Особенности изучения темы «Тепловые явления» в 8 классе при формировании экологического мировоззрения

Особенности изучения темы «Тепловые явления» в 8 классе при формировании экологического мировоззрения.

,

Приднестровский государственный университет им. г. Тирасполь, Приднестровская Молдавская Республика

В настоящее время во всех странах мира серьезное внимание было обращено на экологические проблемы. Взаимодействие общества и природы стало настолько тесным благодаря появлению новых отраслей науки, техники, производства и расширению сферы влияния трудовой деятельности людей на окружающий мир, что вторжение человека в природу уже не может быть хаотическим и безграничным. Оно должно определенным образом регулироваться; иначе человечество окажется перед, лицом экологической катастрофы, не менее угрожающей его существованию, чем ядерная война.

Для предотвращения возможных отрицательных последствий вторжения человека в окружающую среду необходимо решение ряда проблем. Среди которых одно из первых мест занимает педагогические и воспитательные.

Экологические проблемы должны составлять неотъемлемую и важную компоненту основ физики и других естественнонаучных дисциплин, изучаемых в современной средней общеобразовательной школе. На базе рассмотрения экологических проблем формирмируется экологическая культура подрастающего поколения, которая предполагает, в частности, овладение системой знаний о физико-технических и технологических аспектах поддержания равновесия в природе. Это позволяет также добиться того, чтобы школьники глубже, полнее и правильнее понимали всё более усложняющееся взаимодействия общества и природы, знали об опасности непродуманного вмешательства человека в её жизнь, умели ориентироваться в информации об охране и использовании природных ресурсов, которую они получают из научно-популярной литературы, радио и телепередач и использовать свои физические знания для активной защиты окружающей среды.

Изучение физических аспектов экологических знаний ведет к углублению и расширению знаний учащихся по физике, повышению их интереса к предмету, развивает у них ряд природоохранительных умений, убеждает в жизненно важном значении экологических знаний и умений, формирует в их сознании научную картину целостности природы, способствует осознанию места и роли человека в ней, современных и будущих задач, которые должно решать человечество по охране и рациональному использованию природных ресурсов, приумножению их.

Чтобы эти потенциальные возможности экологического воспитания и образования, учащихся при изучении курса физики стали реальными, учителю нужно проникнуться идеей «экологизации» учебного процесса, осознать ее насущную необходимость в наши дни.

В школьной программе по физике можно найти много вопросов, имеющих экологическое содержание.

Рассмотрим раздел «Тепловые явления» ( Физика 8 Москва «Дрофа» ). В этом разделе выделим следующие темы, которые можно рассматривать с экологической точки зрения.

При изучении каждой темы будем приводить примеры по г. Бендеры.

Тема

Экологические проблемы

1.  Теплопроводность 2.  Конвекция 3.  Излучение 4.  Тепловые двигатели 5.  Теплота сгорания топлива.

Изменение ряда основных физических параметров в природной среде (температура, влажность, освещенность и др.) Изменения происходящие в атмосфере и океанских толщах, самоочищение атмосферы. Наступление «ядерной ночи» и «ядерной зимы» в случае ядерной войны. «Парниковый эффект» на Земле и возможные последствия его усиления. Совершенствование тепловых двигателей с экологической точки зрения: переход от твердого и жидкого топлива на газообразное, электрификация транспорта. Ограниченность запасов органического топлива. Загрязнение атмосферы продуктами сгорания топлива. Экологически чистое сгорание водорода с образованием воды.

В последние годы отмечалась стабильная тенденция уменьшения объема выбросов в атмосферный воздух от стационарных источников и увеличения объема выбросов от передвижных источников. Годовой объем выбросов вредных веществ от стационарных источников 150 промышленных предприятий и организаций, а также предприятий частного бизнеса, занимающихся производственной деятельностью, расположенных на территории г. Бендеры, за 2006 год составили 1162,151 тонн. По сравнению с 2004 годом выбросы увеличились на 118,673 т или 11,4%, причем выбросы от котельных возросли на 5,083 т или 0,7%, а выбросы от основного и вспомогательного производства предприятий и организаций - на 113,59 т или 31,2%.

Пример задач:

1.  Сколько теплоты выделится при полном сгорании каменного угля массой 5 кг, березовых дров массой 5 кг и природного газа массой 5 кг.

Формула для решения задач	Решение задачи
	Каменный уголь: Q = Дж Березовые дрова: Q = Дж Природный газ: Q = Дж

Вывод: Расчеты показывают, что при использовании природного газа в стационарных источниках (котельные, отопительные системы) выделяется наибольшее количество теплоты. КПД таких установок очень высокий, поэтому целесообразно перейти на газообразное топливо. Что хорошо согласуется с Указом Президента ПМР № 000 от 3 июля 1998 года о газификации населенных пунктов Приднестровья.

2.  Во сколько раз больше выделится теплоты при полном сгорании водорода массой 1 кг, чем при полном сгорании природного газа массой 1 кг?

Формула для решения задач	Решение задачи
	Водород: Q = Дж Природный газ: Q = Дж

Вывод: Таким образом, при сгорании водорода выделяется в 3 раза больше количества теплоты, чем при сгорании такой же массы природного газа. В перспективе человечество перейдет на использование водорода. Водород дешевле, добывается из воды, которой на Земле много, а также при сгорании водород не дает ядовитых отходов, что положительно влияет на окружающую среду.

