МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
АВТОНОМНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ
«АМУРСКИЙТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»
(ГПОАУАТК)
План– конспект
открытогоурока по общеобразовательной учебной дисциплине «Физика».
Темаурока: «Тепловые двигатели. Принцип действия тепловыхдвигателей. КПД тепловых двигателей»
Разработала: Монашова Елена Федоровна
Свободный
2023г.
Тема«Тепловые двигатели. Принцип действиятепловых двигателей. КПД тепловых двигателей».
Цельурока: — создать условия для формирования понятия«тепловой двигатель», изучения его принципа действия, формированияпредставлений о применении тепловых двигателей в технике;
— вычислять значения КПД теплового двигателя в конкретныхситуациях;
-способствовать развитию знаний обучающихся по теме «Основы термодинамики».
Ход урока:
1.Организационныймомент.
2.Актуализация:(показ слайдов).
Комментариии вопросы преподавателя:
1) Наслайде изображены различные технические устройства: автокран, автомобиль,трактор, самолет, ракета и т.п. Что у них общее?
Ответ:Двигатель.
2) Длячего человеку нужны двигатели?
Ответ:Двигатели создают движение, т.е. совершают работу.
Двигателипозволяют человеку быстро перемещаться на земле, на воде и в воздухе, подниматьи перевозить тяжелые грузы, пахать, косить, пилить и т.д. Двигатели берутзначительную часть работы человека на себя.
3) Чтоже такое двигатель? Прочитаем определение двигателя, даваемое вэнциклопедическом словаре:
Дви́гатель(нем. Motor) — устройство, преобразующее какой-либо видэнергии в механическую работу.
4) Наслайде изображена ветряная мельница. Можно ли её считать двигателем? Какиепреобразования энергии происходят?
Ответ:Ветряная мельница – это двигатель. Энергия ветра преобразуется в механическуюработу, т.е. вращение крыльев.
5) Наслайде изображено огнестрельное оружие – пушка. Можно ли её считать двигателем?Какие преобразования энергии происходят?
Ответ:Пушка – это двигатель. В пушке сгорает порох. Энергия пороховых газовпреобразуется в механическое движение ядра.
Преподаватель: Сегодняна уроке мы будем рассматривать двигатели, подобные пушке. Это самыйраспространенный вид двигателей — тепловые двигатели. Тепловые двигатели используютэнергию топлива.
3.Темаурока:«Тепловые двигатели. Принцип действия тепловых двигателей. КПД тепловыхдвигателей»(объявляет преподаватель).
4.Целеполагание:
Преподаватель:На какие вопросы мы должны ответить, изучая тему «Тепловые двигатели»?
Ответыобучающихся:
-что такое тепловой двигатель;
-принцип действия;
-КПД теплового двигателя;
-примеры и применение;
— тепловой двигатель и охрана окружающей среды.
5.Изучениенового материала:
Приизучении нового материала используются слайды.
Преподаватель:Что такое тепловые двигатели?
Ответ:Это устройства, преобразующие внутреннюю энергию топлива в механическуюработу.
Преподаватель:Приведите примеры современных тепловых двигателей.
Ответ:паровая машина, ДВС, паровые и газовые турбины, реактивный двигатель.
Проблематизация:
Преподаватель:В нашем распоряжении: пробирка, пробка, спиртовка, штатив, стакан с водой.Создайте простейший тепловой двигатель.
Ответ: Впробирку налить воды, закрыть пробкой. Закрепить пробирку в штативе. Нагреватьводу спиртовкой. Пробка вылетит.
Преподаватель:Данный тепловой двигатель является одноразовым (демонстрация слайда).
Вреальных двигателях осуществляется замкнутый процесс (цикл).
Преподаватель:Как можно усовершенствовать одноразовый двигатель, чтобы он мог работать циклично?
Ответ:Заменить пробирку на металлический цилиндр. В цилиндр вставить поршень.
