Конспект урока по физике на тему Производство, передача и использование электрической энергии (11 класс)
ПЛАН- КОНСПЕКТ УРОКА ПО ТЕМЕ
«ПРОИЗВОДСТВО, ПЕРЕДАЧА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ»,
ПРОВОДИМОГО В РАМКАХ НЕДЕЛИ МАТЕМАТИКИ, ФИЗИКИ И ИНФОРМАТИКИ И
НЕДЕЛИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ.
Разработал учитель физики МОБУ СОШ с. Абзаково Гайсина Хатижа Бахтеевна.
Цели урока:
Образовательные:
- конкретизировать представление школьников о способах передачи электроэнергии, о взаимных переходах одного вида энергии в другой;
- показать пути получения и преобразования энергии при рассмотрении принципа действия и устройства наиболее распространенных видов энергетических установок, способов передачи и использования энергии;
- раскрыть роль энергетики в развитии промышленности Украины;
- закрепить понятие «энергосистема» на краеведческом материале.
Развивающие:
- развивать экономическое и экологическое мышление, умение анализировать и делать выводы;
- развивать физико-математический язык учеников;
Воспитательные:
- воспитывать экологическую, экономическую, информационную, коммуникативную культуру учащихся;
- формировать познавательный интерес к физике;
- приучать учащихся к выступлениям перед аудиторией.
Тип урока: урок обобщения и повторения знаний.
Задачи урока:
Учебные: воспроизвести знания об энергии как одной из важнейших характеристик движения материи; о различных видах энергии и энергетических ресурсов; систематизировать знания о типах электростанций;
Развивающие: развивать у учащихся практические навыки исследовательского характера, выведение познавательной активности детей на творческий уровень знаний.
Воспитательные: воспитывать стойкий интерес к физике, уважительное отношение друг к другу; активность, умение кооперативно принимать решение и оценивать результаты своей работы и деятельность одноклассников;
Ожидаемые результаты урока:
после данного урока ученики смогут знать:
1) принцип действия и устройства наиболее распространенных видов энергоустановок ;
2)способы передачи и использования различных видов энергии;
3)преимущества электрической энергии перед другими видами энергии;
4)понятие переменного тока;
5)понятие энергосистема ;
смогут уметь:
1) распознавать и сравнивать типы электростанций;
2) объяснять физические основы передачи электрической энергии на большие расстояния;
3) объяснять принцип действия генератора тока;
4) объяснять принцип действия трансформатора;
5) рассчитывать коэффициент трансформатора;
6) применять закон Джоуля-Ленца;
Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, экран, авторские презентации: «Производство, передача и использование электрической энергии», модель генератора, трансформатора.
План урока.
Организационный момент - 1мин
Мотивационный момент -2 мин
Новый материал- 30 мин
Промышленная энергетика (ГЭС, ТЭС, АЭС)
Передача электрической энергии
Эффективное использование электрической энергии
Учебно-исследовательская работа «Энергосберегающие лампы»-5 мин.
Домашнее задание - 1 мин
Ход урока.
1. Организационный момент.
Учитель:
Добрый день, уважаемые коллеги и учащиеся! Представить сегодня жизнь без электрической энергии невозможно. Электроэнергетика вторглась во все сферы деятельности человека: промышленность и сельское хозяйство, науку и космос. Немыслим без электроэнергии и наш быт. Столь широкое применение электроэнергии объясняется ее преимуществами перед другими видами энергии. Так, электроэнергию можно получать за счет других разнообразных видов энергии (воды, ветра, солнца и т.д.), легко превращать в другие виды энергии, без больших потерь передавать на большие расстояния, достаточно просто и с высоким кпд преобразовывать, дробить на порции любой величины. Данный урок мы проводим в рамках недели математики, физики и информатики и недели энергосбережения, объявленной Министерством образования РФ. Называется урок «Производство, передача и использование электрической энергии». (Слайд 1)
Огромную роль электроэнергия играет в транспортной промышленности. Электротранспорт не загрязняет окружающую среду. Большое количество электроэнергии потребляет электрифицированный железнодорожный транспорт, что позволяет повышать пропускную способность дорог за счет увеличения скорости движения поездов.
