Урок по физике в 10-м классе на тему " Тепловые двигатели"

Скачать 72.11 Kb.

Название	Урок по физике в 10-м классе на тему " Тепловые двигатели"
Дата публикации	01.07.2014
Размер	72.11 Kb.
Тип	Урок

100-bal.ru > История > Урок

Урок по физике в 10-м классе на тему " Тепловые двигатели"

Ожиганова Оксана Николаевна, учитель физики

МОУ «Нюксенская СОШ»

Задачи:

Образовательная: раскрыть роль и значение ТД в современной цивилизации, изучить принцип устройства и действия ТД.

Воспитательная: воспитание научного мировоззрения, интереса к предмету.

Развивающая: развитие логического мышления (анализ, синтез, абстрагирование), формирование умений работы с учебной и дополнительной литературой.

План урока

Введение. Некоторые сведения из истории создания тепловых двигателей.
Новая тема. 1) Принцип действия тепловых двигателей; 2) Основные элементы теплового двигателя (рабочее тело, нагреватель, холодильник); 3) Замкнутый цикл. КПД теплового двигателя; 4) Цикл Карно; 5) Тепловые двигатели и охрана окружающей среды.
Закрепление нового материала.
Домашнее задание.

Ход урока

Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию. История тепловых машин уходит в далекое прошлое. Говорят, еще две с лишним тысячи лет назад, в III веке до нашей эры, великий греческий механик и математик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Рисунок пушки Архимеда и ее описание были найдены спустя 18 столетий в рукописях великого итальянского ученого, инженера и художника Леонардо да Винчи. Как же стреляла эта пушка? <Рисунок 1> Один конец ствола сильно нагревали на огне. Затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась и превращалась в пар. Пар, расширяясь, с силой и грохотом выбрасывал ядро. Для нас интересно здесь то, что ствол пушки представлял собой цилиндр, по которому как поршень скользило ядро.

Примерно тремя столетиями позже в Александрии - культурном и богатом городе на африканском побережье Средиземного моря - жил и работал выдающийся ученый Герон, которого историки называют Героном Александрийским. Герон оставил несколько сочинений, дошедших до нас, в которых он описал различные машины, приборы, механизмы, известные в те времена. В сочинениях Герона есть описание интересного прибора, который сейчас называют Героновым шаром. <Рисунок 2>

Он представляет собой полый железный шар, закрепленный так, что может вращаться вокруг горизонтальной оси. Из закрытого котла с кипящей водой пар по трубке поступает в шар, из шара он вырывается наружу через изогнутые трубки, при этом шар приходит во вращение. Внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию вращения шара. Геронов шар - это прообраз современных реактивных двигателей. В то время изобретение Герона не нашло применения и осталось только забавой.

Прошло 15 столетий. Во времена нового расцвета науки и техники, наступившего после периода средневековья, об использовании внутренней энергии пара задумывается Леонардо да Винчи. Ему принадлежит набросок паровой пушки, которая, по его словам, была изобретена Архимедом.

Несколько иначе представлял себе двигатель, использующий энергию пара, Джованни Бранка, живший на век раньше великого Леонардо. Это было колесо с лопатками, в которое с силой ударяла струя пара, благодаря чему колесо начинало вращаться. По существу, это была первая паровая турбина.

В XVII-XVIII веках над изобретением паровой машины трудились англичане Томас Севери (1650-1715) и Томас Ньюкомен (1663-1729), француз Дени Папен (1647-1714), русский ученый Иван Иванович Ползунов (1728-1766), Джеймс Уатт (1736-1819 гг.) и многие другие<Презентация 1 >.

По мере развития и внедрения в практику тепловых машин возникла необходимость в создании такой теории, которая объясняла бы принципы их действия.

Итак: тепловыми двигателями называют устройства, совершающие механическую работу за счет использования внутренней энергии топлива. К ним относятся: паровая машина, паровая и газовая турбины, двигатель внутреннего сгорания, двигатель Дизеля, реактивный двигатель и др.<Схема 1>

Работа любого теплового двигателя состоит из повторяющихся циклов, каждый из которых включает в себя получение рабочим телом энергии от нагревателя, расширение рабочего тела и совершение им работы, передачу неиспользованной части энергии холодильнику и возвращение рабочего тела в исходное состояние.

Работа, совершаемая рабочим телом за один полный цикл, складывается из работы, совершенной им при расширении, и работы, совершенной им при сжатии: А=А_расш+А_сж. Учитывая, что при сжатии газ совершает отрицательную работу, последнее равенство можно переписать так: А=А_расш-(А_сж).

