Интегрированный урок физики, информатики и истории по теме «Работа газа и пара при расширении. Двигатель внутреннего сгорания»

Цели урока:

Образовательные: изучить устройство, принцип действия и назначение тепловых машин на примере двигателя внутреннего сгорания; познакомить учащихся с историей создания тепловых двигателей, рассмотреть применение закона сохранения и превращения энергии в тепловых двигателях; КПД тепловых двигателей; влияние работы тепловых машин на окружающую среду, экологическая цена автомобиля.

Воспитательная: воспитывать личностные качества, стремление преодоления трудностей в процессе интеллектуальной деятельности, патриотические чувства за достижения в области физики, воспитывать сотрудничество, товарищество,

Развивающая: развивать познавательную, регулятивную, коммуникативную деятельность; научить рассчитывать КПД машины, систематизировать физические формулы для нахождения количество теплоты при тепловых явлениях, умение читать графики, развивать навыки решения задач и грамотное оформления задач для сдачи ОГЭ, способствовать умение слушать и понимать сказанное, умение сделать связанный рассказ и выделить существенное.

Оборудование и наглядности: модель двигателя внутреннего сгорания, пробирка с пробкой, штатив и сухое горючее, проектор, таблица с формулами, карточки с задачами и заданиями, графики и плакаты, презентация.

Тип урока: урок изучения нового материала с использованием ИКТ технологии.

Метод: проблемно-поисковой, исследовательской, рассказ-диалог, эвристическая беседа.

Вид: интегрированный урок: связь истории, физики, химии, экологии.

Форма: фронтальная, групповая, индивидуальная.

Ход урока

1-й этап Организационный этап (5 мин)

Приветствие учителя. Задача учителя. Создание психологического настроя учащихся к уроку.

- Ребята, поставьте на листе оценку, которую вы хотели бы получить на этом уроке.

Нацеливание учащихся на работу.

Учащиеся. Подготовка листа самоконтроля знаний, тетрадей, учебника и сборника задач по физике В. И. Лукашика для урока.

Учитель: Мы живём в век научно-технического прогресса, в век когда уровень жизни каждого человека зависит от достижений науки и техники. Мы же сейчас не можем представить наш мир без техники или без машин. А если попробовать?

2-й этап Постановка цели и задачи урока. Мотивация учебной деятельности.

- А как раньше люди обходились без машины? Как перевозили грузы, поднимали тяжесть или на чем ездили?

Послушаем, что об этом расскажут нам ребята. Ответы учащихся.

3-й этап. Ставим опыт и наблюдение. Опыт №1. Возьмём пробирку, нальём туда немного воды и закроем её пробкой. Затем начнём эту пробирку нагревать. Через некоторое время пар, образовавшийся в этой пробирке от закипающей жидкости, вытолкнет пробку наружу (Рис. 1). Что же произошло?

Ответ учащихся. Это следствие работы пара. То есть пар получил энергию от сожженного топлива при нагревании и, расширяясь, совершил полезную работу.

Простейший "одноразовый" тепловой двигатель (паровая машина).

При нагревании воды в закрытой пробкой пробирке увеличивается количество пара, находящегося под пробкой, и повышается его давление на пробку. Наконец, давление пара выталкивает пробку, при этом пар совершает работу. Часть первоначальной энергии пара пошло на совершение работы по выталкиванию пробки. Внутренняя энергия пара превратилась в механическую энергию. Так как пар выходит еще достаточно горячий, то оставшуюся энергию он отдает окружающему воздуху, имеющему более низкую температуру.

Учащиеся свои наблюдения записывают в тетрадях в виде схемы:

Внутренняя энергия топлива переходит во внутреннюю энергию воды, а затем совершается механическая работа.

Учитель подводит учащихся к формулировке темы урока. Просит сформулировать и записать в тетрадях.

Учащиеся сами догадываются и записывают 1 часть темы урока.

«Работа газа и пара при расширении»

Учитель: Ребята, мы сегодня с вами находимся в научно-исследовательском центре. Перед нами стоит задача создать автомобили высочайшего качества. Наша концепция “Нулевые выбросы” и “Увеличить комфорт до максимума”. Это означает, что наш центр должен стремиться к ликвидации негативного воздействия на окружающую среду, в то же время добиваться максимума во всем, комфорта и удовольствия. Найти новые источники энергии для работы машин. Разработки по увеличению КПД машины. Мы будем решать эти задачи совместно. Каждый из вас должен сдать проект (проектный продукт - лист самоконтроля знаний) работы в конце урока. Но для этого нам необходимо систематизировать знания, полученные на предыдущих уроках. Работа творческая. Желаю удачи.

