Необратимость термодинамических процессов в природе. Тепловые двигатели. Принцип действия тепловых двигателей. КПД тепловых двигателей. Урок физики в 10-м классе

- 10:52Методичка, ФИЗИКА, Физика. Сценарии

 

Наталья ЗЕЛЕНЕВСКАЯ,
учитель физики
ГУО «Средняя школа № 5 г. Новогрудка»,
Гродненская область

 

 

 

Тема: Необратимость термодинамических процессов в природе. Тепловые двигатели. Принцип действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного действий (КПД) тепловых двигателей.

Цель: способствовать формированию представлений о необратимости процессов в природе, об устройстве и принципе работы действия теплового двигателя, умения определять коэффициент тепловых двигателей

Задачи:

– способствовать развитию основных мыслительных процессов (умения наблюдать, анализировать, сравнивать, делать выводы);
– способствовать раскрытию творческого потенциала и технического кругозора обучающихся.
– содействовать воспитанию у учащихся экологической культуры и коммуникативных умений посредством работы в группах.

Задачи для учащихся:

– иметь представление о тепловых двигателях, расчётной формуле КПД;
– уметь приводить примеры необратимости тепловых процессов;
– уметь объяснять принцип действия работы теплового двигателя;
– уметь приводить примеры использования тепловых двигателей, определять экологические проблемы, связанные с использованием ТД и пути их решения.

 Тип урока: урок изучения и первичного закрепления новых знаний.

Формы работы учащихся: групповая, индивидуальная, фронтальная.

Оснащение урока: проектор, оборудование для проведения экспериментов.

Оборудование для проведения опытов: пробирка, вода, пробка, спиртовка, штатив.

 

Презентация к уроку:
https://docs.google.com/presentation/d/1E5NIPKmTsa35ajvGlzRO4vnhge7mjgpa/edit?usp=share_link&ouid=117392227658357992449&rtpof=true&sd=true

 

 Ход урока

 1 Организационно-мотивационный этап

Цель этапа: создание психологической готовности класса к уроку, эмоционального образа темы.

– Добрый день. На столах у вас лежат три смайлика. Выберите тот, который соответствует вашему настроению сегодня. Я неслучайно попросила вас отразить свое настроение смайликами. Поговорка гласит: «Когда мы улыбаемся, мир улыбается вместе с нами». В этой поговорке заключен смысл фундаментального закона сохранения и превращения энергии.

Закон сохранения и превращения энергии: при любых взаимодействиях материальных объектов энергия не исчезает и не возникает из ничего, она только передаётся от одних объектов к другим или превращается из одной формы в другую.

 

2 Этап целеполагания

Цель этапа: вовлечение учащихся в определение темы и личных задач, которые они будут решать на уроке.

Чтобы актуализировать знания по теме, учащимся предлагается заполнить таблицу «Знаю – Не знаю»:

  Знаю Не знаю
1) Что такое внутренняя энергия?    
2) Какие есть способы изменений внутренней энергии?    
3) Что такое тепловой двигатель?    
4) На что расходуется количество теплоты при изотермическом процессе?    
5) Какие бывают тепловые двигатели?    
6) Какая формула КПД теплового двигателя    
7) На что расходуется количество теплоты при изобарном процессе?    
8) На что расходуется количество теплоты при изохорном процессе?    
9) Значение тепловых двигателей и экологические проблемы?    

 

– Как вы видите, в ваших знаниях есть пробелы, поэтому мы продолжаем изучения закона сохранения и превращения энергии в тепловых процессах. И сегодня мы рассмотрим применение этого закона на примере тепловых двигателей.

– Тема нашего урока: «Необратимость термодинамических процессов в природе. Тепловые двигатели. Принцип действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного действий (КПД) тепловых двигателей».

– Опираясь на тему урока и таблицу «Знаю – Не знаю», определите задачи нашего урока.

 

3 Операционнопознавательный этап .

Цель этапа: восприятие, запоминание и анализ учащимися основного учебного материала.

– Люди давно научились использовать изменение внутренней энергии тела, происходящее при совершении механической работы. Например, можно согреть руки, потерев ладони, или добыть огонь трением одного куска дерева о другой. Гораздо больше времени понадобилось человечеству в процессе своего развития, чтобы научиться использовать механическую работу, получаемую путём передачи телу некоторого количества теплоты. Только в 1765 году, сравнительно недавно по историческим меркам, русскому изобретателю И.И.Ползунову удалось создать первое практически полезное универсальное устройство для осуществления этой цели – паровую машину. Изобретение паровой машины, а впоследствии и двигателя внутреннего сгорания французским инженером Э.Ленуаром в 1860 году имело исключительно большое значение. Сейчас трудно представить нашу жизнь без автомобилей, самолётов, кораблей и других устройств, в которых внутренняя энергия сжигаемого топлива и его окислителя частично преобразуется в механическую работу.

Тепловые двигатели – устройства, в которых происходит превращение части внутренней энергии сжигаемого топлива в механическую работу.

Виды тепловых двигателей

 

Демонстрация опыта

– В качестве упрощенной модели теплового двигателя рассмотрим пробирку с водой, закрытую пробкой. Подведем тепло к пробирке. Давление газа при нагревании увеличивается, и газ совершает положительную работу по выталкиванию пробки. Однако в данном случае устройству свойственно одноразовое выполнение работы, поэтому такие устройства малопригодны.

Вывод: цикличность (первый принцип тепловых двигателей).

