Конкурс педагогического мастерства

На каждом столе приготовлены:
-сигнальные карточки; жетоны в форме автомобиля красного, желтого, синего, зеленого цвета;
-наборы приборов для проведения экспериментов:
1.Пробирка, пластинка из картофеля толщиной 3-4 мм, сосуд с горячей водой, ванночки, кюветы;
2.U – образная трубка, мензурка с холодной водой, резиновая трубка, поплавок пробковый, сосуд с горячей водой, сосуд с холодной водой, штатив с муфтой и лапкой; лист с кроссвордом;
-конверт с набором карточек с изображением тактов ДВС, -ватман, клей-карандаш.
модель цилиндра двигателя внутреннего сгорания.
слайд – презентация.

Ход урока:

Объявление темы, цели урока:
     Здравствуйте. Сегодня мы с вами изучаем тему «Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания».

Целями нашего сегодняшнего занятия будет:
Изучить устройство, принцип действия и назначение тепловых машин на примере двигателя внутреннего сгорания.
Рассмотреть историю развития тепловой машины, экологические проблемы и перспективы развития. Совершенствовать навыки работы с приборами, лабораторным оборудованием.

Проверка знаний:
     Форма нашего урока будет не совсем обычной. Это будет урок – игра. Для этого из всех учащихся класса будут сформированы четыре команды, которым, в течение урока, будут предложены различные задания. Каждая группа имеет сигнальную карточку, которой команда сигнализирует учителю о том, что задание выполнено. Каждая команда будет иметь возможность высказаться (сначала с ответом выступает команда, первой поднявшая карточку, следующей – поднявшая второй и т.д.) Оцениваться ответ команд будет специальными жетонами в форме машинок разного цвета. Красная - полный развернутый ответ, желтая – хороший ответ, синяя – неполный ответ, зеленая – дополнения. По результатам конкурсных заданий будут выставлены оценки всем участникам.
     Проверим, насколько вы уяснили правила, а заодно и то, как подготовились к уроку.
     Прочтите текст, выделите в нем несоответствия и объясните ваш выбор.

Не может быть.
     Проснувшись рано с утра, я вспомнил, что договорился с Витей идти на речку смотреть ледоход. Открыл окно. Морозный воздух клубами врывался в комнату и поднимался под потолок. С пятого этажа мне хорошо были видны поля за окраиной города. Там весь снег уже стаял, и только на крышах домов он еще лежал мохнатыми шапками.
     Включив электрочайник, я быстро сделал зарядку, вымылся по пояс под краном и, не вытираясь, глубоко вздохнул – по всему телу разлилось тепло. Зайдя на кухню, я понял, что слишком увлекся – чайник кипел уже не одну минуту. Кипяток был просто обжигающий – градусов 120. Мне пришлось долго ждать прежде, чем он остыл, и я смог попить чаю. Покушав, я побежал на улицу. Опаздывал.
     Витя был уже там. «Вот погодка сегодня! – вместо приветствия восхищенно произнес он. – Солнце какое, а температура с утра минус 2 0С». «Нет, минус 4 0С» - возразил я. Мы заспорили, потом Витя сообразил, в чем дело. «У меня термометр на ветру висит, - сказал он, - а у тебя в укромном месте, поэтому и показывает больше». Мы пошли по улице, бодро шлепая по лужам.

Ответы команд:

ПОДНИМАЛСЯ ПОД ПОТОЛОК – не может быть, потому что холодный воздух с улицы тяжелее теплого внутри помещения и должен опускаться вниз.
ТАМ ВЕСЬ СНЕГ УЖЕ СТАЯЛ, И ТОЛЬКО НА КРЫШАХ ДОМОВ ОН ЕЩЕ
ЛЕЖАЛ МОХНАТЫМИ ШАПКАМИ - не может быть, потому что первым снег растает на крышах.
ПО ВСЕМУ ТЕЛУ РАЗЛИЛОСЬ ТЕПЛО - не может быть, потому что при испарении вода отнимает энергию у тела и должно становиться холоднее.
ГРАДУСОВ 120 - не может быть, потому что вода кипит при температуре 1000С.
НА ВЕТРУ ВЕСИТ…В УКРОМНОМ МЕСТЕ…. ПОКАЗЫВАЕТ БОЛЬШЕ - не может быть, потому что –20С больше, чем -40С. На ветру температура должна быть ниже (-40С), чем в укромном месте (–20С).
ШЛЕПАЯ ПО ЛУЖАМ - не может быть, потому что вода при отрицательной температуре превращается в лед.

