«Тепловые двигатели» в 8 классе

ТЕМА: «Тепловые двигатели» в 8 классе.

Ажгалиева Д.А., учитель физики , «Ульяновская  ОСШ», ЗКО

ЦЕЛИ УРОКА:

• Формирование понятий и представлений о тепловом двигатели, его видах, принципе действия двигателя внутреннего сгорания, КПД теплового двигателя.
• Развитие логического мышления, памяти, способности находить оптимальный путь выполнения поставленной задачи; умения правильно объяснять физические понятия и явления; совершенствование навыков работы с персональным компьютером.
• Экологическое воспитание.

ТИП УРОКА: изучение нового материала.

МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ:

Перышкин А.В. Физика 8 класс; компьютеры, мультимедийный проектор, экран, мультимедиа презентация.

МЕТОДЫ: словесные, наглядные, проблемно-поисковые.

ФОРМЫ РАБОТЫ: коллективная, индивидуальная.

ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА:

1. Организационный момент.

2. Изучение нового материала.

   СЛАЙД-1. Высказывание.1

   Ребята, прежде, чем мы перейдём к изучению нового материала, давайте вспомним ключевые термины, которые помогут нам определиться с темой сегодняшнего урока. А в этом нам поможет кроссворд, ключевое слово которого имеет непосредственное отношение к теме сегодняшнего урока.

   СЛАЙД-2. Кроссворд.

1. Один из способов изменения внутренней энергии тела (теплопередача).
2. Источник энергии, используемый в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве, в быту (топливо).
3. Кинетическая, потенциальная, внутренняя (энергия).
4. Дерево даешь – съедает, от воды – умирает (огонь).
5. От этой величины зависит скорость движения молекул (температура).
6. Единица измерения мощности (Ватт).
7. Процесс соединения молекул горючего с кислородом, при котором выделяется энергия (горение).
8. Единица измерения энергии (Джоуль).
9. Один из видов теплопередачи (излучение).

СЛАЙД-3. Тема и цели урока.

Тема сегодняшнего урока – «Тепловые двигатели»

Сегодня на уроке мы:

- выясним, какие машины являются тепловыми двигателями;

- рассмотрим преобразование энергии в них;

- рассмотрим основные виды двигателей и их применение;

- изучим влияние на окружающую среду тепловых двигателей;

- определим возможные пути выхода из сложившейся экологической ситуации.

Жизнь людей невозможна без использования различных видов энергии, источниками которой являются различные виды топлива, ветер, солнце, приливы и отливы. Существуют различные виды машин, которые реализуют в своей работе превращение одного вида энергии в другой. Мы рассмотрим один из типов машин – тепловой двигатель.

СЛАЙД-4. Определение.

Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

Как же это происходит?

СЛАЙД-5. Анимационная модель работы простейшего теплового двигателя.

Если в цилиндр налить немного воды, затем закрыть плотно пригнанным поршнем, который может двигаться вдоль цилиндра, и нагреть воду до кипения, то под давлением пара поршень поднимется вверх, то есть совершит работу.

СЛАЙД-6. Завершение работы теплового двигателя (окончание работы слайда №5).

ВОПРОС УЧИТЕЛЯ: Какие преобразования энергии здесь происходили? (энергия топлива переходит во внутреннюю энергию пара, а внутренняя энергия пара превращается в кинетическую энергию поршня).

СЛАЙД-7. Джеймс Уатт.

Такой двигатель был изобретен в конце XVIIв. Джеймсом Уаттом и усовершенствован в дальнейшем (сообщение учащегося).

СЛАЙД-8. Схема – классификация тепловых двигателей.

Существует несколько видов тепловых двигателей: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Во всех этих двигателях энергия топлива сначала переходит в энергию газа (или пара). Газ, расширяясь, совершает работу и при этом охлаждается. Часть его внутренней энергии превращается в механическую энергию.

СЛАЙД-9. Структура двигателя и формула КПД.

Т.е. тепловой двигатель состоит из нагревателя (устройства, где сгорает топливо), рабочего тела и холодильника. Газ или пар, который является рабочим телом, получает от нагревателя некоторое количество теплоты (Q1). Рабочее тело, нагреваясь, расширяется и совершает работу (Ап) за счет своей внутренней энергии. Часть энергии (Q2) передается холодильнику вместе с отработанным паром или выхлопными газами.

Большая часть энергии топлива не используется полезно, а теряется в окружающем пространстве.

