Урок "Мир тепловых явлений"

МБОУ СОШ с. Вишневое
Тамалинского района Пензенской оласти
имени дважды Героя Советского Союза,
маршала Н.И. Крылова

Урок-мозаика

«Мир тепловых явлений»

Учитель физики:

Александров М.Н.

2017 г

Этот урок проводится с целью органи­зовать интенсивную и интересную для всех учащихся творческую работу.
Цели:
Обучающая: повторить и закрепить тему «магнитные явления».
Развивающая: способствовать развитию умения применять знания в новой ситуации; логически излагать свои мысли; продолжить развитие мышления, творческих и исследовательских способностей.
Воспитательная: воспитывать положительную мотивацию в учении; культуру умственного труда.
Задачи:
Личностные: создать условия для осознания смысла учения и понимания личной ответственности за будущий результат, волевому усилию, развитию рефлексии, адекватно реагировать на трудности и не бояться сделать ошибку.
Метапредметные: создать условия для овладения универсальными учебными действиями: воспринимать, перерабатывать, предъявлять информацию в словесной, образной и символической формах, анализировать и перерабатывать полученную информацию в соответствии с поставленными задачами, экспериментальными навыками, постановке целей, развивать монологическую и диалогическую речь, умение выражать свои мысли с достаточной полнотой и точностью.
Предметные: создать условия для повторения и закрепления темы «Тепловые явления». Знание о природе важнейших физических явление окружающего мира.

Подготовка. Каждый ученик за 2—3 недели до урока получил конкретное задание, наиболее соответствующее его индивидуальным способностям и склонностям. Совместно с ребятами выбрали двух человек на роль веду­щих; их задача: координировать дей­ствия остальных учащихся; определили структуру урока (его план) и главных исторических «дей­ствующих лиц» (М.В.Ломоносов, Т.Ньюкомен, Дж.Уатт), разработали темы и идеи ярких на­глядных пособий, «изобрели» оригинальные демонст­рации, составили таблицы,

подобрали музыкальные фрагмен­ты, стихи, придумали эстетическое оформле­ние кабинета физики.

В процессе подготовки ребята приобретали навык реферативной и экспериментаторской ра­боты, учились грамотно и логично строить свои сообщения, осваивали методику проведения эксперимента, закрепляли умение работать с при­борами. Не менее важно и то, что коллективное дело развивало комму­никативные способности ребят, учи­ло их преодолевать разного рода комплексы, учтиво обращаться друг к другу. Элементы театрализованно­го, созданного самими представле­ния привносили в урок эмоциональ­ность, зрелищность, делали его ин­тересным и запоминающимся.

ПЛАН УРОКА

1. Вступительное слово учителя: объявление цели урока; знакомство с ведущими.

2. Слово ведущего.

3. Театрализованная сценка-мини­атюра «Выступление М.В.Ломоносо­ва с критикой теории теплорода» и комментарий ведущих.

4. Опрос учащихся (на понимание терминов темы «Тепловые явления»).

5. Показ слайд-фильма и опрос уча­щихся о способах изменения внутрен­ней энергии и видах теплопередачи.

6. Слайд-викторина «Тепловые яв­ления в природе и в быту».

7. Выступление ведущих о роли теп­лового излучения в жизни.

8. Выступления учащихся: «Леген­да об Архимеде», «Исторические фак­ты и их проверка».

9. Конкурс «Четыре портрета физи­ческой величины».

10. Сценка «Встреча с факиром».

11. Историческая справка о первых тепловых машинах.

12. Театрализованное представление «Демонстрация действия паровой ма­шины Томасом Ньюкоменом и его опрос учащихся».

13. Сценка «Джеймс Уатт и Т.Ньюкомен» (экспериментальное определе­ние потерь энергии в паровой маши­не Ньюкомена и ее КПД).

14. Выступление ведущих: истори­ческая справка «От паровых машин — к двигателю внутреннего сгорания».

