Урок физики в 8-м классе по теме "Тепловые машины"

Цель урока:

Дать определение теплового двигателя, виды тепловых двигателей, опытная иллюстрация тепловых машин. Дать ответ на вопрос как внутреннюю энергию превратить в механическую. Практическое применении теории для решения задач.

Задачи урока:

Образовательная: учить решать задачи на тепловой двигатель, на работу газа и пара при расширении. Дать теоретические сведения о тепловых машинах, показать опыты по теме.
Развивающая: развивать наглядно-образное мышление, совершенствовать навыки решения задач.
Воспитательная: воспитывать гуманное отношение к природе.

Оборудование: раздаточный материал на каждый стол, модель теплового двигателя, оборудование для опыта.

Ход урока.

1. Повторение.
На сегодняшнем уроке мы рассмотрим работу газа и пара при расширении, познакомимся с тепловыми двигателями.
Прежде, чем непосредственно перейти к новой теме, давайте немного поработаем.
1) Закончите предложение.

1. Внутренняя энергия это …
2. Внутреннюю энергию можно изменить …

Решим задачу № 1.
В железный котел массой 10 кг налита вода массой 30 кг. Какое количество теплоты нужно передать котлу с водой для изменения их температуры от 10 °С до 100 °С?
!  При решении задачи нужно учесть, что оба тела будут нагреваться вместе. Между ними происходит теплообмен и их температуры можно считать одинаковыми, т.е. температура котла и воды изменится на 90 °С. Но количества теплоты, полученные котлом и водой будут различны. Ведь их массы и удельные теплоемкости разные.

с. Для того, чтобы вычислить количество теплоты, выделившееся при полном сгорании топлива некоторой массы, …
d. Задача № 2
Сколько теплоты выделится при полном сгорании водорода массой 2 кг?
(Решение: Q = mq = 2 кг * 12*107 Дж/кг = 24 * 107 Дж.)

2 Объяснение нового материала.
Посмотрите, ребята, какое большое количество теплоты необходимо для нагревания 30 кг воды до 100 °С.
- А сколько количества теплоты выделится при охлаждении 30 кг воды от 100 °С до 0 °С? (Столько же.)
Это же колоссальная энергия.
Многие ученые задумывались над тем, чтобы заставить эту энергию служить людям.
Мы уже говорили, что развитие техники зависит от умения как можно более полно использовать громадные запасы внутренней энергии, содержащиеся в топливе. (Посмотрите на предыдущую задачу.)
– Как можно использовать внутреннюю энергию тела?
(Использовать внутреннюю энергию тела – значит совершить за ее счет полезную работу. Например, перевезти вагоны, поднять груз, заставить вращаться колеса и т.д.)
– А что это означает?
(Это означает, что внутреннюю энергию нужно превратить в электрическую.)
– Как это сделать?
Рассмотрим ОПЫТ:  В пробирку нальем немного воды, затем плотно закроем ее пробкой и нагреем воду до кипения. Под давлением пара пробка выскочит и поднимется вверх.
- Давайте объясним этот факт с точки зрения внутренней энергии.
Здесь энергия топлива перешла во внутреннюю энергию пара, а пар, расширяясь, совершил работу – поднял пробку. Внутренняя энергия пара превратилась в кинетическую энергию пробки.
Если заменить пробирку прочным металлическим цилиндром, а пробку – плотно пригнанным поршнем, который может двигаться вдоль цилиндра. Мы получим простейший ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию поршня.
Работа с моделью теплового двигателя.
Такой двигатель был изобретен в конце XVII века и усовершенствован в дальнейшем.
- Сформулируем определение теплового двигателя.
Определение: Тепловыми двигателями называются машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.
У вас на столах лежит таблица. Посмотрите на нее.

рисунок 1

На <рисунке № 1> показана история развития тепловых двигателей. Прообразом теплового двигателя был элеопил Герона созданный примерно в 200 г до н.э. потом Иван Ползунов изобрел паровую машину, однако, изобретателем теплового двигателя считается Джеймс Уатт в 1784 г. Его паровая машина работала именно на таком двигателе. С изобретением тепловых двигателей стало возможно изобретение парохода и паровоза.
- Каков принцип действия этих машин?

В 1878 г был изобретен первый двигатель внутреннего сгорания.
В 1887 г – первая паровая турбина.
С изобретением реактивного двигателя стало возможно современное самолетостроение.
- Что общего у паровой машины, двигателя внутреннего сгорания, паровой турбины, реактивного двигателя?
(Во всех двигателях энергия топлива сначала переходит в энергию газа (или пара). Расширяясь, газ совершает работу и при этом охлаждается, часть его внутренней энергии превращается в механическую энергию.)

Посмотрите на <рисунок   №2>. Почему у него такой заголовок?

рисунок 2

Это связано с взаимодействием с окружающей средой. Действительно, посмотрите вокруг, выйдите на улицу, что вы увидите? Сотни и тысячи машин, невозможно дышать от выхлопных газов, слезятся глаза, из труб заводов выбрасываются вредные вещества в атмосферу, рев двигателей заставляет кричать ,чтобы тебя услышали. Поднимитесь над городом. Что вы увидите? Весь город потонул в черном облаке смога. В чем причина? Причина в тепловых двигателях. Их выбросы отравляют воздух, шум действует на сердце и нервы, шину разрушают почву. И это только машины! А ведь есть еще поезда, самолеты, ракеты. (см Приложение 1)
Таким образом, решение проблемы защиты окружающей среды и рационального использования природных ресурсов в случае применения тепловых двигателей, связано с созданием новых, более экономичных двигателей, топлива, вида транспорта, а также с совершенствованием существующих конструкций двигателей, нефте- и газопроводов, автомобильных и рельсовых дорог. В частности, поиски экологически  чистых видов топлива интенсивно ведутся во всем мире, и одно из перспективных направлений – переход на широкое использование водорода, поскольку его теплота сгорания в 205 раза больше, чем у бензина, а продукт сгорания безвреден.

3 Итог урока

• Что такое тепловой двигатель?
• В каких механизмах он применяется?
• Какой вред он причиняет окружающей среде?

4 Домашнее задание: § 21, вопросы № 2, 3, 4.