 

– Тепловые двигатели имеют разную конструкцию, но каждый из них имеет рабочее тело (газ, пар), холодильник (атмосфера) и нагреватель

– Для возвращения поршня в исходное состояние газ необходимо сжать до первоначального объёма. При этом внешняя сила совершает работу сжатия. Но если сжатие будет происходить при такой же температуре, что и расширение газа, то работа внешних сил будет равна работе силы давления газа при его расширении. В итоге полная работа за цикл будет равна нулю.

– Поэтому (второй принцип действия тепловых двигателей) сжатие должно происходить при более низкой температуре, чем его расширение. В этом случае полная работа газа за цикл положительна и равна площади фигуры.

Первый закон термодинамики не позволяет определить, в каком направлении может происходить термодинамический процесс. Первый закон термодинамики допускает самопроизвольный переход энергии как от более нагретого тела к менее нагретому, так и наоборот. Важно только то, чтобы уменьшение внутренней энергии одного тела было равно увеличению внутренней энергии другого тела. На самом же деле самопроизвольный переход энергии от менее нагретого к более нагретому телу в природе не происходит. Например, невозможно наблюдать, чтобы при опускании холодной ложки в горячий чай ложка охлаждалась ещё больше, передавая некоторое количество теплоты горячему чаю. На самом деле всегда некоторое количество теплоты самопроизвольно переходит от горячего чая к холодной ложке, пока в системе «чай – ложка» не установится тепловое равновесие с одинаковой температурой всей системы.

Утверждение, о том, что невозможна самопроизвольная передача количества теплоты от менее нагретого тела к более нагретому, высказанное в 1850 году Р.Клаузиусом, носит название второго закона термодинамики. Таким образом, второй закон термодинамики констатирует тот факт, что количество теплоты самопроизвольно может переходить только от более нагретых тел к менее нагретым. Этот научный факт и определяет единственно возможное направление самопроизвольного протекания тепловых процессов – они идут в направлении к состоянию теплового равновесия.

Для характеристики тепловых процессов используют КПД

4 Контрольно-оценочный этап

Цель этапа: самоконтроль, обнаружение учащимися своей компетентности или своих ошибок и затруднений, связанных с новым учебным материалом; оценка эффективности исполненной ими деятельности.

 

4.1 Физкультминутка

Цель: создать условия для проверки качества полученных знаний (самоконтроль).

– Предлагаю вам немного расслабиться. Измените свою потенциальную энергию (нужно встать с места).

Измените потенциальную энергию своей руки (необходимо поднять или опустить руку).

Измените внутреннюю энергию ладошек (потереть ладошки друг о друга).

 

4.2 Создание кроссенса

Цель: создать условия для обобщения и применения знаний по теме (взаимоконтроль).

– А сейчас я предлагаю вам воспользоваться информацией из учебника и составить кроссенсы на заданные темы.

Каждой группе дается набор одинаковых картинок (Приложение). Группы держат в секрете тему своего кроссенса. После того как каждая группа создаст кроссенс, остальные отгадывают его тему. Затем представитель из каждой группы должен будет расшифровать свой кроссенс.

Темы кроссенсов:

1. Примеры и преимущества использования тепловых двигателей.
2. Экологические проблемы использования тепловых двигателей.
3. Пути решения проблем использования тепловых двигателей.

 

4.3 Тестовое задание

Цель: выявление пробелов и недоработок в изучении темы и организация ликвидации этих пробелов и недоработок (самоконтроль).

1. КПД теплового двигателя всегда

а) Равен 50%
б) Меньше 100%
в) Больше 100%
г) Равен 100%

2. Тепловой двигатель состоит из нагревателя, рабочего тела и

а) Аккумулятора
б) Холодильника
в) Коленчатого вала
г) Нагревателя

3. КПД теплового двигателя равен отношению

а) Затраченной работы к энергии, полученной от нагревателя
б) Энергии, полученной от нагревателя, к полезной работе
в) Полезной работы к постоянной теплового двигателя
г) Полезной работы к энергии, полученной от нагревателя

4. Тепловая машина за один цикл получает от нагревателя количество теплоты 10 Дж и отдает холодильнику 6 Дж. Каков КПД машины?

а) 60 %,
б) 40%
в) 67%

5. КПД идеального теплового двигателя 40%. Газ получил от нагревателя 5 кДж теплоты. Какое количество теплоты отдано холодильнику?

а) 2кДж 
б) 3кДж
в) 7кДж

 

5 Подведение итогов урока. Объяснение домашнего задания

Цель этапа: осознание учащимися результативности своей деятельности на уроке, уровня усвоения учебного материала, самооценка и оценка.

 

5.1 Рефлексия

– Вернемся к таблице «Знаю – Не знаю». Поставьте плюсы там, где вы хорошо разобрались с полученной информацией. Возможно, у кого-то еще остались вопросы, тогда поставьте вопросительный знак.

– Продолжите выражение «Сегодня мы на уроке мы рассмотрели …».

– Как вы думаете, достигли ли вы целей, которые были поставлены в начале урока?

– Надеюсь, что знания, полученные сегодня, помогут вам по-другому взглянуть на окружающий мир.

 

5.2 Домашнее задание

§ 15, контрольные вопросы на с. 104 (5 баллов); упражнение 11 (2) (6–7 баллов);
упражнение 11 (4) (8–9  баллов); подготовить сообщение на тему «Вечный двигатель: миф или реальность» (9–10 баллов).

 

Поделиться ссылкой:

Всю ответственность за содержание сведений в методических и информационных материалах, а также за соблюдение авторских прав несут авторы публикаций.

Добавить комментарий