3-й этап Актуализация знаний. Проверка домашней работы. (15 мин)

Важная работа для всех учащихся. Решение задач.

Задача 1(найти количество теплоты при нагревании и парообразовании для воды из пробирки) из опыта №1. Составить самостоятельно условие задачи к опыту№1 с нагреванием пробирки.

Пример. Какое количество теплоты потребуется, чтобы 100 г воды, взятой при температуре 20°С, нагреть до кипения и обратить в пар. Удельная теплоемкость воды с = 4200 Дж/ кг х°С; удельная теплота парообразования воды L = 2, 3 х 10⁶ Дж/ кг?

1. Работа по карточкам на месте (дописать фразу):

К1

а) переход вещества из твердого состояния в жидкое называют. . .

б) температура, при которой вещество плавится, называют. . .

в) переход вещества из жидкого состояния в твердое называют. . .

К2

а) температуру, при котором вещество отвердевает, называют. . .

б) физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы при температуре плавления полностью перевести его в жидкое состояние, называется. . .

в) при температуре плавления внутренняя энергия вещества в жидком состояние . . . . внутренней энергии такой же массы вещества в твердом состоянии;

К3

а) средняя кинетическая энергия и скорость молекул в охлажденном расплавленном веществе . . .

б) явление превращения жидкости в пар называется . . .

в) парообразование, происходящее с поверхности жидкости называется. . .

К4

а) пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется. . .

б) пар, не находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется. . .

в) явление превращения пара в жидкость называется. . .

K5

а) интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре, называют. . .

б) температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становился насыщенным, называется . . .

в) физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо, чтобы обратить жидкость массой 1 кг в пар без изменения температуры, называется . . .

Полную информацию смотрите в файле. 

МБОУ «Сиренькинская СОШ»

Интегрированный урок физики, химии, информатики и истории в 8-м классе по теме:

«Работа газа и пара при расширении. Двигатель внутренне­го сгорания»

из раздела

"Изменение агрегатных состояний вещества" с элементами экологического воспитания и использованием национально-регионального компонента. Урок №21.

Составитель:

Калугина Любовь Ильинична, 

учитель физики

2014-2015 учебный год

Урок №21. Интегрированный урок физики, информатики и истории в 8-м классе по теме «Работа газа и пара при расширении. Двигатель внутренне­го сгорания» из раздела "Изменение агрегатных состояний вещества" с элементами экологического воспитания и использованием национально-регионального компонента.

Калугина Любовь Ильинична, учитель физики

МБОУ «Сиренькинская СОШ»

Девиз урока: “Планета у нас только одна”

Цели урока:

• Образовательные: изучить устройство, принцип действия и назначение тепловых машин на примере двигателя внутреннего сгорания; познакомить учащихся с историей создания тепловых двигателей, рассмотреть применение закона сохранения и превращения энергии в тепловых двигателях; КПД тепловых двигателей; влияние работы тепловых машин на окружающую среду, экологическая цена автомобиля.

• Воспитательная: воспитывать личностные качества, стремление преодоления трудностей в процессе интеллектуальной деятельности, патриотические чувства за достижения в области физики, воспитывать сотрудничество, товарищество,

• Развивающая: развивать познавательную, регулятивную, коммуникативную деятельность; научить рассчитывать КПД машины, систематизировать физические формулы для нахождения количество теплоты при тепловых явлениях, умение читать графики, развивать навыки решения задач и грамотное оформления задач для сдачи ОГЭ , способствовать умение слушать и понимать сказанное, умение сделать связанный рассказ и выделить существенное.

Оборудование и наглядности: модель двигателя внутреннего сгорания, пробирка с пробкой, штатив и сухое горючее, проектор, таблица с формулами, карточки с задачами и заданиями, графики и плакаты, презентация.

Тип урока: урок изучения нового материала с использованием ИКТ технологии.

Метод: проблемно-поисковой, исследовательской, рассказ-диалог, эвристическая беседа.

Вид: интегрированный урок: связь истории, физики, химии, экологии.

Форма: фронтальная, групповая, индивидуальная.

Ход урока

1-й этап Организационный этап (5 мин)

Приветствие учителя. Задача учителя. Создание психологического настроя учащихся к уроку.

-Ребята, поставьте на листе оценку, которую вы хотели бы получить на этом уроке.

