Разработка урока-конференции по физике на тему Тепловые двигатели и их роль для развития энергетики (8 класс)

Восточно-Казахстанская область
КГУ «Школа –Лицей города Зыряновска»
Урок – конференция
по физике на тему

«Тепловые двигатели и их роль в развитии энергетики, в жизни человека и для окружающей среды»
8 класс
Подготовила : учитель физики КГУ «Школа-Лицей г. Зыряновска Вичканова Ольга Владимировна
18.11.2016
Тепловые двигатели и их роль в развитии энергетики, в жизни человека и для окружающей среды.
Цель урока: изучение понятия теплового двигателя, видов двигателя, их применение и роль в развитии энергетики и жизни человека.
Задачи урока:
Образовательные: овладение основными методами естественно – научного исследования; формирование общеучебных навыков: самостоятельная работа с дополнительной литературой, наглядными пособиями, навыки работы с ИКТ.
Развивающие: развитие критического мышления; развитие простейших технических знаний и умений; развитие умения различать основные типы двигателей и их характеристики. Развитие мыслительной деятельности, умения обобщать, анализировать, систематизировать.
Воспитательные: формирование мировоззрения: показать, что источник возникновения тепловых двигателей – реальный мир, что возникли они из реальных потребностей людей; расширение кругозора учащихся; воспитание трудолюбия, инициативности, настойчивости в овладении практическими и теоретическими знаниями.
Тип урока: изучение нового материала.
Форма урока: урок – конференция.
Методы организации: проблемно-поисковые, словесные, наглядные, ИКТ.
Формы работы: в процессе подготовки – изучение литературных источников, теоретическое исследование своего вопроса; в ходе урока – взаимоинформация учащихся, ведение тезисных записей, составление плана, решение тестовых заданий.
Оборудование: модель двигателя внутреннего сгорания (ДВС), . мультимедийные средства обучения (компьютер, интерактивная доска, презентация к уроку, учебник)
Демонстрации: Работа двигателя внутреннего сгорания (модель ДВС); Анимация «Схема работы двигателя внутреннего сгорания», анимационная модель работы паровых, реактивных двигателей.
Предварительное задание: класс разбиты на группы, каждая группа готовит презентацию и доклад в соответствии с темой выступления; обговариваются критерии оформления презентации, критерии оценок и время выступлений.
Историки: история создания и развития тепловых двигателей.
Инженеры-конструкторы: устройство и принцип работы ДВС. Устройство и принцип работы газовой и паровой турбины, реактивного двигателя.
Инженеры - механики: Разновидности тепловых двигателей и их применение в народном хозяйстве. Роль двигателей в развитии энергетики.
Экологи: Экологические проблемы использования тепловых машин и охрана окружающей среды.
Ход урока.
Этап урока Деятельность учителя Деятельность учащихся
Организационный момент Приветствие учащихся; проверка готовности к уроку; организация внимания. Готовятся к уроку, проверяют наличие учебных принадлежностей.
Этап постановки целей и задач урока
Мы начинаем наш урок - конференцию, посвященную тепловым двигателям, их роли в развитии энергетики и народном хозяйстве, охране окружающей среды, связанной с использованием тепловых двигателей. Определяют совместно цели урока.
Наша задача сегодня на уроке выяснить принцип работы всех тепловых двигателей, их роль для народного хозяйства и их влияние на окружающую среду.
Этап изучения новой темы Организовываю работу учащихся, наблюдаю за работой учащихся на местах. После выступления групп, прошу учащихся задать им вопросы. Учащиеся по группам представляют презентацию и доклады.
Остальные учащиеся – составление плана, ведение тезисных записей, составление вопросов к группам.
Вступительное слово учителя. Внутренняя энергия представляет собой один из самых дешевых видов энергии. Ее можно получить за счет сжигания топлива и использовать ее для совершения полезной работы. Вы уже знаете, что устройства, с помощью которых часть внутренней энергии можно превратить в механическую энергию и за счет нее совершить работу – это и есть тепловые двигатели. В настоящее время известно множество различных тепловых двигателей. Все они имеют общий принцип устройства и действия. Более подробно с историей создания и развития тепловых машин нас познакомит группа «историков».
Доклад 1 группы учащихся «историков» «История создания и развития тепловых двигателей». Сообщают краткую информация о работе И. Ползунова, Дж. Уайтта, Ленуара, Дизеля. Показ презентации.
Доклад 2 группы учащихся «инженеры-конструкторы» « Устройство и принцип работы ДВС». Рассказывают устройство двигателя: цилиндр, поршень, соединенный с валом, два клапана, свеча. Принцип работы.
1 такт – впуск. Поршень опускается вниз, при этом в камере создается разреженное пространство, в это время открывается первый клапан и в цилиндр поступает горючая смесь.
2 такт – сжатие. Клапан закрывается. Поршень поднимается вверх, сжимая горючую смесь. В конце такта горючая смесь воспламеняется от электрической искры и сгорает.
