Тема урока:
«Тепловые двигатели и охрана окружающей среды»
Цели урока:
Образовательная
- рассмотреть физические принципы работы тепловых двигателей;
- выяснить роль тепловых двигателей в жизни мирового сообщества;
Развивающиая
- совершенствовать интеллектуальные способности и мыслительные умения учащихся;
- формировать представление о процессе научного познания;
Воспитательная
- прививать культуру умственного труда;
- раскрыть сущность экологических проблем и убедить учащихся в жизненной важности бережного отношения к окружающей нас природе.
Тип урока:
урок усвоения новых знаний.
Оборудование:
пробирка, пробка, вода, макеты двигателя внутреннего сгорания, экологические таблицы.
Ход урока
Организационный момент
Подготовка к усвоению нового материала
Задачи: организовать и целенаправить познавательную деятельность учащихся
а) мотивация
Мощный расцвет промышленности в XIX в был связан с изобретением первого теплового двигателя внутреннего сгорания послужило базой для развития автомобильного транспорта.
(Слайд 1)
(запись в тетради)
Тема нашего урока – тепловые двигатели и охрана окружающей среды
б) формулировка цели урока.
Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Все они при работе выделяют большое количество теплоты и выбрасывают в атмосферу вредные для растений и животных химические соединения. Это ставит серьезные проблемы охраны окружающей среды.
(Слайд 2)
Наша цель - раскрыть сущность экологических проблем; научить видеть физику в окружающем мире.
Актуализация опорных знаний учащихся
Задачи: повторить и углубить знания, необходимые для усвоения нового материала; прием обучения – эвристическая беседа
Изучение нового материала
Экспериментальное задание
Нальем в пробирку немного воды, затем плотно закроем ее пробкой нагреем воду до кипения. Под давлением образовавшегося пара пробка выскочит и поднимается вверх. Сначала в этом опыте энергия топлива перешла во внутреннюю энергию. Затем пар, расширяясь, совершил работу – поднял пробку. Если мы заменим пробирку прочным металлическим цилиндром, а пробку – поршнем, способным двигаться внутри цилиндра, то получим простейший тепловой двигатель.
(запись в тетради)
Тепловыми двигателями называют машины, преобразующие внутреннюю энергию топлива в механическую.
Существует разные виды тепловых двигателей:
(Слайд 3)
Различные по конструкции и назначению паровые машины разработали: Т.Севери (англичанин), Т.Ньюкомен (англичанин), Д. Папен (француз), И.И. Ползунов (русский), Д.Уатт (англичанин).
Большое значение для развития науки и техники имело изобретение Уатта, которое совпало по времени с бурным развитием промышленности в Англии. Изобретение паровой машины сыграло огромную роль в переходе к машинному производству.
(Слайд 4)
Двигатель внутреннего сгорания был изобретен в 1860 г, французским механиком Э.Ленуаром. Свое название он получил из – за того, что топливо в нем сжигалось внутри цилиндра двигателя.
(Слайд 5)
Наибольшее распространение получил четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, сконструированный в 1878 г. немецким изобретателем Н.Отто
(Слайд 6)
(запись в тетради)
Каждый рабочий цикл этого двигателя включал в себя четыре такта:
-впуск горючей смеси,
-ее сжатие,
-рабочий ход,
-выпуск продуктов сгорания.
Отсюда и название двигателя – четырехтактный.
(Слайд 7)
I такт – выпуск. Открывается впускной клапан, поршень движется вниз, рабочая смесь занимает весь объем цилиндра.
II такт – сжатие. Клапаны закрыты. Поршень движется, рабочая смесь сжимается, и при минимальной рабочей смеси происходит воспламенение от искры.
III такт – рабочий ход. При сгорании рабочей смеси давление газов составляет 5-7 мПа, а Температура 1500 - 2200ºС. Поршень под действием газов движется вниз, температура газа уменьшается. Происходит преобразование части внутренней энергии в механическую.
IV такт – выпуск. Поршень начинает двигаться вверх, открывается выпускной клапан, и отработанные газы выходят в окружающую среду.
Частота вращения вала – от 3000 до 7000 оборотов в минуту. КПД-25-30%.
