Модуль 2. Методические аспекты использования ЭОР нового поколения в образовательной деятельности (с учётом специфики учебного предмета)
Задание 2.6. Творческая работа «Репортаж с урока»
Конспект блока уроков. Лот C1: «Методика использования компьютерных лабораторий для уроков химии, физики, биологии на основе ресурсов www. fcior. edu. ru, www. school-collection. edu. ru и УМК БИНОМ».
Урок №1 «Принцип действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного действия».
Цель урока - изучить работу идеального двигателя, рассмотреть цикл Карно на качественном и количественном уровне.
Задачи урока:
· Ввести понятие о циклическом термодинамическом процессе
· Продолжить знакомство с устройством и принципом действия тепловых двигателей
· Продолжить формировать умение характеризовать КПД идеального цикла тепловых двигателей.
№ п/п | Этапы урока | Время, мин | Приемы и методы |
1 | Организационный момент | 2 | |
2 | Повторение изученного материала по теме «Принципы действия тепловых двигателей. КПД тепловых двигателей» | 10 | Фронтальная беседа |
3 | Изучение нового материала с помощью компьютерной модели «Цикл Карно» | 30 | Работа с рабочим листом и моделью |
4 | Объяснение домашнего задания | 3 |
Повторение и углубление ранее изученного материала организуется в форме выполнения коллективных и индивидуальных заданий. По усмотрению учителя некоторые из них проговариваются и обсуждаются. Примеры заданий:
- какие термодинамические процессы вы знаете?
- каковы основные законы этих процессов?
- в чем значение устройства, названного тепловым двигателем?
- каковы его основные элементы?
- в чем состоит принцип действия?
- докажите, что работа теплового двигателя подчиняется законам термодинамики.
Одним из вариантов организации изучения вопроса является самостоятельная работа с учебником, составление опорного плана-конспекта, коллективное обсуждение отдельных сторон материала, в частности формулировки принципа работы теплового двигателя.
Вторым вариантом организации изучения вопроса является использование ЭОР «Интерактивные лабораторные работы по физике» из коллекции http://www. school-collection. edu. ru Данный ресурс разработан для системы общего образования» и содержит набор моделей уроков по разделам физики, демонстрационную версию и полную версию курса «Интерактивные лабораторные работы по физике».
Урок - лабораторная работа "Тепловой двигатель. КПД" предлагает методику, как изучить работу идеального двигателя, рассмотреть цикл Карно на качественном и количественном уровне.
Модель 1. Цикл Карно
Рабочий лист к уроку
Примерные ответы
Модель «Цикл Карно»
ФИО, класс ___________________________________________________________.
1. Что называется тепловым двигателем?
Ответ: тепловым двигателем называют устройство, превращающее внутреннюю энергию топлива в механическую.
2. Какие процессы осуществляются при работе данного двигателя (последовательно)?
Ответ:
Красный такт – изотермическое расширение.
Черный такт – адиабатное расширение.
Синий такт – изотермическое сжатие.
Черный такт – адиабатное сжатие.
3. Что происходит с количеством теплоты при:
красном такте,
черных тактах,
синем такте (для этого пошагово пройдите весь цикл)?
Ответ:
При красном такте тело получает количество теплоты.
При черных тактах количество теплоты равно 0.
При синем такте тело отдает количество теплоты.
4. Определите коэффициент сжатия газа (отношение максимального объема газа к минимальному) для цикла Карно реализованного в компьютерном эксперименте.
Ответ: коэффициент сжатия равен 4.
5. Уменьшите температуру холодильника до минимума. Чему равен КПД при этих условиях?
Ответ: 46 %.
6. Создайте условия, при которых КПД будет максимальным, запишите при каких параметрах это возможно получить. Чему равен максимальный КПД?
Ответ: при T1 = 600 К, T2 = 270 К. Максимальный КПД = 55 %.
7. Создайте условия, при которых КПД будет минимальным, запишите при каких параметрах это возможно получить. Чему равен минимальный КПД?
Ответ: при T1 = 400 К, T2 = 350 К. Минимальный КПД = 15 %.
8. Не меняя температуру холодильника, увеличивайте температуру нагревателя, наблюдая при этом за изменением графика. Как изменяется график зависимости давления от объема?
Ответ: увеличивается максимально допустимое давление в системе, увеличивается площадь, ограниченная графиком.
9. Как по графику можно определить величину полезной работы газа?
Ответ: по площади, ограниченной графиком.
10. Как можно сравнить полезную работу газа при разных температурах?