2. Любой тепловой двигатель включает в себя три основных элемента<Рисунок 3>:

1) рабочее тело (тело, которое в тепловом двигателе совершает работу);

2) нагреватель (устройство, от которого рабочее тело получает энергию, часть которой идет затем на совершение работы);

3) холодильник (тело, поглощающее часть энергии рабочего тела: холодильником могут служить окружающая среда (атмосфера) или специальные устройства для охлаждения и конденсации отработанного пара (конденсаторы)).

3. На основе просмотра презентации «Паровая и газовая турбины» <Презентация 2> , «Двигатель внутреннего сгорания» <Презентация 3> и работы с моделями паровой и газовой турбин, двигателя внутреннего сгорания разбираем следующие вопросы:

1) Замкнутый цикл паровой и газовой турбины.

2) Замкнутый цикл работы двигателя внутреннего сгорания.

3) Что является нагревателем, холодильником и рабочим телом каждой тепловой машины?

Заполнение таблицы <Таблица 1>.

4. В процессе действия теплового двигателя его рабочее тело периодически получает от нагревателя количество теплоты Q1, совершает работу А и передает холодильнику количество теплоты Q2. Отсюда: коэффициентом полезного действия теплового двигателя называется отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, получаемой от нагревателя.

Так как А=Q1-(Q2) и КПД измеряется в процентах (%), то формула имеет вид:

5. В усовершенствование работы тепловых двигателей большой вклад внес французский ученый С. Карно: Из его работы следует, что максимальный коэффициент полезного действия теплового двигателя определяется по температурам нагревателя и холодильника.

отсюда ηмах ≥ η < 1 или < 100%

Цикл работы теплового двигателя по С. Карно заключается в следующем <Рисунок 4>:

Охлаждение газа после его изотермического расширения 1-2, при котором газу сообщалось количество теплоты Q1, достигается адиабатным расширением (2-3), при котором газ совершает работу за счет своей внутренней энергии, в результате его температура и давление уменьшаются соответственно до Т2, Р3 (3-4). Затем газ изотермически сжимают, отбирая от него с помощью холодильника некоторое количество теплоты Q2 и, наконец, возвращают в исходное состояние, сжимая по адиабате (4-1).

Для повышения КПД тепловых двигателей следует понижать температуру холодильника Т2 и увеличивать температуру нагревателя Т1. Но первому из этих путей мешает то, что температура холодильника практически не может быть ниже температуры окружающего воздуха, а второму пути – то, что любой материал обладает ограниченной теплостойкостью и жаропрочностью. Поэтому на практике КПД тепловых двигателей повышают за счет уменьшения трения их частей, потерь топлива вследствие его неполного сгорания и т.д.

6. Использование тепловых двигателей в транспорте, энергетике не проходит бесследно для окружающей среды < Рисунок 5>:

Потепление климата
Загрязнение атмосферы
Уменьшение кислорода в атмосфере

Поэтому нахождение путей уменьшения загрязнения окружающей среды является, сегодня одной из наиболее актуальных научно-технических проблем.

Решение проблемы:

Вместо горючего использовать сжиженный газ.
Бензин заменить водородом.
Электромобили.
Дизели.
На тепловых электростанциях использовать скрубберы, в которых сера связывается с известью.
Сжигание угля в кипящем слое.

Для закрепления материала:

1. Какие устройства относятся к тепловым двигателям:

а) устройства, превращающие тепловую энергию в механическую;

б) устройства, превращающие электрическую энергию в тепловую;

в) устройства, превращающие внутреннюю энергию в тепловую.

2. Какой элемент теплового двигателя совершает работу:

а) холодильник;

б) газ или пар;

в) нагреватель.

3. Какие условия необходимы для циклического получения механической работы в тепловом двигателе:

а) наличие нагревателя и холодильника;

б) наличие рабочего тела и холодильника;

в) наличие нагревателя и рабочего тела.

4. КПД теплового двигателя всегда:

а) больше 1;

б) равен 1;

в) меньше 1.

5. При каком замкнутом процессе тепловой двигатель имеет максимальный КПД:

а) процесс, состоящий из двух изотерм и двух изобар;

б) процесс, состоящий из двух изохор и двух изобар;

в) процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат.

6. Термодинамика позволяет при известной температуре. Т1 источника тепла (нагревателя) и температуре Т2 приемника тепла (холодильника) ...

...рассчитать кпд любого теплового двигателя.

...оценить максимальный кпд любого теплового двигателя.

...оценить минимальный кпд любого теплового двигателя...

...определить конструкцию двигателя с кпд 100%.