15. Информации учащихся «Затра­ты энергии при различных видах тру­довой деятельности человека», «Рас­чет суточного потребления и расхода энергии школьником» и др.

16. Сообщение «инженера» (о типах тепловых двигателей).

17. Театрализованная миниатюра «М.В.Ломоносов и Т.Ньюкомен. Об­ращение М.В.Ломоносова к учащим­ся XXI в.».

Оборудование к уроку: самодельные плакаты, таблицы, слайды; магнито­фон, диапроектор, макеты паровой машины и ДВС, модель паровой ма­шины Ньюкомена, весы с разновесом, мензурка, динамометр, линейка, сухое горючее, калькулятор, портреты уче­ных, стенд с литературой.

СЦЕНАРИЙ УРОКА

Ведущий. Сегодняшний урок-мозаику мы посвящаем тепловым яв­лениям, поскольку эти явления игра­ют огромную роль в окружающем нас мире, в жизни человека, растений, животных, а также в технике. Мозаи­кой мы назвали урок потому, что он состоит из совершенно разных частей.

Ведущая. Для начала перенесем­ся в середину XVIII в.

Сценка 1

(1744 год, Санкт-Петербург, научная лаборатория М.В. Ломоносова. На лабораторном столе — химическое оборудование, модель паровой маши­ны Ньюкомена. Ученый работает над трактатом «Размышления о причине теплоты и холода». Звучит музыка Вивальди из цикла «Времена года».)

М.В.Ломоносов. Как ученые могут утверждать, что теплород явля­ется причиной нагревания и охлажде­ния тел? Они считают, что теплород — особая материя, которая не может создаваться и уничтожаться, а только передается от одних тел к другим; при нагревании теплород в тело поступа­ет, при охлаждении — отдается. Зна­чит, горячее тело содержит больше теплорода, чем холодное. Но тогда при нагревании вес тела должен уве­личиваться, но этого не наблюдается в моих опытах. Теория теплорода не может объяснить нагревание тел при трении. Нет, здесь что-то не так! Я считаю, что причина повышения тем­пературы, т.е. степени нагретости тела, — движение молекул. И все теп­ловые явления обусловлены измене­ниями именно в их движении.

Ведущая. М.В.Ломоносов в сво­ем трактате «Размышления о причине теплоты и холода» изложил все основ­ные положения молекулярно-кинетической теории и причины теплоты.

Ведущий. М.В.Ломоносов пра­вильно разграничивал понятия «тем­пература» и «количество теплоты» и дал им молекулярно-кинетическое толкование. Он близко подошел к понятию абсолютного нуля темпера­туры.

Ведущая. Он полагал, что тем­пература тела, т.е. «степень теплоты», определяется скоростью движения ча­стиц, тогда как количество теплоты зависит от общего количества движе­ния частиц.

Ведущий. Шло время... В конце XVIII в. по мере накопления экспе­риментального материала (ученый Б.Румфорд наблюдал нагревание стру­жек при сверлении металла, а Г.Дэви показал возможность нагревания при трении двух кусков льда) все резче вы­ступала отмеченная Ломоносовым не­способность теории теплорода объяс­нить нагревание тел при работе сил трения.

Ведущая. Теперь физики знают ответы на многие вопросы, свя­занные с тепловыми явлениями, волновавшие ученых 2,5 века назад. Сейчас, уважаемые одноклассники, с вашей помощью мы вспомним от­веты на некоторые из них. Вот эти вопросы.

Опрос

• Что такое тепловое движение?

• Какая энергия называется внутрен­ней и какова единица ее измерения?

• Что принимают за 1 джоуль?

• Каково определение термина «ко­личество теплоты»?

• Что такое теплопередача?

• Какие способы теплопередачи существуют?

Ведущая. Уровень наших знаний выяснен. А теперь, уважаемые одно­классники, мы предлагаем вашему вниманию слайды, на которых изоб­ражены различные события. Я думаю, что вы не откажетесь ответить на во­просы, связанные с ними.