Нацеливание учащихся на работу.

Учащиеся. Подготовка листа самоконтроля знаний, тетрадей, учебника и сборника задач по физике В.И.Лукашика для урока.

Учитель: Мы живём в век научно-технического прогресса, в век когда уровень жизни каждого человека зависит от достижений науки и техники. Мы же сейчас не можем представить наш мир без техники или без машин. А если попробовать?

2-й этап Постановка цели и задачи урока. Мотивация учебной деятельности.

- А как раньше люди обходились без машины? Как перевозили грузы, поднимали тяжесть или на чем ездили?

Послушаем, что об этом расскажут нам ребята. Ответы учащихся.

3-й этап. Ставим опыт и наблюдение. Опыт №1. Возьмём пробирку, нальём туда немного воды и закроем её пробкой. Затем начнём эту пробирку нагревать. Через некоторое время пар, образовавшийся в этой пробирке от закипающей жидкости, вытолкнет пробку наружу (Рис. 1). Что же произошло?

Ответ учащихся. Это следствие работы пара. То есть пар получил энергию от сожженного топлива при нагревании и, расширяясь, совершил полезную работу.

Простейший "одноразовый" тепловой двигатель (паровая машина).

При нагревании воды в закрытой пробкой пробирке увеличивается количество пара, находящегося под пробкой, и повышается его давление на пробку. Наконец, давление пара выталкивает пробку, при этом пар совершает работу. Часть первоначальной энергии пара пошло на совершение работы по выталкиванию пробки. Внутренняя энергия пара превратилась в механическую энергию. Так как пар выходит еще достаточно горячий, то оставшуюся энергию он отдает окружающему воздуху, имеющему более низкую температуру.

Учащиеся свои наблюдения записывают в тетрадях в виде схемы:

Внутренняя энергия топлива переходит во внутреннюю энергию воды, а затем совершается механическая работа.

Учитель подводит учащихся к формулировке темы урока. Просит сформулировать и записать в тетрадях.

Учащиеся сами догадываются и записывают 1 часть темы урока.

«Работа газа и пара при расширении»

Учитель: Ребята, мы сегодня с вами находимся в научно-исследовательском центре. Перед нами стоит задача создать автомобили высочайшего качества. Наша концепция “Нулевые выбросы” и “Увеличить комфорт до максимума”. Это означает, что наш центр должен стремиться к ликвидации негативного воздействия на окружающую среду, в то же время добиваться максимума во всем, комфорта и удовольствия. Найти новые источники энергии для работы машин. Разработки по увеличению КПД машины. Мы будем решать эти задачи совместно. Каждый из вас должен сдать проект (проектный продукт - лист самоконтроля знаний) работы в конце урока. Но для этого нам необходимо систематизировать знания, полученные на предыдущих уроках. Работа творческая. Желаю удачи.

3-й этап Актуализация знаний. Проверка домашней работы. (15 мин)

Важная работа для всех учащихся. Решение задач.

Задача 1(найти количество теплоты при нагревании и парообразовании для воды из пробирки) из опыта №1. Составить самостоятельно условие задачи к опыту№1 с нагреванием пробирки.

Пример. Какое количество теплоты потребуется, чтобы 100 г воды, взятой при температуре 20°С, нагреть до кипения и обратить в пар. Удельная теплоемкость воды с = 4200 Дж/ кг х°С; удельная теплота парообразования воды L = 2,3 х 10⁶ Дж/ кг?

1. Работа по карточкам на месте (дописать фразу):

К1

а) переход вещества из твердого состояния в жидкое называют...

б) температура, при которой вещество плавится, называют...

в) переход вещества из жидкого состояния в твердое называют...

К2

а) температуру, при котором вещество отвердевает, называют...

б) физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы при температуре плавления полностью перевести его в жидкое состояние, называется...

в) при температуре плавления внутренняя энергия вещества в жидком состояние .... внутренней энергии такой же массы вещества в твердом состоянии;

К3

а) средняя кинетическая энергия и скорость молекул в охлажденном расплавленном веществе ...

б) явление превращения жидкости в пар называется ...

в) парообразование, происходящее с поверхности жидкости называется...

К4

а) пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется...

б) пар, не находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется...

в) явление превращения пара в жидкость называется...

K5

а) интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре, называют...

б) температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становился насыщенным, называется ...

в) физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо, чтобы обратить жидкость массой 1 кг в пар без изменения температуры, называется ...