3 такт – рабочий ход. Образующиеся при сгорании газы расширяются и толкают при этом поршень. Поршень совершает работу.
4 такт – выпуск. Поршень по инерции поднимается вверх, открывается второй клапан, через который выходят отработанные газы.
В автомобилях используются 4-х цилиндровые двигатели внутреннего сгорания. Цилиндры отрегулированы так, что в них поочередно происходит рабочий ход и вал все время получает энергию от одного из поршней. Двигатели классифицируют: по роду топлива (жидкое или газовое; по способу заполнения цилиндра свежим зарядом (двух- и четырехтактные); по схеме смесеобразования на карбюраторные и дизельные. Карбюраторные двигатели просты в обслуживании, но дизели имеют большую мощность и более дешевое топливо.
Доклад 3 группы учащихся «инженеры-конструкторы» «Устройство и принцип работы газовой и паровой турбины». Объясняют устройство одноступенчатой турбины.
Устройство: вал, диск с прикрепленными лопатками, сопло, через которое поступает пар или газ.
Принцип работы: через сопло поступает горячий пар под большим давлением. Пар давит на лопатки, приводя тем самым диск во вращательное движение, а вместе с ним и вал. Для большей экономической целесообразности применяют многоступенчатые турбины.
Турбины делятся: под действием чего вращается диск- вода, пар или газ; по количеству ступеней; по подключению к механизму.
Поиски оптимального варианта привели к созданию комбинированных активных турбин со ступенями скорости. На ступенях происходит понижение температуры, поэтому лопатки ступеней можно делать из более дешевых материалов, что дает экономический выигрыш. Одноступенчатые турбины очень не эффективны (не экономичны), так как пар уходит с очень большими скоростями.
Газовые турбины работают аналогично паровым; исключением является то, что газовой турбине вместо пара используются продукты сгорания газа. Внедрению газотурбинного двигателя мешало то, что долго не могли создать материалы, способные выдерживать действие газов, нагретых до 1000 °С.
Газотурбинный двигатель с одинаковым успехом может работать на газе и на бензине, дизельном топливе и керосине. Он малотоксичен.
В настоящее время газовые турбины установлены на многих типах самолетов. Их также применяют в металлургии и химии.
Доклад 4 группы учащихся «инженеры-конструкторы»: «Устройство и принцип работы реактивного двигателя».
Реактивный двигатель — двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела.
Рабочее тело с большой скоростью истекает из двигателя, образуется реактивная сила, толкающая двигатель в противоположном направлении. Для разгона рабочего тела может использоваться как расширение газа, нагретого тем или иным способом до высокой температуры, так и другие физические принципы, например, ускорение заряженных частиц в электростатическом поле. Существуют прямоточный воздушно-реактивный двигатель и турбокомпрессорный реактивный двигатель. Рабочее тело – воздух, попадает в компрессор и сжимается там. Далее воздух поступает в камеру сгорания, где нагревается и смешивается с продуктами сгорания (керосина). Камера сгорания опоясывает ротор двигателя после компрессора сплошным кольцом, либо в виде отдельных труб, которые называются жаровыми трубами. В жаровые трубы через специальные форсунки и подается авиационный керосин. Из камеры сгорания нагретое рабочее тело поступает на турбину. Турбореактивный двигатель имеет очень большую частоту вращения – до 30 тысяч оборотов в минуту. Факел из камеры сгорания достигает температуры от 1100 до 1500 градусов Цельсия. Воздух здесь расширяется, приводя турбину в движение и отдавая ей часть своей энергии. После турбины – реактивное сопло, где рабочее тело ускоряется и истекает со скоростью большей, чем скорость встречного потока, что и создает реактивную тягу.
Доклад 5 группы учащихся «Инженеры – механики» : «КПД тепловых двигателей».
Для характеристики эффективности тепловой машины по превращению внутренней энергии в механическую вводится понятие коэффициент полезного действия тепловой машины. КПД теплового двигателя 20-40%. Это значит, что всего 20% энергии топлива идет на совершение полезной механической работы, а 80% - бесполезные потери энергии. Ученые работают над усовершенствованием двигателей внутреннего сгорания, совершенствуя конструкции, повышая их КПД и предлагая новые виды топлива.
Доклад 6 группы учащихся «инженеры – механики»: Разновидности тепловых двигателей и их применение в народном хозяйстве. Роль двигателей в развитии энергетики. значение тепловых двигателей в народном хозяйстве. План ответа: Тепловые электростанции. Двигатели внутреннего сгорания на автомобильном транспорте. ДВС на железнодорожном транспорте. ДВС на водном транспорте и военных кораблях. ДВС в авиации. Наибольшее значение имеет
использование тепловых двигателей на электростанциях ,где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока. Для получения пара используют энергию топлива : нефть, уголь, газ.
