Конспект урока по физике в 11 классе Тема: «Тепловые двигатели». 21. 01. 05 Цель урока: обобщить знания учащихся о тепловых двигател - polpoz.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Конспект урока музыки для учащихся 3 класса в рамках конкурса «Учитель... 1 116.96kb.
Интегрированный урок-экскурсия в 1 классе тема урока: Закрепление... 1 42.13kb.
Алгебра Тип урока: урок закрепления изученного материала Тема урока... 1 96.62kb.
Класс: 7 Тема Покрытосеменные Урок №9 Тема урока: Характеристика... 1 64.25kb.
Урок по физике в 10-м классе "Тепловые двигатели" 1 47.63kb.
Конспект урока по физике (11 класс) Тема: «Возможности энергосбережения... 1 59.41kb.
Конспект открытого урока литературного чтения в 3 классе по теме... 1 45.34kb.
Конспект урока в 6 классе Тема урока: «Понятие координатной плоскости» 1 41.27kb.
Урок по истории Обобщающий урок по теме: Россия в революционном вихре... 1 38.55kb.
Конспект урока по окружающему миру в 4-а классе «Ранимая тундра» умк 1 227.7kb.
Конспект урока чтения. 2 класс II четверть Тема урока : Пословицы. 1 28.3kb.
Филиал дгп «Востокгосэкспертиза» в г. Семей, индекс 071400, Республика... 1 18.4kb.
1. На доске выписаны n последовательных натуральных чисел 1 46.11kb.

Конспект урока по физике в 11 классе Тема: «Тепловые двигатели». 21. 01. 05 Цель - страница №1/1

План – конспект урока по физике в 11 классе

Тема: «Тепловые двигатели».

21.01.05

Цель урока: обобщить знания учащихся о тепловых двигателях полученных

ранее, содействовать воспитанию экологического сознания, раз-

вивать логическое мышление и физическую речь.

Тип урока: обобщеннее изученного и изучение нового материала.

Время: 45 мин.

Ход урока.

I. Организация внимания.

1. Отчет дежурных.



II. Основная часть.

1. Вступительное слово учителя. (Урок начинается с демонстрации опыта «Вылет пробки из пробирки при закипании воды в ней»).

История развития тепловых двигателей началась в XVII веке, когда предложение о замене пробирки с пробкой – цилиндром с поршнем позволило поставить пар на службу человеку. И это не случайно, так как именно в это время начинается развитие производств, требующих совершенствования техники. В это время человек уже научился использовать энергию воды и ветра, но нужен был такой источник энергии, который не был бы привязан к одному месту и не зависел от погодных условий. И такой источник нашли это тепловые двигатели. Французский физик Дени Папен, вместе с немецким ученным Бюйгесом, работал с 1682 года над созданием машины, в которой поршень внутри трубки поднимался при помощи порохового заряда. После длительных экспериментов в 1690 году они нашли идеально работающее тело – воду. В 1705 году ознакомившись с работами Папена, Томас Ньюкомен получил патент на изобретенную им тепловую машину для подъема воды из шахт. Но потребовалось еще 60 лет, чтобы изобрести паровой двигатель непрерывного действия, и это сделал наш соотечественник Иван Иванович Ползунов в 1766 году, он создал двухцилиндровую паровую машину, которая проработала 2 месяца, за это время она не только окупила все затраты, но и принесла немалый доход, с её помощью было расплавлено около 9000 пудов серебряной руды, после чего она была разобрана и предана забвению. Создателем универсального парового двигателя, который получил широкое распространение, стал английский механик Джеймс Уатт, в его честь единицу измерения мощности было решено назвать Ватт. Затем последовали новые изобретения: Фултона (пароход), Стефенсона и Тревитика (паровоз), Отто (газовый двигатель), Дизеля. Этот список можно продолжать вплоть до наших дней, потому что наука не стоит на месте, и конструкторы вносят все новые коррективы в модели двигателей, давайте сейчас выясним, что называется тепловым двигателем.



2. Повторение

1. Фронтальный опрос.

1. Что называется тепловым двигателем?

Тепловым двигателем называется устройство в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую.


2. Какие три типа тепловых двигателей вы знаете?

а) Турбины (паровые и газовые)

б) Двигатели внутреннего сгорания (карбюраторные и дизельные)

в) Реактивные двигатели (бескомпрессорные (прямоточные и пульсирующие) и компрессорные).



3. Опишите устройство и принцип работы каждого из двигателей.

