КПД тепловых двигателей
план-конспект урока по физике (8 класс)

Технологическая карта урока

Данные об учителе: Рубцова Елена Григорьевна ,высшая категория, МОУ  СОШ №9 г.Павловского Посада Московской области

Предмет:   физика        Класс:  8      Учебник (УМК): А.В.Грачёв, В.А.Погожев, А.В.Селеверстов, Физика 8 класс.

Тема урока:  КПД тепловых двигателей.         

 Тип урока: комбинированный урок

Оборудование: на доске схема для записи основных элементов теплового двигателя без указания их названия; Модель ДВС и турбины,

Парты расставлены для работы в группах по 6-7 человек, на партах раздаточный материал для работы в группах.

Характеристика учебных возможностей и предшествующих достижений учащихся класса, для которого проектируется урок:

Учащиеся владеют

• регулятивными УУД:

• формулировать вопросы по теме на основе опорных (ключевых и вопросительных) слов (2 уровень);
• преобразовывать практическую задачу в учебно-познавательную совместно с учителем (2 уровень);

• познавательными УУД:

• собирать и выделять информацию, существенную для решения проблемы, под руководством учителя (1 уровень);

У большинства учащихся  сформированы

• коммуникативные УУД:

• высказывать свою точку зрения по инициативе учителя;
• предлагать способы решения технических задач на основе уже имеющихся знаний

• личностные УУД:

• осуществлять рефлексию своего отношения к содержанию темы.

Цели урока как планируемые результаты обучения, планируемый уровень их достижения:

Конспект урока.

1. Мотивационно-целевой этап 15 минут

-Ребята, на предыдущих уроках мы с вами познакомились с различными видами тепловых двигателей. Давайте вспомним, что называется тепловым двигателем?

 Ответ: Тепловыми двигателями называются машины, в которых внутренняя энергия превращается в механическую.

Вопрос:  Какие виды тепловых двигателей вы знаете? Какие основные детали этих двигателей вам известны?

Ответ: 

1. ДВС. Состоит из цилиндра, поршня, шатуна, коленвала, маховика, клапанов и свечи
2. Турбина. Состоит из вала, диска с лопатками, сопел.
3. Газотурбинный двигатель. Состоит из воздушного компрессора, камеры сгорания, газовой турбины и статора.
4. Реактивный двигатель. Состоит из топливных баков, баков с окислителем, камеры сгорания и сопел.

-Ребята, как вы думаете, эти устройства похожи? Они работают по одинаковой схеме?

(Дети отвечают на поставленные вопросы, слушают мнение друг друга, понимают,  что им не хватает знаний для того, чтобы с уверенностью правильно ответить на этот вопрос).

- Не смотря на то, что эти двигатели устроены по-разному, в каждом из них есть элементы, которые выполняют одинаковые функции в работе двигателя.

Есть элемент, где осуществляется сгорание топлива и выделение энергии (ДВС – цилиндр, турбина – котёл, из которого из сопла выходит нагретый пар, Газотурбинный двигатель и ракета  – камера сгорания)

Так как эти элементы выполняют одну и ту же функцию, давайте придумаем им общее название – нагреватель. (вписать в сетку схемы это название)

- Есть в двигателях и элемент, который совершает работу. Что это за элемент?

Ответ: разогретый газ, или пар.

- Давайте придумаем общее название этому  элементу. ( Дети предлагают названия)

- Ваши предложения не лишены смысла, а называется этот элемент двигателя рабочее тело. (заполнить следующую часть общей схемы)

- Для того, чтобы двигатель мог работать циклично, отработанные газы, или пар, необходимо вывести из него. Вспомним, как это делается в разных двигателях.

Ответ: в ДВС это выхлопная труба, в турбине – конденсаторы, в реактивном двигателе – сопла. Выброшенные пары и газы должны остыть. Скажите, как называется устройство для охлаждения, например продуктов?

Ответ: холодильник.

- Правильно, последний элемент теплового двигателя мы назовём Холодильником. ( вписать название  в схему)

- А теперь рассмотрим принцип работы любого теплового двигателя, опираясь на полученную нами схему.

( Анализ работы теплового двигателя с опорой на полученную схему)

- В нагревателе сгорает топливо, при этом выделяется количество теплоты Q1, а газ в двигателе нагревается до температуры Т1

- Нагретый газ – это рабочее тело, т.е. количество теплоты Q1 передаётся рабочему телу, которое расширяется и совершает работу А/  .

- газ, отдаёт на совершение работы только часть энергии. Для того, чтобы двигатель мог повторить рабочий цикл, оставшуюся часть энергии Q2   необходимо передать холодильнику, температура которого  Т2 .

- Скажите, как вы думаете, что является холодильником для тепловых двигателей?

(Дети выдвигают предположения на основе знаний об устройстве различных двигателей и делают вывод)

Ответ:  Это атмосфера.

- Опираясь на схему, попробуйте сделать вывод о том, чему равна работа, совершённая газом?

Ответ:   А/  = Q1 - Q2   

- Для практических целей нам необходимо, чтобы двигатель был максимально эффективен. Что это значит, эффективность?

(Дети высказывают свои мысли на это счёт)

Ответ:   Двигатель тем эффективнее, чем большую работу он совершает, при наименьших затратах.

2. Ориентировочный этап 5 мин.

