Использование темы «Работа газа и пара при расширении. Двигатель внутренне го сгорания» из раздела 'Изменение агрегатных состояний вещества' для экологического образования.

Использование темы «Работа газа и пара при расширении.

Двигатель внутреннего сгорания» из раздела

"Изменение агрегатных состояний вещества" для экологического образования.

Автор: Калугина Любовь Ильинична

учитель физики, информатики

Альметьевский район

МБОУ «Сиренькинская СОШ»

Экологические проблемы важнейшие из мировых проблем человечества. От взаимоотношений с экологией зависит и нынешняя судьба каждого из нас. Бережное отношение к природе, экологическое сознание воспитывается в человеке с детства. Поэтому экологическое воспитание подрастающего поколения является одним из важнейших направлений в работе каждого учителя.

Целью экологического воспитания на уроках физики является воспитание у учащихся ответственного отношения к окружающей среде, воспитание личности, готовой к практической деятельности, к пропаганде экологических идей, к защите и улучшению окружающей среды.

Человек - часть природы, и её разрушение грозит ему множеством бед. В последние десятилетия деятельность человека оказывает огромное по масштабам и интенсивности воздействие на природную среду. Свидетельство тому - возникновение многих экологических проблем:

- изменение климата: глобальное потепление («парниковый эффект»); «озоновые дыры»; проблема чистой пресной воды; неблагополучные земли; кислотные осадки; сокращение разнообразия живой природы; утилизация отходов; экологическая безграмотность.

В курсе физики есть уроки, которые можно целиком посвятить изучению проблем экологии. Например, «Работа газа и пара при расширении. Двигатель внутреннего сгорания» из раздела "Изменение агрегатных состояний вещества".

Например.

Девиз: "Планета у нас только одна"

Цели урока:

• Образовательные: изучить устройство, принцип действия и назначение тепловых машин на примере двигателя внутреннего сгорания; познакомить учащихся с историей создания тепловых двигателей, рассмотреть применение закона сохранения и превращения энергии в тепловых двигателях; КПД тепловых двигателей; влияние работы тепловых машин на окружающую среду, экологическая цена автомобиля.

• Воспитательная: воспитывать личностные качества, стремление преодоления трудностей в процессе интеллектуальной деятельности, патриотические чувства за достижения в области физики, воспитывать сотрудничество, товарищество.

• Развивающая: развивать познавательную, регулятивную, коммуникативную деятельность; научить рассчитывать КПД машины, систематизировать физические формулы для нахождения количество теплоты при тепловых явлениях, умение читать графики, развивать навыки решения задач и грамотное оформления задач для сдачи ОГЭ, способствовать умение слушать и понимать сказанное, умение сделать связанный рассказ и выделить существенное.

В ходе урока можно использовать следующие элементы экологического воспитания

Учитель: Мы живём в век научно-технического прогресса, в век когда уровень жизни каждого человека зависит от достижений науки и техники. Мы же сейчас не можем представить наш мир без техники или без машин. А если попробовать?

- А как раньше люди обходились без машины? Как перевозили грузы, поднимали тяжесть или на чем ездили?

Послушаем, что об этом расскажут нам ребята. Ответы учащихся.

Учащиеся свои наблюдения записывают в тетрадях в виде схемы:

Учитель подводит учащихся к формулировке темы урока. Просит сформулировать и записать в тетрадях. «Работа газа и пара при расширении»

Учитель: Ребята, мы сегодня с вами находимся в научно-исследовательском центре. Перед нами стоит задача создать автомобили высочайшего качества. Наша концепция "Нулевые выбросы" и "Увеличить комфорт до максимума". Это означает, что наш центр должен стремиться к ликвидации негативного воздействия на окружающую среду, в то же время добиваться максимума во всем, комфорта и удовольствия. Найти новые источники энергии для работы машин. Разработки по увеличению КПД машины. Мы будем решать эти задачи совместно. Каждый из вас должен сдать проект (проектный продукт - лист самоконтроля знаний) работы в конце урока. Но для этого нам необходимо систематизировать знания, полученные на предыдущих уроках. Работа творческая. Желаю удачи.

Важная работа для всех учащихся. Решение задач. Нахождение КПД двигателя.

Изучение нового материала. «Устройство и принцип действия ДВС. КПД тепловых двигателей» Презентация.

