Аннотация: Урок является заключающим в теме «Тепловые явления». Особенностью данного урока является широкое использование наглядного материала в виде слайдов, анимационных демонстрационных моделей, что позволяет учащимся более легко усвоить излагаемый материал. Применение анимации позволяет показать процессы в динамике, что дает ученикам более четкое представление о происходящих процессах. На уроке использованы анимационные модели паровой машины Дэни Папена, Джеймса Уатта, паровой турбины, паровоза. Использование презентации дает возможность компактно излагать учебный материал, что позволяет больше времени уделить на закрепление пройденного. На данном уроке повторяются понятия, пройденные в 7 классе: работа, мощность, КПД, механическая энергия. Урок позволяет связать полученные теоретические знания с практикой.
Цели урока:
- формирование понятий: тепловые двигатели, КПД тепловых двигателей. Знакомство с принципом работы тепловых двигателей и применением их в народном хозяйстве;
- рассмотреть основные виды тепловых машин их общие отличительные характеристики;
- показать значение тепловых двигателей в жизни человека;
- рассмотреть воздействие тепловых двигателей на окружающую среду и здоровье человека;
- содействовать формированию навыков сравнения, выделения главного и второстепенного в изучаемом материале, обобщения, логического мышления;
- ориентировать учащихся на выбор профессии, поддерживать интерес к предмету.
Оборудование: компьютер, мультимедийное оборудование, экран; анимационные модели.
Подготовка: группы учащихся готовят к уроку мини - презентации по темам:
- История изобретения паровых машин.
- История изобретения турбин.
- Паровозы Стефенсона и Черепановых.
План урока:
- Актуализация знаний.
- Изучение нового материала.
- Решение задач.
- Итоги урока.
- Домашнее задание.
Ход урока
I. Актуализация знаний учащихся.
Что общего у автобуса и самолета, у автомобиля и ракеты? (Слайды 5-6)
Учащиеся высказывают предположения, а учитель формулирует совместно с учащимися общий вывод.
II. Изучение нового материала.
Развитие техники зависит от умения использовать запасы внутренней энергии, содержащиеся в топливе. Использовать внутреннюю энергию – это значит совершать за счет ее полезную работу. Сегодня на уроке мы рассмотрим устройство, в котором внутренняя энергия тел используется для совершения механической работы. В тепловых машинах внутренняя энергия, освобождаемая при сгорании топлива, преобразуется в механическую энергию.
Учащимся предлагается самостоятельно сформулировать определение теплового двигателя.
Машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую, называются тепловыми двигателями. (Слайд 7)
Это объясняется следующим: тела, расширяясь при нагревании, совершают работу. Т.к. газы и пары расширяются наиболее сильно, они используются в качестве рабочего тела.
1. Тепловые машины и развитие техники. (Мини-презентации учащихся)
1. История изобретения паровых машин.
Одним из первых воспользоваться движущей силой пара попытался французский физик Дени Папен. Он пришёл к идее пароатмосферного двигателя, представляющего собой цилиндр с поршнем, который мог подниматься под давлением пара и опускаться при его конденсации. Однако учёный так и не смог создать работоспособное устройство. (Слайды 9-10)
Английский механик Томас Ньюкомен создал в 1711 г. паровую машину для откачки воды из шахт. Пар из котла поступал в основание цилиндра и поднимал поршень вверх. При впрыскивании в цилиндр холодной воды пар конденсировался и под воздействием атмосферного давления поршень опускался вниз. После этого цикл повторялся.
Машина Ньюкомена оказалась на редкость удачной и использовалась по всей Европе более 50 лет. (Слайд 11)
1765 г. Джеймс Уатт сконструировал принципиально новый паровой двигатель. Его машина могла не только откачивать воду, но и приводить в движение станки, корабли и экипажи. (Слайд 12)
2. История изобретения турбин.
