Конспект урока по физике на тему Двигатель внутреннего сгорания. КПД теплового двигателя.


Тема: Двигатель внутреннего сгорания. КПД теплового двигателя.
Учитель: Габбасова З.А.
Школа: МОУ «Казанская СОШ»
Предмет: физика
Класс: 8
Цели урока:
образовательные: познакомить учащихся с устройством и схемой работы двигателя внутреннего сгорания; ввести понятие «коэффициента полезного действия»
развивающие: способствовать формированию у учащихся научно-технического мышления;
воспитательные: обратить внимание учащихся на значение охраны окружающей среды в связи с использованием ДВС;
Оборудование:
модель ДВС,
компьютер,
презентация «двигатель внутреннего сгорания»,
флэш-объект «ДВС»
интерактивная модель «ДВС»,
связь с Интернет,
проектор,
экран.
Ход урока:
Оргмомент.
Проверка домашнего задания по теме «Работа газа и пара при расширении»:
Что значит использовать запасы внутренней энергии, содержащейся в топливе? (совершить за счет нее полезную работу, например, поднять груз и т.п., т.е. внутреннюю энергию топлива превратить в механическую).
Опишите опыт нагревания пробирки с водой, плотно закрытой пробкой.
Какие двигатели называют тепловыми? (Машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию).
Какие переходы и превращения энергии происходят в них? (энергия топлива сначала переходит в энергию газа (или пара). Газ, расширяясь совершает работу и при этом охлаждается. Часть его внутренней энергии превращается в механическую энергию).
Какие виды тепловых двигателей вам известны? (паровая машина, паровая и газовая турбины, ДВС, реактивный двигатель)
Сообщение цели и задач урока.
Сегодня мы с Вами на уроке рассмотрим устройство и принцип действия другого типа теплового двигателя, называемого двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Почему их так назвали? Как он устроен? Какие физические явления происходят при сгорании топлива в этих двигателях? Где их применяют? Что такое КПД и что это значит? На эти и другие вопросы нам предстоит найти ответ. (Запись темы урока на доске и в тетрадях учащихся).
Объем изучаемого материала на сегодняшний урок очень большой, поэтому я попрошу вас быть очень внимательными и мы в конце урока попробуем выяснить, какую часть всей информации, которую мы рассмотрим, вы сможете усвоить непосредственно на уроке., т.е. назвать и показать все основные части этого двигателя и рассказать, как он работает.
Объяснение нового материала.
Создание нового типа тепловой машины – ДВС, - явилось логическим продолжением развития новых, более совершенных типов машин.
В 1860 г. француз Э. Ленуар построит устройство, в котором горючее сжигалось внутри самого устройства, а не снаружи, как это было у паровой машины. Спустя 18 лет (в 1878 г.) немецкий изобретатель Отто создал двигатель внутреннего сгорания, модификации которого и получили наибольшее распространение. Бензиновый двигатель построили в 1886 г. это сделал немецкий инженер Даймлер. Горючая смесь (смесь бензина и воздуха) образовывалась при помощи устройства, называемое карбюратором.
Перед нами модель простейшего двигателя внутреннего сгорания в разрезе. Топливо в нем сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Отсюда и название его.
Устройство теплового двигателя. ДВС представляет собой цилиндр, в котором перемещается поршень (3), соединенный с помощью шатуна (4) с коленчатым валом (5) и маховиком (6). Именно с помощью массивного махового колеса, которое насажено на вал двигателя, поршень выводится из двух крайних точек, которые называются «мертвыми точками». В верхней части имеются 2 клапана, автоматически открывающиеся и закрывающиеся в нужные моменты. Через 1 клапан(1) в цилиндр поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи(7) и через 2 клапан(2) выпускаются отработавшие газы.
Предлагается опорный конспект ОК: Состав ДВС (слайд 5) (с записью в тетрадях)
Цилиндр (сгорание горючей смеси – пары бензина и воздуха)
Поршень → шатун → коленчатый вал → маховик
Два клапана (периодически открываются и закрываются)
Горючая смесь через 1 клапан → в цилиндр → воспламеняется с помощью свечи → через 2 клапан → выпуск отработанных газов
Рассмотрим подробно схему работы такого двигателя.