Работа у доски (соединить стрелками обозначения физических величин):

количество теплоты, масса, удельная теплота плавления, энергия, относительная влажность воздуха, удельная теплота сгорания, удельная теплота парообразования, удельная теплоемкость, температура .

Работа у доски (соединить стрелками физические величины с единицами измерения):

Дж/кг

кг

Дж

°С

Дж/кг х°С

Физический диктант.

масса; (m), (кг)

количество теплоты; (Q), (Дж)

энергия; (Е), (Дж)

температура; (t), (°C )

удельная теплоемкость; (с), (Дж/ кг х°С)

удельная теплота плавления; (Дж/кг)

удельная теплота парообразования; (L), (Дж/кг)

удельная теплота сгорания; (q), (Дж/кг)

относительная влажность воздуха; (?)

(в конце диктанта дети проверяют друг у друга работы и ставят оценки)

Работа по карточкам со всем классом (по формулам).

К1 - расчет количества теплоты, необходимого при нагревании тела или выделяемого им при охлаждении? (Q = с х m x (t2 – t1))

К2 - расчет количества теплоты, выделяемое при сгорании топлива? (Q = q x m)

К3- расчет количества теплоты, необходимое для плавления кристаллического тела, взятого при его температуре плавления и нормальном атмосферном давлении? (Q = ? х т)

К4 - расчет количества теплоты, необходимого для превращения в пар жидкости любой массы, взятой при температуре кипения? (Q = L x m)

Одновременно учащиеся работают с индивидуальными карточками (вместо точек поставить физические величины):

(Q = ... х m х (t2 – t1)) - количества теплоты, необходимого при нагревании тела или выделяемого им при охлаждении;

(Q = q х ...) - количества теплоты, выделяемое при сгорании топлива;

(Q = ... х m) - количество теплоты, необходимое для плавления;

(Q = L х ...) - расчет количества теплоты, необходимого для превращения в пар жидкости любой массы, взятой при температуре кипения.

4 этап - Формирование новых знаний. Изучение нового материала. «Устройство и принцип действия ДВС. КПД тепловых двигателей» ( 20 мин) Презентация.

Для начала мы должны изучить историю создания первых паровых машин, т.е. тепловых двигателей. 

Ученики записывают. Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию. Существует несколько видов тепловых двигателей: паровая машина, ДВС, паровая и газовая турбина, реактивный двигатель. 

(Ученики, знакомят с хронологией создания тепловых двигателей через презентацию).

Первые тепловые машины. Стр137-141. Книга для чтения по физике.

Первые тепловые двигатели. Выступают ученики

1. До конца 17 начала 18 века человек не построил никаких двигателей. Кроме ветряного и водяного колеса. Рождение тепловых двигателей было нелегким. Много изобретателей в разных странах работали над их созданием, много было побед и разочарований. Каждый из них внес труд в создании новых двигателей, появление которых совершило целый переворот в жизни человека.

2. 1760 год. Русский изобретатель Иван Ползунов создал проект 1-го универсального парового двигателя.

3. 1770 год. Английский механик Джеймс Уатт работал над усовершенствованием паровой машины. Уатт сделал машину экономичнее: меньше требовалось пара, меньше расходовалось топливо. Французский инженер Ж.Кюньо построил первую самодвижущуюся тележку для перевозки тяжёлых орудий. КПД был очень мал 3%.

4. 1803 год. Англичанин Ричард Тревитик создал первый паровоз со скоростью 30 км/ч. Господствовало убеждение, что паровоз не сможет тянуть состав.

5. 1823 год. Английский инженер Д.Стефенсон построил 1 паровозостроительный завод. Имели скорость 50 км/ч.

6. 1834 год. В России первый паровоз изобрели и построили мастера Черепановы. Лишь к середине 20 в. на смену паровозам стали приходить электровозы и тепловозы.

7. 1860 год. Француз Э. Ленуар, построил устройство, в котором горючее сжигалось внутри самого устройства. КПД=3%.

8. 1878 год. Немецкий изобретатель ОТТО создал 4-тактный двигатель внутреннего сгорания.

9. 1888 год. Автомобили с ДВС создали немецкий инженер Даймлер и Бенц. Бензиновый двигатель с карбюратором, КПД=25-32%

10. 1897 год. Немецкий инженер Р.Дизель изобрёл двигатель без карбюратора. В тракторах, большегрузных машинах, на кораблях, передвижных электростанциях. КПД=35-44%.

11. 1903 год. Г.Форд основатель автомобилей марки “Форд”.

