КПД теплового двигателя

Урок физики в 9 классе.

Тема: «Коэффициент полезного действия теплового двигателя».

Тип урока: комбинированный.

Цели урока:

1. Образовательные цели: применение изученного ранее понятия КПД к тепловым двигателям, установление связи между различными видами энергии, первичное закрепление новых знаний.

2. Развивающие цели: овладение учащимися методами научного исследования: анализа и синтеза, развитие логического мышления, расширение кругозора учащихся.

3. Воспитательные цели: формирование добросовестного отношения к труду, положительной мотивации к учению и овладению новыми знаниями, повышение интереса к предмету.

План урока:

1. Организационный момент.

2. Сообщение темы и целей урока.

3. Актуализация знаний – повторение изученного материала.

4. Изучение нового материала.

5. Закрепление изученного материала.

6. Рефлексия.

Оборудование: пробирка с пробкой, штативы, деревянный метр, спиртовка, ПК, мультимедийный проектор, интерактивная доска.

Этап 1. Организационный момент. (2 мин.)

Этап 2. Сообщение темы и целей урока. (5 мин.)

Этап 3. Актуализация знаний – повторение изученного материала. (5 мин.)

Фронтальный опрос:

1. Что называется тепловым двигателем?

2. Какие тепловые двигатели вы знаете?

3. Какие превращения энергии происходят при работе тепловых двигателей?

Этап 4. Изучение нового материала.

Сведения из истории:

В 3 веке до н. э. Архимед изобрел пушку, которая стреляла за счет энергии пара. При стрельбе один конец ствола сильно нагревали на огне. Затем в нагретую часть ствола заливали воду. Вода мгновенно испарялась, и пар, расширяясь, с силой и грохотом выбрасывал ядро. Ствол пушки представлял собой цилиндр, по которому, как поршень, скользило ядро.

Демонстрационный эксперимент «Модель паровой пушки»: в пробирку с пробкой наливается вода и нагревается в пламени спиртовки. Вода закипает, и пробка выскакивает из пробирки.

Вопрос: какие превращения энергии произошли в ходе этого эксперимента?

Ответы учащихся фиксируются на интерактивной доске:

Постановка проблемы: Вся ли энергия, выделившаяся при сгорании топлива, перешла в механическую энергию пробки?

Экспериментальная проверка гипотезы.

В штативе вертикально устанавливается деревянный метр, нижний конец которого находится на уровне пробки. Пробирка с водой располагается вертикально и нагревается в пламени спиртовки. Учащиеся засекают время нагревания пробирки до выстрела по часам с секундной стрелкой. Во время выстрела фиксируется высота подъема пробки. Полученные данные оформляются в виде задачи.

Дано: СИ: Решение:

m = 9г 0,009кг Q_т = N t

N = 0,5Вт E_п = m g h

t = …c

h = …м

__________

Q_т - ? Е_п - ?

Вопросы:

1. Почему в полученных результатах настолько отличаются значения?

2. Куда израсходовалась часть энергии?

3. Вспомните физическую величину, которая показывает, какая часть от затраченной энергии пошла на полезную работу?

η = Ап / Аз ^.100%

1. Какая полезная работа была совершена в эксперименте при выстреле вверх?

Была совершена полезная работа по поднятию пробки.

1. Против какой силы была совершена работа по поднятию пробки?

Против силы тяжести.

Следовательно, полезная работа по модулю равна работе силы тяжести.

Ап = Fтяж ^. S

Fтяж = mg S = h

Ап = mgh

1. Какая физическая величина равна mgh?

Потенциальная энергия пробки:

Еп = mgh

Следовательно: Ап = Еп.

1. Что использовалось для того, чтобы произошел выстрел?

Использовали энергию сгоревшего топлива. На выстрел была затрачена энергия топлива.

Аз = Q₁

Получаем формулу КПД для экспериментальной модели:

η = Еп / Q₁

Расчет КПД модели паровой пушки.

Распространение полученных результатов на все тепловые двигатели.

В тепловых двигателях рабочее тело получает от нагревателя количество теплоты Q₁. Эта энергия возникает в результате сгорания топлива:

Qт = Q₁; Аз = Q₁

Часть энергии, полученной от нагревателя, расходуется на совершение полезной работы Ап, на движение поршня.

η = Ап/Q₁^.100%

КПД теплового двигателя – это физическая величина, показывающая какая часть энергии, полученной от нагревателя, превращается в полезную работу.

Другая часть энергии уходит в виде тепла, количество которого Q₂, в холодильник (в окружающую среду).

Полезная работа равна разности количества теплоты, полученного от нагревателя и количества теплоты Q₁, отданного холодильнику Q₂.

Ап = Q₂ – Q₁

Формула η = Ап / Q₁ ^.100% преобразуется в другую формулу:

η = (Q₂ – Q₁)/Q₁^.100%

Этап 5. Закрепление изученного материала.

Решение задач по вариантам:

В – 1.

В топке паровоза сожгли 10 кг сухих дров с удельной теплотой сгорания 1^.10⁷Дж/кг, при этом была совершена полезная работа 8 МДж. Определить КПД паровоза.

В – 2.

Двигатель внутреннего сгорания автомобиля совершил полезную работу 92 МДж. При этом он израсходовал 5 кг бензина с удельной теплотой сгорания 46^.10⁶ Дж/кг. Определить КПД двигателя автомобиля.

Вопросы для закрепления:

1. Какую физическую величину, изученную в 7 классе, мы вспомнили сегодня?

2. Что такое КПД?

3. Какие превращения энергии происходят в тепловых двигателях?

4. Вся ли энергия, выделившаяся при сгорании топлива, переходит в механическую энергию?

5. Что показывает КПД тепловых двигателей?

6. Может ли КПД тепловых двигателей быть равным 100%?

Этап 6. Рефлексия.

1. Что заинтересовало вас сегодня на уроке?

2. Что вызвало трудности?

3. Удалось ли нам их преодолеть?

4. Пригодятся ли вам знания, полученные сегодня на уроке?