Показ слайд-фильма

•Слайд №1 — на рис. 1.

Вопрос. Что происходит с внутрен­ней энергией тел Т и каков способ ее изменения во всех этих случаях?

рис 1

(Ответ. Внутренняя энергия уве­личивается в результате совершения механической работы.)

•Слайд №2 — картинки 1) тая­ние снега в руках человека, 2) нагре­вание металлической пластины на огне, 3) нагревание воды в колбе на пламени горелки.

Вопрос. Каковы способы изменения внутренней энергии в этих случаях?

(Ответ. В первом и втором случа­ях внутренняя энергия изменяется в результате теплопроводности, в треть­ем случае — в результате теплопровод­ности и конвекции. Кроме того, во втором и третьем случаях определен­ный вклад в изменение внутренней энергии вносит излучение.)

• Слайд № 3 — на рис. 2.

Рис. 2

Вопрос. А каковы причины измене­ния внутренней энергии молота?

(Ответ. В первом случае он нагре­вается в результате совершения меха­нической работы, а во втором — бла­годаря излучению Солнца.)

Ведущий. Уважаемые одноклас­сники, мы предлагаем вам принять участие в еще одном интересном деле.

Конкурс-викторина «Тепловые явления в природе и быту»

Ведущая. Будут представлены слайды с вопросами, а ваша задача — ответить на них. Кто знает ответ, тот поднимает руку. Мы постараемся ни­кого не оставить без внимания.

• Почему птицы в холодную погоду сидят нахохлившись?

(Ответ. Так между их перьями со­держится больше воздуха, а воздух — плохой проводник тепла.)

• Почему зимой, когда погода хо­лодная, многие животные спят, свер­нувшись в клубок?

(Ответ. Свернувшись в клубок, они уменьшают площадь поверх­ности, отдающей тепло своего тела.)

• Два человека живут в разных при­родных зонах: один на севере, другой в пустыне — и оба тепло одеты: в ват­ные пальто или халаты. Почему?

(Ответ. И у того и у другого чело­века между волокнами одежды нахо­дится воздух — плохой проводник теп­ла. Поэтому у северянина сохраняет­ся тепло тела и холодный воздух не проникает к нему; у жителя пустыни, благодаря плохой теплопроводности одежды, тело нагревается слабо.)

• Какое значение имеют двойные рамы?

(Ответ. Между рамами находится слой воздуха, а он — плохой провод­ник тепла и замедляет передачу тепла из помещения на улицу.)

• Жар костра мы ощущаем, нахо­дясь даже на значительном рассто­янии от огня. Как нам передается тепло?

(Ответ. Основную роль играет из­лучение. Теплопроводность мала, так как между костром и человеком нахо­дится воздух, а воздух — плохой про­водник тепла; конвекционные же потоки нагретого воздуха поднимаются вверх.)

• В солнечный день один человек одет в темную одежду, другой — в свет­лую. Кому из них жарче и почему?

(Ответ. Жарче человеку, одетому в темную одежду, так как темная ткань поглощает солнечное излучение боль­ше, чем светлая.)

Ведущий. Большое спасибо, мы довольны вашими ответами. (Ведущие награждают победителей конкурса.)

Ведущая. Мы хотим еще раз об­ратить ваше внимание на теплоизлуче­ние. Якобы, используя этот способ теп­лопередачи, известный древнегречес­кий ученый Архимед спас город от не­приятеля. Послушайте легенду об этом.

Выступление «Легенда об Архимеде»

Докладчик-1. Во время нападе­ния римлян на Сиракузы (это случи­лось около 214 г. до н.э.) город спас Ар­химед. Он сжег римский флот солнеч­ными лучами, отраженными от поли­рованных щитов. Как рассказывают, на берегу выстроилось множество солдат, которые одновременно направили сол­нечные «зайчики» от своих щитов на корабли. Так был уничтожен весь флот противника; об этом гласит легенда.