Электроэнергия в быту является основным фактором обеспечения комфортабельной жизни людей. Уровень развития электроэнергетики отражает уровень развития производительных сил общества и возможности научно-технического прогресса.
Электроэнергия была и остается главной составляющей жизни человека Главные вопросы – сколько энергии нужно человечеству? Какой будет энергетика ХХІ века? Чтобы дать ответы на эти вопросы необходимо знать основные способы получения электроэнергии, изучить проблемы и перспективы современного производства электроэнергии в России.
Преобразования энергии различных видов в электрическую энергию происходит на электростанциях (слайд 2). В зависимости от вида преобразуемой энергии электростанции могут быть разделены на следующие основные типы:
Электростанции промышленной энергетики: ГЭС, ТЭС, АЭС
Электростанции альтернативной энергетики: ПЭС, СЭС, ВЭС, ГеоТЭС (Слайд 3,4).
Рассмотрим физические основы производства электроэнергии на электростанциях. ( Выступления учащихся))
1.Гидроэлектростанции.
Гидроэлектростанция представляет собой комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию (слайд 5). На ГЭС электроэнергию получают, используя энергию воды, перетекающей с высшего уровня к низшему уровню и вращающей при этом турбину. Плотина – самый важный и самый дорогостоящий элемент ГЭС. Вода перетекает с верхнего бьефа в нижний бьеф по специальным трубопроводам, либо по выполненным в теле плотины каналам и приобретает большую скорость. Струя воды поступает на лопасти гидротурбины. Ротор гидротурбины приводится во вращение под действием центробежной силы струи воды. Вал турбины соединяется с валом электрического генератора, и при вращении ротора генератора механическая энергия ротора преобразуется в электрическую энергию. Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами – их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низкую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Однако гидроэнергетика не безвредна для окружающей среды (слайд 6). При постройке плотины образуется водохранилище. Вода, залившая огромные площади, необратимо изменяет окружающую среду. Подъем уровня реки плотиной может вызвать заболоченность, засоленность, изменения прибрежной растительности и микроклимата. Поэтому так важно создание и использование экологически безвредных гидротехнических сооружений.(Слайд 7).
2.Теплоэлектростанции.
Тепловая электростанция (ТЭС) – электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Основными видами топлива для ТЭС являются природные ресурсы – газ, уголь, торф, горючие сланцы, мазут (слайд 8). Тепловые электростанции разделяются на две группы: конденсационные и теплофикационные или теплоцентрали (ТЭЦ). Конденсационные станции снабжают потребителей только электрической энергией. Их сооружают вблизи залежей местного топлива с тем, чтобы не возить его на большие расстояния. Теплоцентрали снабжают потребителей не только электрической энергией, но и теплом – водяным паром или горячей водой, поэтому ТЭЦ сооружают поблизости от приемников теплоты, в центрах промышленных районов и крупных городов для уменьшения протяженности теплофикационных сетей. Топливо транспортируют на ТЭЦ из мест его добычи. В машинном зале ТЭС установлен котел с водой. За счет тепла, образующегося в результате сжигания топлива, вода в паровом котле нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 550°С и под давлением 25 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину, назначение которой превращать тепловую энергию пара в механическую энергию. Энергия движения паровой турбины преобразуется в электрическую энергию генератором, вал которого непосредственно соединен с валом турбины. После паровой турбины водяной пар, имея уже низкое давление и температуру около 25°С, поступает в конденсатор. Здесь пар с помощью охлаждающей воды превращается в воду, которая с помощью насоса снова подается в котел. Цикл начинается снова. ТЭС работают на органическом топливе, но это, к сожалению, невосполнимые природные ресурсы (слайд № 9). К тому же, работа ТЭС сопровождается экологическими проблемами: при сгорании топлива происходит тепловое и химическое загрязнение среды, что оказывает губительное воздействие на живой мир водоемов и качество питьевой воды.(Слайд 10)
3. Атомные электростанции.