12. 1939 год. К. Тойода основатель автомобилей марки “Тойота”

13. 1969 год. Выпуск КАМАЗА в Татарстане г. Набережные Челны. Мы должны гордиться за достижения в области автомобилестроения у нас на родной земле.

РАБОТА ГАЗА И ПАРА ПРИ РАСШИРЕНИИ

Пар или газ, расширяясь, может совершить работу. 
При этом внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию.
Устройства, в которых внутренняя энергия пара или газа (рабочего тела) превращается в механическую энергию, называются тепловыми двигателями.

Существуют различные виды тепловых двигателей: 

ДАВНЫМ - ДАВНО ...

Две с лишним тысячи лет тому назад, в 3 веке до нашей эры, великий греческий математик и механик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Рисунки пушки Архимеда были найдены позднее в рукописях Леонардо да Винчи. 
При стрельбе один конец ствола сильно нагревали на огне . Затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась, и пар, расширяясь с силой и грохотом выбрасывал ядро. Ствол пушки представлял собой, как бы цилиндр, по которому, как поршень, скользило ядро.

В настоящее время подавляющее большинство работающих на Земле двигателей - тепловые.

ПАРОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

1. Считается, что идея использования силы пара для превращения ее в энергию движения принадлежит Герону Александрийскому, жившему в 1 веке нашей эры и создавшему эолипил - "шар Эола".

Это был металлический шар, вращающийся под давлением пара. К сожалению движущая сила нагретого воздуха и водяного пара использовалась здесь только лишь для демонстрации забавной игрушки. Герон часто использовал энергию пара в своих изобретениях: для реализации раздвижных автоматических дверей в храмах, двигающих руками статуй богов и так далее. Он оставил много чертежей, по которым можно собрать реально действующие механизмы. Его изобретения, опередившие свое время, смогли по достоинству оценить лишь в средневековье.

Интересно, что  в середине XVIII столетия эолипил «переизобрел» венгерский ученыйЯнош Сегнер, от которого оно и получило свое имя "сегнерово колесо". Понятно, что такое колесо вращается под действием реактивной силы потока пара, выбрасываемого из загнутых трубок-сопел.

Средневековая Европа стала собирать и осваивать технические изобретения и новинки со всех стран: Индии, Китая, Византии. XVIII век считается веком покорения пара. Результаты опытов с атмосферным давлением Торричелли и Отто Герике натолкнули ученых на мысль, что силу атмосферного давления можно использовать для производства механической работы.

1. Паровая машина Дени Папена.

Дени Папен был ассистентом у Гюйгенса, а с 1688 г. профессором математики в Марбургском университете. У него возникла идея использовать для атмосферного двигателя форму полого цилиндра с движущимся в нем поршнем . Перед Папеном стояла задача заставить поршень совершать работу силой атмосферного давления. В 1690 г. был создан принципиально новый проект парового двигателя.

Вода в цилиндре при нагревании превращалась в пар и двигала поршень вверх. Через специальный клапан пар выталкивал воздух, а при конденсации пара создавалось разреженное пространство; наружное давление двигало поршень вниз. Опускаясь, поршень тянул за собой веревку с грузом. 
Папен ставил цилиндр машины вертикально потому, что цилиндр-клапан не может в ином положении выполнять свою функцию. Двигатель Папена полезную работу выполнял плохо, так как не мог осуществить непрерывное действие. Чтобы заставить поршень поднимать груз, необходимо было манипулировать стержнем-клапаном и стопором, перемещать источник пламени и охлаждать цилиндр водой. Долгое время Папен продолжал трудиться над усовершенствованием своего изобретения..

Уже в 1707 г. он предложил новый, усложненный вариант парового двигателя.

3.Паровая машина Томаса Севери.

Совершенствование пароатмосферных машин продолжил Томас Севери. В 1698 году Томас Севери изобрел паровой насос для откачки воды из шахт. Его «друг рудокопов» работал без поршня. Всасывание воды происходило путем конденсации пара и создания разреженного пространства над уровнем воды в сосуде. Севери отделил котел от сосуда, где производилась конденсация. Эта паровая машина обладала низкой экономичностью, но все-таки нашла широкое применение.
Впервые паровая машина Севери начала работать в России. Она была заказана в Англиидля Петра Первого. Машина поднимала воду на высоту 3 м от поверхности земли. Производительность ее была 3 бочки в минуту. Эта машина Севери качала воду из Фонтанки для фонтанов в Летнем саду в Санкт-Петербурге.

