Урок фізики у 8 класі

Теплові двигуни.

Принцип дії теплових двигунів

 Тема уроку: Теплові двигуни. Принцип дії теплових двигунів.

Мета уроку: узагальнити та систематизувати знання учнів; познайомити їх  з історією винаходу теплових двигунів, їх видами, принципами дії та використання у народному господарстві;  розвивати екологічну свідомість – тобто наголосити на вплив теплових двигунів на клімат Землі, логічне мислення, уміння висловлювати особисту думку; виховувати активність, самостійність, культуру мовлення.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Обладнання: комп’ютер, модель ДВЗ, модель парової машини та парової турбіни, пробірка, корок, вода, спиртівка.

Демонстрації: робота водяної пари під час розширення, будова і принцип дії двигуна внутрішнього згоряння та парової турбіни, відеоролик «Теплові двигуни та охорона довкілля», презентація «Теплові двигуни».

Хто не любить природи,

той не любить людину,

той не громадянин.

Альберт Ейнштейн.

Хід уроку

Очікувані результати:

 Після уроку учні будуть знати: 

   -   історію створення теплових двигунів;

   -   будову та принцип дії теплових двигунів;

   -   галузі використання теплових двигунів;

   -   види забруднень від теплових двигунів;

   -   про альтернативні види палива;

Після уроку учні будуть вміти:

   -  пояснювати принципи дії теплових двигунів;

-  використовувати знання для практичної та професійної діяльності;

-  працювати самостійно і в колективі;

   -  чітко висловлювати свої думки.

І. Мотивація учіння;

Вступне слово вчителя.

  Більша частина двигунів на Землі є тепловими двигунами. Саме вони дають нам дешеву електроенергію, є серцем майже всіх видів транспорту. Сучасна людина не може обходитись без них. Але широке застосування теплових двигунів впливає на стан навколишнього середовища. Тому, мета нашого уроку – познайомитися з історією винаходу двигунів, і з принципом їх дії, а також висвітлити екологічні проблеми, що виникають під час використання теплових двигунів, і шляхи їх розв’язання.

Повідомлення учнів.

   Більше ніж дві тисячі років тому, в ІІІ ст. до н.е., видатний грецький математик і механік Архімед побудував гармату, що стріляла за допомогою пари. Малюнок гармати Архімеда та її опис були знайдені через вісімнадцять століть у рукописах великого італійського вченого, інженера та художника Леонардо да Вінчі.

   Як же стріляла ця гармата? Один кінець ствола сильно нагрівали на вогні. Потім у нагріту частину ствола наливали воду. Вода миттєво випаровувалася й перетворювалася на пару. Пара, розширюючись, із силою викидала ядро. ( 1 учень)

   Приблизно через триста років в Олександрії видатний учений Герон винайшов прилад, у якому внутрішня енергія пари перетворювалася в механічну енергію обертання кулі. Геронова куля – це прообраз реактивних двигунів. (2 учень)

    У рукописах Леонардо да Вінчі виявили кілька малюнків із зображенням циліндра й поршня. Під поршнем у циліндрі перебуває вода, а сам циліндр підігрівається. Леонардо да Вінчі думав, що пара, що утворилася в результаті нагрівання, розширюючись і збільшуючись в об’ємі, буде шукати вихід і штовхати поршень нагору. Під час свого руху поршень міг би виконувати корисну роботу. (3 учень)

   Джованні Бранка описав двигун, у якому використовувалася енергія пари в іншому виді. Це було колесо з лопатями, у яке із силою вдаряв струмінь пари, завдяки чому колесо починало обертатися. Власне кажучи, це була перша парова турбіна.