Атомная электростанция (АЭС) – электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую энергию (слайд 11). Атомные электростанции действуют по такому же принципу, что и тепловые электростанции, но используют для парообразования энергию, получающуюся при делении тяжелых атомных ядер (урана, плутония). В активной зоне реактора протекают ядерные реакции, сопровождающиеся выделением огромной энергии
(слайд 12). Вода, соприкасающаяся в активной зоне реактора с тепловыделяющими элементами, забирает у них тепло и передает это тепло в теплообменнике также воде, но уже не представляющей опасности радиоактивного излучения. Поскольку вода в теплообменнике превращается в пар, его называют парогенератором. Горячий пар поступает в турбину, преобразующую тепловую энергию пара в механическую энергию. Энергия движения паровой турбины преобразуется в электрическую энергию генератором, вал которого непосредственно соединен с валом турбины. АЭС, являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций: не требуют привязки к источнику сырья и собственно могут быть размещены в любом месте, при нормальном режиме функционирования считаются экологически безопасными (слайд 13). Но при авариях на АЭС возникает потенциальная опасность радиационного загрязнения среды. Кроме того существенной проблемой остается утилизация радиоактивных отходов и демонтаж отслуживших свой срок АЭС.
4. Генераторы (строение, принцип работы) (слайды 14,15,16).
5. Передача электроэнергии на расстояние.
Электроэнергия производится вблизи источников топлива или гидроресурсов, в то время как ее потребители находятся повсеместно. Поэтому возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния. Рассмотрим принципиальную схему передачи электроэнергии от генератора к потребителю (слайд 17). Обычно генераторы переменного тока на электростанциях вырабатывают напряжение, не превышающее 20 кВ, так как при более высоких напряжениях резко возрастает возможность электрического пробоя изоляции в обмотке и в других частях генератора. Для сохранения передаваемой мощности напряжение в ЛЭП должно быть максимальным, поэтому на крупных электростанциях ставят повышающие трансформаторы. Однако напряжение в линии электропередачи ограничено: при слишком высоком напряжении между проводами возникают разряды, приводящие к потерям энергии. Для использования электроэнергии на промышленных предприятиях требуется значительное снижение напряжения, осуществляемое с помощью понижающих трансформаторов. Дальнейшее снижение напряжения до величины порядка 4 кВ необходимо для электрораспределения по местным сетям, т.е. по тем проводам, которые мы видим на окраинах наших городов. Менее мощные трансформаторы снижают напряжение до 220 В (напряжение, используемое большинством индивидуальных потребителей) (Слайды 18-24).
6. Эффективное использование электроэнергии.
Презентация учебно-исследовательской работы «Энергосберегающие лампы»-Гайсин Булат.
Я, Гайсин Булат, ученик 11 класса МОБУ СОШ с. Абзаково Республики Башкортостан. Недавно я дома случайно разбил ртуть содержащую энергосберегающую лампу и задумался о том, какой вред принесут моему организму пары ртути, я знаю, что они ядовиты. Я также задал себе вопрос: правильно ли я поступил при утилизации данной лампы? Работая над этой темой я нашел много материала и подумал, что принесу пользу, если об этом расскажу своим одноклассникам и другим учащимся. Так появилась моя работа о энергосберегающих лампах.
Обоснование проблемы: вступление в силу федерального закона «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности» и переход населения страны на энергосберегающие лампы.
Актуальность проблемы: с сентября 2009 года в Европе, а с января 2011 года и в России запрещена продажа лампочек мощностью 100 Вт, в 2010 году эта участь уже постигла 75-ваттные лампы, в 2011 году лампы на 60 Вт, в 2012 году 40- и 25-ваттные.
Цель проекта: выяснить, действительно ли энергосберегающие лампы выгодны для использования, какую экономию энергии можно получить, не приносят ли они вред организму человека?
Задачи:
-Проанализировать информацию о энергосберегающих лампах;
-Провести эксперимент по подсчету затраченной электроэнергии, при работе обычных ламп накаливания и энергосберегающих ламп;
-Провести эксперимент по подсчету концентрации ртути в помещении, если лампа разбилась, сравнить с предельно допустимой концентрацией ртути;
-Изучить проблему утилизации ртутных ламп;
-Изучить экологию применения ртутных ламп.
