«Превращение энергии в паровых двигателях. Хронология развития и практическое применение паровых машин»
план-конспект урока по физике (8 класс) на тему

Министерство образования РМ

Управление образованием Администрации г. Саранска

МОУ «Лицей №31»

Открытый урок на городской семинар

«Превращение энергии в паровых двигателях. Хронология развития и практическое применение паровых машин»

Провела: учитель физики

Макарова О.А.

Саранск 2008 г.

Открытый урок на городской семинар

«Превращение энергии в паровых двигателях. Хронология развития и практическое применение паровых машин»

Цели урока: а) общеобразовательные: продолжить знакомство учащихся с общенаучными методами познания. Повторить все основные понятия по теме ДВС, ввести понятие паровая машина, выявить преимущества и недостатки паровых машин в сравнении с ДВС, при помощи компьютерной презентации познакомить ребят с историей развития паровых машин и познакомить их с современной ТЭЦ, расположенной на территории нашего города.  Закрепить полученные знания тестом в конце урока.

б) развивающие: развитие у учащихся познавательных способностей, умение логически рассуждать, выделять главные причины и выводы, развитие обобщающих навыков, самостоятельного мышления и памяти, внимания и сообразительности.

в) воспитательные:  изучение новой темы способствует формированию мировоззрения у учащихся путем усвоения принципа следственных связей между явлениями. Содействовать в ходе урока формированию трудолюбия, внимательности.

Структура урока.

1. Организационный этап. (2 мин)
2. Вводно – мотивационный этап (7 мин)
3. Операционно-содержательный этап (24 мин)
4. Рефлексивно – оценочный этап (5 мин)
5. Домашнее задание (2 мин)

Основной материал: хронология развития паровых машин, тестирование.

Методы обучения: новая тема, беседа, тест.

Оборудование: модель паровой турбины, доска.

Демонстрации: компьютерная презентация, таблица, плакаты.

На доске написана тема: «Превращение энергии в паровых двигателях. Хронология развития и практическое применение паровых машин».

Под темой - эпиграф к уроку:

В былые времена волшебников и фей

Одни лишь колдуны быстрее птиц летали…

Но эти времена для всех теперь настали,

И сделал это ПАР – ВЕЛИКИЙ ЧАРОДЕЙ.

                                                                         Неизвестный поэт,1882 г.

На левом крыле доски – высказывания великих людей всех времен о паровых машинах:

1. «Энергия кипящей воды пропадала бы втуне, если бы не механическое искусство инженеров – изобретателей»

                                                                                            (неизвестный автор)

2. «… Новое искусство эффективно поднимать воду на высоту при помощи огня.»

                                                                                                        Д. Папен

3. «Огонь слугою к машинам склонить»

                                                                                                        И. И. Ползунов

4. « Сей его вымысел за новое изобретение почесть должно»

                                                                                                   И. А. Шлаттер

5. «Муж, делающий истинную честь своему отечеству»

                                                                                                   Эрик Лаксман

6. «Увеличил власть над природой»

                                                                                                     Джеймс Уатт

На правом крыле доски – Изобретатели «ОГНЕННЫХ МАШИН»:

1. Греческий механик Герон Александрийский (10-75гг.н.э.) ШАР ЭЛООПИЛ(62г.н.э.)
2. Военный инженер Томас Сэйвери (1650-1715гг.) ПАРОВОЙ ВОДОПОДЪЕМНИК (1698г.)
3. Французский изобретатель Дени Папен (1647-1712гг.) ПАРОВАЯ МАШИНА (1698г.)
4. Англичанин Томас Ньюкомен (1663-1729гг.) ПАРОАТМОСФЕРНАЯ МАШИНА (1705г.)
5. Русский конструктор И. И. Ползунов (1729-1766гг.) ПАРОВАЯ МАШИНА (1766г.)
6. Шотландский инженер Уатт Джеймс (1736-1819гг.) ПАРОВОЙ ВОДООТЛИВНОЙ НАСОС (1774г.), УНИВЕРСАЛЬНАЯ ПАРОВАЯ МАШИНА ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ (1782г.)
7. Скульптор и изобретатель Леонардо да Винчи (1452-1519гг.) ДЫМОВОЙ ВЕРТЕЛ (ГНЕЗДО ДЫМОХОДА, УМНАЯ ПЕЧЬ) (1500г.)

Ход урока

Учитель: Здравствуйте ребята и уважаемые  гости. На прошлых занятиях мы узнали с вами о принципе работы тепловых двигателей, а в частности ДВС, рассмотрели практическое применение и процесс преобразования Е. Как же происходит превращение энергии в ДВС?

Ученик: ДВС – распространенный вид  теплового двигателя. Топливо в нем сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Они работают на жидком топливе или горючем газе. Внутренняя Е топлива, выделяющаяся при сгорании превращается в механическую Е.  Т.е. во всех двигателях Е топлива сначала переходит в Е газа, а он, расширяясь, совершает работу и при этом охлаждается, часть его внутренней Е переходит в механическую. Однако в ДВС используется потенц. Е газа, образующаяся при сгорании топлива.

