Конспект урока по физике «Принцип действия тепловых двигателей. КПД» 10 класс.

Урок по физике
«Принцип действия тепловых двигателей. КПД»
10 класс. Физика.

Цель урока: Изучить устройство и принцип действия теплового двигателя, используя технологию развития критического мышления.

Задачи урока:
Продолжить изучение темы «термодинамика».
Разъяснить устройство теплового двигателя.
Продолжить формировать информационную культуру учащихся путём анализа и структурирования информации.

Ход урока:


Стадия вызова.(5 минут)

Ученикам раздаются карточки с таблицей, в которой пустые клетки нужно заполнить. Таблица составлена по теме «Количество теплоты».



Таблица полностью заполненная:
Количество теплоты.
Буквенное обозначение
Единица измерения
Формула
Процесс

Q
Дж
c*m*(t2-t1)
Нагревание или охлаждение

Qпл.
Дж

·*m
Плавление или кристаллизация

Qп.
Дж
r*m
Кипение (парообразование) или конденсация


·
Дж/кг
Qпл./m
Плавление или кристаллизация

r
Дж/кг
Qп./m
Кипение (парообразование) или конденсация

c
Дж/кг*К
Q/m*(t2-t1)
Нагревание или охлаждение




Раздаточный материал для учеников.



Таблица для учеников:


Количество теплоты.

Буквенное обозначение
Единица измерения
Формула
Процесс



c*m*(t2-t1)
Нагревание или охлаждение

Qпл.


Плавление или кристаллизация



r*m
Кипение (парообразование) или конденсация


·


Плавление или кристаллизация

r
Дж/кг





Дж/кг*К

Нагревание или охлаждение






















После заполнения таблицы вывести правильную таблицу на экран или записать на доске. Ученики обмениваются работами и проверяют соседа.
Учитель собирает работы.


Стадия осмысления. (20 минут). Изучение нового материала.

1).Объяснение учителя . Устройство и принцип действия теплового двигателя. Опыт. Цикл Карно.

Численность населения на Земле очень быстро увеличивается. Около 200 тыс. лет назад - 1 млн. человексейчас - более 6 млрд. человектолько в городах - 4 млрд. человек
Резко возрастает потребление топлива и энергии (выработка энергии за последние 100 лет на душу населения увеличилась в 20 раз).
Как следствие возникают экологические проблемы.
Часть таких проблем возникает из-за тепловых двигателей.

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

Давайте проследим часть пути развития тепловых машин.

Герон Александрийский  древнегреческий математик и механик, в 1 в.н.э. изобрёл паровую машину.

Томас Севери - английский механик и изобретатель, в 1698 году изобрёл паровую машину для откачивания воды из угольных шахт.

Томас Ньюкомен – английский инженер, в 1710 году изобрёл паровую машину, в которой в двигателе пар внутри цилиндра толкал вверх поршень.

Джеймс Уатт - шотландский инженер и изобретатель, в 1769 году изобрёл машину, в которой пар направлялся в отдельную камеру для конденсата.

Иван Иванович Ползунов - русский изобретатель, в 1766 году изобрёл двухцилиндровую паровую машину.

И это только небольшая часть изобретателей, которые работали над созданием тепловых машин.

В основном рабочим телом теплового двигателя является газ, который совершает работу при расширении, а холодильником является атмосфера.
Рассмотрим устройство и принцип работы теплового двигателя. Работа любого теплового двигателя циклична.
Каждый цикл состоит из разных процессов:
- получение энергии от нагревателя;- рабочего хода;- передача неиспользуемой части энергии холодильнику
Любая тепловая машина состоит из нагревателя, рабочего тела и холодильника, и это принципиально необходимое условие для непрерывной циклической работы любого теплового двигателя.

2).По учебнику ученики находят и зарисовывают схему теплового двигателя в тетрадь. (назначение каждой части)
Зарисуйте в тетрадь из учебника стр.235 рис.170-«Принцип действия теплового двигателя».

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415



3). Объяснение учителя. КПД.

Если бы теплота смогла самопроизвольно возвращаться от холодильника к нагревателю, то внутренняя энергия могла бы быть полностью превращена в полезную работу с помощью любого теплового двигателя.
Работа совершаемая двигателем равна:

A’ = Q 1- |Q 2|
Q1 – количество теплоты, полученное от нагревания Q1>Q2
Q2 - количество теплоты, отданное холодильнику Q 2
КПД теплового двигателя – это отношение работы совершаемой двигателем, к количеству теплоты полученному от нагревателя.

КПД замкнутого цикла
 
·=А/Q1=(Q1-Q2 )/Q1


·<1 !!!! – у всех двигателей некоторое количество теплоты передаётся холодильнику.

Представляет большой интерес нахождение максимально возможного КПД теплового двигателя. Впервые это сделал французский инженер и учёный Сади Карно.

Карно изобрёл машину с идеальным газом в качестве рабочего тела. Идеальный газ – это газ взаимодействие между молекулами которого пренебрежимо мало.

· max=(T1-T2)/T1
T1 – температура нагревания
Т2 – температура холодильника
КПД машины Карно прямо пропорционален разности абсолютных температур нагревателя и холодильника.
Главное значение доказательства Карно – любая реальная тепловая машина, работающая с нагревателем, имеющим температуру T1, и холодильника с температурой T2, не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины.

· =1 если температура холодильника равна нулю.
Температура холодильника практически не м ожжет быть ниже температуры окружающего воздуха.
Увеличиваться температура нагревателя может, но любая материя, а особенно твёрдые тела, при нагревании теряют свои свойства упругости и начинает плавится..

Рефлексия.(15 минут)

Карточки с текстом или ссылки на Интернет - тексты: прочитав текст, ученикам предлагается написать эссе на тему: «Тепловые двигатели. Польза человеку и вред окружающей среде».
Учитель собирает задания и один из учеников читает своё эссе. Обобщаем тему урока, делая общий вывод о вреде тепловых двигателей для окружающей среды и о пользе для человека.



Домашнее задание (5 минут):
1. §84-учить придерживаясь ответов на вопросы стр.238
2. упр.15 (1,2)








15