Устройство и принцип действия тепловых двигателей

Учебные:

- дать понятие тепловых двигателей, принципов работы тепловых двигателей;

- вывести формулу для расчета коэффициента полезного действия теплового двигателя;

- сформировать представление об устройстве и принципе действия тепловых двигателей и понятие об идеальной тепловой машине Карно;

- расширить знания учащихся по экологическим проблемам использования тепловых двигателей;

- осмыслить практическую значимость, полезность приобретаемых знаний и умений

Воспитательные:

- воспитывать у учащихся чувство ответственности перед последующими поколениями, поэтому рассмотрим влияние тепловых двигателей на окружающую среду.

- формировать экологическую культуру и активную жизненную позицию.

- воспитывать сознательное отношение к учебе и заинтересованность в изучении физики;

- обеспечить условия для воспитания интереса к предмету;

Развивающие:

- развивать активность студентов, умения анализировать полученную

информацию, сравнивать, делать выводы и обобщать;

- развивать речь, совершенствовать интеллектуальные способности; решать тренировочные задачи.

Формирование требований ФГОС при изучении темы

«Тепловые двигатели и их КПД»

Студент должен:

Знать: смысл понятий: абсолютная (термодинамическая) температура, количество теплоты, коэффициент полезного действия; вклад российских и зарубежных ученых, оказавших наибольшее влияние на развитие физики.

Уметь: объяснять принцип действия тепловых двигателей; применять полученные знания для решения физических задач; воспринимать и на основе полученных знаний самостоятельно оценивать информацию, содержащуюся в сообщениях СМИ, научно-популярных статьях; использовать новые информационные технологии для поиска, обработки и предъявления информации по физике в компьютерных базах данных и сетях (сети Интернета).

Интеграционные связи: экология, медицина, история, химия, математика

Формы организации учебной деятельности студентов: фронтальная, индивидуальная.

Применяемые на занятии методы обучения:

- по источнику информации: словесные, наглядные;

- по степени активности обучаемых: объяснительно-иллюстративный, частично-поисковый;

Место проведения: классная аудитория.

Оснащение: Методическая разработка по теме, раздаточный дидактический материал, (тестовые задания) для учащихся.

Основные этапы занятия:

1. Организационный момент – 2 мин.

2. Вводная мотивация: постановка целей, изложение плана урока – 3 мин.

3. Актуализация опорных знаний (физический диктант) – 10 мин.

4. Изучение нового материала – 35-40 мин.

5. Решение расчетных задач -10 мин.

6. Первичное закрепление знаний - 10 мин.

7. Творческое применение и добывание знаний -10-15 мин.

8. Подведение итогов – 2 мин.

9. Домашнее задание – 3 мин. конспект лекции.

 

Литература:

1. Учебник физики Физика, 10 класс, Часть 1, Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И., 2010
2. Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Соцкий, Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений (с приложением на электронном носителе). Базовый и профильный уровни - М.: Просвещение, 2011 г.

Актуальность изучения темы

Как известно, экологическая обстановка на Земле и в нашей стране продолжает ухудшаться: озоновая дыра в Антарктике не уменьшается, а загрязненность Мирового океана и воздушной оболочки планеты повышается.

Известно, что более 60 млн. тонн вредных веществ выбрасывают в атмосферу ежегодно наши промышленные предприятия, около 37 млн. тонн таких веществ попадает в нее вместе с выхлопными газами автотранспорта, примерно 30 млрд. м³ воды, загрязненной промышленными и бытовыми отходами, стекает в реки, озера, моря. В более чем 100 городах, где проживает приблизительно 50 млн. человек, предельно допустимые концентрации вредных веществ, превышены в 10 (и больше!) раз.

Автомобили на сегодняшний день в России - главная причина загрязнения воздуха в городах. Сейчас в мире их насчитывается более полумиллиарда. В России автомобиль имеет каждый десятый житель, а в больших городах - каждый пятый. Выбросы от автомобилей в городах особенно опасны тем, что загрязняют воздух в основном на уровне 60-90 см. от поверхности земли и, особенно на участках автотрасс, где стоят светофоры. Автомобили выбрасывают в атмосферу диоксид и оксид углерода, оксиды азота, формальдегид, бензол, бензопирен, сажу (всего около 300 различных токсичных веществ). При истирании автомобильных шин об асфальт атмосфера загрязняется резиновой пылью, вредной для здоровья человека. Автомобиль расходует огромное количество кислорода. За неделю в среднем легковой автомобиль выжигает столько кислорода, сколько его четыре пассажира расходуют на дыхание в течение года. С ростом числа автомобилей уменьшается площадь, занятая растительностью, которая дает кислород и очищает атмосферу от пыли и газа, все больше места занимают площадки для парковок, гаражи и автомобильные дороги. На свалках скапливаются изношенные шины, ржавые корпуса. Впрочем, старые кузова автомобилей можно увидеть и во дворах и на пустырях.