Ведущая. Мог ли Архимед унич­тожить римский флот таким способом?

Выступление на тему «Исторические факты и их проверка»

Докладчик-2. В 1973 г. один гре­ческий инженер попытался повторить то, что сделал Архимед. С помощью 70 зеркал размерами 1 х 1,5 м солнечные лучи были направлены на шлюпку, ко­торая стояла в 50 м от берега. Как толь­ко все солнечные лучи сфокусировали точно на шлюпке, она почти тотчас вспыхнула и вскоре была охвачена пла­менем. Видимо, Архимед и вправду мог сжечь флот.

Учащийся. Позвольте мне доба­вить. Группа французских студентов тоже проверила эту легенду на опыте. Из сухого дерева была изготовлена миниатюрная копия старинного ко­рабля, просмолена и загружена реза­ной шерстью. Тридцать студентов, взяв карманные зеркала, с расстояния 20 м навели солнечные «зайчики» на борт кораблика. Через 1,5 мин он уже пылал, подожженный лучами света — своеобразным оружием, изобретен­ным великим Архимедом!

Ведущая. Мы с вами на уроках говорили о физических величинах, в частности таких, как количество теп­лоты, температура. Каждая имеет как бы 4 облика, 4 лица: название, обо­значение, единицу измерения, смысл. Сейчас мы предлагаем вам поучаство­вать в конкурсе, который называется «Четыре "портрета" физической вели­чины». Приглашаем двух участников.

Конкурс

Перед вами два плаката, посвящен­ные физическим величинам. У каж­дой здесь 2 "портрета", расположен­ные в произвольном порядке, но не­достает еще двух. Ваша задача: восста­новить недостающие "портреты" и быстро заполнить пустые клетки таб­лицы. На выполнение задания дается 3 мин. Справившегося с работой пер­вым награждают медалью «Лучший знаток физических величин». (Во вре-

мя выполнения задания звучит не­громкая музыка.)

Ведущий (обращаясь к участни­кам конкурса). Благодарим вас. Прой­дите на свои места.

А сейчас посмотрите, какой мы приготовили вам сюрприз.

Сценка «Встреча с факиром»

(Выходит факир.)

Ведущий (продолжает). О, досточтимейший Ильнар-ибн-Рафит!

Мыс нетерпением ожидали вашего появления и рады приветствовать Вас в стенах нашей школы.

Факир. О. юные отроки! Я из да­лекого Багдада привез вам удивитель­ный фокус. Лучшие ученые мужи древ­него Востока, как говорят, ломали го­ловы над ним. но так и не смогли объ­яснить. Может быть, это удастся вам.

Сейчас я силой своего взгляда за­ставлю двигаться вверх столбик окра­шенной жидкости, находящейся в стеклянной трубке. И это произойдет вопреки силам земного притяжения, благодаря которым все тела падают вниз. Внимание, смотрите и думайте!

Я беру в руки колбу, произношу заклинание, пристально смотрю на столбик, и окрашенная жидкость поднимается по стеклянной трубке (рис.3). А теперь попробуйте объяс­нить мой фокус.

Учащийся. Все очень просто: в результате теплопроводности тепло

Рис. 3

рук передается колбе, вследствие теп­лопроводности и конвекции воздух в ней нагревается, его объем увеличи­вается и воздух толкает вверх столбик окрашенной жидкости.

Факир. О горе, горе! Вы же рас­крыли секрет моего фокуса, который я всюду показываю. Я вижу, что вы действительно мудрейший из мудрых.

Ведущая. Колба от рук нагре­лась? Но почему же?

Учащийся. Человек — тепло­кровное существо. Средняя нормаль­ная температура тела человека равна 36,6°С. Когда колбу взяли в руки, то через некоторое время ее температура поднялась до 36.6°С и воздух в ней нагрелся до такой же температуры; ус­тановилось тепловое равновесие.

