Учитель: (МОУ СОШ № 000 г. Волгограда)
Тема урока: Урок-исследование «РАБОТА ГАЗА И ПАРА»
Цель урока:
1. Рассмотреть применение закона сохранения и превращения энергии в тепловых двигателях. Объяснить учащимся устройство и принцип действия двигателя внутреннего сгорания.
2. Обеспечить осмысливание неразрывной связи теории с практикой на примере воплощения законов термодинамики на практике.
3. Содействовать расширению политехнического кругозора учащихся, показать роль физических открытий в развитии мировой цивилизации.
Ход урока
1. Беседа учителя с учащимися
На предыдущих уроках мы достаточно много времени уделили процессам перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое, в частности, из жидкости в пар. Где же на практике применяют это явление? Используя его, были созданы тепловые машины.
Вы, конечно, слышали о тепловых двигателях. Но знаете ли вы принцип их работы? Мы знаем, как механическая энергия превращается в тепло (приведите примеры). Все тепловые двигатели работают по обратному принципу: превращают тепло в механическую работу.
Тепло или количество теплоты называется у нас внутренней энергией.
Что такое внутренняя энергия? Как она зависит от температуры тела?
Рассмотрим на опыте пример превращения внутренней энергии в механическую энергию.
Пробирка с водой, закрытая пробкой, нагревается на спиртовке.
Почему при кипении пробка выпадает?
Проблема: почему выпала пробка?
Вывод: энергия топлива (спирта) превращается во внутреннюю энергию пара, а пар расширяется и совершает работу.
Если заменить пробирку металлическим цилиндром, а пробку - плотно пригнанным поршнем, мы получим простейший тепловой двигатель, в котором внутренняя энергия превращается в механическую. Самый простой пример – ружьё, тоже тепловой двигатель.
Тепловыми двигателями называются машины, в которых внутренняя энергия превращается в механическую.
Примеры тепловых двигателей: паровая турбина, реактивный двигатель, двигатель внутреннего сгорания.
Остановимся подробней на последнем, так как он широко используется в повседневной жизни и по сей день.
Демонстрация модели двигателя внутреннего сгорания (ДВС)
ДВС состоит из цилиндра, в котором помещается поршень, соединённый с помощью шатуна с коленчатым валом. На валу укреплён тяжёлый маховик, предназначенный для уменьшения неравномерности вращения вала.
Демонстрация схемы ДВС и карбюратора
В верхней части цилиндра имеются два клапана: впускной и выпускной, через которые топливо (бензин, керосин, солярка) проходит в цилиндр, в атмосферу выбрасываются отработанные газы. Горючая смесь готовится в карбюраторе из воздуха и паров бензина и воспламеняется в цилиндре с помощью свечи зажигания.
Температура в цилиндре достигает градусов, при этом смесь, сгорая, превращается в газ, который расширяясь, толкает поршень, т. е. внутренняя энергия превращается в механическую.
Работа ДВС состоит из 4-х тактов. Давайте сделаем краткую запись в тетради.
Запись на доске:
ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
1.) Виды тепловых двигателей: паровая турбина, реактивный двигатель, ДВС.
2.) Двигатель внутреннего сгорания.
1-й такт. Всасывание. Поршень движется вниз. В цилиндр поступает горючая смесь.
2-й такт. Сжатие. Поршень движется вверх и сжимает горючую смесь. Горючая смесь воспламеняется.
3-й такт. Рабочий ход. Газы давят на поршень, и он идёт вниз. Газы совершают работу.
4-й такт. Выхлоп. Отработанные газы уходят в атмосферу.
Демонстрация презентации с комментариями учителя
ДВС состоит из цилиндра с поршнем, соединённым с помощью шатуна с коленчатым валом. На валу укреплён маховик. В верхней части цилиндра находятся два клапана: впускной и выпускной.
1. Крайние положения поршня называются мёртвыми точками.
2. Расстояние, проходимое от одной мёртвой точки до другой, называется ходом поршня. 3. Один рабочий цикл происходит за 4 хода поршня.
4. Поэтому двигатель называется 4-хтактным.
Рассказать о тактах (см. выше), используя презентацию и модель.
2. Сообщения учащихся и комментарии учителя об использовании ДВС
В автомобилях часто используются 4-х цилиндровые двигатели. Работа цилиндров согласуется так, что в каждом из них поочерёдно происходит рабочий ход и коленчатый вал вращается непрерывно.
История изобретения
1. История изобретения паровой машины очень длинная. Считается, что первой паровой машиной была игрушка, изобретённая за 2000 лет до наших дней Геродотом Александрийским. В пустотелый шар наливается вода, которая потом подогревается и превращается в пар, выходящий из трубок и приводящий во вращение шар.
2. Этому бронзовому гномику около 700 лет. В него наливали воду и ставили лицом в камин. Изо рта вырывался пар и раздувал пламя в камине.
3. Сообщение одного из учащихся о Ползунове
– русский изобретатель. Он изобрёл машину непрерывного действия в 1833году. Она проработала 43 дня, и за неделю до её испытания испытатель умер.
4. Сообщение одного из учащихся о Черепановых
Ефим Алексеевич Черепанов, Мирон Ефимович Черепанов, отец и сын, русские изобретатели-самоучки, крепостные заводчиков Демидовых. Они построили первый паровоз (сухопутный пароход) в 1834 году и первую железную дорогу от нижнетагильских медеплавильных заводов до медных рудников. Скорость их паровоза была 15 км\ч.
5. В 1782 году английский изобретатель Джеймс Уатт усовершенствовал паровой двигатель Ньюкомена, а в 1769 году построил и запатентовал собственный паровой двигатель непрерывного действия.
6. 1807 год. В Америке Фултоном был построен первый, практически действующий пароход. После этого быстро начало развиваться пароходство и уже к 30-м годам девятнадцатого века налаживается речное и морское пароходство.
7. В 1825 году в Англии начала действовать железная дорога, построенная Стефенсоном.
8. В России первые автомобили начали строить в начале девятнадцатого века, они развивали скорость 25 км\ч, в то время как современные автомобили могут развивать скорость до 900 км\ч.
3. Рефлексия
4. Вывод по уроку:
Научно технический прогресс неуклонно совершенствует конструкцию и технические характеристики автомобилей. В будущем предполагается в качестве топлива использовать водород, такие двигатели выбрасывают в атмосферу воду и являются экологически чистыми. Предполагается также создание автомобилей, способных летать, сокращать и увеличивать свои размеры. Совершенствование средств передвижения является одной из первостепенных задач, которые стоят перед учеными научно-технических лабораторий всех стран мира.
5. Домашнее задание
