Урок в 8 классе по физике "Тепловые двигатели"

Тема: Тепловые двигатели. ДВС. Коэффициент полезного действия тепловых двигателей.

Цели:

1. Изучить устройство, принцип действия и назначение тепловых машин на примере двигателя внутреннего сгорания.

2. Рассмотреть историю развития тепловой машины, экологические проблемы и перспективы развития.

3. Совершенствовать навыки работы с оборудованием, самостоятельного поиска в интернете необходимого материала. Формировать умение делать выводы по полученным результатам. Развивать умение общаться друг с другом.

Оборудование:

1. Модель ДВС.

2. Карточки для физического диктанта.

3. Презентация к уроку.

План урока:

1.История развития тепловых двигателей

2. Изучить устройство, принцип действия и назначение тепловых машин на примере двигателя внутреннего сгорания.

3.КПД тепловых двигателей

4.Экологические проблемы и перспективы развития.

Ход урока

1. До начала урока проверим, как вы уяснили прошлый материал и подготовились к уроку.

Физический диктант.

• 1. Беспорядочное движение частиц, из которых состоит тело, называется…

• 2. Энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело, называется…

• 3. Перечислите способы изменения внутренней энергии

• 4. В каких единицах измеряется внутренняя энергия?

• 5. Устройство, преобразующее внутреннюю энергию в механическую называется

• Работа пара и газа при расширении

Пар или газ, расширяясь, может совершить работу.
При этом внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию.
Устройства, в которых внутренняя энергия  пара  или газа (рабочего тела)  превращается в механическую энергию, называются тепловыми двигателями.

Простейший тепловой двигатель

Простейший "одноразовый" тепловой двигатель (паровая машина).

При нагревании воды в закрытой пробкой пробирке увеличивается количество пара, находящегося под пробкой, и повышается его давление на пробку. Наконец, давление пара выталкивает пробку, при этом пар совершает работу. Часть первоначальной энергии пара пошло на совершение работы по выталкиванию пробки. Внутренняя энергия пара превратилась в механическую энергию. Так как пар выходит еще достаточно горячий, то оставшуюся энергию он отдает окружающему воздуху, имеющему более низкую температуру

• Пушка Архимеда

ДАВНЫМ - ДАВНО ...

Две с лишним тысячи лет тому назад, в 3 веке до нашей эры, великий греческий математик и механик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Рисунки пушки Архимеда были найдены позднее в рукописях Леонардо да Винчи.
При стрельбе один конец ствола сильно нагревали на огне . Затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась, и пар, расширяясь с силой и грохотом выбрасывал ядро. Ствол пушки представлял собой, как бы цилиндр, по которому, как поршень, скользило ядро.

II. 1.Запасы внутренней энергии огромны. Очень важно умело и грамотно использовать ее запасы, содержащиеся в топливе. Использовать внутреннюю энергию - значит, совершить за счет нее полезную работу. Послушаем краткую историю создания тепловых машин.

• История ДВС.

• Двигатель дизеля.

• Реактивный двигатель.

• Существуют различные виды тепловых двигателей:

  Паровые машины	ДВС	Турбины	Реактивные двигатели.
  Архимед Леонардо да Винчи Джеймс Уатт И.Ползунов Карно	Н.О. Дизель Даймлер	Лаваль Д. Бранка	Герон (древний Китай) Кибальчич Циолковский

1. .А теперь более подробно рассмотрим устройство и принцип работы ДВС. Выясним, почему этот вид теплового двигателя называют ДВС.

ДВС состоит из цилиндра, вдоль которого перемещается поршень и двух клапанов. Точки изменения направления скорости поршня называют мертвыми. Таких точек две – верхняя и нижняя.

Работа двигателя внутреннего сгорания состоит из четырех тактов:

Первый такт. При движении поршня вниз за счет работы внешних сил открывается впускной клапан и рабочая смесь подается в цилиндр. Когда поршень достигает крайнего нижнего положения, впускной клапан закрывается.

Первый такт (всасывыние) закончен.

Второй такт (сжатие) также идет также под действием внешней силы. Оба клапана закрыты, и газ сжимается, так как поршень движется из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку. Газ нагревается.