В 1897г. немецкий инженер Р.Дизель сконструировал ДВС, в котором сжималась не горючая смесь, а воздух. В процессе этого сжатия температура воздуха поднималась настолько, что при попадании в него топлива оно самовозгоралось. Специального устройства для воспламенения топлива в этом двигателе уже не требовалось; не нужен был и карбюратор. Новые двигатели стали называть дизелями.
(Слайд 8)
Двигатели Дизеля являются наиболее экономичными тепловыми двигателями. КПД- 31-44 %.
Применение ДВС: они приводят в движение самолеты, теплоходы, тракторы, тепловозы, морские и речные суды, автомобили.
Охрана окружающей среды.
Выступление учащейся с опережающим заданием)
Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Все они при работе выделяют большое количество теплоты и выбрасывают в атмосферу вредные для растений и животных химические соединения. Это ставит серьезные проблемы охраны окружающей среды.
Особое место в экологическом загрязнении занимает транспорт. Один легковой автомобиль в среднем в год потребляет около 4 тонн кислорода, а выбрасывает в атмосферу около 40 кг окиси азота и почти 200 кг различных углеводородов. Выбросы особенно значительны при малых оборотах двигателей или в моменты торможения или увеличения скорости. В этот момент выделяется в десятки раз больше несгоревших частиц, чем при обычной работе двигателя в пути. Отработавшие газы автомобильных двигателей оказывают вредные влияния на весь организм человека, воздействуют на органы обоняния, вызывают раздражение глаз, верхних дыхательных путей, обострение легочных и других хронических заболеваний, в некоторых случаях могут привести к серьёзным отравлениям.
Отрицательные последствия использования машин:
а) Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа, способного поглощать тепловое инфракрасное излучение поверхности Земли. Рост концентрации углекислого газа в атмосфере приводит к повышению ее температуры (парниковый эффект). Этот эффект может создать угрозу таяния ледников и катастрофические повышение уровня Мирового океана.
б) при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.
в) При сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека.
Ежегодно сжигая 33 млрд т угля, человечество рассеивает вместе с золой до 220 тыс. т урана и 280 тыс.т. мышьяка, в то время как мировое производство этих двух металлов составляет в год соответственно 30 и 40 тыс. т.
В результате сжигания топлива в атмосферу поступает около
200 млн т. оксида углерода (II)
150 млн. т. оксида серы (IV)
50 млн. т. оксида азота (II)
250 млн. т. пыли
70 млн. м³ соединений свинца и других металлов.
В последние годы охране окружающей среды во всех странах мира уделяется большое внимание.
Для этого необходимо обеспечить:
более полное сгорание топлива;
более тщательную очистку газов, выделяющихся двигателями внутреннего сгорания;
поиск более «чистого» продукта. Ведутся большие исследовательские работы по созданию водородного двигателя, в процессе работы которого в атмосферу не выбрасываются вредные газы.
Перспективными с точки зрения экологии являются электромобили, в которых вместо бензиновых двигателей используется электродвигатель.
V. Закрепление нового материала
Задачи: закрепить знания и умения, необходимые для самостоятельной работы учащихся
Ответы на вопросы:
Перечислите виды тепловых двигателей.
Каковы отрицательные последствия применения тепловых двигателей?
Одним из перспективных направлений в поисках экологически чистых видов топлива является переход на широкое использование водорода. Чем это объяснить?
VI. Подведение итогов урока
Задачи: формировать систему знаний о процессе научного познания
Основу научного познания заложил великий итальянский ученый Г.Галилей. Именно этим путем идут ученые, совершая свои открытия. И мы на уроке изучали новый материал соответственно циклу естественнонаучного познания.
Метод научного познания позволяет объективно отражать действительность и применяется не только в физике, но и в других областях науки. Вспомним основные этапы и их последовательность в изучении тепловых двигателей. Какой этап научного познания вам показался наиболее трудным? Наиболее важным? Наиболее интересным?
VII. Домашнее задание.
Г. Я. Мякишев 10кл. §82, стр.269-273.
Приложение
[pic]
(Слайд 1)
[pic]
(Слайд 2)
[pic]
(Слайд 3)
[pic]
(Слайд 4)
[pic]
(Слайд5)
[pic]
(Слайд6)
[pic]
(Слайд6)
[pic]
(Слайд7)