Ведущая. В таком случае, какие-то живые организмы смогли бы по­вторить фокус факира. Но какие? Как вы думаете?

Учащийся. Я считаю, что все жи­вые существа, имеющие температуру выше комнатной, т.е. выше 20—25°С, могут это сделать, если, конечно, они имеют руки.

Ученица. Позвольте мне доба­вить. В результате эволюции каждое существо может жить при определен­ной температуре тела. Из-за свойств цитоплазмы клеток большинство спо­собно существовать в интервале О— 50°С. Однако имеются бактерии и сине-зеленые водоросли, населяющие источники с температурой выше 85 °С. Личинки многих двукрылых могут жить при температуре около 50°С. Для того чтобы сохранить температуру тела постоянной, животное должно либо уменьшить потери тепла эффек­тивной теплозащитой, либо увеличить свое «производство» тепла.

Ведущая. А сейчас...

Историческая справка о первых тепловых машинах

Ведущий. Задача науки — не только объяснение явлений, но и применение знаний для практичес­ких целей.

Ведущая. Как известно из исто­рических источников, приблизительно в I—II вв. н.э. в Александрии была со­здана паровая машина — эолипил. Ее создателем был хорошо известный древнегреческий ученый и инженер, преподаватель школы Герон Алексан­дрийский. Он знал о «движущей силе» нагретого воздуха и водяного пара. Что же представлял собой его эоли­пил?

Ведущий. Это был металличес­кий шар, из которого выходили две трубки с загнутыми концами. В шар наливали воду и разводили под ним огонь. Когда образовавшийся пар на­чинал выходить из трубок, шар при­ходил во вращение.

Ведущая. Эта интересная игруш­ка приводила в восторг публику. Мысль о том, чтобы «приспособить пар к делу», использовать как двигатель для машин, пока не возникала. Это и по­нятно: техника еще не была развита; к тому же имелась дешевая рабочая сила многочисленных рабов, домашних жи­вотных, воды и ветра; пока ее хватало.

Ведущий. Появление теплового двигателя связано с возникновением и развитием промышленного производства в начале XVIII в. Прежде чем говорить о нем, давайте вспомним, что называется тепловым двигателем.

(Ответ. Это машина, в которой внутренняя энергия топлива превра­щается в механическую работу.)

Ведущая. Немецкий естествоис­пытатель и врач Юлиус Роберт Майер, живший в XIX в., писал: «Тепло есть сила, оно может быть превраще­но в движение». Это очень важная

мысль.

Сценка

«Демонстрация опыта Томасом Ньюкоменом, и его опрос учащихся»

Ведущий. Одной из первых дей­ствующих тепловых машин стала маши­на, созданная англичанином-изобрета­телем Томасом Ньюкоменом в 1705 г. Эта, по нынешним представлениям, весьма несовершенная машина приме­нялась для откачки воды из шахт; она использовалась десятилетиями, потреб­ляя огромное количество теплоты глав­ным образом из-за необходимости пе­риодически нагревать цилиндр после охлаждения его водой.

Модель этого устройства продемонст­рирует нам сам автор — сэр Ньюкомен, которого нам чудом, благодаря машине времени, удалось пригласить сюда. Про­шу Вас, сэр. (Входит ученик, играющий роль Ньюкомена.)

Ньюкомен. Перед вами, госпо­да, модель моей паровой машины. Ее основная часть — цилиндр — стеклян­ная пробирка, в которую налита вода комнатной температуры. Внутри про­бирки перемещается поршень, соеди­ненный с помощью неподвижных

блоков (не дающих выигрыша в силе) с крюком, который поднимает или опускает груз. Топливом служит сухое горючее. Пар, двигая поршень, совер­шает механическую работу. Схема та­кого опыта — перед вами (рис. 4).

Рис. 4

Сейчас мой помощник задаст вам ряд вопросов. (Входит помощник.)

Мои вопросы

1. Что служит источником энергии в этой машине?