ВОПРОС УЧИТЕЛЯ: Как называется величина, показывающая, какая часть энергии, выделяемой топливом, тепловой двигатель превращает в полезную работу? (КПД)

ВОПРОС УЧИТЕЛЯ: Вспомните, как найти КПД простого механизма? (Найти отношение полезной работы к затраченной)

Чтобы найти коэффициентом полезного действия теплового двигателя нужно найти отношение совершенной полезной работы (Ап) двигателя, к энергии, полученной от нагревателя (Q1).

То есть КПД показывает, какая часть энергии, выделяемой топливом, превращается в полезную работу. Чем больше эта часть энергии, тем двигатель экономичнее.

ВОПРОС УЧИТЕЛЯ: Сравните значения Q1 и Q2. (Q1> Q2)

ВОПРОС УЧИТЕЛЯ: На сколько Q1> Q2? (на значение Ап)

ВОПРОС УЧИТЕЛЯ: Как можно найти полезную работу? (Q1 – Q2)

Значит, Ап = Q1 – Q2 и

ВОПРОС УЧИТЕЛЯ: Сравните значения Q1 – Q2 и Q1. (Q1 – Q2 < Q1)

ВОПРОС УЧИТЕЛЯ: Что можно сказать о значении дроби (меньше 1)

Значит, КПД всегда меньше 1, а если его выразить в процентах, то меньше 100%.

Задача: Чему равен КПД теплового двигателя, если в полезную работу превращается четверть энергии топлива? (25%)

Первые паровые машины имели КПД=0,3%. В последствии Дж. Уатт, усовершенствовав паровую машину, добился повышения КПД до 2,8%.

СЛАЙД-10. Устройство двигателя внутреннего сгорания.

Рассмотрим подробнее устройство и принцип действия двигателя внутреннего сгорания, так как такой тип теплового двигателя обычно устанавливают на большинстве автомобилей. Топливо в нем сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Отсюда и происходит название этого двигателя.

На рисунке показан простейший двигатель внутреннего сгорания в разрезе.

Двигатель состоит из цилиндра 1, в котором перемещается поршень 2, соединенный при помощи шатуна 3 с коленчатым валом 4, на котором находится маховик 5.

В верхней части цилиндра имеется два клапана 6 и 7, которые при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через клапан 6 в цилиндр поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи 8, а через клапан 7 выпускаются отработавшие газы.

ВОПРОС УЧИТЕЛЯ: На каком топливе работают двигатели внутреннего сгорания? (бензине, керосине, нефти или на горючем газе)

ВОПРОС УЧИТЕЛЯ: Из чего состоит горючая смесь, поступающая в цилиндр? (из паров бензина и воздуха)

СЛАЙД-11. «Мертвые точки»

Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками. Расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой, называют ходом поршня. Один ход поршня, или один такт двигателя, совершается за пол-оборота коленчатого вала.

СЛАЙДЫ-12-14. Первый такт – ВПУСК.

При повороте вала двигателя в начале первого такта (впуска) поршень движется вниз. Объем над поршнем увеличивается. Вследствие этого в цилиндре создается разрежение. В это время открывается впускной клапан и в цилиндр входит горючая смесь. К концу первого такта цилиндр заполняется горючей смесью, а клапан 6 закрывается.

СЛАЙДЫ-15-16. Второй такт – СЖАТИЕ.

При дальнейшем повороте вала поршень движется вверх (второй такт) и сжимает горючую смесь. В конце второго такта (сжатия), когда поршень дойдет до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь воспламеняется (от электрической искры) и быстро сгорает.

СЛАЙДЫ-17-18. Третий такт – РАБОЧИЙ ХОД.

Образующиеся при сгорании газы (температура продуктов сгорания достигает 1600—1800°С) давят на поршень и толкают его вниз. Под действием расширяющихся нагретых газов (третий такт) двигатель совершает работу, поэтому этот такт называют рабочим ходом. Движение поршня передается шатуну, а через него коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок, маховик затем продолжает вращаться по инерции и перемещает скрепленный с ним поршень при последующих тактах. Второй и третий такты происходят при закрытых клапанах.

В конце третьего такта открывается выпускной клапан, и через него продукты сгорания выходят из цилиндра в атмосферу.

СЛАЙДЫ-19-20. Первый такт – ВЫПУСК.

Выпуск продуктов сгорания продолжается и в течение четвертого такта (выпуска), когда поршень движется вверх. В конце четвертого такта выпускной клапан закрывается.

СЛАЙД-21. Анимационная модель полного цикла работы двигателя.

Итак, цикл двигателя состоит из следующих четырех процессов (тактов): впуска, сжатия, рабочего хода, выпуска. Поэтому такие двигатели называют четырехтактными.