Третий такт – вспышка и рабочий ход. При достижении поршнем крайнего верхнего положения искра запальной свечи воспламеняет смесь, давление газа резко возрастает и поршень перемещается вниз при закрытых клапанах. Во время третьего такта газ совершает положительную работу за счет уменьшения внутренней энергии т.е. внутренняя энергия превращается в механическую.

Как вы видите во время III –го такта топливо сгорает внутри цилиндра – отсюда и название ДВС.

Четвёртый такт – выхлоп. Когда поршень достигает крайнего нижнего положения, открывается выпускной клапан и продукты сгорания через выхлопную трубу выбрасываются в окружающую среду (слайды )

Вопрос после просмотра слайдов: покажите основные части ДВС.

ДВС был изобретен сравнительно недавно, около 100 лет тому назад немецкий механик Даймлер получил патент на изобретение бензинового двигателя, который стал применяться на первых автомобилях.

3.Для характеристики работоспособности двигателей вводят понятие коэффициента полезного действия. С этим понятием вы были уже знакомы в курсе физики 7-го класса. Впервые ввел в науку и технику понятие коэффициента полезного действия двигателя французский инженер Сади Карно.

4.Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

При работе тепловых двигателей в атмосферу выбрасывается огромное количество теплого пара или газа, что приводит к дополнительному нагреванию атмосферы. Большая электростанция мощностью 1 тыс. МВт, работающая на угле производит 6 млн. т. углекислого газа, что эквивалентно выхлопам 2 миллионов автомобилей. В последующие десятилетия общее всемирное производство углекислого газа удвоится т.к. США, Китай, Индия и другие страны строят новые электростанции. Соединяясь с водяными парами в атмосфере, углекислый газ образует угольную кислоту. Даже очень слабая (в тысячу раз менее кислая, чем апельсиновый сок, продаваемый в магазинах) угольная кислота «чистого» дождя за столетия разъедает кирпич, металл, мрамор.

При сжигании топлива образуются оксиды азота (в угольных котлах на 1м³ дыма — несколько грамм, в газовых — до 5г). За год только в России в воздух выбрасывается 2 млн. т. NO_х. Попав в атмосферу и растворяясь в дождевой воде, они становятся азотной кислотой. Реагируя с содержащимися в воздухе разнообразными примесями, они образуют токсичные соединения, которые выпадают на поверхность воды и суши (а также на наши головы) с кислотными дождями.

Последствиями настоящих кислотных дождей является засорение (засоление) почв, открытых и подземных вод, гибель лесов, нарушение химического состава в экосистемах. Кроме того, в «кислой» воде лучше растворяются такие опасные металлы как кадмий, ртуть, свинец, содержащиеся в почве и донных отложениях, что влияет на чистоту потребляемой людьми и животными воды.

Кроме того, при работе двигателей внутреннего сгорания в атмосферу выбрасываются свинец и другие вредные вещества.

Решение проблем, возникающих при работе тепловых двигателей, ученые и конструкторы видят в увеличении КПД тепловых двигателей, в создании условий для наиболее полного сгорания топлива, в улавливании и переработке углекислого газа и окислов азота, в замене тепловых двигателей на более экологически чистые двигатели, например, электрические.

III. Выводы:

1.Необходимо создавать и использовать двигатели с высоким КПД.

2. Применять двигатели, которые не оказывали бы вредного

воздействия на окружающую среду.

3. Создание экологически чистого топлива.

Но это все глобальные планы. А что мы можем сделать для улучшения экологической чистоты нашей атмосферы сегодня, сейчас. Если мы дома выключим лишнюю лампочку, которая зря горит – мы уже делаем шажок по улучшению экологии. Постоянно, без особой нужды перестанем гонять машины – опять меньше загрязняется атмосфера. И если каждый из нас на своем месте будет стараться делать хоть что-то положительное, то мы добьёмся улучшения. Я хочу закончить свой урок словами поэта Булата Окуджавы:

Возьмёмся за руки, друзья!

Возьмёмся за руки, друзья,

Чтобы не пропасть поодиночке.

.

IV.Домашнее задание: пар. 22-24, задачи В.И. Лукашик № 1143, 1145