2. Как рассчитать количество теп­лоты, которое выделилось при сгора­нии топлива?

3. Какие виды теплопередачи уча­ствуют в передаче энергии воде?

4. Какие тепловые явления проис­ходят во время цикла работы маши­ны?

5. Что такое нагревание?

6. А что такое кипение?

7. В чем суть процесса испарения и чем оно отличается от кипения?

8. Почему в моей установке подни­мается поршень?

9. Какую полезную работу он совер­шает?

10. Что я вынужден был сделать, чтобы опустить поршень?

11. Какой физический процесс про­изошел при этом?

12. Что такое конденсация?

13. Какие превращения энергии сопутствовали циклу работы моей па­ровой машины?

(Учащиеся отвечают на вопросы.)

Ньюкомен. Благодарю вас за от­веты.

Я хотел бы знать, насколько эффек­тивна моя машина, но не умею это определить.

Сценка «Джеймс Уатт и Т.Ньюкомен»

(Входит Дж.Уатт.)

Уатт. Добрый день! Я изобрел свою паровую машину почти через 70 лет после Вас, господин Ньюкомен. И так как наука за это время ушла вперед, я могу рассчитать КПД вашей машины. Сейчас мы с вами (обращается к клас­су) это проделаем.

Ньюкомен. Прежде чем решать задачу, хочу задать вам, господа уча­щиеся, еще несколько вопросов.

1. Как вообще рассчитать механи­ческую работу?

2. Как определить совершенную работу в нашем случае?

3. Чему равна затраченная энергия?

4. Что такое КПД?

5. Как рассчитать КПД?

(Учащиеся отвечают.)

Уатт. Я предполагаю, что КПД очень мал.

Ньюкомен. Потери энергии, на мой взгляд, невелики.

Уатт. Я думаю обратное: много энергии топлива расходуется впустую, в частности на нагревание окружаю­щего пространства, а также пробирки.

Давайте проделаем такой экспери­мент: доведем до кипения 5 мл (5 г) воды и определим массу сгоревшего при этом топлива. Тогда, зная тепло­ту сгорания топлива и удельную теп­лоемкость воды, мы сможем рассчитать количество теплоты, выделивше­еся при сгорании топлива, и количе­ство теплоты, которое получила вода при нагревании до кипения. Разность между ними — это потери энергии.

Мистер Ньюкомен, будьте любез­ны, разрешите вашему ассистенту по­мочь мне.

Ньюкомен. Не возражаю.

У а т т. Беру воду и определяю ее объ­ем с помощью мензурки. Переливаю воду в пробирку, которая закреплена в штативе. Измеряю массу топлива до опыта с помощью весов и разновеса. Затем топливо, положенное в тигель, поджигаю и ставлю под пробирку. Жду закипания воды. Пока идет процесс, мы с ассистентом записываем исходные данные; объем воды 5 мл, ее масса 5 г, или 0,005 кг, масса топлива до опыта 3 г 660 мг, или 0,00366 кг, удельная теп­лоемкость воды 4200 Дж/(кг°С), теп­лота сгорания топлива 2,9 • 10⁷Дж/кц начальная температура воды 20°С, тем­пература ее кипения 100°С.

Процесс кипения начался, прекра­щаю подачу кислорода к топливу и определяю массу топлива после опы­та. Она равна 2 г, или 0,002 кг.

Ведущая. Уважаемые одноклас­сники, запишите, пожалуйста, данные эксперимента и некоторые табличные данные в свои тетради. Пусть помощ­ник господина Ньюкомена запишет это на доске.

Дано:

т_в = 0,005 кг

т₁ = 0,00366 кг

т₂ = 0,002 кг

t₁ = 20°С

t₂ = 100°С

с = 4200 Дж/(кг • "С)

q = 2,9 • 10⁷ Дж/кг

_____________________

Q_потерь - ?