Учитель: Тогда у меня вопрос. Имея в виду что мы с вами знаем 2 вида механической энергии: потенциальную и кинетическую, можно ли для получения механической работы использовать кинетическую энергию газа или пара?

Ученик: Оказывается, что для этого надо получить струю пара, т.е. дать ему возможность выходить из сосуда, в котором он находится.

Учитель: Итак, ребята, мы перешли с вами к рассмотрению следующего типа теплового двигателя – парового. И поэтому тема нашего сегодняшнего урока «Превращение энергии в паровых двигателях. Хронология развития и практическое применение паровых машин». (обращаю внимание на доску, зачитываю эпиграф) Какова же цель нашего занятия?

Учитель + Ученик: Выяснить принцип работы парового двигателя. Проследить, как происходит превращение Е в паровых двигателях, и на практике узнать, где же применяются паровые машины. Я ставлю перед вами проблемный вопрос «Преимущества и недостатки паровых машин в сравнении с ДВС», в конце урока попробуете мне ответить на него.

Учитель: Получается, что передачу кинетической энергии струи пара вращающемуся диску можно пронаблюдать на следующей установке.

Демонстрация паровой турбины сопровождается комментарием ученика.

(Слайд 1) –Паровая турбина (презентация паровая турбина.)

Ученик: Схема действия паровой турбины следующая: на вал насажен диск, по ободу которого закреплены лопатки. Около лопаток расположены трубы (сопла), в которые поступает пар из котла. Струи пара, вырывающиеся из сопел, оказывают значительное давление на лопатки и приводят диск турбины в быстрое вращательное движение. В современных турбинах применяют не один диск, а несколько дисков, насаженных на один общий вал. Пар последовательно проходит через лопатки всех дисков, отдавая каждому из них часть своей энергии.

 Учитель: Да, ребята, но такие активные турбины не экономичны, т.к. пар уходит с лопаток с очень большими скоростями. Например, если нач. скорость 1000-1200 м/с, то при выходе с лопаток 400-500м/с. Однако в паровых турбинах преобразование потенц. Е пара в кинетическую происходит только в первом ряду сопел. Все это приводит к понижению КПД. (Перед детьми ставится проблема: почему же паровые турбины широко применяются во всем мире?) Но при одной и той же мощности паровая турбина

1. Занимает значительно меньше места, чем другие тепловые двигатели.
2. На ее изготовление требуется соответственно меньше дорогостоящих материалов.
3. Кроме того, для получения пара можно сжигать низкосортное топливо (газ).

(Слайд 2)- ТЭЦ-2  - Теплоэлектроцентраль (презентация паровая турбина.)

Всем нам не безызвестная ТЭЦ-2  - Теплоэлектроцентраль, которая расположена на Александровском шоссе. На ее территории расположены 4 паровые турбины, которые обеспечивают теплом и светом наш город. Мощность турбин огромна, достигает до 110МВт (в зависимости от модификации). Турбины изготовлены нашими российскими производителями.

(Слайд 1) – слайд паровые машины(1-7)

1. Точная дата знакомства людей с устройствами, использующими энергетические свойства пара неизвестна. Письменные источники сообщают о том, что в62 г.н.э. греческий механик Герон Александрийский продемонстрировал подогреваемый огнем шар с водой, вращающийся под действием струи пара, получившим название ЭЛООПИЛ.

“Возникло тут противоречие: Герон машину изобрёл,
Но применение машине никто в эпохе не нашёл.
И в чём проблема тут возникла? Ведь знаний было хоть куда.
Изобретение крах постигло, Так лень тому бедой была.
В эпоху древнюю такую трудились лишь одни рабы,
Ну а богатым оставалось лишь пожинать рабов плоды.
А стимул улучшать орудья покинул знать давно, вот так,
Зачем трудиться и стараться? Рабы всё сделают и так”

 Практического применения этот механизм не получил, надолго оставшись для механиков древности забавной игрушкой.

(Слайд2)

2. Более того, первая попытка поставить пар на службу человеку была предпринята в Англии еще в 1698 г. Военным инженером Томасом Сэйвери. Он создал паровой водоподъемник, предназначавший для осушения шахт и перекачивании воды, и ставший прототипом паровой машины. Сам изобретатель назвал водоподъемник «огневой машиной» и широко разрекламировал ее как «друга шахтера». В машине Т. Сэйвери рабочий цилиндр был отделен от котла и для быстрой конденсации пара обливался снаружи холодной водой, что было не совсем удобным для эксплуатации.

(Слайд 3)

3. Однако среди паровых машин того времени была и более удачная «огневая машина» французского изобретателя Дени Папена, объединявшая в одном устройстве котел для парообразования и рабочий цилиндр с поршнем. Посредством системы блоков машина Папена могла приводить в действие различные механизмы, например насосы.

