один путь повышения к.п.д. реальной тепловой машины. Это увеличить полноту сгорания топлива.

Учитель :

А какие виды топлива вы знаете? А что является топливом для теплового двигателя?

Ответ:

Бензин.

Учащиеся :

Так топливо для двигателя внутреннего сгорания получают из нефти. Карбюраторные двигатели работают на ее легкой фракции - бензине ( смеси углеводородов )

Каждая марка бензина характеризуется своим октановым числом.

( А- 72, А - 76, А - 92, А - 95)

Это число определяет детонационную стойкость бензина.

Учитель:

( запишите определение детонации в тетрадь из словаря )

Детонационную стойкость бензина повышают, подвергая его изомеризации, реформингу или добавляя антидетонатор ( и тем самым получают этилированный бензин)

Но такой бензин очень ядовит, действует на нервную систему, вызывает тяжелые хронические заболевания.

Вообще какое воздействие оказывают на организм человека вредные выбросы, образующиеся в результате работы тепловых двигателей.

Учитель биологии:

Наибольшему загрязнению подвергается воздушный бассеин Земли. Так, твердые частицы пыли и сажи , приводят к запылению воздуха, что повышает отражательную способность атмосферы и становится причиной заметных изменений погоды. ( похолодания), более частых дождей и туманов.

Эти частицы загрязняют листовую поверхность растений , нарушая их нормальное функционирование.

Выбросы сернистого газа и оксидов азота являются причиной образования кислотных дождей.

Кислотные дожди приводят к гибели сельскохозяйственные культуры, леса, оказывают отрицательное воздействие на пресные водоемы, вызывая гибель рыб, птиц, животных суши.

Выбросы углеводородов приводят к образованию фотохимического смога.

При работе тепловых двигателей выделяется углекислый газ. Присутствие этого газа в атмосфере вместе с парами воды приводит к так называемому парниковому эффекту, который состоит в следующем.

Атмосфера пропускает видимое солнечное излучение , которое поглощается поверхностью Земли.

Нагретая Земля испускает невидимое инфракрасное излучение, которое в значительной степени поглощается углекислым газом, содержащимся в атмосфере.

По оценкам , температура на поверхности Земли благодаря парниковому эффекту повысилась на 35⁰С.

Дальнейшее увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере Земли приведет к повышению средней температуры всей планеты.

Есть еще одна причина , по которой средняя температура на планете может возрасти. Мы знаем, что работа теплового двигателя не может быть осуществлена без отвода в окружающую среду некоторого количества теплоты, что также приводит к постепенному повышению средней температуры на планете.

А вы скажите , что плохова в том ,что на Земле станет теплее?

Потепление грозит большими бедствиями.

• Растают материковые льды Антрактиды и Гренландии, что вызовет подъем уровня Мирового океана. А это всвою очередь затопление сельхоз. угодий , населенных пунктов.

Учитель:

Хочется обратиться к словам , написанным на доске (эпиграф к уроку)

Так что же вы сегодня ребята предложите для решения этих экологических проблем?

Учащиеся:

1. Для уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу необходимо использовать очистительные фильтры.

2. Использовать в качестве горючего водородное топливо.

Учитель:

Действительно, для его получения можно использовать обычную воду.

На это указывал еще Ж. Верн в своем романе « Таинственный остров»

Водород - самый распространенный элемент во Вселенной. На Земле его в 100 тысяч раз больше, чем каменного угля. Не ядовит. При сгорании 1 моля водорода выделяется тепла в 3 раза больше, чем при сгорании такого же количества бензина.

Водород - топливо будущего.

Везде пути открыты водороду,

Горючим стать имею все права,

Не гибла бы от дыма вся природа,

Зеленая прекрасная трава.

3. Переход на использование электромобилей.

Преимущества электромобиля несомненны. Во - первых, он экологически чист. Во - вторых , исключается использование нефти, а сжигать нефть - как отмечал еще Д, И. Менделеев, все равно ,что топить печь ассигнациями.

4)Использование спирта в качестве топлива.

Как это сделала Бразилия. Уже в середине 80- годов производство спирта из сахарного тростника достигло там 11 млрд. литров в год.

Этого количества достаточно , чтобы обеспечить горючим 5 млн. автомобилей.

5)Использовать бионефть в качестве горючего. А что это такое? - скажите вы ребята.

Некоторые виды растений вырабатывают в своих тканях горючие углеводороды, по составу похожие на те, которые содержатся в нефти.

На Филлипинах , например, нашли дерево, которое местные жители называют ханга. Его орехи содержат масло, по своему составу почти совпадающее с нефтью.

Во время 2 Мировой войны японцы заправляли двигатели танков маслом, выжитым из этих орехов.

В Амазонии нашли дерево- капаибу (высота его равна 30 метров). Изодного надреза на стволе этого дерева может за час натечь около 20 литров отличного дизельного топлива.

Самым перспективным является обычный сорняк, называемый сусликовым деревом. По расчетам, с 1га. засеянного этим деревом можно получить 1,5 тысяч литров бионефти. Однако, бионефтью топливную проблему не решить. Только одни автомобили « выпивают» более 5 млрд. литров в сутки.

« Все мы, ныне живущие, в ответе за природу перед потомками»

Состав отработанных газов карбюраторных двигателей.

Токсичность

N₂

-

H₂ O

-

O₂

-

CO₂

-

CO

+

NO

+

SO₂

+

Парафины

+

Ароматические соединения

+

Сажа

+

Бензопирен

+

Свинец

+

CO₂- является причиной аксселерации.

Учащиеся:

Так рост солдат 18 века оказался на 20 см. меньше, чем у современных призывников. Результаты исследования показывают, что аксселерация больше свойственна детям из городов, чем из деревни.

Так по данным 1900 г. Объем грудной клетки у городских детей достигал объем головы в годовалом возрасте, а в 1967г. - уже в 2-3 месячном . Усиление дыхательного процесса, способствует быстрому росту грудной клетки и ускорению развития всего организма в целом.

В то же время повышенное содержание CO₂ приводит к более быстрому прекращению роста человека за счет образования карбоната кальция. Так , если в 1900 г. Этот процесс заканчивался к 26 годам, то сейчас к 18 -19 годам. Поскольку в городах основным поставщиком CO₂ является автотранспорт, то не исключено, что акселерация вызвана ростом автомобильного парка.

Тест по теме « Тепловые двигатели»

1. Какой из названных ниже механизмов является неотъемлемой частью любого теплового двигателя?

А) цилиндр В) нагреватель

Б) турбина Г) поршень

2. Тепловой двигатель за цикл получает от нагревателя 200 Дж и отдает холодильнику 150 Дж. Чему равен к.п.д. двигателя?

А) 25% Б) 33% В) 67% Г) 75 %

3.Чему равно максимальное значение к.п.д. , которое может иметь тепловой двигатель с температурой нагревателя 527⁰ С и температурой холодильника 27⁰ С?

А) 95% Б) 62,5% В) 37,5 % Г) 5 %

4. На диаграмме P - V изображен термодинамический цикл. Чему равна полезная работа, совершенная газом за цикл?

А) 100 Дж Б) 200 Дж

В) 600 Дж Г) 300 Дж

P, 10⁵ Па

5. Температуру нагревателя и холодильника теплового двигателя повысили на одинаковое количество градусов . Как при этом изменился к.п.д. двигателя?

А) увеличится Б) уменьшится В) не изменится Г) ответ неоднозначен