Уатт. Количество теплоты, которое пошло на нагревание воды, мы опре­деляем по формуле: Q = ст_в((t₂ — t₁,). Это полезная теплота Q_п. Количество теплоты, выделившейся при сгорании топлива, найдем по формуле: Q ⁼ qm. Это затраченная теплота Q_з. Массу сгоревшего топлива найдем так: из массы топлива до опыта вычтем мас­су топлива после опыта. Для расчета потерь энергии из количества тепло­ты, выделившегося при сгорании топ­лива, вычтем количество теплоты, которое пошло на нагревание воды.

Ведущий. Уважаемые коллеги, за­пишите в виде формул рассуждения, которые дал мистер Уатт, и расчеты, которые он делает. (На доске появля­ется запись.)

Решение Расчеты

Уатт. Видите, как велики потери энергии; значит, много энергии рас­ходуется впустую.

Теперь можно найти КПД модели машины господина Ньюкомена. КПД — это отношение А_п к Q_з, ины­ми словами .

КПД = 100%.

Ньюкомен. Я рассчитал, что в моем опыте А_п = 0,3234 Дж, сгорело 0,0003 кг похожего топлива, следова­тельно, Q_з = 2,9 • 10⁷ Дж/кг х 0,0003 кг = 8700Дж.

КПД =

Да, действительно, величина малая. Вы правы, мистер Уатт. (Герои уходят.)

Выступление ведущих:

историческая справка «От паровых машин к ДВС»

Ведущий. Первые паровые двига­тели имели КПД всего 0,3 %. Джеймс Уатт повысил КПД в 2,8 раза. Это был крупный скачок к прогрессу.

Ведущая. Любая паровая маши­на — будь то первые паровозы англий­ского изобретателя Дж.Стефенсона (1814г.) или русских изобретателей отца и сына Е.А. и М.Е. Черепановых (1833 г.), первый пароход американско­го изобретателя Р.Фултона — имела низ­кий КПД; современные более сложные системы обладают КПД до 20—25%.

Ведущий. От тепловых паровых машин усилиями ряда конструкторов и изобретателей (Н.А.Отто — 1876 г., Р.Дизель — 1897 г. и других) техника перешла к ДВС, т.е. четырехтактному двигателю внутреннего сгорания. Мо­дель этого двигателя перед вами. Топ­ливо сгорает в нем внутри рабочего цилиндра, благодаря чему КПД уве­личился до 33 %. Этот тип двигателя в настоящее время является основным на автомобильном транспорте, трак­торах, судах. КПД современных дизе­лей — свыше 40 %, а карбюраторных ДВС - 25-30 %.

Ведущая. Живые организмы так­же способны совершать механическую работу, но за счет «сгорания» своеоб­разного топлива — пищи. К ним тоже применимы такие понятия, как полез­ная работа и КПД.

Информация «Затраты энергии при различных видах трудовой деятельности»

Учащийся-1. Любое движение тела живого организма связано с рас­ходом энергии. Затраты энергии прямо пропорциональны интенсивности выполняемой работы. Посмотрите на эту таблицу (табл. I).

Табл и ца I

Затраты энергии при различных режимах физического труда

С затратами энергии связывают и классификацию видов труда. Умствен­ная работа характеризуется ежеднев­ным расходом энергии до 10 800 кДж, на физическую работу средней тяже­сти тратится до 14 300 кДж/день, а на тяжелую физическую работу — до 16700 кДж/день.

При различных видах деятельности человека значение КПД варьируется от 10 до 30%.

Информация

«Энергетическая ценность продуктов питания»

Учащаяся. Для совершения лю­бой работы и поддержания работоспо­собности организму необходима энер­гия. Ее запасы периодически попол­няют за счет пищи. Мы с вами знаем, что различное топливо имеет различ­ную теплоту сгорания. Пища тоже обладает своего рода теплотой сгора­ния — ее называют калорийностью. Калорийность продуктов различна. Что это значит?

