Разработка урока в 10 классе по теме: Тепловые двигатели и их роль в жизни человека
учебно-методический материал по физике (10 класс) на тему

                МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

                        «МАЙНСКИЙ МНОГОПРОФИЛЬНЫЙ ЛИЦЕЙ»

                                 Открытый урок

             «Тепловые двигатели и их

                     роль в жизни человека»

                            (урок-конференция)

                                     10 КЛАСС

                                                                Урок подготовила и провела

                                                                учитель физики

                                                                Елисова С.М.

                                                р.п.Майна

Эпиграф.                                Человек родился быть господином,

                                        повелителем,царем природы.Но мудрость,

                                        с которой он должен править не дана ему от

                                        рождения:она приобретается учением.

                                                                        Лобачевский.

Цель урока:

• познакомить учащихся с различными направлениями теплотехники;
• уметь составлять и объяснять схемы действия тепловых двигателей;
• учиться составлять конспекты,делать выводы;
• развитие мышления,познавательного интереса,умение видеть главное.

Этапы:

1.        Актуализация опорных знаний.

2.        Проблемные ситуации.

3.        Постановка опытов.

4.        Выдвижение гипотез на основе опытов.

5.        Решение задач.

6.        Закрепление знаний учащихся.

7.         Итог урока.

I. Фронтальное повторение I и II закона термодинамики.

• Можно ли сформулировать II закон термодинамики так: без совершения работы тепло переходит от более нагретого тела к менее нагретому, а не наоборот?(можно)
• Приведите примеры необратимых термодинамических процессов.

А) Два одинаковых тела, находящихся при разной температуре,

привели к соприкосновению. Что произойдет?

Б) В данном сосуде — разряженный газ,в другом сжатый. Какой  

процесс будет наблюдаться, если сосуды соединить?

Необратимый ли это процесс?

• Изобразите схематично необратимые процессы.
• Что было бы, если бы II закон термодинамики перестал действовать?

II. Наша цивилизация — машинная цивилизация, причем больше тепловых

машин различных видов. Но принцип действия их один: он основывается на

законах термодинамики. Несомненно, без тепловых двигателей жизнь сразу

же затормозилась: не было бы электричества,транспорта. Поэтому тепловые

двигатели — это достижение человеческой мысли.

1698 г. англ. Севери                        паровые двигатели1763 г. рус. Ползунов

1870 г. фр.  Ленуар                        ДВС1876 г. нем. Отто

1889 г. швед. Лаваль — паровая турбина.

    Что же такое тепловой двигатель и каково его устройство?

Тепловой двигатель — это устройство для превращения внутренней энергии

топлива в механическую.

У всех тепловых двигателей есть общие черты.

А) Нужен объект, который совершает работу(газ) — рабочее тело;

Б) Согласно II закону термодинамики необходим элемент по преобразованию внутренней энергии топлива в энергию газа — это нагреватель(чаще всего камера сгорания);

В) Согласно II закону термодинамики не вся энергия превращается в работу, часть ее отдается холодильнику. Во многих случаях это окружающая среда и воздух.выхлоп газов 35%

потери в системе охлаждения  25%   при трении 10-15%

Энергия топлива — А пол.

 25% + потери                    

3.Тепловые двигатели природы (вулканы,гейзеры,круговорот воды...)

4.Простейшие тепловые машины:выстрел из ружья:сгорание пороха,работа

газа по выталкиванию гильзы.

III. Опыты.

1. 1. Нагревание пробирки с водой и вылет пробки: получение высококачественного пара, работа пара при расширении и выталкиванию пробки.

2. Высокий химический стакан с водой. Внутри находится перевернутая пробирка,частично заполненная водой. Предсказать поведение пробки при нагревании жидкости.

Ответ теоретически обоснавать,проверить экспериментально.

По мере нагревания воды нагревается и воздух

• в пробике и при кипении в верхнюю часть пробирки

попадают всплывающие пузырьки пара. В результате

из пробирки вытесняется часть воды-пробирка начнет

всплывать. При соприкосновении с воздухом она

немного остынет и вновь погружается в воду.

Плитка                                                                                                      

Процесс переодический. Имеем тепловой двигатель.

Определите КПД этого теплового двигателя.

Дано:                           Решение:

t1=100°C    373K            T1-T2

t2=20°C      293К       n=  T1

n-?                                    373K-293K

                                  n=  373K            =20%

Реальный паровой двигатель имеет n=20%

IV.

    1.ДВС(виды,применение,характеристики,таблица)

    2.С.Карно-создатель термодинамики (интересные факты биографии)

    3.Интересные модели тепловых двигателей.