Актуализация знаний:

     Слово учителя: Вспомним то, что нам поможет лучше и быстрее понять тему:
Какие виды механической энергии мы изучили? (Кинетическая энергия и потенциальная энергия. Кинетической энергией тело обладает, когда двигается, потенциальной – если взаимодействует с другими телами).
Что называют внутренней энергией? (Внутренней энергией называют сумму кинетических энергий движения всех молекул тела и потенциальных энергий их взаимодействия)
От чего зависит внутренняя энергия? (От температуры, площади поверхности, рода вещества, ветра).
Какими способами можно изменить внутреннюю энергию? (Совершением работы и теплопередачей)

Изучение нового материала:

     Слово учителя: Запасы внутренней энергии огромны. Очень важно умело и грамотно использовать ее запасы, содержащиеся в топливе.
     Использовать внутреннюю энергию – значит совершить за счет нее полезную работу.
     Для того, чтобы понять как это сделать, выполним опыт.
     На столах у вас находится лист с заданием к опыту №1 и оборудование для его проведения. Каждая команда выполняет опыт. По окончании опыта вывод записать на листе с заданием и поднять сигнальную карточку. Затем команды в порядке поднятия карточек высказываются и получают жетоны.

Задание к опыту № 1:
1. Перевернуть пробирку вверх дном.
2. Осторожно нажимая на пробирку, выдавить из картофеля кружок (пробку) так, чтобы пробирка плотно закрылась картофельной пробкой.
3. Перевернуть пробирку вниз донышком и опустить ее в горячую воду.
4. Пронаблюдать происходящий процесс.
5. Сделать вывод, используя ответы на вопросы:

Что произошло с внутренней энергией воздуха в пробирке, когда ее опустили в воду?
К чему привело изменение внутренней энергии воздуха?
Что произошло с внутренней энергией воздуха в пробирке после вылета пробки?

Ответы команд:

Энергия топлива (преобразованная во внутреннюю энергию воды) переходит во внутреннюю энергию воздуха.
Воздух совершил работу – вытолкнул пробку.
Внутренняя энергия воздуха превратилась в кинетическую энергию пробки.

Слово учителя(вывод): На этом принципе основана работа оружия. Но одно единственное движение это не все, что необходимо, т.к. это процесс кратковременный и не приводит к длительному движению. Т.е. нужно, чтобы процесс продолжался. А продолжить его можно, если повторять процесс перехода внутренней энергии в механическую энергию. Чтобы процесс мог повториться всю систему нужно перевести в исходное состояние. Для изучения такой возможности выполним опыт № 2. Затем так же осветим ответы.

Задание к опыту № 2:

В U-образную трубку налить примерно до половины воду.
Одно колено трубки соединить с колбой, а в другое поместить поплавок.
Нагреть колбу, погрузив в сосуд с горячей водой. Пронаблюдать результат.
Охладить колбу, погрузив в сосуд с холодной водой. Пронаблюдать результат.
Сделать вывод.

Ответы команд:

При нагревании колбы в горячей воде, воздух расширяется и выталкивает воду из U – образной трубки и поплавок поднимается.
Если опустить колбу в холодную воду, то воздух снова сжимается. Процесс можно повторить.

     Слово учителя: Сделаем вывод : для того, чтобы вернуть систему в исходное состояние, ее необходимо охлаждать. Рассмотренный принцип используется в тепловых двигателях.
     Машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию, называют тепловыми двигателями.
     Послушаем историю развития тепловых двигателей.

Сообщение ученицы (приложение № 1)

Учебная мини-лекция с демонстрацией устройства и принципа действия двигателя внутреннего сгорания: Применение тепловых двигателей чрезвычайно разнообразно. Они приводят в движение самолеты, ракеты, тепловозы, паровозы, наземный и водный транспорт. В настоящее время наибольшее распространение имеют двигатели внутреннего сгорания. Остановимся на них.
     В ДВС топливо сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Поэтому он и называется двигателем внутреннего сгорания.
     Работают они на жидком топливе или горючем газе.
     Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень, соединенный при помощи шатуна с коленчатым валом.
     В верхней части цилиндра имеется два клапана, которые при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через первый клапан (впускной) поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи, а через второй клапан (выпускной) выпускаются отработавшие газы.
     В цилиндре периодически происходит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха (температура достигает 1600-1800оС).
     Давление на поршень резко возрастает. Расширяясь, газы толкают поршень, а вместе с ним и коленчатый вал, совершая при этом механическую работу. При этом они охлаждаются, т.к. часть их внутренней энергии превращается в механическую.
     Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками. Расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой, называют ходом поршня. Ход поршня называют еще тактом. Поэтому двигатели называют четырехтактным.