Перед вами разные продукты: пач­ка печенья, коробка конфет, баночка консервов, бутылочка пепси-колы. На упаковке каждого из них мы можем найти информацию о калорийности или энергетической ценности продукта. Так, на баночке кока-колы мы читаем: 50,47 ккал, на коробке кон­фет — 549 ккал, на пачке печенья — 243,5 ккал, на баночке консервов — 279 ккал.

Что же такое калория? Это — едини­ца измерения. Ее название произошло от латинского слова «саlоr» , что означа­ет «тепло». Калория — внесистемная единица измерения количества теплоты. Раньше она широко использовалась, но после введения СИ была заменена дру­гой, хорошо известной нам единицей — джоуль. Тем не менее, как мы видим, калория еше продолжает по традиции применяться в отдельных случаях. По­этому не лишним будет знать, как свя­заны джоуль и калория: 1 кал ~ 4,19 Дж. Заметим, что теперь на упаковках пи­щевых продуктов их энергетическая цен­ность указывается также в джоулях.

Информация

«Расчет суточного потребления и расхода энергии школьником»

Учащийся-2. Посмотрите на примерный рацион питания ученика на 1 день и его энергетическую цен­ность (табл. II).

Та б л и ц а II

Вы можете оценить энергетическую ценность своего рациона питания, но для этого нужно воспользоваться таб­лицей «Калорийность продуктов».

Основной энергетический матери­ал пищи — это жиры и углеводы. Энергия, заключенная в пище, благо­даря сложным биохимическим про­цессам в нашем организме, превраща­ется в другие виды, в частности в ме­ханическую и внутреннюю энергию. Все они используются в процессе жизнедеятельности.

В чем преимущество «живого» теп­лового двигателя над ДВС? Отвечаю: он не загрязняет окружающую среду и экологически безопасен.

Ведущий. Мир тепловых двига­телей разнообразен. Слово предостав­ляю инженеру.

Сообщение инженера

Инженер. Этот мир образуют поршневые машины, роторные (тур­бины), реактивные, а также их ком­бинации, например турбореактивный двигатель, сочетающий в себе паро­вую турбину и реактивный двигатель. По-разному подводится и тепло к ра­бочему телу. В одних машинах сгора­ние топлива происходит внутри, там же внутренняя энергия преобразуется в механическую, это ДВС. В других рабочее тело получает энергию вне места сгорания топлива, это двигате­ли внешнего сгорания; к ним отно­сятся паровые машины (вспомните их раздельно существующие топки и па­ровые котлы), двигатель Стирлинга.

Сценка «М.В.Ломоносов и Т.Ньюкомен»

(Появляются ученые: Ломоносов и Ньюкомен.)

Ломоносов. Да! Все, что мы се­годня здесь увидели и услышали, весьма интересно. И оно свидетельствует об удивительной пытливости ума че­ловеческого, которая привела к тако­му прогрессу в науке и технике.

Ньюкомен. Согласен. Но я хотел бы, чтобы люди XXI в., живущие в эпо­ху сильно развитой техники, не забы­ли, что основу молекулярно-кинетической теории тепловых явлений заложи­ли в числе других Вы, Михаил Василь­евич, опытами, изложенными в тракта­те «Размышления о причине теплоты и холода», написанном 2,5 века назад: в 1747-1748 гг.

Ведущая. Наш урок окончен. Мы благодарим всех за участие в нем. На наш взгляд, он прошел увлекательно и интересно.

Уважаемый Михаил Васильевич, может быть, Вы хотите сказать не­сколько слов ребятам?

Ломоносов. Хочу. Мои юные со­граждане! Я вижу ваш интерес к науке и рад этому. Скажу вам как исследова­тель: один опыт я ставлю выше, чем тысячи мнений, рожденных только во­ображением. Не забывайте о наиваж­нейшей роли эксперимента в естествен­ных науках! Хочу вам пожелать: везде исследовать «всечасно, что есть велико и прекрасно, чего еще не видел свет».

Учащиеся. Спасибо!