(Слайд 4)

4. С паровыми машинами Сэйвери  и Папена был знаком английский изобретатель Томас Ньюкоман, который часто бывал на шахтах, где он работал кузнецом и поэтому хорошо понимал, как нужны надежные насосы для предотвращения затопления шахт. Он объединился с водопроводчиком и стекольщиком Джоном Кали, и их первая паровая машина была установлена на угольной шахте в Стаффордшире в 1712г. Машина оказалась на редкость удачной для того времени и использовалась по всей Европе больше 50 лет. Это было первое крупносерийное изделие в истории техники (выпущено неск. тыс. штук) Про изобретения Ньюкомена можно сказать, что это было действительно паровая машина, вернее пароатмосферная машина. Поэтому на самом деле изобретателем П.М. по праву является англичанин   Томас Ньюкомен, который разработал ее в 1712г.

(Слайд 5)

5. Совершая краткий экскурс в историю создания пар.маш. нельзя пройти мимо личности нашего выдающегося соотечественника Ивана Ивановича Ползунова. Будучи механиком горнорудного завода на Алтае он сумел сам, в свободное от работы время, овладеть передовой наукой и техникой того времени. Он изобрел в 1766г. Двухцилиндровую поршневую огнедействующую машину с практически непрерывным действием, что обеспечивало возможность непосредственного привода от этой машины любого заводского механизма. Ползунову присвоили звание механикуса. Несколько месяцев трудился над постройкой 18 метровой машины, но видеть ее в действии ему не пришлось. Непосильный труд, взваленный на плечи одного человека, надорвал его силы. 16 мая 1766г. Он умер от скоротечной чахотки. Спустя 3 месяца состоялся пуск в эксплуатацию п.м., а еще через 3 месяца котел дал течь, машину остановили и больше никогда не пускали в действие.

(Слайд 6)

6. В это же время в Англии над созданием п.м. работал Джеймс Уатт. Он убедился в низкой эффективности подобных машин, загорелся идеей улучшить параметры п.м. Его усовершенствования подняли КПД машины, а главное – машина стала легко управляемой. И хотя испытания машины прошли успешно, в ходе дальнейшей эксплуатации, стало ясно, что модель оказалась не совсем удачной, спустя 8лет получает патент на изобретение 2 модели своей машины «Универсальная п.м. двойного действия» .

(Слайд 7)

Она широко применялась для приведения в действие машин и станков прядильных и ткацких фабрик, а позже и др. промышленных предприятий. П.м. были установлены на пароходах, паровозах, что было великим техническим прогрессом того времени.

(Слайд 3) – Дымовой вертел (презентация паровая турбина.)

Особенно хочется обратить ваше внимание на изобретение великого итальянского скульптора, архитектора и художника Леонардо да Винчи. Он описал «Дымовой вертел»  или «Умную печь» около 1500 г. Вертел, который сам вращает мясо над огнем. Происходит это за счет превращения потенциальной энергии пара в кинетическую энергию лопастей колеса. Это сооружение стало основанием для признания Леонардо да Винчи изобретателем прототипа газовой турбины, с которой познакомимся позже.

Итак, мы с вами рассмотрели этапы создания паровой машины, их принцип устройства и действия. Подведем итоги нашего сегодняшнего урока.

(Слайд 4)- итоги урока (презентация паровая турбина.)

ИТОГИ

1. Превращение энергии в паровых турбинах: внутренняя энергия пара преобразуется в механическую энергию дисков и механизмов.
2. Создателями паровой машины можно считать всех представленных на уроке изобретателей, но по праву считается, что больший вклад в изобретение вложил англичанин Томас Ньюкомен.
3. Недостатки парового двигателя в сравнение с ДВС:

1. Низкий КПД -30% , тогда как у ДВС около 45%

4. Преимущества паровой машины в сравнение с ДВС:

1. Занимает значительно меньше места, чем другие тепловые двигатели.
2. На ее изготовление требуется соответственно меньше дорогостоящих материалов.
3. Кроме того, для получения пара можно сжигать низкосортное топливо (газ).
4. Наименьшее загрязнение окружающей среды

Учитель: Надеюсь, что новый материал вами усвоен, основные ключевые моменты нами повторены, поэтому предлагаю выполнить тест на 5 мин, после его выполнения мы вместе проверим его на доске.

Тест (приложение 1)

  (Слайд 5) – Ответы к тесту (презентация паровая турбина.)

Окончание урока: Наш урок подошел к концу, спасибо вам за работу. Практически все из вас получают отличные отметки за работу на сегодняшнем уроке. Запишите д/з на следующий урок: §§ 21,23,24, задание 5 на стр.52. До свидания.

(Слайд 6) – д/з

Приложение 1

Тест

1. Кто же на самом деле считается изобретателем паровой машины?

А. И.И. Ползунов

Б. Т. Ньюкомен

В. Герон Александрийский

2. Какое устройство не относится к тепловым двигателям?

А. Паровая машина

Б. ДВС

В. Микроволновая печь

3. Тепловые двигатели – это машины, в которых…

А. …внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

Б. …механическая энергия пара превращается во внутреннюю энергию топлива.

В.  …внутренняя энергия газа превращается в потенциальную энергию механизмов.

4. КПД тепловой машины равен

А. 100 %

Б. 48 %

В. 125 %

5. Где не используются паровые турбины?

А. ТЭЦ

Б. Паровоз

В. Автомобиль «Жигули»

Ответы: 1.Б  2.В  3.А  4.Б  5.В