4.Паровая машина Т. Ньюкомена.

В 1705 году механик Томас Ньюкомен получил патент на изобретенную им тепловую машину.. Паровой насос Ньюкомена начали использовать в Англии для откачки воды из шахт.. Главной деталью его был поршень, уравновешенный грузом и двигавшийся в большом вертикальном цилиндре (2). Давление пара, подаваемого в цилиндр из котла (1), поднимало поршень. Впрыскивание холодной воды из резервуара (5) осаждало пар и создавало в цилиндре вакуум. Атмосферное давление опускало поршень вниз. Охлаждающая вода и сконденсированный пар выпускались из цилиндра по трубе (6), а излишний пар из котла - через предохранительный клапан (7).

После этого двигатель вновь был готов к следующему впрыскиванию пара. Основной недостаток машины Ньюкомена состоял в том, что рабочий цилиндр в ней являлся в то же время и конденсатором. Из-за этого приходилось поочередно то охлаждать, то нагревать цилиндр, и расход топлива оказывался очень велик.

Последующие изобретатели внесли много усовершенствований в насос Ньюкомена. Но принципиальная схема машины Ньюкомена оставалась неизменна на протяжении 50 лет.

5.Паровой двигатель Джеймса Уатта.

В 1765 году английский механик Джеймс Уатт создает паровой двигатель. В 1763-1764 годах ему пришлось чинить принадлежавший университету образец машины Ньюкомена. Уатт изготовил небольшую ее модель и принялся изучать ее действие. Уатту сразу стало ясно, что для более экономичной работы двигателя целесообразнее держать цилиндрпостоянно нагретым. В 1768 году на основе этой модели на шахте горнозаводчика Ребука была построена большая машина Уатта, на изобретение которой он получил в 1769 году свой первый патент. Самым принципиальным и важным в его изобретении было разделение парового цилиндра и конденсатора, благодаря чему не затрачивалась энергия на постоянный разогрев цилиндра. Машина стала более экономичной. Ее КПД увеличился.

С 1776 года началось фабричное производство паровых машин. В машину 1776 года по сравнению с конструкцией 1765 года было внесено несколько принципиальных улучшений. Поршень помещался внутри цилиндра, окруженный паровым кожухом. Кожух сверху был закрыт, а цилиндр - открыт. Пар поступал в цилиндр из котла по боковой трубе. Цилиндр соединялся с конденсатором трубой, снабженной паровыпускным клапаном. Выше этого клапана был размещен еще один уравновешивающий клапан.

Однако машина совершала только одно рабочее движение, работала рывками и потому могла использоваться только как насос. Чтобы паровая машина могла приводить в действие другие машины, необходимо было, чтобы она создавала равномерное круговое движение. Такой двигатель двойного действия был разработан Уаттом в 1782 году. Огромных усилий потребовало от Уатта создание механизма передающего движение от поршня к валу, но Уатт добился и этого, создав особое передающее устройство, которое так и называетсяпараллелограммом Уатта. Теперь новый двигатель Уатта годился для привода других рабочих машин. За 1785-1795 годы было выпущено 144 таких паровых двигателей, а к 1800 году в Англии работала уже 321 паровая машина Уатта.

Для измерения мощности паровых машин Уатт ввел понятие "лошадиная сила", которая в качестве общепринятой единицы мощности используется и по настоящее время. Одну из машин Уатта купил пивовар, чтобы заменить ею лошадь, которая приводила в действие водяной насос. При выборе необходимой мощности паровой машины пивовар определил рабочую силу лошади как восьмичасовую безостановочную работу до полного изнеможения лошади. Расчет показал, что каждую секунду лошадь поднимала 75 кг воды на высоту 1 метр, что и было принято за единицу мощности в 1 лошадиную силу.

Паровые двигатели применяли во всех отраслях производства. Они широко использовались в промышленности, на транспорте и стали в свое время "двигателями технического прогресса".

Однако коэффициент полезного действия самых лучших паровых двигателей не превышал 5%! Из каждых 1000 кг топлива на полезную работу тратилось всего лишь 50 кг!