Ответ: сравнивая площади, ограниченные соответствующими графиками.
11. Осуществите эксперимент, при котором площадь, ограниченная графиком будет минимальной, запишите при каких параметрах это возможно получить. Что можно сказать о величине полезной работы газа при данных условиях?
Ответ: при T1 = 400 К, T2 = 350 К. Величина полезной работы газа – минимальна.
12. Какой должна быть температура холодильника для достижения 100 % КПД тепловой машины?
Ответ: температура холодильника должна равняться 0 К.
13. Что можно сказать о КПД реальных тепловых двигателей в сравнении с идеальными? Как можно увеличить КПД реальных машин?
Ответ: КПД реальных тепловых машин всегда меньше КПД идеальной машины Карно, т. к. в реальных машинах часть энергии уходит в тепловую при механическом трении частей, происходят потери топлива вследствие неполного сгорания и т. п. Увеличить КПД реальных машин можно за счет увеличения температуры нагревателя, уменьшения температуры охлаждающей системы, снижения потерь на трение, достижения более полного сгорания топлива.
Для изучения КПД теплового двигателя целесообразно применять ЭОР «Интерактивные модели по физике» из коллекции http://www. school-collection. edu. ru
Цифровой ресурс «КПД произвольного цикла» http://files. school-collection. edu. ru/dlrstore/fdce839b-73a1-8236-a2b2-ddfdaa2b1b39/00144679033122921.htm представляет собой пошаговую анимацию по теме "Термодинамические циклы". Компьютерная программа иллюстрирует принцип действия тепловых двигателей. Демонстрируются процессы, происходящие во время произвольных циклов работы двигателя, вводится понятие "Коэффициент полезного действия" тепловой машины, анализируется КПД произвольного цикла и цикла Карно. Интерактивная модель сопровождается инструкцией пользователю, краткой теоретической справкой, а также методическими материалами для преподавателей.
Для проверки усвоения материала лучше всего подобрать тест. Например:
1. Простейшая задача, требующая подстановки известных численных данных в формулы, выражающие физические законы на тему второе начало термодинамики, тепловые машины из коллекции задач по курсу Физики. http://www. school-collection. edu. ru/catalog/res/94361996-b2e0-11dc-8d59-a23be0667ac4/view/
2. Простая задача, требующая несложных расчетов, возможно с переводом численных данных в одну систему единиц (СИ) на темы идеальный газ, газовые законы, фазовые переходы, насыщенный пар, влажность, основное уравнение мкт идеального газа, молекулярное строение вещества, второе начало термодинамики, тепловые машины, первое начало термодинамики, столкновения молекул, процессы переноса, истечение газа, равномерное распределение энергии теплового движения по степеням свободы, вероятность термодинамического состояния, молекулярно-кинетическая теория, из коллекции задач по курсу Физики.
http://www. school-collection. edu. ru/catalog/res/965e2c54-b2e0-11dc-9264-bcc2119c5c9c/view/
3. Простейшая задача, требующая подстановки известных численных данных в формулы, выражающие физические законы на темы первое начало термодинамики, идеальный газ, газовые законы, из коллекции задач по курсу Физики.
http://www. school-collection. edu. ru/catalog/res/a641d422-b2e0-11dc-a284-b0f426a93a95/view/
Урок-конференция № 2 «Тепловые двигатели и их роль в жизни человека»
Подготовка конференции начинается с темы первого урока, учащиеся делятся на группы, получают задания. На уроке представители групп выступают с докладами, отчетами.
Примеры заданий.
1. Интересные проекты и модели тепловых двигателей.
При хорошей организации возможен конкурс с награждением. Выступление состоит в демонстрации, кратком пояснении работы. По проектам могут быть сделаны рисунки, схемы.
Предлагается использование анимационных моделей из коллекции http://www. school-collection. edu. ru
Иллюстрация с изображением физических величин, необходимых при рассмотрении параметров работы паровой турбины на стадии ускорении пара в сужающейся трубке и при переходе внутренней энергии пара в энергию вращения лопаток турбины. http://files. school-collection. edu. ru/dlrstore/414f8997-6975-4cb4-9c5c-063937a97d70/%5BPH10_06-018%5D_%5BPD_47%5D. swf
Схема работы паровой турбины. http://files. school-collection. edu. ru/dlrstore/d77b6643-c6e9-477a-8f4a-2a3b63570aef/%5BPH10_06-018%5D_%5BAM_45%5D. swf
Конструкция и схема работы паровой тепловой машины Ньюкомена. http://files. school-collection. edu. ru/dlrstore/83fbc087-e0bd-4417-af5d-8404f12f4c7a/%5BPH10_06-018%5D_%5BPD_44%5D. swf
Эолипил - паровой преобразователь внутренней энергии в механическую. http://files. school-collection. edu. ru/dlrstore/18b63fba-d424-465a-987a-225992a30b4a/%5BPH10_06-018%5D_%5BAM_46%5D. swf
2. Двигатели внутреннего сгорания.