Рассказ сопровождается показом на модели простейшего ДВС, а затем в анимации (флэш-объект)
ОК: Цикл работы ДВС (слайд 6): (с записью в тетрадях)
1 такт – впуск (цилиндр заполняется горючей смесью)
2 такт – сжатие (сжатие, воспламенение и сгорание горючей смеси)
3 такт – рабочий ход (нагретые газы расширяются → движение поршня)
4 такт – выпуск (выход продуктов сгорания в атмосферу)
Применение: В автомобилях (4х-цилиндровые) – анимация №2. Бывают и 8-цилиндровые ДВС.
Многоцилиндровые двигатели в лучшей степени обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность.
Они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные ДВС устанавливают на речных и морских судах. Тепловые двигатели - паровые турбины - устанавливают также на всех АЭС для получения пара высокой температуры. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели: на автомобильном - поршневые двигатели внутреннего сгорания; на водном - ДВС и паровые турбины; на ж/д – тепловозы с дизельными установками; в авиации - поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели. Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима.
Понятие КПД ДВС. ОК (слайд 7)
Отношение совершенной полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя, называют КПД теплового двигателя.

Влияние ДВС на окружающую среду.
- Как вы думаете, какое влияние оказывает работа тепловых машин на окружающую среду? (Прослушивание ответов учащихся)
Обобщение всех ответов. Просмотр презентации на http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669ba062-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/2_13.swf
Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду связано с действием различных факторов.
Во-первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.
Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа.
В третьих, при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека. А автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу две-три тонны свинца.
Выбросы вредных веществ в атмосферу - не единственная сторона воздействия энергетики на природу. Согласно законам термодинамики производство электрической и механической энергии в принципе не может быть осуществлено без отвода в окружающую среду значительных количеств теплоты. Это не может не приводить к постепенному повышению средней температуры на земле.
Как вы считаете, возможно ли и как уменьшить отрицательное влияние ДВС на окружающую среду?
Каким образом мы можем помочь охране окружающей среды? (Прослушиваются ответы учащихся)
Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды - использование в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца. Перспективными являются разработки автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяются электродвигатели или двигатели, использующие в качестве топлива водород.
Одно из направлений, связанное с охраной окружающей среды, это увеличение эффективности использования энергии, борьба за её экономию.
Следует отметить, что научно-технический прогресс неуклонно совершенствует конструкцию, технические характеристики автомобилей.
Закрепление.
Вопросы:
Какой двигатель называют двигателем внутреннего сгорания?
Из каких основных частей состоит простейший ДВС?
За сколько тактов происходит один рабочий цикл двигателя?
Как называют эти такты?
Продемонстрировать на интерактивной модели ДВС цикл его работы (вариант 1- без подсказки, вариант 2- с подсказками).
Какие ДВС применяют чаще всего в автомобилях?
Что называют КПД теплового двигателя?
Почему КПД двигателя не только не может быть больше 100%, но и не равен 100%?
Подведение итогов.
Итак, вы на все вопросы отвечали правильно. Я рада, что КПД вашего участия на сегодняшнем уроке близка к 100%.
Выставление отметок.
Этап информации учащихся о домашнем задании и инструктаж по его выполнению.
Задание на дом. §§ 22, 24. Задание 5. (подготовить доклад на одну из тем по выбору) - формы различные: презентация, реферат, буклет и т.д.
Спасибо за урок.
Используемые ресурсы:
А.В. Перышкин. Учебник физики 8 кл. "Просвещение", Москва 2004 г.
Сайт «Физика в анимациях» - http://physics.nad.ru/physics.htm флэш-объект «ДВС»
Сайт «Классная физика» - http://class-fizika.narod.ru
Интересные материалы к урокам (физика 8кл) – слайд «Интерактивная модель ДВС» http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669b7981-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/2_9.swf
Работа газа и пара при расширении - http://class-fizika.narod.ru/8_17.htm
Экологические проблемы – презентация на сайте http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669ba062-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/2_13.swf