Таким образом, выброс загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных

источников (кроме котельных) промышленных предприятий и организаций

г. Бендеры составил 478,042 тонн. По-прежнему наибольший вклад в общий выброс загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников вносят котельные и отопительные установки. Число котельных и отопительных котлов в г. Бендеры, находящиеся в эксплуатации в 2007 году, составило 127 единиц, в том числе:

113 – на газообразном топливе, 4 – на жидком топливе, 10 – на твердом топливе (5 – на угле, 5 – на дровах).

3.  Двигатель внутреннего сгорания мощностью 36 кВт за один час работы израсходовал 14 кг бензина. Определить КПД двигателя.

Формулы при решении задачи	Решение задачи
	= 20 %

Вывод: КПД таких двигателей не высок. Двигатели внутреннего сгорания существенно загрязняют окружающую среду. При использовании бензина тепловые двигатели выбрасывают из выхлопной трубы в окружающую среду (на 1 кг бензина): СО–0,1–8,0%; сажа–0-100 мг/м³; Рl –0-60 мг/м³; ,003 мг/м³. При использовании дизельного топлива: СО – 0,01–0,5 %; сажа – 0-20000 мг/м³; Рl – 0 мг/м³; ,015 мг/м³.

4.  Маршрутное такси «Бендеры-Тирасполь» проходит путь 20 км за 30 мин. Двигатель при этом развивал среднюю мощность 17,5 кВт при КПД, равном 30 %. Сколько дизельного топлива было израсходовано? Если плотность дизельного топлива 800 кг/м³.

Формулы при решении задачи	Решение задачи
	m = 2,5 кг V = 3 л

Вывод: Значительный вклад в загрязнение окружающей среды вносит автотранспорт, его воздействие многообразно проявляется, прежде всего, в загрязнении атмосферного воздуха. Быстрый рост количества автомашин в городе привел к тому, что автомобильный транспорт стал одним из основных химических источников загрязнения. В г. Бендеры его вклад в загрязнение атмосферного воздуха в 2006 году возрос и составил 4282,463 тонн или 78,7% от общего валового выброса в атмосферу. В 2006 году на учете ГАИ г. Бендеры состояло 25,5 тыс. ед. автотранспорта.

5.  Какое количество израсходовали двигатели самолета, пролетевшего расстояние 500 км со средней скоростью 250 км/ч, если средняя мощность его двигателей 2000 кВт? КПД двигателя равен 25%.

Формулы при решении задачи	Решение задачи
	m = 1,252 т

Вывод: Двигатели самолета развивают большую мощность, а это определенным образом требует расхода энергии. Так в результате сжигания бензина в воздух попадает более 200 химических соединений, часть из которых вредны. Среди них сернистый ангидрит, который соединяясь с водяными парами атмосферы, образует сернистую и серную кислоту -(кислотные дожди), которые представляют опасность для природы.

6.  Какая вода быстрее охлаждает раскаленный металл: холодная t=20°С или горячая t=100 °С?

Ответ: Кипяток (100 °С) превращаясь в пар, интенсивнее отнимает теплоту металла.

Вывод: При охлаждении металла кипятком расход воды уменьшается в 20 раз, что экономит запасы воды.

7.  В школьной лаборатории должен быть всегда свежий воздух. Где нужно установить вытяжной вентилятор: ближе к полу или к потолку, если в лаборатории возможно скопление водяного пара, хлора и аммиака?

Ответ: Вытяжной вентилятор устанавливается в зависимости от плотности вещества: для пара и аммиака ближе к потолку, для хлора – ближе к полу.

8.  Питьевой воды на Земле во многих местах не хватает. Её приходится получать из морской воды либо выпариванием, либо вымораживанием. Какой способ выгоднее?

Ответ: Зимой – вымораживание, летом – выпаривание.

Следовательно, в курсе физики могут быть раскрыты такие важные в экологическом отношении вопросы, как:

1.  рациональное использование энергетических ресурсов: нефти, газа, угля, торфа и др.;

2.  наиболее выгодные и безопасные для окружающей среды способы применения тепловой энергии;

3.  рациональное использование сырьевых ресурсов: водных, земельных, полезных ископаемых и пр.

Эти вопросы тесно связаны между собой, поскольку имеют общую научную основу—оптимизацию взаимодействия общества и природы в условиях интенсивного развития техники и современного производства. К ним непосредственно примыкают и такие вопросы, как физические методы защиты природной среды от загрязнений и использование возобновляемых источников энергии (солнечного излучения, внутренней энергии Земли, энергии ветра, морских приливов и отливов).

Таким образом, экологическое образование можно рассматривать как необходимый элемент общего среднего образования молодежи, связанный с овладением ею научными основами взаимодействия природы и общества. При этом экологические знания выступают в качестве связующего звена между теоретическими сведениями, приобретаемыми в школе, и практикой, жизнью.

Экологическое образование и воспитание учащихся - сложный педагогический процесс. В конечном счете, он должен обеспечить понимание важности правильного поведения в природной среде, умение предвидеть и оценить последствия своей деятельности, осознание природы как национального общественного достояния, приумножать которое - долг каждого гражданина страны. Ведь экологические знания выступают в роли теоретической основы рационального поведения человека (и общества в целом) в природе и одного из важных аспектов научной картины мира.