Преподаватель:Как можно заставить поршень совершать возвратно – поступательное движение?
Ответ:Периодически нагревать и охлаждать газ в цилиндре.
Преподавательдемонстрирует слайд, иллюстрирующий замкнутый цикл.
Преподаватель:Перейдем к рассмотрению вопроса «Принцип действия теплового двигателя.
Объяснениепреподавателя:
Любойтепловой двигатель состоит из трех основных частей:
1. Нагреватель– тело с высокой температурой ( топливо).
Q1– количество теплоты, которое выделяется при сгорании топлива.
T1 –температура нагревателя.
2. Рабочее тело– газ, пар.
3. Охладитель (холодильник)– тело с низкой температурой (воздух, вода).
Q2– количество теплоты, которое передается холодильнику.
T2– температура холодильника.
Аполезная – этомеханическая работа, ради которой создан двигатель.
Выполняетсярисунок на доске:
Запишем,применительно к тепловому двигателю, закон сохранения энергии:
Q1= Аполезная + Q2Отсюда:Аполезная = Q1 — Q2
Приведемпример работы теплового двигателя: демонстрируется модель ДВС и таблица«Четырехтактный ДВС». Обучащимся предлагается вспомнить, какие этапыосуществляются при работе ДВС.
Преподаватель: Рассмотрим вопрос «КПД теплового двигателя»
h— коэффициент полезного действия теплового двигателя.
h= 
h= 
hmax= 
h<h <100%.
Преподаватель:Впервые максимально возможный КПД теплового двигателя вычислил французскийинженер и ученый Сади Карно в труде « Размышления о движущей силе огня имашинах, способных развивать эту силу», 19 век. Сади Карно на тот момент было28 лет. Карно разработал такой цикл работы теплового двигателя, при которомбудет достигаться максимально возможный КПД.
Преподавательдемонстрирует таблицу: «КПД тепловых двигателей».
КПДтепловых двигателей
|
Двигатель |
КПД ,% |
|
Паровая машина |
3-15 |
|
Паровоз |
8 |
|
Карбюраторный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) |
30 |
|
Дизельный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) |
40 |
|
Газовая турбина |
30 |
|
Паровая турбина |
40 |
|
Реактивный двигатель |
30 |
Преподаватель: КПД бензинового ДВС равен 30%.Что это означает?
6.Закрепление.
Задание1: Решение задач с выбором ответов поматериалам учебника (Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский, Физика -10. §88).
(удоски разбор задач № 2, №5):
Задача №2. Рабочее тело тепловой машины получило количество теплоты, равное 70 кДж. Приэтом холодильнику было передано количество теплоты, равное 52,5 кДж. Чему равенКПД такой машины?
Ответ:25%
Задача №5. Горячийпар поступает в турбину при температуре 500°С, а выходит из нее притемпературе 30°С.Чему равен КПД турбины?
Ответ:61%
Вопроспреподавателя: Какие экологические проблемы связаны смассовым использованием тепловых двигателей?
Заслушиваютсявозможные ответы обучающихся.
Задание2: Посмотреть презентацию «Виды и применение тепловых двигателей». (Обучающиесядемонстрируют заранее подготовленную презентацию.
Задание№3: Прочитать материал «Охрана окружающей среды».
Краткосформулировать и выписать в тетрадь основные экологические проблемы.
Ответ:-уменьшение содержания кислорода в воздухе;
— загрязнение атмосферы продуктами сгорания топлива;
-повышение содержания углекислого газа, «парниковый эффект», нарушениетеплового баланса;
-использование пресной воды для охлаждения двигателей, её «тепловоезагрязнение».
Задание4: Скоростной опрос по пройденной теме «Лучшевсех» (какой ряд даст больше правильных ответов)
Вопросы:
1.Какоеустройство называют тепловым двигателем?
2.Приведитепримеры тепловых двигателей.
3.Из каких элементов состоит тепловой двигатель?
4.Каковароль нагревателя?