Автомобили загрязняют почву. Одна тонна бензина, сгорая, выделяет 500-800 кг.вредных веществ. Если двигатель машины работает на бензине, с добавлением свинца, то они загрязняют почву этим тяжелым металлом вдоль дороги в полосе шириной 50-100 м, а если дорога идет вверх, и двигатель работает с нагрузкой, и загрязненная полоса имеет ширину до 400 м! Свинец, загрязняющий почву, накапливается растениями, которыми питаются животные. С молоком и мясом металл попадает в организм человека и может стать причиной тяжелых болезней.

Ход занятия:

№ п/п	Название этапа	Описание этапа	Педагогическая цель этапа	Время этапа
1	2	3	4	5
1	Орг. момент	Отмечается отсутствующие и внешний вид студентов и аудитории.	Мобилизация внимания, выявление готовности аудитории к занятию.	2 мин.
2	Вводная мотивация	Сообщается тема, определяется цель, обосновывает значимость изучаемой темы (связь темы с применением ее в быту, технике и медицине)	Обозначить цель занятия, заинтересовать обучающихся, сконцентрировать их внимание.	3 мин
3	Актуализация опорных знаний.	Проводится физический диктант. (приложение 1)	Выявление степени подготовки студентов к занятию и степень усвоения материала по предыдущей теме.	10 мин.
4	Изучение нового материала	Объяснение нового материала (приложение 2)	Познакомиться с понятием тепловой двигатель, принципов действия тепловых двигателей, вывести формулу для расчета коэффициента полезного действия теплового двигателя, научить решать задачи разного типа по теме урока.	35-40 мин
5	Решение расчетных задач	Разбор задачи, алгоритма ее решения. Контроль решение задач студентами, указание на ошибки (приложение 3)	Отработать навык решения задач на расчет КПД; организация собственной деятельности, выбор типовых методов и способов решения задач, оценка их выполнения.	10 мин
6	Первичное закрепление знаний	Постановка вопросов, помощь студентам грамотно сформулировать ответы. Тестирование (приложение 4)	Первичное закрепление и систематизация материала, ликвидация пробелов в понимании в полученных знаниях. Установить правильность и осознанность изученного материала.	10 мин.
7	Творческое применение и добывание знаний.	Раздает дидактический материал, проводит инструктаж по выполнению работы, определяет время самостоятельной работы студентов (приложение 5)	Развитие скорости восприятия и переработки информации, с акцентом на будущую профессию.	10-15 мин.
9	Подведение итогов	Характеристика работы группы в целом, а также отдельных студентов, выставление и комментирование оценок.	Развитие эмоциональной устойчивости, объективности оценки своих действий,	2 мин.
10	Домашнее задание	Проводится инструктаж по выполнению домашнего задания.	Оптимизация самоподготовки, определение объема самостоятельной внеаудиторной работы.	3 мин

Приложение 1

Вопросы для физического диктанта

В1. 1. Что понимают под внутренней энергией?

В2. 1. Что понимают под внутренней энергией?

В1. 2. Какими способами можно изменить внутреннюю энергию?

В2. 2. Назовите способы теплопередачи

В1. 3. По какой формуле вычисляют внутреннюю энергию идеального газа?

В2. 2. По какой формуле вычисляют работу газа в термодинамике?

В1. 4. Запишите формулу и сформулируйте 1 закон термодинамики.

В2. 4. Сформулируйте закон сохранения энергии в тепловых процессах.

В1. 5. Какой процесс называют необратимым?

В2. 5. Сформулируйте второй закон термодинамики.

Приложение 2

Изучение нового материала

План изложения учебного материала по теме

Понятие теплового двигателя

КПД тепловых двигателей

Приложение 3

Решение расчетных задач

Задачи.

1. Найти КПД теплового двигателя, если газ получает от нагревателя 200 Дж теплоты и отдает холодильнику 135 Дж.

2. Чему равен КПД теплового двигателя, если температура нагревателя 800^оС, а температура холодильника 25^оС?

3. Оцените максимальное значение КПД, которое может иметь тепловая машина с температурой нагревателя 727 ^оС и температурой холодильника 27 ^оС.

4. Каков КПД теплового двигателя, если рабочее тело, получив от нагревателя количество теплоты 1,6 МДж, совершило работу 400 кДж? Какое количество теплоты передано холодильнику?

Приложение 4

Вопросы для закрепления материала.

1. Какие машины называются тепловыми?

2. Каков принцип работы тепловых двигателей?

3. Назовите основные элементы теплового двигателя и их назначение.

4. Что называют кпд теплового двигателя?

