Тепловые двигатели. Экологические проблемы использования тепловых двигателей и пути их решения

Урок по теме

«Тепловые двигатели. Экологические проблемы использования тепловых двигателей и пути их решения»

10 класс

Учитель: Каменцева О.Н.

Тип урока: урок – обобщения и систематизация знаний с элементами исследовательской деятельности.

Задачи урока:

1.Образовательная:

- знать понятия, величин, формул, законов;

- уметь решать и составлять задачи, проводить измерения;

- владеть приемами устной, письменной, монологической и диалогической речи; владеть основными видами ответов, определения понятий, сравнения; формирование исследовательских компетентностей учащихся, умения самостоятельно работать с информацией; реализация межпредметных связей.

2. Воспитательная:

-развивать нравственные и эстетические представления, систему взглядов на мир;

- формировать знания о динамических и статистических закономерностях, о влиянии условий на характер протекания физических процессов.

3. Развивающая:

- развить речь, мышление, сенсорную сферу личности, эмоционально-волевую и потребностно – мотивационную области;

- умственную деятельность.

Оборудование к уроку: ПК, проектор, датчик СО₂ SensorLab, система сбора данных.

План урока:

1. Оргмомент.

2. Формулировка проблемы урока.

3. Формулировка темы урока.

4. Задачи урока для учащихся.

5. Фронтальный опрос.

6. Решение задач

7. Экологические проблемы использования тепловых двигателей и пути их решения.

8. Пути решения экологических проблем.

9. Решение проблемного вопроса.

10. Решение задачи из части «С» ЕГЭ.

11. Подведение итогов.

12. Домашнее задание.

Ход урока:

1. Оргмомент.

2. Формулировка проблемы урока. Человек летит в космос, погружается на большие глубины морей и океанов, проникает в суть вещества, а всё ли мы знаем о себе? Ребята, на прошлом уроке мы с вами познакомились с темой «Тепловые двигатели» и сегодняшний урок я хочу начать с вопроса «Является ли человек тепловым двигателем?» (Рассуждения детей).

3.Формулировка темы урока.

Исходя из проблемного вопроса, как вы думаете чем мы будем заниматься сегодня на уроке? Какова будет тема урока?

(Ответы детей)

4.Задачи урока для учащихся. Какие задачи мы поставим себе на урок?

(Ответы детей)

5.Фронтальный опрос.

Какую я перед вами поставила проблему?

Как вы думаете, какие вопросы мы должны себе задать, чтобы поближе подобраться к решению проблемы?

Молодцы! Давайте на них ответим.

6.Решение задач

Для решения проблемы нам необходимы не только теоретические знания, но и умения их использовать на конкретных задачах, а такие умения можно получить только практическим путем. Решение задач.

Для того, чтобы заставить народ почитать и бояться богов, Египетские жрецы прибегали ко всяческим «чудесам». Перед вами одно из таких, как только на жертвеннике загорался огонь, двери храма, «внемля молитвам» жрецов, отворялись сами собой. Объясните физическую сторону происходящего.

Можно ли всё это устройство назвать тепловым двигателем? (Ответы учеников).

Задача на соотношения из материалов ЕГЭ.

Решение расчетных задач.

Первую задачу решите самостоятельно, выполнив самопроверку.

Вторую задачу решим на доске.

Учащиеся решают задачу совместно с работой одного ученика у доски.

Третья задача –качественная (переход к «экологическим проблемам»)

Для изучения экологических проблем, связанных с использованием тепловых двигателей каждый из вас участвовал и проводил свое маленькое исследование по заранее определенной проблеме. Давайте посмотрим, что из этого у нас вышло.

1-й слад. Анкетирование водителей. Савельева Инна.

Для анкетирования было составлено три ключевых по этой проблеме вопроса. В анкетирование вовлекали любого человека, управляющего автомобилем. Опрошено было 42 человека. И вот, что получилось:

На 1-й вопрос «да» - ответили 74% респондентов, на второй вопрос «да» ответили 50%, и только 1 человек из опрошенных принимает меры, ходит пешком. Вывод: водители о проблеме знают, но она их не беспокоит, меры не предпринимают.

2-й слайд. Данные о количестве автомобилей в п.Орловском. Беляева Д.

За ответом на этот вопрос мы обратились к инспекторам ГИБДД. Мы узнали, что количество регистрируемого автотранспорта ежегодно возрастает в среднем на 400-500 автомобилей, а наконец 2014 года автомобилей стало 14000. Если сравнить эту цифру с количеством жителей пос. Орловского то получается, что в каждой семье есть автомобиль, а в некоторых семьях автомобили у каждого члена семьи.

