Энергия движущейся воды и ветра
план-конспект урока по физике (8 класс) на тему

«Использование энергии воды и ветра»

Цели урока:

• углубление понятия энергия на примере её практического применения;
• показ различных методов научного познания – экспериментального и теоретического;
• дальнейшее формирование умения воспринимать, перерабатывать и предъявлять учебную информацию;
• расширение кругозора учащихся.

Подготовка к уроку:

• создание презентации к уроку;
• распечатать таблицы.

Ход урока

Учитель. На двух предыдущих уроках мы начали изучать одно из основных понятий физики – энергия. Так что такое энергия?

Учащийся. Физическая величина, показывающая какую работу может совершить тело.

Учитель. Какие два вида механической энергии различают?

Учащийся. Различают кинетическую и потенциальную энергии.

Учитель. Чем обусловлена кинетическая энергия?

Учащийся. Кинетическая энергия тела обусловлена его движением.

Учитель. Чему равна кинетическая энергия тела?

Учащийся. Кинетическая энергия тела равна половине произведения массы тела на квадрат его скорости.

Учитель. Чем обусловлена потенциальная энергия тела?

Учащийся. Потенциальная энергия обусловлена взаимодействием тел.

Учитель. Сейчас мы напишем физический диктант. Я буду называть физические тела, вы – укажите какой энергией обладает тело: если кинетической – пишем Ек, если потенциальной – Ер, если двумя видами энергии – Ек + Ер. Названные тела вы не только услышите, но и увидите на экране.

1.  Сосулька на крыше дома.
2. Плот, плывущий по реке.
3. Парашютист, совершающий прыжок.
4. Падающая с водопада вода.
5. Альпинист на вершине покоренной горы.
6. Проплывающая в небе туча.

А теперь проверяем диктант. На экране вы видите правильные ответы.

1 – Ер, 2 – Ек, 3 – Ек + Ер, 4 – Ек + Ер, 5 – Ер, 6 – Ек+ Ер ( слайд 4 презентации. )

Поднимите руки, кто правильно ответил на 4 и 6 вопросы?  Большинство ответили правильно. Проплывающая в небе туча и падающая вода обладают и потенциальной и кинетической энергией. А что заставляет тучу двигаться?

Учащийся. Ветер.

Учитель. Из курса географии вам уже известно, что такое ветер.

Учащийся. Ветер – движение воздуха относительно земной поверхности.

Учитель. По каким признакам вы определяете, находясь в звукоизолированном помещении, что на улице есть ветер? (опираясь на свой жизненный опыт, учащиеся приводят примеры колеблющихся веток, развевающихся флагов, отклоняющегося дыма из трубы, пролетающих листьев). Так как ветер способен переносить предметы, то мы можем утверждать, что ветер совершает работу. А если тело может совершать работу, то оно обладает энергией. Каким видом энергии в большей степени обладает ветер? 

Учащийся. Ветер в большей степени обладает кинетической энергией?

Учитель. Вы сделали этот вывод, анализируя свои наблюдения. А теперь я хочу, чтобы вы к этому выводу пришли, рассуждая теоретически.

Учащийся. Формула кинетической энергии Е = mV2/2. Ветер – это движение воздуха, а воздух имеет массу; движение воздуха характеризуется скоростью; значит ветер обладает кинетической энергией.

Учитель. Ветер – это потоки воздуха над землёй, а на поверхности земли о каких потоках можно говорить?

Учащийся. О потоках воды.

Учитель. Где мы наблюдаем эти потоки?

Учащийся. Мы наблюдаем потоки воды в реках, морях и океанах. 

Учитель. Потоки воздуха обладают кинетической энергией, а потоки воды?

Учащийся. Так как вода имеет массу и движется с некоторой скоростью, то она обладает кинетической энергией.

Учитель. Может ли вода обладать потенциальной энергией?

Учащийся. Вода будет обладать потенциальной энергией, если поднята на некоторую высоту над землёй.

Изучение нового материала:

Учитель. Сегодня на уроке мы рассмотрим энергию движущейся воды и ветра.

Тема урока - энергия движущейся воды и ветра.

Цель нашего урока – выяснить где и как используется энергия движущейся воды и ветра; какие есть преимущества и недостатки в использовании этой энергии.

По ходу урока вы должны заполнить таблицы 1 и 2 (распечатки этих таблиц имеются у учащихся на столах). Информацию, которую вы занесёте в таблицы, вы будете получать из моего рассказа и учебника.

Таблица 1

Таблица 2.

Человек всегда стремился облегчить свой труд, используя для работы различные виды энергии, от механической до атомной. На уроках истории вы знакомились с бытом и культурой древних цивилизаций. Применяя эти знания в интересующей нас плоскости, попробуйте ответить на вопрос: Каким образом человек впервые использовал энергию ветра?

Учащийся. Когда человек придумал и использовал для плавания парус.

