Цели урока:
- ввести понятие “тепловые двигатели”, объяснить принцип действия двигателя внутреннего сгорания (Д.В.С.), их виды, применение;
- продолжить формирование естественно-научных представлений по изучаемой теме;
- создавать условия для формирования познавательного интереса, активности учащихся;
- азвивать способности учащихся переходить от конкретного к абстрактному и наоборот;
- пособствовать развитию конвергентного мышления;
- формирование коммуникативного общения;
- воспитание экологической грамотности учащихся.
Оборудование: интерактивный комплекс SMART Board Notebook; видеоплеер, видео ролик “модели тепловых двигателей”, лист А4 – “карта ученика” на каждом столе (см. Дополнение1), кинематическая модель Д.В.С., модель паровой турбины, штатив с колбой, водой и трубкой, колесо с лопаточками, сухое горючее, спички.
Метод ведения урока: беседы с применением демонстрационного эксперимента и использование интерактивного комплекса SMART Board Notebook
Эпиграф урока:
“Человек родился быть господином,
Повелителем, царем природы, но
Мудрость, с которой он должен
Править, не дана ему от рождения:
Она приобретена учением.”
Н.И. Лобачевский
План урока:
- Оргмомент.
- Проверка знаний, их актуализация (методом фронтального опроса).
- Изучение нового материала.
- Закрепление.
- Рефлексия.
- Домашнее задание: § 21–23.
Ход урока
Учитель: Здравствуйте, ребята! Садитесь. Назовите, какие виды энергии Вы знаете?
Ученик: механическую, внутреннюю.
Учитель: перечислите, какие виды механической энергии вам известны?
Ученик: кинетическая и потенциальная.
Учитель: какую энергию называют внутренней?
Ученик: энергию движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело, называют внутренней.
Учитель: какие можно привести примеры перехода механической энергии во внутреннюю?
Ученик: падение камня с высоты и нагревание его при этом…
Учитель: а возможен ли обратный переход? Может ли внутренняя энергия переходить в механическую? Где в жизни мы встречаемся с такими переходами?
Ученик: в машинах, самолетах…
Учитель: вот об этом мы сегодня и поговорим на уроке. Откройте тетради и запишите число, тему урока. ( см. Приложение 1, слайд 1, 2, 3 ).
Вернемся к переходу внутренней энергии в механическую.
Посмотрим опыт. Что наблюдаете?
Ученик: вода закипела в колбе, из трубочки выходит пар, который приводит во вращение турбину с лопаточками.
Учитель: какой энергией обладала турбина в начале опыта?
Ученик: запасом потенциальной энергией относительно стола.
Учитель: а в конце опыта?
Ученик: турбина приобрела кинетическую энергию.
Учитель: какие же переходы энергии вы здесь наблюдали? На каждом столе у вас лежит “карта ученика”. Покажите, при ответе на первый вопрос эти переходы энергии, используя обозначения физических величин, характеризующих эти переходы.
Вопрос 1: Как смоделировать данный опыт, используя физические понятия и величины? (Даю время на работу, и первые несколько пар, отвечающие на вопрос, показывают свои варианты на доске)
(См. Приложение 2, слайд 4, 5, 6 ).
Какой же вывод из этого следует? ( см. Приложение 3, слайд 7).
Процесс этого перехода совершался очень быстро, тысячные доли секунды.
Можно ли придумать устройство, в котором переход внутренней энергии в механическую происходил бы периодически, непрерывно. Хорошо, подумайте!
(См. Приложение 3, слайд 8 ).
Что же мы понимаем под тепловыми двигателями? Можем ли мы турбину считать тепловым двигателем?
Ученик: да, можем. По нашему определению, внутренняя энергия сжигаемого топлива превращается в механическую энергию.
Учитель: посмотрим видео ролик “Модели тепловых двигателей” профессора Крензиса из Уральского университета.
Вы просмотрели ролик. Продолжаем работать парами с “картой ученика”.
Ответим на второй вопрос. Изобразите свое видение модели теплового двигателя
(См. Приложение 3, слайд 9 ).
Попытайтесь смоделировать основные элементы любого теплового двигателя.
(Работают парами и результат показывают на доске ).
(См. Приложение 4, слайд 10 ).
Молодцы!
Первые тепловые двигатели, основывались на расширении пара при нагревании, поэтому их называли “паровые машины”.
1). II в. до н. э. Считают, что первой паровой машиной была игрушка, изобретенная за 2000 лет до н. э. Александрийским ученым Героном.
(См. Приложение 4, слайд 11, 12 ).
Главной составной частью ее был пустотелый шар с двумя загнутыми выпуклыми трубками, ( выходящий из трубок пар, приводил шар во вращение ).
(См. Приложение 5, слайд 13 ).
1688 г. (Франция). Первый паровой котел был изготовлен Дени Папеном. Паровая машина не могла сделать более одного хода. Заслуга изобретателя состоит в том, что он первый придумал котел, в котором нагревалась вода и пар заставлял при расширении поднимать поршень. Тот кто будет из Вас в Париже, попросите показать памятник Дени Папену. Рядом с ним находиться котел. Видоизменяя котел, ученые пришли к цилиндру.
3). (Приложение 5, слайд 14, 15 ).
1763 г. ( Россия ). Первый проект парового двигателя непрерывного действия был разработан русским теплотехником Иваном Ивановичем Ползуновым.
В конце ХVIII в. в России было крепостное право. Поэтому его проект правительство “положило под сукно”. Иное положение было в Англии, где развивались мануфактуры, требующие машин. Ф. Энгельс по этому поводу писал так: “Если…техника в значительной степени зависит от состояния науки, его в гораздо большей мере наука зависит от состояния и потребностей техники.
Если у общества появляется техническая потребность, то она продвигает науку вперед больше, чем десяток университетов”.