5.Каковароль рабочего тела?
6.Какова роль холодильника?
7.Чтоназывают коэффициентом полезного действия теплового двигателя?
8.КПД дизельного двигателя 40 %. Что это означает?
9.Где применяются тепловые двигатели?
10.Назовите имена создателей первых тепловых двигателей.
11.В чем состоит отрицательное воздействие тепловых двигателей на окружающуюсреду?
12.Какиеметоды защиты окружающей среды используют в настоящее время?
Ответ:
-обеспечениеболее полного сгорания топлива;
-использованиеочистительных фильтров;
-поиск и применение чистого горючего (водород (выхлопные газы состоят избезвредных паров воды), спирты, очищенный природный газ);
-использование альтернативных источников энергии (ветер, солнечное излучение,ядерная энергия).
8.Рефлексия:
Оценисебя сам: была ли достигнута цель урока?
(Студентампредлагается провести самооценку усвоения материала, изученного на уроке.)
|
Основные вопросы: |
Самооценка |
|
что такое тепловой двигатель |
|
|
принцип действия теплового двигателя |
|
|
КПД теплового двигателя |
|
|
примеры и применение |
|
|
тепловой двигатель и охрана окружающей среды |
|
Преподавательвыставляет оценки за работу на уроке.
9.Домашнее задание.
Г.Я.Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский, Физика -10. §88.
Ответитьна вопрос: Как можно повысить КПД теплового двигателя?
Решитьзадачу : t1 =600°С, t2 = — 40°С,определить КПД теплового двигателя.
Применениетепловых двигателей.
(текстдля озвучивания презентации)
1) Тепловые двигатели появились в начале18 века, в период интенсивного развития промышленности.
Паровая машина – это тепловой двигатель, в которомэнергия горячего водяного пара преобразуется в движение поршня, а тот, в своюочередь, вращает вал.
В России первая паровая машина былапостроена по проекту механика Ивана Ивановича Ползунова. Проработала машина всего два месяца. Из-за поломки она пересталадействовать, и была демонтирована.
Изобретателем первой паровой машины считается английский изобретатель ДжеймсУатт. Его машина нашла широкое применение в промышленности и на транспорте.В честь этого человека названа единица мощности Ватт.
Паровые машины устанавливались на паровых повозках, пароходах и паровозах.
В России первый паровоз был построен крепостными мастерами- самоучками отцом исыном Черепановыми.
Двигатель внутреннего сгорания —разновидность теплового двигателя, в котором топливная смесь сгораетнепосредственно в рабочей камере внутри двигателя.
Различают карбюраторные (бензиновые) и дизельные двигатели внутреннегосгорания.
Они устанавливаются на автомобилях, автобусах, мотоциклах. Широко применяются встроительной и сельскохозяйственной технике (бульдозеры, экскаваторы, тракторы,комбайны), на воздушном транспорте (самолеты, вертолеты), в военной технике.
Паровая(газовая) турби́на –это тепловой двигатель, в котором пар (газ) давит налопатки и вращает вал.
Первую в мире газовую турбинусконструировал русский инженер и изобретатель Павел Дмитриевич Кузьминский.
Паровые и газовые турбины применяются на электростанциях для полученияэлектрического тока. Они вращают ротор генератора тока.
Турбовинтовые двигатели применяются на водном и воздушномтранспорте.
Реактивныйдвигатель – это тепловой двигатель, из которого с большой скоростью выбрасывается горячий газ, создавая силутяги, направленную в противоположную сторону.
Реактивныедвигатели подразделяются на воздушно- реактивные и ракетные двигатели.
Воздушно- реактивные двигатели пропускают через себя атмосферный воздух. Ониустанавливаются на крылатых ракетах и реактивных самолетах.
Ракетныедвигатели не используют атмосферный воздух.
Конструкциюкосмической ракеты с жидкостным реактивным двигателем впервые предложил русский учёный-самоучка КонстантинЭдуардович Циолковский.