    4.Проблемы и пути повышения КПД тепловых двигателей.

    КПД тепловых двигателей:

    ДВС(дизельный) 40%

    ДВС(карбюраторный) 35%

    Тепловая машина 28%

    Паровая машина 25-30 %

     Реактивный двигатель 25-40%

     Паровая поршневая машина <15%

     Паровоз <9%

1. Повышение температуры нагревателя;
2. Сокращение тепловых потерь;

3. Использование экологически чистого топлива(Н2)

4. Изменение пропорции тепловых двигателей в стороу более экономичных;

5. Улучшение за счет регулирования процесса сгорания.

5) Применение тепловых двигателей (быт, траспорт, с/x, авиация,космонавтика).

6) Экологические проблемы использования тепловых двигателей

Пути уменьшения загрязнения окружающей среды.

   - Использование в автомобилях вместо карбюраторных двигателей дизелей,в топливо которых не добавляют свинца;

   - Разработка и испытание электродвигателей,использующих в качестве топлива водород;

   - На тепловых электростанциях,работающих на угле, которые выбрасывают большое количество оксидов серы в газах. Пропускают эти газы через специальные устройства-скрубберы, в которых сера связывается с известью, тогда концентрация оксида серы существенно уменьшается;

   - Сжигание угля в кипящем слое. В этом случае зола не плавится, т.к. горение идет при более низкой температуре, чем в факеле.Если в кипящий слой добавить известняк, то он погасит оксиды серы.

V. Учащиеся говорят решение задачи у доски.В это время класс решает задачу, а затем разбирают задачи на доске.

В паровой турбине расходуется дизельное топливо массой 0,35 на 1 квт.ч мощности. Температура поступающего в турбину пара 250C, холодильника 30С. Вычислите фактический КПД турбины и сравните его с КПД идеальной тепловой машины, работающей при тех же температурах.

Дано:                         СИ                   Решение:

 t1=2500 C               523К                 n1= An/Q    Q=g*m

 t2=300C                  303К                  n1=3,6*106 Дж

m=0,3кг                                                 4,2*107Дж/*0,35кг    = 0,24=24%

 А= 1 кВт.ч           3,6*106 Дж                 Т1 - Т2

g=4,2*107 Дж/кг                             n2=        

                                                                     Т1

n1-?                                                     n2=(532К-303К)/532К=0,42=42%

n2-?  

Ответ: n1=24%; n2=42%

 VI.Тест.

1. Выберите ответ, в котором перечислены только физические явления.

А) Давление газа, КПД, телеплопередача

               Б) I закон термодинамики, изохорный процесс, работа газа.                                                                                                    

            +В) Теплопередача, адиабатный процесс, расширение газа.

               Г) Давление, температур, объем.

               Д) Давление, расширение газа, изотермический процесс.                                                          

            2. В  каком из утвержденй названы лишь средства описания т-д процесса.

                  А) I закон термодинамики, изотермический процесс.

                +Б) II закон термодинамики, изотерма.

                  В) II закон термодинамики, теплопередача.

                  Г) Теплота и измерение внутренней энергии

                  Д) Теплоемкость, расширение газа.

           3.Выберите ответ, полнее и правильнее характеризующий цикл Карно.

                 А) Неравновесный, обратимый.

               +Б) Равновесный, обратимый, самопроизвольный.

                 В) Неравновесный, обратимый.

                 Г) Необратимый, самопроизвольный.

                 Д) Нет верного ответа.

1. Выберите полную и точную формулировку I закона термодинамики.

                 А) Энергия замкнутой системы повторяется.

                 Б) Внутренняя энергия замкнутой системы сохраняется.

              +В) Изменение внутренней энергии системы равно сумме энергии

                     теплопередачи и работы.  

                 Г) Внутренняя энергия системы изменяется за счет теплопередачи и

                      теплоты.      

                 Д) Внутренняя энергия термодинамики системы сохраняется.

            5. Выберите полную и точную формулировку II закона термодинамики.

                  А) В периоде происходят лишь равновесные процессы.

                  Б) В периоде нет изолированных термодинамических систем.

                +В) Внутренняя энергия не может самопроизвольно переходить от        тела с меньшей температурой к телу с большой температурой.

                  Г) в природе воможно любые равновесные процессы.

 VIII. Итоги урока.

1. Повторение изученного.
2. Самостоятельная работа учащихся с дополнительной литературой.
3. Различие КПД реальной и идеальной тепловой машины.
4. Экологические проблемы.