- В 7 классе мы знакомились с простыми механизмами. Вспомните их.

Ответ:   рычаг(блок, ворот) и наклонная плоскость( клин, винт)

- Для чего предназначены простые механизмы?

Ответ:   для совершения работы.

- Верно. Как мы  с вами определяли эффективность работы простых механизмов?

Ответ:   мы вычисляли их КПД.

- Попробуйте из всего вышесказанного предположить, какова тема нашего сегодняшнего урока и какие задачи мы должны сегодня решить?

(дети делают предположения, на доске записывается тема урока)

Ответ:  тема « КПД тепловых двигателей»,  задача: выяснить, от чего зависит эффективность работы теплового  двигателя

3. Практический этап 20 мин.

- Вспомним как вычисляется КПД простых механизмов

Ответ:   ɳ = Ап / Аз

- Из формулы видно, что КПД тем больше, чем больше Ап и чем меньше Аз. Вернёмся к нашей схеме и выясним, что на этой схеме выражает затраченную и полезную работу? (дети высказывают своё мнение)

Ответ:   Q1 – затраченная энергия,  А/  -  полезная работа, совершённая двигателем.

- Воспользуемся информацией, полученной из  нашей схемы для определения формулы КПД теплового двигателя.

Ответ:   ɳ = А/  / Q1 = Q1 - Q2  / Q1= 1- Q2/ Q1

- вспомните формулу для расчёта количества теплоты, выделяющегося при сгорании топлива.

Ответ:   Q = q.m

- Скажите, что нужно сделать, чтобы увеличить КПД двигателя?

Ответ:   Увеличить Q1 и уменьшить Q2

- Можно ли это делать бесконечно?

( дети анализируют ситуацию и приходят к выводу о том, что есть ограничения)

-  Французский физик Сади Карно выяснил, что максимальный КПД не может быть больше КПД идеальной тепловой машины (рабочее тело – идеальный газ). Он получил формулу для расчёта КПД идеальной тепловой машины.

ɳ =  Т1 – Т2  / Т1 = 1 - Т2  / Т1

- Глядя на эту формулу, попробуйте ответить, может ли КПД теплового двигателя  быть равным 100%?

(дети анализируют формулу и делают выводы)

Ответ:   КПД будет равен 100% только если  Т2 = 0 К.   Т.к. Т2 – это абсолютная температура холодильника, а холодильник – это атмосфера, то Т2 не может быть равна  0К, значит КПД всегда < 100%.

- Ребята, мы с вами  определили, что  главная задача нашего урока: выяснить, как повысить эффективность работы теплового двигателя, т.е. его КПД.

Сейчас вам предстоит выполнить в группах практическое задание, в котором вы попробуете решить поставленную вами задачу. Старшие группы (назвать фамилии) возьмите  задания, лежащие на парте( Приложение). Определите,, как вы будете выполнять эти задания. На листе бумаги напишите список вашей группы А ответы на поставленные перед вами  вопросы, отметьте прямо в листе задания. Приступайте. (Дети выполняют работу в группах в течение 8-12 минут..  Старший группы выставляет оценки на листе всем участникам группы в конце работы и сдаёт работу учителю)

- Запишите домашнее задание: § 29 упр. 1,2, № 1143, 1144.

4. Рефлексивно-оценочный этап 3 минуты.

- Ребята, давайте вспомним ещё раз, какую задачу мы решали в течение урока.

Ответ:   мы пытались ответить, от чего зависит эффективность работы теплового двигателя, и искали пути повышения эффективности.

- как вы считаете, мы решили поставленные задачи?  У вас на столах лежат стикеры разного цвета зелёный – да, жёлтый -  скорее да, красный – скорее нет. Поднимите их (дети поднимают стикеры).

- а теперь выберете  стикер, который  будет соответствовать вашим личным ощущениям после  проведённого урока, было ли вам интересно, всё ли вам было понятно?

Зелёный -  было интересно, всё понятно, Жёлтый – было интересно, но понятно не всё, Красный – было не интересно и не понятно.

-  Ребята, спасибо вам за активное участие в уроке. Урок окончен, до свидания.

Приложение.

Группа №            Старший группы:                                                              (список группы с оценками напишите на отдельном, приложенном листе)

Задание  1. Задача (базовый уровень)

Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 23.106 Дж, при этом израсходовал бензин массой 2 кг. Вычислите КПД этого двигателя, если удельная теплота сгорания бензина  q= 46.106 Дж/кг.

ДАНО:                                               РЕШЕНИЕ:

Задание 2.

Представьте, что вы купили свой первый, правда,  подержанный автомобиль. Выберете те из перечисленных действий, которые вы выполните для повышения эффективности, т.е. КПД двигателя своего автомобиля. Кратко объясните, почему это действие вы выбрали?

1. Убраться в салоне.

2. Поменять сорт бензина с 95 на 98-й

3. Поменять чехлы в салоне

4. Пройти техосмотр

5. Поменять масло в двигателе.

6. Поменять аудио систему

7. Застраховать автомобиль

8. Заменить освежитель воздуха в салоне.

9. Почистить систему зажигания (свечи)

10. Отрегулировать тормозную систему

Задание 3.

Ответьте на вопрос:  Какую общечеловеческую проблему планетарного масштаба  мы решаем, повышая эффективность тепловых двигателей, если холодильником для них является атмосфера нашей планеты?