Ученики, знакомят с хронологией создания тепловых двигателей через презентацию. Защита мини-проекта учащимися. Группа учащихся заранее приготовили мини проекты. Первые тепловые двигатели. Выступают ученики

1. До конца 17 начала 18 века человек не построил никаких двигателей. Кроме ветряного и водяного колеса. Рождение тепловых двигателей было нелегким. Много изобретателей в разных странах работали над их созданием, много было побед и разочарований. Каждый из них внес труд в создании новых двигателей, появление которых совершило целый переворот в жизни человека.

2. 1760 год. Русский изобретатель Иван Ползунов создал проект 1-го универсального парового двигателя.

3. 1770 год. Английский механик Джеймс Уатт работал над усовершенствованием паровой машины. Уатт сделал машину экономичнее: меньше требовалось пара, меньше расходовалось топливо. Французский инженер Ж.Кюньо построил первую самодвижущуюся тележку для перевозки тяжёлых орудий. КПД был очень мал 3%.

4. 1803 год. Англичанин Ричард Тревитик создал первый паровоз со скоростью 30 км/ч. Господствовало убеждение, что паровоз не сможет тянуть состав.

5. 1823 год. Английский инженер Д.Стефенсон построил 1 паровозостроительный завод. Имели скорость 50 км/ч.

6. 1834 год. В России первый паровоз изобрели и построили мастера Черепановы. Лишь к середине 20 в. на смену паровозам стали приходить электровозы и тепловозы.

7. 1860 год. Француз Э. Ленуар, построил устройство, в котором горючее сжигалось внутри самого устройства. КПД=3%.

8. 1878 год. Немецкий изобретатель ОТТО создал 4-тактный двигатель внутреннего сгорания.

9. 1888 год. Автомобили с ДВС создали немецкий инженер Даймлер и Бенц. Бензиновый двигатель с карбюратором, КПД=25-32%

10. 1897 год. Немецкий инженер Р.Дизель изобрёл двигатель без карбюратора. В тракторах, большегрузных машинах, на кораблях, передвижных электростанциях. КПД=35-44%.

11. 1903 год. Г.Форд основатель автомобилей марки "Форд".

12. 1939 год. К. Тойода основатель автомобилей марки "Тойота"

13. 1969 год. Выпуск КАМАЗА в Татарстане г. Набережные Челны. Мы должны гордиться за достижения в области автомобилестроения у нас на родной земле.

РАБОТА ГАЗА И ПАРА ПРИ РАСШИРЕНИИ

Пар или газ, расширяясь, может совершить работу.
При этом внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию.
Устройства, в которых внутренняя энергия пара или газа (рабочего тела) превращается в механическую энергию, называются тепловыми двигателями.

ДАВНЫМ - ДАВНО ...

Две с лишним тысячи лет тому назад, в 3 веке до нашей эры, великий греческий математик и механик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Рисунки пушки Архимеда были найдены позднее 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.

В настоящее время подавляющее большинство работающих на Земле двигателей - тепловые.

Применение ДВС в автомобилях.

Экологическая цена автомобиля. Выступают ученики.

На протяжении всего 20 в. производство автомобилей стремительно возросло. К 2014 году число автомобилей достиг миллиардной отметки. Такое распространение автомобилей получил благодаря качествам установленного на нём двигателя. При небольшой массе он развивает мощность, достаточную для быстрой езды, потребляя при этом топливо.

В цилиндрах двигателя происходит окисление мелко распылённого и испарённого топлива кислородом воздуха с образованием тепла, углекислого газа и воды. Продукты его неполного сгорания выбрасываются из выхлопной трубы в атмосферу, что это причиняет ощутимый вред здоровью людей и природе. Среди множества различных газов и химических соединений, выбрасываемых автомобилем, есть и токсичные вещества. Больше выделяется СО, СН, NO, сажа, SO2, свинец. Количество вредных выбросов зависит и от технического состояния автомобиля. Нарушение регулировок, мелкие неисправности приводят к повышенному выбросу вредных веществ. По всей России выброс вредных веществ автомобилями к 2014 г. составил 20 млн. т.

C + O₂ = CO₂; CO₂ + H ₂ O = H ₂CO ₃ - кислотные дожди.

Новые технологии. Ученик.

1.Чтобы остановить загрязнение окружающей среды, необходимо вводить новые виды топлива. Можно использовать в качестве топлива водород, обеспечивающий очень чистый выхлоп. Однако пока не удаётся создавать дешёвые и безопасные системы образования и хранения водорода на борту автомобиля. 2 Н ₂ + O ₂ = 2H ₂ O Уравнения химической реакции. Горение водорода.