5. По какой формуле рассчитывают КПД реальной машины?

6. По какой формуле рассчитывают КПД идеальной машины? Каков ее смысл?

7. Назовите какие виды тепловых машин вам известны?

Задачи

1 уровень. Чему равен КПД идеального теплового двигателя, если температура нагревателя 500⁰ С, а температура холодильника 20⁰ С?

2 уровень. Температура нагревателя 150⁰ С, а холодильника 20⁰ С. От нагревателя получено 10⁵ кДж количества теплоты. Определить работу, произведенную машиной, если считать ее идеальной.

Эталоны ответов к задачам

1. КПД=62%

2. А=31 МДж

Критерии оценки: за решение задачи 1 уровня– «3» балла

за решение задачи 1и 2 уровня (имеются недочеты)– «4» балла

за решение задачи 1и 2 уровня – «5» баллов

Приложение 5

Учебные:

- дать понятие тепловых двигателей, принципов работы тепловых двигателей;

- вывести формулу для расчета коэффициента полезного действия теплового двигателя;

- сформировать представление об устройстве и принципе действия тепловых двигателей и понятие об идеальной тепловой машине Карно;

- расширить знания учащихся по экологическим проблемам использования тепловых двигателей;

- осмыслить практическую значимость, полезность приобретаемых знаний и умений

Воспитательные:

- воспитывать у учащихся чувство ответственности перед последующими поколениями, поэтому рассмотрим влияние тепловых двигателей на окружающую среду.

- формировать экологическую культуру и активную жизненную позицию.

- воспитывать сознательное отношение к учебе и заинтересованность в изучении физики;

- обеспечить условия для воспитания интереса к предмету;

Развивающие:

- развивать активность студентов, умения анализировать полученную

информацию, сравнивать, делать выводы и обобщать;

- развивать речь, совершенствовать интеллектуальные способности; решать тренировочные задачи.

Формирование требований ФГОС при изучении темы

«Тепловые двигатели и их КПД»

Студент должен:

Знать: смысл понятий: абсолютная (термодинамическая) температура, количество теплоты, коэффициент полезного действия; вклад российских и зарубежных ученых, оказавших наибольшее влияние на развитие физики.

Уметь: объяснять принцип действия тепловых двигателей; применять полученные знания для решения физических задач; воспринимать и на основе полученных знаний самостоятельно оценивать информацию, содержащуюся в сообщениях СМИ, научно-популярных статьях; использовать новые информационные технологии для поиска, обработки и предъявления информации по физике в компьютерных базах данных и сетях (сети Интернета).

Интеграционные связи: экология, медицина, история, химия, математика

Формы организации учебной деятельности студентов: фронтальная, индивидуальная.

Применяемые на занятии методы обучения:

- по источнику информации: словесные, наглядные;

- по степени активности обучаемых: объяснительно-иллюстративный, частично-поисковый;

Место проведения: классная аудитория.

Оснащение: Методическая разработка по теме, раздаточный дидактический материал, (тестовые задания) для учащихся.

Основные этапы занятия:

1. Организационный момент – 2 мин.

2. Вводная мотивация: постановка целей, изложение плана урока – 3 мин.

3. Актуализация опорных знаний (физический диктант) – 10 мин.

4. Изучение нового материала – 35-40 мин.

5. Решение расчетных задач -10 мин.

6. Первичное закрепление знаний - 10 мин.

7. Творческое применение и добывание знаний -10-15 мин.

8. Подведение итогов – 2 мин.

9. Домашнее задание – 3 мин. конспект лекции.

 

Литература:

1. Учебник физики Физика, 10 класс, Часть 1, Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И., 2010
2. Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Соцкий, Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений (с приложением на электронном носителе). Базовый и профильный уровни - М.: Просвещение, 2011 г.

Актуальность изучения темы

Как известно, экологическая обстановка на Земле и в нашей стране продолжает ухудшаться: озоновая дыра в Антарктике не уменьшается, а загрязненность Мирового океана и воздушной оболочки планеты повышается.

Известно, что более 60 млн. тонн вредных веществ выбрасывают в атмосферу ежегодно наши промышленные предприятия, около 37 млн. тонн таких веществ попадает в нее вместе с выхлопными газами автотранспорта, примерно 30 млрд. м³ воды, загрязненной промышленными и бытовыми отходами, стекает в реки, озера, моря. В более чем 100 городах, где проживает приблизительно 50 млн. человек, предельно допустимые концентрации вредных веществ, превышены в 10 (и больше!) раз.