Виды, применение, характеристики и др.
Предлагается использование анимационных моделей из коллекции http://www. school-collection. edu. ru
Зависимость КПД дизельного двигателя внутреннего сгорания от степени сжатия воздуха. http://files. school-collection. edu. ru/dlrstore/1a660c73-f8a6-4a64-949f-45205eacbba7/%5BPH10_06-019%5D_%5BPD_53%5D. swf
Индикаторная диаграмма бензинового двигателя внутреннего сгорания. Иллюстрация с указанием этапов изменения параметров воздуха (воздушно-бензиновой смеси) на индикаторной диаграмме бензинового двигателя внутреннего сгорания.
http://files. school-collection. edu. ru/dlrstore/49c65cd8-d47c-4bd4-871e-865cfa6afa8c/%5BPH10_06-019%5D_%5BPD_52%5D. swf
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания. http://files. school-collection. edu. ru/dlrstore/fada3dea-3cc4-4954-85d6-ffc434c59ee8/%5BPH10_06-019%5D_%5BAM_51%5D. swf
Элементы конструкции и схема работы газовой турбины в турбореактивном двигателе самолета. http://files. school-collection. edu. ru/dlrstore/6ed7e38c-4d03-43cd-878e-71be9f13b1d3/%5BPH10_06-019%5D_%5BPD_54%5D. swf
3. С. Карно – создатель термодинамики.
Сообщение включает краткую биографию ученого и инженера, основные этапы деятельности. При подготовке предполагается использование ЭОР «История научного эксперимента». http://www. school-collection. edu. ru/catalog/rubr/cd285216-eb96-a7b2-0127-01c6a1db4b31/114723/?interface=pupil&class=53&subject=30
Данный ресурс разработан для системы общего образования» и содержит 60 описаний опытов по физике, биологии, химии с интерактивными моделями и видеофрагментами; а также биографии ученых, демонстрационную и полную версии курса «История научного эксперимента».
4. Экологические проблемы использования тепловых двигателей.
Доклад. Желательно показать рост числа автомобилей, тепловое и химическое загрязнение среды. Целесообразно использование краеведческого материала.
При подготовке доклада предполагается использование ЭОР из коллекции www. fcior. edu. ru «Тепловые двигатели и экологические проблемы»
Информационный модуль посвящен теме "Применение тепловых двигателей" для базового уровня старшей школы. Помимо иллюстрированных гипертекстовых материалов в него входит интерактивная анимация "Круговорот углерода в природе". http://www. fcior. edu. ru/catalog/meta/3/mc/discipline%20OO/mi/4.17/hps/10/hp/27/p/page. html? fv-type=I
Повторительно-обобщающий урок № 3 «Основы термодинамики»
Цель урока – подведение итогов изучения темы при решении задач, повторении теории.
1. Тест включает 10 интерактивных заданий различных типов с возможностью автоматизированной проверки для аттестации по теме "Тепловые двигатели" средней школы. http://www. fcior. edu. ru/card/8113/teplovye-mashiny. html
2. Тест по термодинамике. Теплота. Работа. Законы термодинамики
10 задач различной сложности. Максимальное количество баллов за тест - 100. Загрузив один раз эту страницу, Вы можете спокойно решить все задачи и узнать результат, не подключаясь повторно к интернету. Время не ограничено. http://www. afportal. ru/physics/test/online/termo4
3. Обучающие тесты по термодинамике.
http://physik. ucoz. ru/board/egeh_po_fizike/a10/a10_termodinamika_2_obuchajushhij_test/17-1-0-38
4. Тест по термодинамике содержит 20 заданий повышенного уровня, сделан на программе MyTestX. Будет полезен для старших классов при повторении материала, подготовке к ЕГЭ. Для работы с тестом нужно установить на свой ПК программу MyTestX последней версии.
http:///load/69-1-0-9116
5. ЕГЭ тест по ФИЗИКЕ. Термодинамика.
http://web-tutor. narod. ru/EGETest/Thermodynamics. htm