Такты двигателя внутреннего сгорания:

Впуск.
Сжатие.
Рабочий ход.
Выпуск.

     Не во всех двигателях есть свеча для воспламенения рабочей смеси. В дизельных двигателях воспламенение происходит за счет резкого сжатия ( при этом увеличивается температура смеси).

     Слово учителя: При использовании для своих нужд тепловых двигателей человек сталкивается с некоторыми экологическими проблемами.

Сообщение ученицы (приложение № 2)

Закрепление:
У вас на столах лежат листы с кроссвордом. Разгадайте его и, когда закончите, поднимите сигнальную карточку.

Кроссворд

     Слово учителя: Следующее задание «Мозаика». На столах находятся конверты с рисунками всех четырех тактов двигателя. Необходимо наклеить эти рисунки в правильном порядке на лист ватмана и подписать их.
     Слова учителя позволяющие подвести учащихся к формулированию обобщающих выводов учащихся(наводящие вопросы).

Выводы:

Тепловая машина преобразует внутреннюю энергию пара(газа) в механическую энергию.
Для работы тепловой машины необходима повторяемость (цикличность) процесса.
Тепловые машины являются основой механизации производства и быта.
Применение тепловых машин приводит к загрязнению окружающей среды и требует проведения мероприятий по ее охране.

Подведение итогов: оценивание ответов учащихся с учетом полученных жетонов, выставление отметок, комментарии.

ПРИЛОЖЕНИЕ № 1
Сообщение ученицы «Тепловые двигатели».

     Распространение и роль тепловых машин в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте чрезвычайно велики, а в энергетике они являются основным видом двигателей. Достаточно сказать, что в нашей стране более 80% всей вырабатываемой энергии приходится на долю электростанций, оборудованных тепловыми машинами – главным образом паровыми турбинами.
     К преимуществам паросиловых установок можно отнести:
Использование малоценных широко распространенных видов топлива.
Возможность сосредоточить в сравнительно небольших установках колоссальные мощности.
Сочетание тепловых электростанций с установками, вырабатывающими теплоту для отопления и других целей, позволяет достигнуть весьма высокого КПД использования топлива.
     Первые попытки применить силу давления водяного пара для получения работы – откачивания воды из шахт относятся к началу XVII в. Однако построенные с этой целью машины работали с очень небольшим давлением пара и были малоэффективны.
     В 1690 г. изобретатель парового котла Дени Папен построил первую поршневую машину, которая, хотя и не получила практического применения, явилась прообразом последующих паровых машин. В цилиндре паровой машины потенциальная энергия пара превращается в кинетическую энергию движения поршня.
     Работа паровой турбины основана на другом принципе. Основной частью турбины является закрепленное на валу колесо с лопатками. Пар из котла подводится подводится к неподвижному каналу(соплу), в котором он расширяется, причем потенциальная энергия пара переходит в кинетическую энергию движения струи пара, выходящей из сопла. Эта струя поступает на лопатки колеса и передает им свою энергию, благодаря чему колесо вращается.
Мысль об использовании кинетической энергии пара для получения вращательного движения зародилась в глубокой древности. 2000 лет назад греческий ученый Герон описал прибор, получивший впоследствии название «шар Герона», который является прототипом реактивной турбины.
     Двигателями внутреннего сгорания называют тепловые двигатели, в которых используется работа расширения газообразных продуктов сгорания жидкого и газообразного топлива.
     Первым ДВС, получившим некоторое промышленное применение был двигатель, запатентованный в 1860 г. Французом Ленуаром. В 1878 г. немецкий изобретатель Отто и инженер Ланген построили более совершенный ДВС, имевший КПД 22%. В современной технике ДВС получили широкое распространение: в энергетике (на маломощных электростанциях), на транспорте – сухопутном, водном, воздушном, в сельском хозяйстве, военном деле.