В начале я изучил историю светотехники, потом устройство и принцип действия ртуть содержащих энергосберегающих ламп, посчитал какую экономию электроэнергии сможет получить моя семья и моя школа, если все энергозатратные лампы накаливания мы заменим на энергосберегающие, но ртуть содержащие. Вот какие результаты я получил.
Посмотрим экономию электроэнергии на примере люстры с 4 лампами.
Обычная лампа
Энергосберегающая лампа
Кол-во ламп
4
4
Установленная мощность
4 лампы по 80 Вт=0,32 кВт
4 лампы по 26 Вт = 0,104 кВт
Затраты на лампы
4 лампы по 15 рублей -1год плюс каждый следующий год больше на 10%(инфляция)=280 руб за 4 года
4 лампы по 120 руб=480 руб единовременно
Плата за энергию 1 год 1,92 руб/кВтч
0,32*1000*1,92=614,4руб/год
0,104*1000*1,92=199,68руб/год
Плата за энергию 2 год 1,92*1,15=2,2 руб/кВтч
0,32*1000*2,2=704 руб/год
0,104*1000*2,2=228,8 руб/год
Плата за энергию 3 год 2,2*1,15= руб/кВтч
0,32*1000*2,53=809,6 руб/год
0,104*1000*2,53=263,12 руб/год
Плата за энергию 4 год 2,53*1,15=2,92 руб/кВтч
0,32*1000*2,92=934,4руб/год
0,104*1000*2,92=303,68 руб/год
ИТОГО за энергию
3059,2 руб
994,24 руб
Итого с затратами на лампы
3339,2 руб
1474,24 руб
Экономия
1864,96 руб за 4 года
Я расчеты провел для одной люстры, содержащей 4 лампы и задал себе вопрос какую же экономию электрической энергии получаем в нашей школе, заменяя 420 ламп на энергосберегающие. Я получил, что экономия составит 129614,72 рубля.
Я задал себе вопрос, экономя на электроэнергии не приносим ли вред своему организму. Изучил мнение специалистов, также посчитал концентрацию ртути в помещении, в котором горят три лампы, если они вдруг все три разобьются. Вот какие результаты я получил.
Проведем подсчеты, например комнату объемом 45 кубических метров освещают 3 лампы. Содержание ртути в одной лампе от 1,4 до 5 мг.
Предположим, что в лампе содержится 2 мг. ртути. Количество молекул ртути в одной лампе равно 59,7*1017. Вычислим концентрацию ртути и сравним ее с предельно допустимой концентрацией ртути.
Концентрация ртути при разбивании трех ламп составит 59,7*1016, при предельно допустимой концентрации ртути 3*1016. Концентрация ртути превышает предельно допустимую в 19,9 раз. Разбить ртутную лампу нелегко и поэтому вряд ли 3 лампы в одной комнате одновременно разобьются.
Выводы по уроку.
Электроэнергия занимает существенное место в статье расходов каждой семьи. Ее эффективное использование позволит значительно снизить издержки. Все чаще в наших квартирах «прописываются» компьютеры, посудомоечные машины, кухонные комбайны. Поэтому и плата за электроэнергию весьма значительна. Возросшее энергопотребление приводит к дополнительному потреблению невозобновляемых природных ресурсов: уголь, нефть, газ. При сжигании топлива в атмосферу выбрасывается углекислый газ, что приводит к пагубным климатическим изменениям. Экономия электричества позволяет сократить потребление природных ресурсов, а значит, и снизить выбросы вредных веществ в атмосферу.
Урок завершаем словами А.Мицкевича:
Как наша прожила б планета, Как люди жили бы на ней Без теплоты, магнита, света И электрических лучей? Четыре ступени энергосбережения (слайд № 27)
Не забывайте выключать свет.
Использовать энергосберегающие лампочки и бытовую технику класса А.
Хорошо утеплять окна и двери.
Установить регуляторы подачи тепла (батареи с вентилем).
Домашнее задание: 1.§ 39,40,41. 2. Изучить распределение электрической энергии в с. Абзаково.
3. Каждому посчитать расход энергии в своем доме за один месяц.
Заголовок 2 Заголовок 315