К концу 19 века схема паросиловой установки была значительно усовершенствована, и ее основные принципы сохранились до нашего времени.
___

Интересно, что в 1735 году в здании английского парламента был установлен первый в истории вентилятор, который приводился в движение паровым двигателем.
___

В 1800 году некий американец, владелец шахты по добыче каменного угля придумал первый паровой лифт. В 1835 году этот паровой лифт вошёл в обиход фабричного грузоподъемного дела в Англии, а потом получил распространение в США.
А в 1850-х годах "Компания паровых подъёмников Отиса" установила свой первый пассажирский лифт в пятиэтажном магазине на Бродвее. Лифт брал до пяти человек и вез их со скоростью 20 см в секунду.

6. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
(четырехтактный)

Демонстрация макета ДВС.

Учитель. Из каких основных частей состоит простейший двигатель (ДВС)? По рисунку.

Ответы учащихся.

Затем учитель объясняет.

И дополнительно просмотр принцип работы ДВС из Интернет уроки и Классная физика.

1. http://class-fizika.narod.ru/8_17.htm

2. http://interneturok.ru/ru/school/physics/8-klass/bagregatnye-sostoyaniya-vewestvab/rabota-gaza-i-para-pri-rasshirenii-dvigatel-vnutrennego-sgoraniya

Двигатель состоит из цилиндра, внутри которого перемещается поршень.

Сгорание топлива происходит внутри двигателя.
Двигатель работает на жидком топливе. 
Повторяющийся рабочий цикл двигателя состоит из четырех процессов (тактов): 
а) впуск, б) сжатие, в) рабочий ход, г) выпуск. 
(только во время рабочего хода происходит поворот вала)

......впуск.....................-сжатие............

................... ..рабочийход-выпуск....................

В автомобилях чаще используют четырехцилиндровые ДВС, которые обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность.

РЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Принцип действия ракетного двигателя состоит в следующем:

горючее, а в первых ракетах это был пороховой заряд, сгорает в камере сгорания, и образовавшиеся газы с большой скоростью вылетают из отверстия - сопла. Вылет газов сопровождается отдачей.

В результате этой отдачи возникаеет сила, приложенная к двигателю и направленная 
противоположно направлению вылета газовой струи.

Развитие реактивных двигателей началось в 40-вых годах 20 века. 
Первое применение они нашли в военной технике:
в гвардейских минометах "Катюша", в немецких ракетах ФАУ, затем в реактивных самолетах.

ИНТЕРЕСНО

...что на автомобилях ставят глушители, а если их нет, то выпуск отработанных газов происходит с большим шумом. Дело в том, что отработанные газы при выпуске из цилиндра имеют значительно большее давление, чем атмосферный воздух.

Расширяясь с большой скоростью, они создают шум. Смысл работы глушителя состоит в уменьшении скорости выхода газа из цилиндра двигателя.

___


... что высота подъема самолетов, двигатели которых работают на смеси горючего и воздуха, ограничена. Это из-за того, что на больших высотах воздух разрежен, и в нем недостаточно кислорода.

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ 
(КПД ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ)

Для характеристики работоспособности двигателей введено понятие коэффициента полезного действия (КПД). Впервые ввел в науку и технику понятие коэффициента полезного действия двигателя французский инженер  Сади Карно.

.

Коэффициент полезного действия в процентах равен отношению полезной работы к совершенной.

или же отношению полезной работы к количеству теплоты, выделенной при сгорании топлива..

 ИНТЕРЕСНО

... что мощные механизмы приводят в движение не паровыми поршневыми машинами, а паровыми турбинами. Ведь поршневые машины при той же мощности имеют большие размеры и вес и меньший кпд. В ряде случаев это технически неудобно и экономически невыгодно.

... чтобы поднять КПД парового двигателя стенки парового котла лучше делать из железа или меди.
Эти металлы улучшат теплопроводность котла и этим поднимут его КПД.
Кстати, слой накипи ухудшает теплопроводность котла и приводит к появлению на нем трещин
и, в конце концов, к порче котла, поэтому-то так необходимо очищать котел от накипи.

Экологическая цена автомобиля.  Выступают ученики.

На протяжении всего 20 в. производство автомобилей стремительно возросло. К 2014 году число автомобилей достиг миллиардной отметки. Такое распространение автомобилей получил благодаря качествам установленного на нём двигателя. При небольшой массе он развивает мощность, достаточную для быстрой езды, потребляя при этом топливо.

В цилиндрах двигателя происходит окисление мелко распылённого и испарённого топлива кислородом воздуха с образованием тепла, углекислого газа и воды. Продукты его неполного сгорания выбрасываются из выхлопной трубы в атмосферу, что это причиняет ощутимый вред здоровью людей и природе. Среди множества различных газов и химических соединений, выбрасываемых автомобилем, есть и токсичные вещества. Больше выделяется СО, СН, NO, сажа, SO2, свинец. Количество вредных выбросов зависит и от технического состояния автомобиля. Нарушение регулировок, мелкие неисправности приводят к повышенному выбросу вредных веществ. По всей России выброс вредных веществ автомобилями к 2014 г. составил 20 млн. т.