ПРИЛОЖЕНИЕ № 2

Сообщение ученицы «Тепловые двигатели и проблемы экологии».

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КРИЗИС

     «Энергетический кризис», понимаемый как нехватка энергии для развития производства, считается сегодня одной из самых острых проблем цивилизации. Но как согласовать энергетический кризис с законом сохранения энергии: ведь если энергия сохраняется, как ее может не хватать?
     Ответ таков: проблема состоит не просто в нехватке энергии, а в нехватке энергии, пригодной для преобразования в механическую энергию.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ КРИЗИС. ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

     Вторая, не менее серьезная проблема, стоящая перед человечеством — это «экологический кризис». Огромные масштабы преобразования энергии уже начали оказывать «планетарное» воздействие на климат Земли и состав атмосферы.
     Тепловые машины широко используют на производстве и в быту. По железнодорожным магистралям водят составы мощные тепловозы, по водным путям – теплоходы. Миллионы автомобилей с двигателями внутреннего сгорания перевозят грузы и пассажиров. Поршневыми , турбовинтовыми и турбореактивными двигателями снабжены самолеты и вертолеты. С помощью ракетных двигателей осуществляются запуски искусственных спутников, космических кораблей и станций. Двигатели внутреннего сгорания являются основой механизации производственных процессов в сельском хозяйстве. Их устанавливают на тракторах, комбайнах, самоходных шасси, насосных станциях.

КАК ВЛИЯЮТ ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ?

     При работе тепловых двигателей в качестве холодильника используется окружающая среда (атмосферный воздух и вода открытых водоемов), в результате чего происходит повышение температуры окружающей среды, называемое «тепловым загрязнением».
     Этот эффект усиливается тем, что при сгорании огромного количества топлива повышается концентрация углекислого газа в земной атмосфере. А при большой концентрации углекислого газа атмосфера плохо пропускает тепловое излучение нагретой Солнцем поверхности Земли, что приводит к «парниковому эффекту». В результате описанных процессов средняя температура на Земле в течение последних десятилетий неуклонно повышается. Это грозит глобальным потеплением с нежелательными последствиями, к числу которых относятся таяние ледников и подъем уровня мирового океана.
     Кроме того, при сжигании топлива в тепловых двигателях расходуется атмосферный кислород (в наиболее развитых странах тепловые двигатели уже сегодня потребляют больше кислорода, чем вырабатывается всеми растениями, растущими в этих странах) и образуется много вредных веществ, загрязняющих атмосферу.
     Тепловые машины не только сжигают кислород, но и выбрасывают в атмосферу эквивалентные количества оксида углерода (углекислого газа). Сгорание топлива в топках промышленных предприятий и тепловых электростанций почти никогда не бывает полным, поэтому происходит загрязнение воздуха золой, хлопьями сажи. Во всем мире обычные энергетические установки выбрасывают в атмосферу ежегодно более 200 млн. т золы и более 60 млн. т оксида серы.
     Кроме промышленности, воздух загрязняют и различные виды транспорта, прежде всего автомобильный. Жители больших городов задыхаются от выхлопных газов автомобильных двигателей.

ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

     Во всех странах мира с развитой промышленностью ведутся работы, направленные на снижение и ликвидацию последствий загрязнения воздуха. Основные усилия направлены на предупреждение выбросов загрязнений в атмосферу. На всех действующих и новых теплоцентралях и тепловых электростанциях устанавливают газоочистное и пылеулавливающее оборудование. Предпринимаются меры по рациональному размещению тепловых электростанций.
     Интенсивные работы ведутся по снижению загрязнения воздуха выхлопными газами автомобильных двигателей.Наиболее перспективными считаются электромобили и автомобили с двигателями, работающими на водороде. Продуктом сгорания в водородном двигателе является обычная вода.
     Чтобы уменьшить негативные последствия работы тепловых двигателей, действуют в двух направлениях: с одной стороны, совершенствуют эти двигатели, повышая их КПД и уменьшая выброс вредных веществ, с другой стороны — используют энергосберегающие технологии.
     В странах, где эти технологии разрабатываются и применяются, потребление энергии на производство той же самой продукции в несколько раз ниже, чем в странах, которые только сейчас начинают уделять внимание энергосберегающим технологиям.

Открыть презентацию