В основе действия паровой турбины лежат два принципа создания усилия на роторе, известные с давних времен, реактивный и активный. В машине Бранке, построенной в 1629 году, струя пара приводила в движение колесо, напоминающее колесо водяной мельницы. (Слайд 13)
Паровая турбина Лаваля. (Слайд 14)
Паровая турбина Парсонса (Слайды 15-16)
3. Паровозы Стефенсона и Черепановых.
Устройство паровоза (Слайды 17-18)
25 июля 1814 г. локомотив английского изобретателя Джорджа Стефенсона протащила по узкоколейке 30 т груза в 8 вагонах со скоростью 6,4 км/ч. (Слайд 19)
Паровозы Черепановых (Слайд 20)
2. КПД теплового двигателя
При работе теплового двигателя только часть внутренней энергии топлива идет на совершение работы. Физическая величина, показывающая, какую долю составляет совершаемая двигателем работа от энергии, полученной при сгорании топлива, называется коэффициентом полезного действия. (Слайды 21-23)
КПД реальных двигателей (Слайд 24)
3. Использование тепловых двигателей
Использование тепловых двигателей позволило человеку увеличить власть над природой. В этом есть плюсы и минусы.
Учащиеся обсуждают негативные последствия, возникающие при использовании тепловых двигателей.
Экологические последствия работы тепловых двигателей (Слайд 25).
Интенсивное использование тепловых машин на транспорте и в энергетике (тепловые и атомные электростанции) ощутимо влияет на биосферу Земли. Хотя о механизмах влияния жизнедеятельности человека на климат Земли идут научные споры, многие ученые отмечают факторы, благодаря которым может происходить такое влияние:
- Парниковый эффект – повышение концентрации углекислого газа (продукт сгорания в нагревателях тепловых машин) в атмосфере. Углекислый газ пропускает видимое и ультрафиолетовое излучение Солнца, но поглощает инфракрасное излучение, идущее в космос от Земли. Это приводит к повышению температуры нижних слоев атмосферы, усилению ураганных ветров и глобальному таянию льдов.
- Прямое влияние ядовитых выхлопных газов на живую природу (канцерогены, смог, кислотные дожди от побочных продуктов сгорания).
- Разрушение озонового слоя при полетах самолетов и запусках ракет. Озон верхних слоев атмосферы защищает все живое на Земле от избыточного ультрафиолетового излучения Солнца.
Выход из создающегося экологического кризиса лежит в повышении КПД тепловых двигателей (КПД современных тепловых машин редко превышает 30%); использовании исправных двигателей и нейтрализаторов вредных выхлопных газов; использовании альтернативных источников энергии (солнечные батареи и обогреватели) и альтернативных транспортных средств (велосипеды и др.).
III. Закрепление материала.
Качественные задания:
- Можно ли огнестрельное оружие отнести к тепловым двигателям? (Да)(Слайд 26)
Какие превращения энергии при выстреле происходят при выстреле? (Внутренняя энергия газов превращается в кинетическую энергию пули или снаряда) - Можно ли человеческий организм отнести к тепловым двигателям? (Да) (Слайд 27)
- КПД теплового двигателя 45 %. Что означает это число? (45% энергии идёт на совершение полезной работы, а 55% энергии тратиться на обогрев атмосферы, двигателя и т. д.) (Слайд 27)
Решение задачи № 1143 В.И. Лукашек (Слайды 25-26)
IV. Итоги урока
(Слайды 27-28)
V. Домашнее задание:
§ 21, 24; задачник В.И. Лукашек №1144, №1145
Список используемой литературы:
- Пёрышкин А.В. Физика. 8 кл.: - М.: Дрофа, 2008.
- Гулиа Н.В. Парадоксальная механика в вопросах и ответах. – М.: Изд – во НЦ ЭНАС, 2004.
- Физика: Занимательные материалы к урокам. 8 кл./ Авт. – составитель А.И. Сёмке. – М.: Изд – во НЦ ЭНАС, 2006.
- Кирик Л.А. Физика - 8. Методические материалы. М.: Илекса, 2007.
Презентация (архив с аудиофайлом)