    Над винаходом парової машини в XVII – XVIII ст. працювали Томас Севері й Томас Ньюкомен (Англія), Дені Папен (Франція), Іван Ползунов (Росія) та ін. (4 учень)

    Геніальний російський винахідник у 1763 р. створив проект першого універсального парового двигуна. Ця машина призначалася для повітродувних міхів, що нагнітають повітря в плавильні печі. Головною її особливістю було те, що робочий вал обертався безперервно, без холостих пауз. Це досягалося завдяки тому, що Ползунов у своїй машині передбачив замість одного циліндра, як це було в машині Ньюкомена, два, що працювали почергово. Робочий хід здійснювався за рахунок роботи пари в циліндрі. (5 учень)

   Творцем універсального парового двигуна став англійський механік Джеймс Уатт. Він удосконалив машину Ньюкомена, винайшов конденсатор, висунув ідею застосування розширеної пари в циліндрі.  

   Двигун внутрішнього згорання з’явився в середині ХІХ ст. 

   Перша парова турбіна, що здобула практичного застосування, була виготовлена шведським інженером Густавом Лавалем в 1889 році. (1уч)

                Демонстрація.

        Робота водяної пари під час розширення.

Висновок.

       Які перетворення енергії відбулися в цьому експерименті?

       Чи можна застосувати на практиці дану установку? (Так- 1 раз)

       Чи є дана установка тепловим двигуном?  (Так)

       Що таке тепловий двигун?

(Теплові двигуни – це пристрої або машини, що перетворюють хімічну енергію палива в механічну енергію.)

       Яка ж будова теплового двигуна? (Нагрівник, робоче тіло, холодильник або конденсатор)

Недоліки.

    Робота пари не є циклічною. Для використання цієї установки ще раз потрібен час для підготовки.

                Проблемне питання.

  Яким чином роботу цієї машини можна зробити циклічною, безперервною? (Циліндр, поршень, шатун)

ІІ. Засвоєння нових знань.

Види теплових двигунів.

   Парова машина, двигун внутрішнього згоряння (карбюраторний та дизельний), парова турбіна, реактивний двигун, холодильна установка.

                Будова та принцип дії парової машини, ДВЗ та парової турбіни.

  Робота з підручником (ст. 138) та презентацією (слайди № 2-7): модель парової машини, модель ДВЗ, модель парової турбіни.

                Застосування теплових двигунів.

  Робота з підручником (ст.141) та презентацією (слайди № 8).

-          автомобілі різних типів (легкові, вантажні), залізничний транспорт (дизелі), кораблі – ДВЗ;

-          паровози, молотарки, кораблі – парова машина;

-          електростанції – парові турбіни;

-          літаки, ракети – газові турбіни, реактивні двигун.

Недоліки теплових двигунів.

-          невеликий ККД; (розглянемо це питання на наступному уроці)

-          забруднення – хімічне та теплове – продукти згоряння палива та використання як холодильники для теплових двигунів водойм (ТЕС, АЕС) та атмосферного повітря (ДВЗ); звукове (шум, що супроводжує роботу двигунів); зменшення вмісту кисню в повітрі (майже 25% кисню, що виробляють рослини витрачається на згоряння палива в двигунах).

Шляхи подолання недоліків в роботі теплових двигунів.

-       удосконалювання конструкції двигуна (очищення викидів);  

-       поліпшення процесів згорання  палива (зменшення викидів);

-       пошук нового палива (водень – Н₂).

  Чи можуть ці заходи радикально зменшити забруднення, яке спричиняє використання теплових двигунів? ( думки учнів)

ІІІ. Підсумок уроку.

    Чи досягли ми на уроці мети, яку перед собою поставили?

1.       Поринули в історію створення теплових двигунів;

2.       Вивчили будову та принцип дії теплових двигунів;

3.       З’ясували галузі їх застосування;

4.       Розглянули екологічні проблеми, які пов’язані із застосуванням теплових двигунів та з’ясували шляхи їх вирішення.

   Які ж заходи, все-таки, на вашу думку, дозволять припинити негативний вплив теплових двигунів на довкілля? (думки учнів).

1.     Використання альтернативних джерел електричної енергії.

2.     Застосування електричних двигунів.

   Перегляд відеоролика.

IV. Завдання додому. Опрацювати § 16 (1 част), § 17.