а) Паровая турбина: имеется котел в котором сгорает топливо, за счет выделившейся теплоты закипает вода, образовавшийся пар приводит во вращение турбину. (С термодинамической точки зрения: внутренняя энергия сгорающего топлива превращается в кинетическую энергию струи газа или пара, а затем в кинетическую энергию турбины)

б) Двигатель внутреннего сгорания: состоит из цилиндра с подвижным поршнем, который с помощью шатуна соединен с коленчатым валом. Также имеется впускной клапан, через который в цилиндр поступает смесь топлива с воздухом и выпускной, через который удаляются отработавшие газы. Весь рабочий процесс в двигателе внутреннего сгорания совершается за четыре хода поршня, поэтому он называется четырехтактным. Во время первого такта при движении поршня вверх через впускной клапан засасывается горючая смесь, при втором такте она сжимается и воспламеняется от искры, следующее за этим расширение продуктов сгорания и движение поршня вниз называется рабочим ходом, четвертый такт – выпуск происходит при движении поршня вверх, при этом отработанные газы удаляются через выпускной клапан.

в) В реактивном двигателе тяга создается за счет вылета струи газа образующаяся при сгорании топлива.



4. Начиная с XIII века, умы многих людей занимала идея создания вечного двигателя, скажите, что называется вечным двигателем и почему его создать невозможно.

Вечным двигателем называется действующая машина, которая может неограниченно долго совершать работу, не получая энергию извне т.е. при Q=0. Из первого закона термодинамики ΔU = A +Q, если данное уравнение записать для работы не внешних сил, а самой системы, учитывая, что A´= -А, то Q = ΔU + A´, при Q=0 следует, что A´= -ΔU, т.е. работа может совершаться за счет уменьшения внутренней энергии, и когда её запас иссякнет, то двигатель остановится.



3. Сообщения учащихся о положительных и отрицательных сторонах использования тепловых двигателей.

1. Положительные моменты:

Паровые двигатели имели огромное значение до середины XX века, так как были основными на железной дороге. Мощные паровые турбины используются на водном транс­порте, и на всех АЭС, где для получения пара высокой температуры используют энергию атомных ядер. Паровые турбины установлены и на ТЭЦ, которые вырабатывают более 80 % энергии для страны. Именно паровые турбины приводят в движение роторы генераторов электрического тока. В настоящее время большое распространение получили двигатели внутреннего сгорания. Они широко используются в автомобильном транспорте: их устанавливают на автомашинах, мотоциклах, мопедах, грузовых автомобилях. Кроме автотранспорта, ДВС используют на железнодорожном транспорте в легкой авиации, в бензопилах, газонокосилках, на различном сельскохозяйственном оборудовании, тракторах, комбайнах. Этот вид двигателей хорош своей сравнительно высокой мощностью при относительно небольших размерах.

И, наконец, перейдем к третьему типу тепловых двигателей, реактивных. Преимуществом РД перед паровыми и ДВС является высокий КПД, до 60 %. Следовательно, РД целесообразно устанавливать на авиационном и космическом транспорте.

На лёгких самолётах используются поршневые двигатели, а на больших лайнерах устанавливают реактивные двигатели. Это очень выгодно, так как если реактивный двигатель заменить порш­невым такой же мощности, то из-за громоздкости и тяжести послед­него его будет невозможно установить на самолёт. Яркий пример применения в авиации реактивных двигателей - «ТУ-144» и британ­ский «Конкорд».

Для космического транспорта также используют реактивные двигатели. Они позволяют развить высокую скорость, чтобы мно­готонный космический корабль смог преодолеть гравитационные силы Земли и выйти на околоземную орбиту.

Таким образом, тепловые двигатели играют положительную роль в жизни и развитии человечества, находят широкое примене­ние в транспорте, торговле, выработке электроэнергии, исследова­нии космоса и планет.



2. Отрицательная роль:

Человек долго использовал двигатель внутреннего сгорания не зная о его отрицательном воздействии на человека, животных и растения. Лишь в последнее время это отрицательное воздействие заметили и начали с ним бороться. Основными загрязнителями атмосферы являются машины, особенно грузовики. Количество и концентрация вредных веществ в выхлопах зависят от вида и качества топлива. В основном это такие вещества, как углекислый газ, угарный газ, оксиды азота, гексен, пентен, кадмий, серный ангидрид, свинец, хлор и некоторые его соединения. Эти вещества отрицательно воздействуют на человека, животных, растения и вызывают глобальные изменения в биосфере.