C + O₂ = CO₂; CO₂ + H ₂ O = H ₂CO ₃ - кислотные дожди.

Новые технологии. Ученик.

1.Чтобы остановить загрязнение окружающей среды, необходимо вводить новые виды топлива. Можно использовать в качестве топлива водород, обеспечивающий очень чистый выхлоп. Однако пока не удаётся создавать дешёвые и безопасные системы образования и хранения водорода на борту автомобиля. 2 Н ₂ + O ₂ = 2H ₂ O Уравнения химической реакции. Горение водорода.

2.Значительный интерес представляют электрические двигатели, использующие аккумуляторные батареи и электротехнические генераторы. При проектировании новых автомобилей необходимо думать и о том, как утилизировать их остатки. Исключать применение материалов, которые попадая на свалки, будут загрязнять окружающую среду.

3.Использование энергии солнца на Земле. Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах. Физика 8 кл. стр.181-183.

4.Совершенствование продукции и технологии. 

5 этап - Применение знаний и умений в новой ситуации.

Решение задач по КПД. Задача №1140

Первый гусеничный трактор конструкции А.Ф.Блинова, 1888 г., имел два паровых двигателя. За 2 ч. он расходовал 10 кг топлива, у которого удельная теплота сгорания равна 30.10⁶ Дж/кг. Вычислите КПД трактора, если мощность двигателя его была равна около 1,5 кВт.

6. Контроль усвоения, обсуждения допущенных ошибок и их коррекция

Решение задач.

Нахождение КПД, используя формулы мощности и количества теплоты при сгорании топлива.

Учитель в ходе урока, пока учащиеся решают самостоятельно задачи ведёт контроль и индивидуальную работу с учащимися.

Решить задачи из Лукашика №1140,1141,1143

7. Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению.

Домашняя работа. Читать п 21,22 стр. 52-55

Решить задачи из Лукашика №1142-1146

8 этап (Рефлексия) (целостное осмысление и обобщение полученной информации, выработка собственного отношения к изученному материалу и его повторная проблематизация, анализ всего процесса изучения материала)

В конце урока ученики сдают работы на оценку.

Дополнительно к уроку (Индивидуальные задания).

Задача 2

Какая энергия расходуется для получения дистиллированной воды, если в аппарат вливают воду объемом 10 л при температуре 20 °С и нагревают до кипения, затем 2 литра выпаривают?

Задача 3

Какая энергия выделяется при конденсации водяного пара массой 3 кг, имеющего температуру 100°С, и охлаждении получившейся воды до температуры 50 °С?

Задача 4

Определите количество теплоты необходимо для превращения 300 кг льда, взятого при температуре: а) 0 °С: б) -10 °С; в пар при температуре 100 °С. Удельная тепломощность льда с = 2100 Дж/ кг х°С, удельная теплота плавления льда ? = 3,4 х 10' Дж/ кг., удельная теплота парообразования L = 2,26 х 106 Дж/ кг.

Задача 5

На рисунке представлен график измерения температуры воды в сосуде. Укажите каким процессам соответствуют участки АВ и ВС. Рассчитайте, используя данные графики, какое количество теплоты потребуется для нагревания воды массой 2 кг до кипения и последнего испарения. Удельная теплоемкость воды с = 4200 Дж/ кг х °С .

Задача 6

Какая энергия выделяется при конденсации водяного пара массой 200 г при температуре 100°С в воду при той же температуре?

Задача 7

Какая энергия выделяется при конденсации выделяемого пара массой 20 кг при температуре 100°С и охлаждении полученной из него воды до температуры 50 °С ?

Задача 8

Какое количество теплоты требуется для плавления меди массой 2 кг, взятой при температуре 25 °С ? Температура плавления меди 1085 °С , удельная теплота плавления меди 2,1 х 105 Дж/кг.

Задача 9

Первый гусеничный трактор конструкции А.Ф.Блинова, 1888 г., имел два паровых двигателя. За 2 ч. он расходовал 10 кг топлива, у которого удельная теплота сгорания равна 30.10⁶ Дж/кг. Вычислите КПД трактора, если мощность двигателя его была равна около 1,5 кВт.

13