3-й слайд. Данные о количестве пациентов пос.Орловского
с бронхо-лёгочными заболеваниями. Эти данные нам любезно предоставили сотрудники МУЗ ЦРБ Орловского района. Из графика видно, что количество бронхо-лёгочных заболеваний растет. Конечно мы понимаем, что в эту категорию попадает достаточно большое количество заболеваний и наверняка не все они связаны с загрязнением воздуха, однако статистика –вещь упрямая.

4-й слайд. Уровень выбросов оксида углерода: Сахацкий А. и Дудин И.

(Измеряют с помощью датчик СО₂ SensorLab уровень содержания СО₂ в классе, на выдохе и в выхлопных газах. На проекторе на графике демонстрируется результат.)

Дополняют своё выступление: Газоанализатор – это прибор, который осуществляет газовый анализ. Такой прибор нам удалось найти в АТП, для самостоятельных измерений нам его не дали, а вот имеющимися данными поделились.

Учитель. (дополняет) Выбросы от автомобилей в городах особенно опасны тем, что загрязняют воздух в основном на уровне 60-90 см. от поверхности земли и, особенно на участках автотрасс, где стоят светофоры. Автомобили выбрасывают в атмосферу диоксид и оксид углерода, оксиды азота, формальдегид, бензол, бензопирен, сажу (всего около 300 различных токсичных веществ). При истирании автомобильных шин об асфальт атмосфера загрязняется резиновой пылью, вредной для здоровья человека. Автомобиль расходует огромное количество кислорода. За неделю в среднем легковой автомобиль выжигает столько кислорода, сколько его четыре пассажира расходуют на дыхание в течение года. С ростом числа автомобилей уменьшается площадь, занятая растительностью, которая дает кислород и очищает атмосферу от пыли и газа, все больше места занимают площадки для парковок, гаражи и автомобильные дороги. И вы, как молодое поколение, вступая в трудовую жизнь должны иметь четкое представление о том, что природные ресурсы не бесконечны и технология любой продукции должна удовлетворять такому основному, с экологической точки зрения, требованию, как минимальное потребление материалов и энергии. И еще, ребята, помните, какие бы проекты вам в последствии не пришлось выполнять, создание машин и механизмов, при всяком хозяйственном начинании должно быть твердое убеждение в том, что без уверенности в безвредности для окружающей среды того или иного мероприятия оно не должно реализоваться.

5-й слайд. Выводы. Формулируют учащиеся.

Учитель. В свете всех проблем, о которых вы только, что рассказали, теперь будем все ходить пешком? (Рассуждение ребят)

Каковы пути решения этой вселенской проблемы?

Проблема эта существует давно, давно говорят как раз об этом, почему до сих пор не приняты меры?

А что можете сделать вы уже сейчас, не дожидаясь далёкого будущего?

9.Решение проблемного вопроса.

Шкабар М. у доски.

10. Подведение итогов. Что узнали нового на уроке?

• Что было интересным?

• Что было неожиданным?

• Ваше настроение в конце урока(хорошее, бодрое, приподнятое, угнетенное, подавленное).

• Выставление оценок.

11. Домашнее задание.

• Повторить §77-84;

• Подготовить выступления о ТЭС, ГЭС, АЭС, АИЭ или об альтернативных видах производства энергии;

• Подготовить выступление о водородных технологиях для автомобильных двигателей.

Использованные ресурсы:

1. http://iralebedeva.ru/physic16.html

2. http://www.fipi.ru/content/otkrytyy-bank-zadaniy-ege

3. http://www.afizika.ru/teplovieyavleniya/116-kakustraivalischudesa

4. http://www.publicecology.ru/publojs-113-1.html

5. Картинки с images.yandex.ru

Температуру холодильника тепловой машины увеличили , оставив температуру нагревателя прежней . Количество теплоты , полученное газом от нагревателя за цикл, не изменилась . Как изменилось при этом КПД тепловой машины, количество теплоты, отданное газом за цикл холодильнику, и работа газа за цикл?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличилась; 2) уменьшилась; 3) не изменилась

212

КПД тепловой машины

Количество теплоты, отданное газом холодильнику за цикл

Работа газа за цикл

Тепловая машина получает за 15 с своей работы от нагревателя 50 кДж теплоты. Средняя мощность передачи теплоты холодильнику составляет 1000 Вт. Каков КПД тепловой машины?