7. Тепловой двигатель за цикл получает от нагревателя количество теплоты, равное 3 кДж, и отдает холодильнику 2,4 кДж. Кпд двигателя равен ...

...20%.

...25%

...80%

...120%.

Домашнее задание: § 82, упражнение 15 № 11

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

$Урок по физике в 10-м классе на тему \" Тепловые двигатели\" icon$	Конспект урока физики в 10 классе По теме: «Тепловые двигатели и... Тип урока: урок – обобщения и систематизация знаний (урок проводится в виде конференции)	$Урок по физике в 10-м классе на тему \" Тепловые двигатели\" icon$	Урок по теме «Тепловые двигатели. Двигатели внутреннего сгорания»... Уровень развития – чуть ниже среднего. Многие мальчики неплохо разбираются в технике. Это мне поможет при проведении данного урока....
$Урок по физике в 10-м классе на тему \" Тепловые двигатели\" icon$	Урок по теме «Тепловые двигатели вчера, сегодня, завтра» Способствовать дальнейшему развитию учащихся как личностей, формированию их экологического образования, правильного отношения к окружающей...	$Урок по физике в 10-м классе на тему \" Тепловые двигатели\" icon$	Рабочая программа учебной дисциплины «нагнетатели и тепловые двигатели»
$Урок по физике в 10-м классе на тему \" Тепловые двигатели\" icon$	Урок физики в 8 классе по теме «Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания» Уровень развития – чуть ниже среднего. Многие мальчики неплохо разбираются в технике. Это мне поможет при проведении данного урока....	$Урок по физике в 10-м классе на тему \" Тепловые двигатели\" icon$	Тема: «Тепловые двигатели и охрана окружающей среды» Установить отрицательные влияния применения тд на окружающую среду и пути их устранения
$Урок по физике в 10-м классе на тему \" Тепловые двигатели\" icon$	Реферат по физике на тему: Двигатели внутреннего сгорания. Их преимущества и недостатки Новые конструкторские решения, внедренные в двигатель внутреннего сгорания; Стр. 21	$Урок по физике в 10-м классе на тему \" Тепловые двигатели\" icon$	Урок-соревнование в 8 классе (1час) Урок проводится после изучения темы «Тепловые явления» Достоинством таких уроков является сочетание коллективной и индивидуальной форм работы. Это улучшает психологический климат в классе,...
$Урок по физике в 10-м классе на тему \" Тепловые двигатели\" icon$	Разработка урока по физике в 8 классе по теме: «Тепловые явления» Охватывает чрезвычайно большой объемом объектов правового регулирования, а также с тем, что основная часть его материальных и процессуальных...	$Урок по физике в 10-м классе на тему \" Тепловые двигатели\" icon$	Урок по физике в 7 классе на тему: «Рычаг. Равновесие сил на рычаге» Цель урока: ввести понятие «простой механизм»; выяснить условие равновесия рычага
$Урок по физике в 10-м классе на тему \" Тепловые двигатели\" icon$	Урок технологии в 5 «А» классе на тему: «Снятие мерок для построения чертежа фартука» Урок технологии в 6 «А» классе на тему: «Технология точения древесины на токарном станке. Приёмы безопасной работы»	$Урок по физике в 10-м классе на тему \" Тепловые двигатели\" icon$	Учебно-поисковая конференция Тепловые двигатели: история, виды, роль в жизни человека Учебно-поисковая конференция проводится под девизом: "Открытия, которые изменили мир"
$Урок по физике в 10-м классе на тему \" Тепловые двигатели\" icon$	Урок по физике в 8 классе. Учитель Тарасова Лариса Васильевна. 15.... Открытый урок по физике в 8 классе. Учитель – Тарасова Лариса Васильевна. 15. 03. 12	$Урок по физике в 10-м классе на тему \" Тепловые двигатели\" icon$	Урок по физике в 7 классе Учитель: Дусалиева О. Т. План-конспект... Данный урок является одним из основных в разделе "Давление", т к. объясняет основной закон сообщающихся сосудов, а этот закон объясняет...
$Урок по физике в 10-м классе на тему \" Тепловые двигатели\" icon$	Тепловые двигатели Познакомить учащихся с принципом работы и устройством паровой машины, паровой турбины, двс, на их примере показать использование...	$Урок по физике в 10-м классе на тему \" Тепловые двигатели\" icon$	«Тепловые двигатели. Идеальная тепловая машина. Цикл Карно» Прочитай §84 разделы: вступление, принципы действия тепловых двигателей, роль холодильника. Работая с текстом, на полях карандашом...

Школьные материалы