4). Создателем универсального парового двигателя, который получил широкое распространение, стал английский физик Джемс Уатт в 1784 г.
(См. Приложение 6, слайд 16 ).
На два десятилетия опередил Д. Уатта И.И. Ползунов в изобретении машины, которую можно было использовать для заводских нужд.
Какие тепловые двигатели Вам еще известны?
(См. Приложение 6, слайд 17 ).
Из всех существующих тепловых двигателей, мы сегодня рассмотрим Д.В.С.
(См. Приложение 6, слайд 18 ).
Основные части Д.В.С.: ( показываю кинематическую модель Д.В.С. )
- цилиндр
- поршень
- клапаны
- свеча
- рабочим телом является смесь топлива с воздухом.
Крайнее верхнее положение поршня называется – В.М.Т. (верхняя мертвая точка).
Крайнее нижнее положение называется – Н.М.Т.
Расстояние между крайними положениями поршня называют ходом поршня.
Один рабочий цикл в двигателе происходит за 4 хода поршня или за 4 такта.
Мы рассмотрим 4-х тактный Д.В.С.
I такт – ВПУСК
Поршень из крайнего верхнего положения опускается вниз. В это время автоматически открывается клапан, через который топливная смесь попадает в цилиндр, вследствие разряжения воздуха под поршнем. К концу первого такта топливная смесь заполняет весь цилиндр.
II такт – СЖАТИЕ
Горючая смесь внутри цилиндра. Поршень поднимается вверх. Клапаны
Закрыты. Происходит сжатие смеси. Поршень доходит до В.М.Т.
III такт – РАБОЧИЙ ХОД
Этот такт особенный. Он единственный.
Вспыхивает электрическая искра, топливная смесь воспламеняется, сгорает, температура повышается до 2000 градусов Цельсия.
Ребята, как Вы думаете, в чем особенность данного такта?
Ученик: при полном сгорании топливной смеси, газ расширяется и толкает поршень вниз. Это единственный такт, в котором поршень в цилиндре самостоятельно движется.
Учитель: IV такт – ВЫПУСК
Поршень поднимается в В.М.Т., выпускной клапан открывается, выхлопные газы выпускаются в атмосферу.
Таков принцип действия карбюраторного двигателя внутреннего сгорания.
Обратите внимания на то, что из 4-х тактов Д.В.С. лишь один рабочий.
Показываю анимацию 4-х цилиндрового Д.В.С. Вы просмотрели анимацию и видели, что поршень в цилиндре движется поступательно, а для того чтобы двигались колеса машин необходимо вращательное движение.
Как же поступить?
Ученик: Поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение кривошипно – шатунным механизмом.
Учитель: движение поршня передается шатуну, а через него коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок, маховик затем продолжает вращаться по инерции, т.к. обладает большой массой ( тем самым заставляет двигаться поршень во время 3-х нерабочих тактов ).
В современных двигателях обычно используется несколько цилиндров, поршни которых связаны с общим валом. Чаще всего применяются 4-х цилиндровые двигатели. Работа цилиндров согласуется так, что в одном из них поочередно происходит рабочий ход и коленчатый вал получает энергию от одного из поршней.
Где же находят применение Д.В.С.?
Ученик: (см. Приложение 7, слайд 20 ).
Ученик: (см. Приложение 7, слайд 21 ).
Учитель: за счет чего можно увеличить мощность двигателя?
Ученик: за счет усовершенствования двигателя.
(См. Приложение 8, слайд 22 ).
В двигателе сжимают воздух под давлением, при этом он сильно нагревается, так что, если впрыснуть теперь в цилиндр с разогретым воздухом топливо, то оно моментально воспламеняется. Такие двигатели называют дизельными.
Названы они так в честь создателя Р. Дизеля. ( в 1897 г. немецким инженером был изготовлен такой двигатель, который имеет ряд преимуществ:
1) работает на дешевом топливе ( дизельное топливо )
2) отсутствует система зажигания ( “искра пропала”– это выражение было в виде анекдота ). Дизельные двигатели развивают большие мощности, так К-701 – 350 л.с. ; ДТ-75 С – 165 л.с.; К-710– 500 л.с.
Учитель: вспомните, какая связь существует между лошадиными силами и Вт?
Ученик: 1 л.с.– 736 Вт.
Учитель: ребята, подумайте, зачем мы озеленяем наши улицы?
Ученик: тепловые двигатели работают на нефтепродуктах. Выхлопные газы очень ядовиты и вредны для организма людей. За год в атмосферу выбрасывается 20 млн. т. свинца, за 20 лет в атмосфере увеличилось углекислого газа на 20 %.
(см. Приложение 8, слайд 23).
Учитель: вы готовили презентацию “ Экология города ”. Посмотрим ее.
(см. Дополнение 2)
Ученик: используя интерактивную доску, показывает презентацию.
Учитель: вы – молодцы! Экологические проблемы вышли на первое место по своей общечеловеческой значимости. С самых высоких международных трибун говорят о том: как сохранить нашу Землю голубой и зеленой. Если раньше выживание ассоциировалось, прежде всего, с предотвращением ядерной войны, то сейчас, сегодня выжить – значит не погубить себя своей же собственной деятельностью. Вы рассмотрели эти вопросы на примере своего города и области. Молодцы, что понимаете значимость самой проблемы. Это вопросы не только города, области, но и страны, а это вопросы планеты.
Какой общий вывод из урока вы можете сделать? (ученики делают вывод) (см. Приложение 8, слайд 24)
Что из рассмотренного на уроке вам наиболее понравилось?
Мы продолжим обсуждение вопросов на следующем уроке.
Домашнее задание: § 21-23
Спасибо за урок! Вы у меня самые гениальные дети нашей планеты.