В таблице 1 появляется первая запись. Какая?

Учитель. Где ещё используется энергия ветра.

Учащийся. Использовалась энергия ветра для работы ветряных мельниц.

Учитель. В устройстве ветряных мельниц используется ветряной двигатель.  Информацию о том, где ещё используется ветряной двигатель, вы найдете в учебнике на странице 42. (учащиеся работают с учебником самостоятельно, продолжают заполнение таблицы, затем сверяют записи).

Человечество в течение тысячелетий почти до 20 века довольно интенсивно пользовалось энергией ветра. А для каких целей?

1.Для мореплавания,

2. Ветряные мельницы для помола зерна. Они были изобретены в Персии в 7 веке нашей эры.

В 20 веке использование ветра практически прекратилось в связи с появлением тепловых двигателей и электромоторов. Однако интерес к ветроэнергетике в последние годы возродилось и вероятнее всего, будет расти.

Началом развития ветроэнергетики можно считать 1850 год, когда датчанин Ла Кур построил первый ветрогенератор. Сегодня в Дании действует более 2000 ветроэнергоустановок, и она является основным экспортером этого вида генераторов

Активно развивается ветроэнергетика в Швеции, отказавшейся от ядерной энергетики. В США планируется в ближайшие 10-15 лет довести производство ветро - энергии до уровня ядерной энергетики

В СССР в 1931 году в Балаклаве ( Севастополь ) была построена самая крупная по тем временам ВЭС мощностью 100 кВт. С диаметром крыльчатки зо м. На Земле имеются обширные районы, где постоянно дуют устойчивые ветры. Почти 40 % территории России удобно для установки ветровых преобразователей, общая мощность которых может достичь 100 млрд. кВт. В 2009 году установили первые 17  установок.

Недостаток ветряных двигателей - их непостоянная мощность.

Достоинство - Экологически, чистые машины , занимают небольшие площади.

Человек уже тысячи лет использует не только энергию ветра, но и энергию движущейся воды. Как вы думаете, каким образом впервые человек использовал энергию движущейся воды?

Учащийся. Сплав по реке. 

Учитель. В нашей таблице появилась ещё одна запись. Более 2-х тысяч лет назад римляне научились строить на реках водяные колеса. Конструкция водяного колеса со временем совершенствовалась, а вот принцип действия не изменился.

Теперь вновь обратимся к учебнику (стр. 42). Каким образом ещё используется энергия движущейся воды?(после прочтения учебника учащиеся отвечают на вопрос – для производства электроэнергии).

Люди с давних пор используют энергию воды. Любой поток воды обладает Ек .  Если воду поднять на определенную высоту, то она обладает Еп.

Энергию воды используют и  в работе ГЭС. Первая ГЭС была построена в США в 1881 году около Ниагарских водопадов. Вода поднимается на большую высоту и затем по водоводам падает вниз на лопасти турбины

 Посмотрим видео о ГЭС

Вы уже узнали , что основным элементом ГЭС является плотина, при помощи которой вода поднимается на большую высоту относительно уровня реки. Нурекская ГЭС  - плотина  300 м. Красноярская ГЭС -124 м.

Хотелось бы остановится поподробней на СШ ГЭС

1.СШ ГЭС  входит в десятку крупнейших ГЭС в мире.

2. СШ ГЭС самая крупная ГЭС в России и на территории СНГ.

3. Плотина СШ ГЭС- уникальное архитектурное сооружение.

4. Высота плотины СШ ГЭС почти в 2 раза превышает высоту Эйфелевой башни в Париже.

5. СШ ГЭС ежегодно вырабатывает около 23 млрд. кВт и 3% всей электроэнергии России.

6. Бетонная арочно- гравитационная плотина СШ ГЭС занесена в книгу рекордов Гиннеса – она признана самым прочным сооружением данного типа.

Видео

Максимальная строительная высота 245 м.

Длина по гребню 1074,4 м.

Ширина в основании 105,7 м.

Ширина по гребню 25 м.

Радиус закругления 600 м.

Знаменитая пирамида Хеопса высотой 146,6 м., « Не дотягивает» до гребня плотины целых 100 метров ( слайд 15 ).

Емкость водохранилища – 31,3 км3

Распространяется – 320 км.

Средняя глубина водохранилища – 5о м.

Мощность ГЭС, млн кВт – 6,4

Выработка электроэнергии в год, млрд кВт/ч – 23,5

Число гидроагрегатов – 10

Самый крупный в мире водопад Виктория в Южной Америке низвергается с высоты 120 метров, а на колеса турбин Енисей обрушивает свою воду с высоты более 180 метров ( слайд 16-17 ). фильм

При падении воды с высоты 120 м. полная энергия 1 м3 составляет 1 млн. Дж.

При строительстве ГЭС есть и  отрицательные стороны. Это большие площади затопления и экологические проблемы .СШ ГЭС самая большая в России и занимает 6 место в мире.  