Ответ: 30%

Температура нагревателя идеальной тепловой машины 425 К, а температура холодильника 300 К. Двигатель получил от нагревателя количество теплоты 40 кДж. Какую работу совершило рабочее тело?

Ответ: 12кДж

Отражается ли неполное сгорание топлива в двигателе внутреннего сгорания на его КПД;

На окружающей среде?

Данные о количестве автомобилей в п.Орловском

Численность населения пос. Орловского – 20 тыс. человек

Данные о количестве пациентов пос.Орловского с бронхо-лёгочными заболеваниями

Марка автомобиля

Категория

ВАЗ, ГАЗ

легковой

ДЭУ Нексия

Тип двигателя

легковой

КАМАЗ- 55111

карбюраторный

Валовый выброс (т / год)

0,000083

грузовой

ГАЗ-5312

инжекторный

ВОЛЬВО

грузовой

дизельный

0,000012

0,000060

автобус

карбюраторный

0,000097

дизельный

0,000030

Оксид углерода быстрее кислорода связывается с гемоглобином крови, кровь перестает переносить кислород в организме, возникает кислородное голодание. При этом может быть:

головокружение, одышка, головная боль,

потеря сознания.

• Из диаграммы виден стремительный рост автомобилей за последние годы;
• Возрастает количество выбросов оксида углерода и диоксида углерода;
• Возрастает число больных бронхо-легочными заболеваниями;

• Поиск заменителей бензина

и дизельного топлива;

• Реконструкция двигателя;
• Контроль за состоянием автомобиля, регулировка двигателя;
• Правильное вождение;
• Водородные технологии – шаг в будущее;
• Использование электромобилей;
• Использование

альтернативных

видов энергии.

• Использование топлива (пищи) порождающего теплоту при соединении с кислородом. Животная теплота – источник механической энергии человека.

1. Пусть температура нашего тела - Т₁ , коэффициент полезного действия человеческого тела примерно ŋ =30%. Найдем Т₂.

Т₂=217 К, t =-56°С

2. Пусть температура нашего тела - Т₂, коэффициент полезного действия человеческого тела примерно ŋ =30%. Найдем Т₁.

Т₁=453К, t =170°С

«Могущество страны не только в одном материальном богатстве, но и в духе народа.

Чем шире, свободнее эта душа, тем большего величия и силы достигает государство.

А что воспитывает широту духа, как не эта удивительная природа!

Её надо беречь, как мы бережём самую жизнь человека.

Потомки никогда не простят нам опустошения земли, надругательства над тем, что по праву принадлежит не только нам, но и им.»

П.И.Чайковский

Один моль аргона, находящиеся в цилиндре при температуре Т₁=600 К и давлении р₁=4·10⁵ Па, расширяется и одновременно охлаждается так, что его давление при расширении обратно пропорционально квадрату объема. Конечный объем газа вдвое больше начального. Какое количество теплоты газ отдал при расширении, если при этом он совершил работу А=2493 Дж

Решение:

• Q = Δ U +А ΄ по Первому закон термодинамики; Δ U =3 / 2 ν R ( T₂ - T₁ ).
• Из условия задачи: Р₁~1 /V₁² Р₂~1 /V₂²=1/4V₁²=p₁/4
• Из уравнения состояния идеального газа для двух случаев:

P₁V₁= ν RT₁ ; P₂V₂= ν RT₂ . Разделим уравнений друг на друга и выразим Т₂

4)Найдем Δ U ; 5) Рассчитаем Q = Δ U +А ΄ .

Дано:

ν=1 моль

М=40·10¯³кг / моль

Т₁=600 К

р₁=4·10⁵ Па

V₂=2v₁

А=2493 Дж

Q-?

Q = -1246 Дж

• Что узнали нового на уроке?
• Что было интересным?
• Что было неожиданным?
• Ваше настроение в конце урока(хорошее, бодрое, приподнятое, угнетенное, подавленное).

• Повторить §77-84;
• Подготовить выступления о ТЭС, ГЭС, АЭС, АИЭ или об альтернативных видах производства энергии;
• Подготовить выступление о водородных технологиях для автомобильных двигателей.

• http://iralebedeva.ru/physic16.html
• http://www.fipi.ru/content/otkrytyy-bank-zadaniy-ege
• http://www.afizika.ru/teplovieyavleniya/116-kakustraivalischudesa
• http://www.publicecology.ru/publojs-113-1.html
• Картинки с images.yandex.ru