Углекислый газ, угарный газ, оксиды серы, оксиды азота являются «парниковыми» газами, то есть вызывают парниковый эффект, выражающийся в повышении температуры у поверхности Земли. Его механизм заключается в образовании особого слоя в атмосфере, который отражает тепловые лучи, идущие от Земли, не давая им уходить в космическое пространство. Это может привести к таянию льда в полярных областях и, как следствие, к повышению уровня Мирового океана и концентрации метана в атмосфере.

В год образуется около 10 тонн угарного газа, 7 млн. тонн углекислого газа. Угарный газ токсичен, образует с гемоглобином крови прочное соединение - карбоксигемоглобин, что препятствует поступлению достаточного количества кислорода в мозг и, как следствие, увеличивает число психических заболеваний. Окиси серы с водой образуют серную кислоту, а оксид азота образует азотную и азотистую кислоты. У человека они вызывают поражения кожи, обструктивный рахит, отёк легких, разрушают озоновый слой Земли. Также ДВС поглощают кислород, уменьшая его концентра­цию в атмосфере.



Учитель: мы видим, что тепловые двигатели приносят большой вред окружающей среде и человеку, но в то же время мы пока не в состоянии отказаться от них, какие вы видите пути уменьшения вредного воздействия ТД. (использование качественного топлива, катализаторов на автомобильном транспорте, использование электромобилей, солнечной энергии, уменьшение сгорающего топлива.)

III. Объяснение нового материала.

Одним из способов уменьшения вредного воздействия тепловых двигателей на окружающую среду является уменьшение расхода топлива, т.е. увеличение КПД двигателя. Как вы могли заметить у ДВС он достаточно низок: у карбюраторных 30%, дизельных до 45%. Более 700 лет конструкторы бьются над решением этой проблемы, но дело практически не сдвигается с места. Давайте посмотрим от чего он зависит, и почему его так трудно повысить.

Как вы знаете КПД ТД определяется по формуле η= Q1-Q2/Q1= ΔQ/Q1 т.е. работа совершается не за счет всей теплоты полученной от нагревателя, а только за счет части её Q1-Q2 . Как было сказано выше современные двигатели выполняются в виде поршневых двигателей, газовых турбин и реактивных двигателей, а если рассматривать данные двигатели с точки зрения процессов при которых происходит подвод теплоты, то они делятся на двигатели с подводом теплоты при постоянном объеме (рис. 1), давлении (рис. 2) и со смешанным циклом (рис. 3).

Давайте рассмотрим один из способов подвода теплоты:

Из рисунка видно, что Q1 = сvm(T3 – T2), Q2 = сvm(T4 – T1), подставляя в формулу КПД получим:

η = сvm(T3T2) - сvm(T4T1) = (T3T2) - (T4T1) = 1 – Т4 – Т1

сvm(T3 – T2) (T3 – T2) Т3 – Т2

используя уравнения адиабаты сжатия 1-2 и расширения 3-4 получим:



Т4 = (V3) γ-1 ; Т1 = (V2) γ-1 ; по условию V3 = V2 и V4 = V1, значит Т4 = Т1

Т3 V4 Т2 V1 Т3 Т2


η = 1- 1/(V1/V2) γ-1 ; γ = cp/cv ; η = 1 – 1/ε γ-1.

Уравнение Клаузиуса η = 1 – Т21 Т21 = (V1/V2) γ-1 ; η = 1 – 1/ε γ-1.


1-2 сжатие топливо воздушной смеси

2-3 воспламенение топлива

3-4 рабочий ход

4-1 выпуск отработанных газов

Т1 –температура в начале сжатия

Т2 – в конце сжатия

Т3 – сгоревшей смеси

Т4 – в конце рабочего хода

Из формулы η = 1 – 1/ε γ-1, видно, что КПД теплового двигателя с подводом теплоты при постоянном объеме (карбюраторный) зависит от степени сжатия. Возможность повышения степени сжатия ограничивается температурой самовоспламенения горючей смеси. При высоких степенях сжатия возникает детонация топлива. Следовательно, каждому виду топлива должна соответствовать определенная степень сжатия (от 4 до 9). Поэтому эти циклы имеют сравнительно низкий КПД.

III. Заключительная часть.

1. Подведение итогов урока.

2. Выставление оценок.

3. Домашнее задание: §31 №125, 126



P.S.


izumzum.ru