Паровые турбины устанавливают также на атомных электростанциях , где для получения пара используется энергия атома. Подробно эти вопросы мы с вами ещё будем изучать.
На железнодорожном транспорте до середины ХХ века основным двигателем была
паровая машина. Мощные паровые турбины используются для крупных судов на водном транспорте.
Слово учителя: Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Если бы их не было, мы бы были лишены дешёвой энергии и скоростного транспорта. Но применение тепловых двигателей связано с воздействием на окружающую среду.
Доклад 7 группы учащихся «экологов»: Экологические проблемы использования тепловых машин и охрана окружающей среды
«Отнимает» у человека землю ( 0,01 суши занимают дороги, стоянки).
«Съедает» кислород атмосферы : химические реакции, происходящие при сжигании бензина можно рассмотреть на таком примере :
С6Н14 + 9О2 5СО 2 + 7Н 2О + СО
отсюда следует , что теоретически полное сгорание топлива в бензиновом двигателе происходит тогда, когда в воздушно – бензиновой смеси на каждую молекулу бензина приходится 9 молекул О2 . Если оценить количественное соотношение масс бензина и кислорода , то получается , что для полного сгорания смеси на 1 кг бензина приходится не менее 15 кг воздуха .
Постепенное повышение средней температуры Земли . Работа двигателей не может осуществляться без отвода в окружающую среду значительных количеств теплоты. В среднем за год повышение на 0,03 градуса. Повышение температуры может создать угрозу таяния ледников и катастрофического повышения уровня мирового океана.
Выброс вредных веществ : сернистые соединения, оксиды азота , углерода углеводороды и другие. Топки ТЭС ДВС непрерывно выбрасывают вредные соединения. для растений, животных, человека.
Слово учителя: Настоящей проблемой по охране окружающей среды занимаются интенсивно не только экологи, но и химики, физики, биологи, метеорологи. Задача сохранения Земли, пригодной для обитания человека и всех других организмов, не может быть решена без сотрудничества всех стран и всех народов Земли, а так же без повышения экологической культуры каждого человека.
Этап проверки усвоения нового материала Вопрос учащимся: Какие основные тезисы вы записали при изучении данных вопросов?
Предлагаю выполнить тест. Отвечают на вопрос, зачитывая кратко тезисы по вопросам выступления.
Решают тест с самопроверкой
1. Какое из перечисленных устройств не относится к тепловым двигателям?
А) двигатель внутреннего сгорания. В) дизель. С) газовая турбина. Д) генератор. Е) реактивный двигатель.
2. Какие двигатели из перечисленных ниже называют тепловыми? 1. двигатели внутреннего сгорания. 2. паровая турбина. 3. реактивный двигатель.
А) только 1. В) только 2. С) только 1 и 2. Д) только 3. Е) 1,2, и 3.
3. Что служит рабочим телом в двигателе автомобиля?
А) поршень В) бензин С) воздух Д) газы, образующиеся при сгорании топлива Е) цилиндр
4. В течении какого такта в двигателе внутреннего сгорания совершается работа?
А) всасывание. В) сжатие. С) рабочий ход. Д) выхлоп. Е) сжатие и рабочий ход.
5. В тепловых машинах происходит превращение:
А) внутренней энергии топлива в механическую и электрическую энергию. В) внутренней энергии топлива в электрическую энергию. С) внутренней энергии топлива в световую энергию. Д) тепловой энергии в механическую. Е) внутренней энергии топлива в механическую.
6. КПД паровой турбины равен 30%. Это означает что…
А) …30% энергии, выделившейся при полном сгорании топлива, преобразуется во внутреннюю энергию деталей двигателя. В) …30% энергии, выделившейся при полном сгорании топлива, преобразуется во внутреннюю энергию пара. С) …30% энергии, выделившейся при полном сгорании топлива, идет на совершение полезной работы. Д) …70% энергии, выделившейся при полном сгорании топлива, идет на совершение полезной работы.
7. Причинами потерь энергии при работе теплового двигателя могут быть:
А) трение между движущимися частями двигателя и теплопередача ; В)только трение между движущимися частями двигателя; С) только теплопередача от нагретого газа (пара) к двигателю и окружающей среде
Подведение итогов урока. Рефлексия. Провожу рефлексию в форме «Интервью»
 
Заключительное  слово  учителя. 
Благодарю  всех  участников  конференции  за  плодотворную работу  и  желаю  дальнейших  успехов  в  изучении  физики тепловых явлений.
Выставление оценок. Учащиеся отвечают на вопросы по желанию.
Хотелось бы  узнать  ваше  мнение  о конференции.
Какие трудности вы встретили на уроке? Как с ними справиться?
 Как  вы  думаете,  конференция  достигла  поставленных  целей?
 Что  нового  вы  узнали о тепловых машинах?
Каким образом вы сможете знания, полученные на уроке, использовать в будущей жизни?
Домашнее задание Параграфы 24-27,
Составить кроссворды и ребусы. Записывают домашнее задание в дневник.