Автомобили на сегодняшний день в России - главная причина загрязнения воздуха в городах. Сейчас в мире их насчитывается более полумиллиарда. В России автомобиль имеет каждый десятый житель, а в больших городах - каждый пятый. Выбросы от автомобилей в городах особенно опасны тем, что загрязняют воздух в основном на уровне 60-90 см. от поверхности земли и, особенно на участках автотрасс, где стоят светофоры. Автомобили выбрасывают в атмосферу диоксид и оксид углерода, оксиды азота, формальдегид, бензол, бензопирен, сажу (всего около 300 различных токсичных веществ). При истирании автомобильных шин об асфальт атмосфера загрязняется резиновой пылью, вредной для здоровья человека. Автомобиль расходует огромное количество кислорода. За неделю в среднем легковой автомобиль выжигает столько кислорода, сколько его четыре пассажира расходуют на дыхание в течение года. С ростом числа автомобилей уменьшается площадь, занятая растительностью, которая дает кислород и очищает атмосферу от пыли и газа, все больше места занимают площадки для парковок, гаражи и автомобильные дороги. На свалках скапливаются изношенные шины, ржавые корпуса. Впрочем, старые кузова автомобилей можно увидеть и во дворах и на пустырях.

Автомобили загрязняют почву. Одна тонна бензина, сгорая, выделяет 500-800 кг.вредных веществ. Если двигатель машины работает на бензине, с добавлением свинца, то они загрязняют почву этим тяжелым металлом вдоль дороги в полосе шириной 50-100 м, а если дорога идет вверх, и двигатель работает с нагрузкой, и загрязненная полоса имеет ширину до 400 м! Свинец, загрязняющий почву, накапливается растениями, которыми питаются животные. С молоком и мясом металл попадает в организм человека и может стать причиной тяжелых болезней.

Ход занятия:

№ п/п	Название этапа	Описание этапа	Педагогическая цель этапа	Время этапа
1	2	3	4	5
1	Орг. момент	Отмечается отсутствующие и внешний вид студентов и аудитории.	Мобилизация внимания, выявление готовности аудитории к занятию.	2 мин.
2	Вводная мотивация	Сообщается тема, определяется цель, обосновывает значимость изучаемой темы (связь темы с применением ее в быту, технике и медицине)	Обозначить цель занятия, заинтересовать обучающихся, сконцентрировать их внимание.	3 мин
3	Актуализация опорных знаний.	Проводится физический диктант. (приложение 1)	Выявление степени подготовки студентов к занятию и степень усвоения материала по предыдущей теме.	10 мин.
4	Изучение нового материала	Объяснение нового материала (приложение 2)	Познакомиться с понятием тепловой двигатель, принципов действия тепловых двигателей, вывести формулу для расчета коэффициента полезного действия теплового двигателя, научить решать задачи разного типа по теме урока.	35-40 мин
5	Решение расчетных задач	Разбор задачи, алгоритма ее решения. Контроль решение задач студентами, указание на ошибки (приложение 3)	Отработать навык решения задач на расчет КПД; организация собственной деятельности, выбор типовых методов и способов решения задач, оценка их выполнения.	10 мин
6	Первичное закрепление знаний	Постановка вопросов, помощь студентам грамотно сформулировать ответы. Тестирование (приложение 4)	Первичное закрепление и систематизация материала, ликвидация пробелов в понимании в полученных знаниях. Установить правильность и осознанность изученного материала.	10 мин.
7	Творческое применение и добывание знаний.	Раздает дидактический материал, проводит инструктаж по выполнению работы, определяет время самостоятельной работы студентов (приложение 5)	Развитие скорости восприятия и переработки информации, с акцентом на будущую профессию.	10-15 мин.
9	Подведение итогов	Характеристика работы группы в целом, а также отдельных студентов, выставление и комментирование оценок.	Развитие эмоциональной устойчивости, объективности оценки своих действий,	2 мин.
10	Домашнее задание	Проводится инструктаж по выполнению домашнего задания.	Оптимизация самоподготовки, определение объема самостоятельной внеаудиторной работы.	3 мин

Приложение 1

Вопросы для физического диктанта

В1. 1. Что понимают под внутренней энергией?

В2. 1. Что понимают под внутренней энергией?

В1. 2. Какими способами можно изменить внутреннюю энергию?

В2. 2. Назовите способы теплопередачи

В1. 3. По какой формуле вычисляют внутреннюю энергию идеального газа?

В2. 2. По какой формуле вычисляют работу газа в термодинамике?

В1. 4. Запишите формулу и сформулируйте 1 закон термодинамики.

В2. 4. Сформулируйте закон сохранения энергии в тепловых процессах.

В1. 5. Какой процесс называют необратимым?

В2. 5. Сформулируйте второй закон термодинамики.

Приложение 2

Изучение нового материала

План изложения учебного материала по теме

Понятие теплового двигателя

Устройство и принцип действия тепловых двигателей

КПД тепловых двигателей