СЛАЙД-22. Анимационная модель работы четырёхцилиндрового двигателя.

В автомобилях используют чаще всего четырехцилиндровые двигатели внутреннего сгорания. Работа цилиндров согласуется так, что в каждом из них поочередно происходит рабочий ход и коленчатый нал все время получает энергию от одного из поршней.

Имеются и восьмицилиндровые двигатели. Многоцилиндровые двигатели в лучшей степени обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность.

СЛАЙД-23. Применение тепловых двигателей.

Применение тепловых двигателей чрезвычайно разнообразно.

Двигатели внутреннего сгорания приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы, их устанавливают на речных и морских судах.

Паровые и газовые турбины нашли широкое применение на тепловых электростанциях, в качестве судовых двигателей, газовые турбины широко применяются в авиационных двигателях. Реактивные двигатели применяются в авиации, ракетостроении.

СЛАЙД-24. Экологические проблемы.

С развитием энергетики, автомобильного и других видов транспорта всё более сложной проблемой становится охрана окружающей среды от вредного влияния продуктов сгорания. Это связано с действием различных факторов:

- при сжигании топлива используется кислород из атмосферного воздуха;

- сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа;

- при работе двигатели выбрасывают в атмосферу азотные и серные соединения, а так же свинец.

ПРИМЕР: Один легковой автомобиль поглощает ежегодно из атмосферы в среднем больше 4 т кислорода, выбрасывая с выхлопными газами примерно 800 кг окиси углерода, около 40 кг окислов азота и почти 200 кг различных углеводородов.

ВОПРОСЫ УЧИТЕЛЯ:

Как вы думаете, что нужно сделать для того, чтобы избежать экологических проблем? (посадка лесов и сокращение их вырубки; установка фильтров на двигатели; переход на экологически чистые виды топлива; создание электромобилей или автомобилей, работающих на солнечных батареях и т.д.)

СЛАЙД-25. Физкультминутка.

ФИЗКУЛЬТМИНУТКА

СЛАЙД-26. Высказывание.

1. Закрепление изученного материала.

   Ну, а сейчас давайте ещё раз коротко повторим то, с чем мы познакомились на сегодняшнем уроке.

• Какие машины называют тепловыми двигателями?
• Какие виды тепловых двигателей вы знаете?
• Что является нагревателем двигателя внутреннего сгорания?
• Что является холодильником двигателя внутреннего сгорания?
• Из скольких тактов состоит цикл двигателя внутреннего сгорания?
• Какой такт изображен на рисунке 27 учебника?

Теперь мне хотелось бы проверить, насколько хорошо вы усвоили новый материал. Для этого я предлагаю вам пересесть за компьютеры и ответить на вопросы теста. Но оценивать ваши знания будет компьютер. А я и вы сделаем выводы, на что вам нужно обратить внимание при подготовке домашнего задания.

ТЕСТ:

Вопрос №1

Горючая смесь, поступающая в цилиндр двигателя авто­мобиля, состоит из.

1. различных видов жидкого топлива.
2. распылённого керосина с воздухом.
3. воздуха и паров бензина.
4. масла и бензина.

Вопрос №2

Каким номером обозначен поршень?

1 2 3 4 5 6 7 8

Вопрос №3

Каким номером обозначен цилиндр?

1 2 3 4 5 6 7 8

Вопрос №4

Каким номером обозначена свеча?

1 2 3 4 5 6 7 8

Вопрос №5

Каким номером обозначен маховик?

1 2 3 4 5 6 7 8

Вопрос №6

Что происходит с горючей смесью и газом, образовавшимися от сгорания этой смеси, при первом такте?

1. Горючая смесь сжимается.

2. Газ, образовавшийся при сгорании горючей смеси, удаляется из цилиндра.

3. Сгорание горючей смеси и расширение газов, получившихся при сгорании.

4. Горючая смесь всасывается в цилиндр.

Вопрос №7

Что происходит с горючей смесью и газом, образовавшимися от сгорания этой смеси, при втором такте?

1. Горючая смесь сжимается.

2. Газ, образовавшийся при сгорании горючей смеси, удаляется из цилиндра.

3. Сгорание горючей смеси и расширение газов, получившихся при сгорании.

4. Горючая смесь всасывается в цилиндр.

Вопрос №8

На каком рисунке изображён рабочий ход?

1 2 3 4

Вопрос №9

На каком рисунке изображён выпуск?

1 2 3 4

1. Подведение итогов.

   Домашнее задание: §21, §22, §24.