Открытый урок по физике в 8-м классе "Двигатель внутреннего сгорания".

Урок по физике в 8-м классе "Двигатель внутреннего сгорания"

Тема: Двигатель внутреннего сгорания.

Цель:

образовательная – расширить знания учащихся о тепловых двигателях; сформировать знание учащихся о работе пара и газа на примере изучения двигателя внутреннего сгорания (ДВС); изучить устройство и принцип действия четырехтактного ДВС и паровой турбины; систематизировать знания учащихся по теме «Тепловые явления»;

развивающая – развитие логического мышления на основе сравнительного анализа различных тепловых двигателей; развитие у школьников умений формулировать экологические проблемы использования двигателей, предлагать пути их решения;

воспитательная – стимулирование познавательной активности при обсуждении работы двигателя; содействовать патриотическому воспитанию, напомнив учащимся о роли отечественных изобретателей в истории.

Оборудование: модель ДВС, модель парового двигателя, ПК, проектор, экран, мультимедийная презентация(Приложение 1) , в индивидуальных конвертах карточки-задания на каждую парту, названия группы на каждой парте, плакат и значки рефлексии.

Формы и методы работы: фронтальная, индивидуальная, работа в парах, коллективное обсуждение, анализ, сравнение, работа с презентацией, работа с карточками-заданиями, выступления учащихся с сообщениями.

План урока:

1. Орг. момент.
2. Проверка знаний. Работа газа и пара при расширении.
3. Новый материал: двигатель внутреннего сгорания.
4. Закрепление изученного. Работа в группах.
5. Рефлексия. Подведение итогов.
6. Домашнее задание.

Ход урока

1. Учитель: Сегодня мы изучаем тему «Двигатель внутреннего сгорания». Целями нашего урока сегодня будет: изучить устройство, принцип действия и назначение тепловых машин на примере двигателя внутреннего сгорания; рассмотреть историю развития тепловой машины; экологические проблемы и перспективы развития.

Форма нашего урока будет не совсем обычной. Это будет урок «Конструкторское бюро». Для этого все учащиеся класса были поделены на 5 групп, которые в течение урока будут выполнять различные задания. Названия групп: «Теоретики», «Испытатели», «Менеджеры», «Экологи», «Знатоки». Когда задание выполнено, поднимаем руку. У Вас будет иметь возможность высказаться.

2. А сейчас проверим, насколько вы уяснили прошлый материал, а заодно и то, как подготовились к уроку. Команды получают задания на карточках.

Задания с разным уровнем сложности. По одному любому набору на парту.

Карточка №1. («Теоретики»)

Подумайте и ответьте устно на поставленный вопрос.

Какие двигатели называют тепловыми? Какие виды тепловых двигателей вам известны?

Карточка №2. («Испытатели»)

Подумайте и ответьте устно на поставленный вопрос.

Приведите примеры превращения внутренней энергии пара в механическую энергию тела?

Карточка №3. («Менеджеры»)

Зачеркните лишние словосочетания: тепловой двигатель, работа газа, превращение энергии, Джеймс Уатт, паровая турбина, Лев Толстой, расширение пара, тепловая электростанция, отражение света.

Карточка №4 («Экологи»)

Разгадайте кроссворд. Впишите слова в свободные клетки кроссворда.

Карточка №5 («Знатоки»)

Нарисуйте график процессов, происходящих в паровой машине, если начальная температура используемой воды 20⁰С. Подпишите названия процессов.

t, ^оС

100

20

0 t, мин

Кто выполнил задание – отвечает. По одному представителю от пары или группы.Собрать задания, выполненные письменно. Обсуждение результатов.

3. Запасы внутренней энергии огромны. Очень важно умело и грамотно использовать её запасы, содержащиеся в топливе. Использовать внутреннюю энергию – значит, совершить за счёт неё полезную работу. Послушаем краткую историю создания тепловых машин (выступление учащегося):

История ДВС. (теоретики)

В 1860 Г француз Э. Ленуар построил устройство, в котором горючее сжигалось внутри самого устройства. Модель была несовершенная, КПД не превышал 3 %.