Кроме ГЭС есть станции, которые работают, за счет морских приливов. Самая мощная в нашей стране станция на берегу Белого моря, это Мезенская ПЭС. Высота плотины 6 м ( слайд 21 ).

Огромное количество энергии содержится в океанских приливах, общий потенциал которой оценивается в 1 млрд.кВт. На Земле имеется около 25 мест, где уровень подъема воды очень высок. На берегах Канады в заливе Фанди  уровень воды поднимается до 20 м, в побережье Белого моря в Мезенской губе – до 9 м. Казалось бы, удобный источник почти даровой энергии. Не совсем так. Трудностей довольно много. Связаны они с периодичностью приливов, с распределением энергии на большом протяжении вдоль берегов, с коррозионной активностью морской воды, удаленностью от потребителя. Тем не менее, приливные электростанции созданы и довольно успешно работают: во Франции, в России, в Китае.

ПЭС не загрязняют окружающую среду, потребляют практически неисчерпаемую энергию океана. Однако и они имеют экологические минусы, так как при сооружении протяженных плотин нарушается водный режим прибрежных вод, а по опубликованным выводам американских специалистов, значительное использование приливной энергии приведет к заметному замедлению вращения Земли. Весьма неожиданный и настораживающий вывод.

В настоящее время основным в использовании энергии ветра и движущейся воды является получение электроэнергии. Энергия имеет ключевое значение в развитии экономики, науки и культуры. Энергетика – ведущая отрасль экономики всех стран. Для превращения энергии движущейся воды и ветра в электроэнергию существуют электростанции. 

Какие ещё виды электростанций, кроме перечисленных, вы знаете?

Учащийся. Тепловые и атомные электростанции.

Учитель. Давайте с вами выясним, какими преимуществами перед тепловыми и атомными электростанциями обладают ГЭС, ПЭС и ВЭС. Посмотрим на ваши заполненные таблицы.

Учащийся. Энергия воды и энергия ветра возобновляются. При работе этих электростанций не выделяется в окружающую среду вредных отходов.

Учитель.  Кроме неоспоримых плюсов в работе гидро-, приливных и ветровых электростанций есть свои минусы. Какие есть недостатки в работе ГЭС?

Учащийся. Искусственные моря нарушают природное равновесие, затрудняют миграцию рыбы, затопляют берега.

Учитель. Давайте вернемся к цели нашего урока. А достигли мы ее или нет, является записи в наших таблицах. Таблица заполнена не до конца, дома вы продолжите работу, привлекая дополнительную литературу. В работе ветроэлектростанций можно назвать как минимум пять недостатков.

После подведения итогов урока и домашнего задания учитель предлагает учащимся решить кроссворд “Литературный” и по ходу решения кроссворда подумать над вопросом: Какое отношение этот кроссворд имеет к теме урока. (Рисунок 1)

Кроссворд “Литературный”

В выделенных клетках: Китайский генерал Хань-Чинь около 300 лет до Рождества Христова, осаждая город-крепость Вейань-Конг, решил сделать под неё подкоп. Но для этого нужно было точно измерить расстояние до стены города, к которой нельзя было подойти (с неё посылали тучи стрел и метали камни). Пораздумав, генерал приказал изготовить небольшую рамку из бамбука, на которую наложить лист бумаги и прикрепить его; потом привязать к “аппарату” конец большого клубка верёвки и пустить по ветру, который дул в сторону крепости. Какой аппарат сконструировал генерал?

(Воздушный змей)

1. Как звали героиню сказки Андерсена, которая спаслась от нежеланного замужества, используя течение реки?

(Дюймовочка)

2. Какое средство передвижения использовали Том Сойер и Гекльбери Финн, чтобы попасть на остров и “зажить жизнью пиратов”?

(Плот)

3. Главный герой романа Даниэля Дефо провел долгие годы на необитаемом острове. Его имя впоследствии стало нарицательным. Назовите его.

(Робинзон)

4. “Ветер по морю гуляет
И кораблик подгоняет.
Он бежит себе в волнах
На раздутых парусах.
Мимо берега крутого
Мимо острова большого”.
Кто правит этим островом?

(Гвидон)

5. Роман Жюль Верна “Дети капитана Гранта” начинается так: “26 июня 1864 г при сильном северо-восточном ветре мчалась на всех парусах вдоль северного пролива великолепная яхта”. Как называлась эта яхта?

(“Дункан”)

6. К какому классу судов относилась “Святая Мария”, корабль, на котором ушел в плавание капитан Иван Татаринов? Роман Вениамина Каверина “Два капитана”.

(Шхуна)

7. Как называлась область Испании, откуда был родом уже упомянутый сегодня Дон Кихот?

(Ламанча)

8. Какого направления был ветер, который принес в дом № 17 по Вишнёвому переулку новую няню Мэри Поппинс?

(Восточный)