2.Значительный интерес представляют электрические двигатели, использующие аккумуляторные батареи и электротехнические генераторы. При проектировании новых автомобилей необходимо думать и о том, как утилизировать их остатки. Исключать применение материалов, которые попадая на свалки, будут загрязнять окружающую среду.

3.Использование энергии солнца на Земле. Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах. Физика 8 кл. стр.181-183.

4.Совершенствование продукции и технологии.

Применение знаний и умений в новой ситуации.

Решение задач по КПД. Задача №1140

Первый гусеничный трактор конструкции А.Ф.Блинова, 1888 г., имел два паровых двигателя. За 2 ч. он расходовал 10 кг топлива, у которого удельная теплота сгорания равна 30.10⁶ Дж/кг. Вычислите КПД трактора, если мощность двигателя его была равна около 1,5 кВт.

В конце урока ученики сдают работы на оценку. Но сначала проверяют друг у друга.

Список литературы

1. Перышкин А. В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.

2. Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. - М.: Мнемозина. 2012.

3. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. - М.: Просвещение. 2009.

Список литературы для учащихся.

1. Перышкин А. В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.

2. Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник задач по физике. 24-издание. Москва «Просвещение» 2012.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Лист самоконтроля знаний

1. Работа по карточкам на месте (дописать фразу):

К1

а) переход вещества из твердого состояния в жидкое называют .плавление..

б) температура, при которой вещество плавится, называют..температурой плавления.

в) переход вещества из жидкого состояния в твердое называют .отвердеванием..

К2

а) температуру, при котором вещество отвердевает, называют..температурой отвердевания или крсталлизации.

б) физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы при температуре плавления полностью перевести его в жидкое состояние, называется..удельной теплотой плавления.

в) при температуре плавления внутренняя энергия вещества в жидком состояние больше внутренней энергии такой же массы вещества в твердом состоянии;

К3

а) средняя кинетическая энергия и скорость молекул в охлажденном расплавленном веществе .уменьшается..

б) явление превращения жидкости в пар называется .праообразоваием..

в) парообразование, происходящее с поверхности жидкости называется.испарением..

К4

а) пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется..насыщенным паром.

б) пар, не находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется..ненасыщенным паром.

в) явление превращения пара в жидкость называется..конденсацией.

K5

а) интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре, называют..кипением.

б) температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становился насыщенным, называется точкой росы...

в) физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо, чтобы обратить жидкость массой 1 кг в пар без изменения температуры, называется ..удельной теплотой парообразования.

Физический диктант.

масса; (m), (кг)

количество теплоты; (Q), (Дж)

энергия; (Е), (Дж)

температура; (t), (°C )

удельная теплоемкость; (с), (Дж/ кг х°С)

удельная теплота плавления; (Дж/кг)

удельная теплота парообразования; (L), (Дж/кг)

удельная теплота сгорания; (q), (Дж/кг)

относительная влажность воздуха; (?)

(в конце диктанта дети проверяют друг у друга работы и ставят оценки)

Работа по карточкам всем классом (по формулам).

К1 - расчет количества теплоты, необходимого при нагревании тела или выделяемого им при охлаждении? (Q = с х m x (t2 - t1))

К2 - расчет количества теплоты, выделяемое при сгорании топлива? (Q = q x m)

К3- расчет количества теплоты, необходимое для плавления кристаллического тела, взятого при его температуре плавления и нормальном атмосферном давлении? (Q = λ х m)

К4 - расчет количества теплоты, необходимого для превращения в пар жидкости любой массы, взятой при температуре кипения? (Q = L x m)

Одновременно учащиеся работают с индивидуальными карточками (вместо точек поставить физические величины):

(Q = ..c. х m х (t2 - t1)) - количества теплоты, необходимого при нагревании тела или выделяемого им при охлаждении;

(Q = q х m...) - количества теплоты, выделяемое при сгорании топлива;

(Q = .λ.. х m) - количество теплоты, необходимое для плавления;

(Q = L х .m..) - расчет количества теплоты, необходимого для превращения в пар жидкости любой массы, взятой при температуре кипения.

Задача из ОГЭ. Каков КПД теплового двигателя, если рабочее тело, получив от нагревателя количество теплоты 1,6 МДж, совершило работу 400 кДж? Какое количество теплоты передано холодильнику?

Используем формулу КПД и полезной работы теплового двигателя.