Спустя 18 лет немецкий изобретатель Отто создал двигатель внутреннего сгорания, который работал по четырёхтактной схеме: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск отработанных газов. Именно модификации этого двигателя и получили наибольшее распространение.

Первый автомобиль с бензиновым двигателем построили в 1886 году под руководством немецкого инженера Даймлера. Большая роль в развитии автомобилестроения принадлежит Генри Форду, который в начале 20 века начал выпуск автомобилей с конвейера. В России первые автомобили начали строить в начале 20 века.

Учитель: Применение тепловых двигателей чрезвычайно разнообразно. Они приводят в движение самолёты, ракеты, тепловозы, паровозы, наземный и водный транспорт. В настоящее время наибольшее распространение имеют двигатели внутреннего сгорания. Остановимся на них.

В тетради записать тему урока, устройство ДВС и такты работы двигителя.

В ДВС топливо сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Поэтому он и называется двигателем внутреннего сгорания. Работают они на жидком топливе или горючем газе.

Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень, соединённый при помощи шатуна с коленчатым валом (проследим по модели ДВС).

В верхней части цилиндра имеется два клапана, которые при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через первый клапан (впускной) поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи, а через второй клапан (выпускной) выпускаются отработанные газы.

В цилиндре периодически происходит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха (температура достигает 16000 - 18000С). Давление на поршень резко возрастает. Расширяясь, газы толкают поршень, а вместе с ним и коленчатый вал, совершая при этом механическую работу. При этом газы охлаждаются, так как часть их внутренней энергии превращается в механическую.

Крайние положения поршня в цилиндре называют мёртвыми точками. Расстояние, проходимое поршнем от одной мёртвой точки до другой, называют ходом поршня. Ход поршня называют ещё тактом. Поэтому двигатель называют четырёхтактным.

Такты двигателя внутреннего сгорания: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

Не во всех двигателях есть свеча для воспламенения смеси. Послушаем сообщение учащегося о двигателе Дизеля:

Двигатель Дизеля (испытатели)

Немецкий инженер Р. Дизель в 1897 г. изобрёл двигатель, в котором сжимали воздух и в момент максимального сжатия в камеру сгорания при помощи форсунки делали впрыск топлива. Далее раскалённые газы перемещали поршень, и происходило преобразование внутренней энергии в механическую. В двигателе внутреннего сгорания есть карбюратор, при помощи которого образуется горючая смесь (смесь бензина с воздухом). В двигателе Дизеля нет карбюратора.

КПД дизельных двигателей достигает 35 – 44 %, а у двигателя внутреннего сгорания КПД не превышает 25 – 32 %. Дизельные двигатели нашли широкое применение в тракторах, большегрузных машинах, на кораблях, передвижных электростанциях.

Учитель: При использовании для своих нужд тепловых двигателей человек сталкивается с экологическими проблемами (сообщение учащегося):

Как влияют тепловые двигатели на окружающую среду? (Экологи)

При работе тепловых двигателей для охлаждения используется окружающая среда (атмосферный воздух и вода открытых водоемов), в результате чего происходит повышение температуры окружающей среды, называемое «тепловым загрязнением». Этот эффект усиливается тем, что при сгорании огромного количества топлива повышается концентрация углекислого газа в земной атмосфере. А при большой концентрации углекислого газа атмосфера плохо пропускает тепловое излучение нагретой Солнцем поверхности Земли, что приводит к «парниковому эффекту».

В результате описанных процессов, средняя температура на Земле в течение последних десятилетий неуклонно повышается. Это грозит глобальным потеплением с нежелательными последствиями, к числу которых относятся таяние ледников и подъем уровня мирового океана.

Кроме того, при сжигании топлива в тепловых двигателях расходуется атмосферный кислород (в наиболее развитых странах тепловые двигатели уже сегодня потребляют больше кислорода, чем вырабатывается всеми растениями, растущими в этих странах) и образуется много вредных веществ, загрязняющих атмосферу.

Тепловые машины не только сжигают кислород, но и выбрасывают в атмосферу углекислый газ, угарный газ, различные виды сернистых соединений, а также соединения тяжелых металлов. Сгорание топлива в топках промышленных предприятий и тепловых электростанций почти никогда не бывает полным, поэтому происходит загрязнение воздуха золой, хлопьями сажи. Во всем мире обычные энергетические установки выбрасывают в атмосферу ежегодно более 200 млн. т золы и более 60 млн. т оксида серы.

Кроме промышленности, воздух загрязняют и различные виды транспорта, прежде всего автомобильный. Жители больших городов задыхаются от выхлопных газов автомобильных двигателей.

Такие виды топлива, как нефть, уголь, газ являются невосполнимыми источниками энергии. В ближайшие 45 - 70 лет человечество столкнётся с проблемой нехватки традиционных видов топлива.

Учитель: У вас на столах лежат конверты с заданиями, которые сейчас необходимо сделать.

Конверт №1 (теоретики)

На изображении ДВС подписать его устройство, пользуясь учебником стр. 65

Конверт №5 (знатоки)

Пользуясь учебником (стр. 66-67), узнайте в каком такте производятся следующие действия:

1. Цилиндр заполняется горючей смесью. Такт № _______

2. Закрывается впускной клапан. Такт № ________

3. Горючая смесь воспламеняется. Такт № ________

4. Маховик вращается по инерции. Такт № ________

5. Открывается выпускной клапан. Такт № _________

6. Закрывается выпускной клапан. Такт № __________

Конверт №2 (испытатели)

Восстановите правильным порядок производимых тактов ДВС и подпишите названия этих тактов, пользуясь моделью ДВС или учебником стр.66

Такт № Такт № Такт № Такт №

Название: Название: Название: Название:

Конверт №3 (экологи)

По предложенному тексту выписать в тетрадь пути преодоления экологических проблем. (Приложение 2)

Конверт №4 (менеджеры)

Из готового текста выбрать профессии, связанные с использованием ДВС и выписать в тетрадь названия этих профессий.

Врач, механик-водитель, машинист тепловоза, дизелист, автогонщик, учитель, водитель трамвая, продавец, маляр – штукатур.

Группы, выполнившие задания, выдвигают по одному представителю для выступления.

Учитель. В современной технике находит широкое применение другой тип теплового двигателя – турбины. Рассмотрим устройство паровой турбины на модели (используем модель турбины). Разогретый пар или газ поступает через отверстие, называемые сопло. Внутри имеется вал, на который одет диск с множеством лопаток. Пар или газ улавливается лопатками и заставляет вращаться диск. Отработанный пар или газ выходит из сопла. Применяют турбины на тепловых станциях, на кораблях.

В этом устройстве не сгорает топливо! Давайте подумаем, могут ли наносить вред окружающей среде такой тип теплового двигателя?

1. Подведем итог урока. Что мы изучили сегодня? Из чего состоит ДВС? Назовите такты работы двигателя. Выставить оценки за урок.
2. Домашнее задание: параграф 22,23 - учить.

При выходе из класса отметьте понравился ли Вам урок.

Приложение 2

ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

     Во всех странах мира с развитой промышленностью ведутся работы, направленные на снижение и ликвидацию последствий загрязнения воздуха. Основные усилия направлены на предупреждение выбросов загрязнений в атмосферу. На всех действующих и новых теплоцентралях и тепловых электростанциях устанавливают газоочистное и пылеулавливающее оборудование. Предпринимаются меры по рациональному размещению тепловых электростанций.
     Интенсивные работы ведутся по снижению загрязнения воздуха выхлопными газами автомобильных двигателей. Наиболее перспективными считаются электромобили и автомобили с двигателями, работающими на водороде. Продуктом сгорания в водородном двигателе является обычная вода.
     Чтобы уменьшить негативные последствия работы тепловых двигателей, действуют в двух направлениях: с одной стороны, совершенствуют эти двигатели, повышая их КПД и уменьшая выброс вредных веществ, с другой стороны — используют энергосберегающие технологии.
     В странах, где эти технологии разрабатываются и применяются, потребление энергии на производство той же самой продукции в несколько раз ниже, чем в странах, которые только сейчас начинают уделять внимание энергосберегающим технологиям.