Получите свидетельство
Вход
ГБПОУ Белебеевский колледж механизации и электрификации
Методическая разработка занятия
«Тепловые двигатели и
охрана окружающей среды»
Автор: преподаватель физики
Нугманова Динара Рустамовна
Белебей, 2021
Оглавление
План занятия 5
Организационная структура занятия с описанием 6
используемых педагогических технологий 6
Конспект занятия 9
Литература 13
Планируемые образовательные результаты
Разработка занятия по физике, с использованием современных информационно-коммуникационных и педагогических технологий.
Целевая установка:
Объяснение принципов действия тепловых машин.
Изложение сути экологических проблем, обусловленных работой тепловых двигателей и предложение пути их решения.
Формирование умения вести диалог, выслушивать мнение оппонента, участвовать в дискуссии, открыто выражать и отстаивать свою точку зрения.
Планируемые образовательные результаты:
| предметные | метапредметные | личностные |
| − сформированность представлений о роли и месте физики в современной научной картине мира; понимание роли физики в формировании кругозора и функциональной грамотности человека для решения практических задач; − владение основополагающими физическими понятиями, закономерностями, законами и теориями; уверенное использование физической терминологии и символики; − сформированность умения применять полученные знания для объяснения условий протекания физических явлений в природе, профессиональной сфере и для принятия практических решений в повседневной жизни; − сформированность собственной позиции по отношению к физической информации, получаемой из разных источников.
| − использование различных видов познавательной деятельности для решения физических задач, применение основных методов познания (наблюдения, описания, измерения, эксперимента) для изучения различных сторон окружающей действительности; − умение генерировать идеи и определять средства, необходимые для их реализации; − умение использовать различные источники для получения физической информации, оценивать ее достоверность; − умение анализировать и представлять информацию в различных видах; − умение публично представлять результаты собственного исследования, вести дискуссии, доступно и гармонично сочетая содержание и формы представляемой информации;
| − чувство гордости и уважения к истории и достижениям отечественной физической науки; − готовность к продолжению образования и повышения квалификации в избранной профессиональной деятельности и объективное осознание роли физических компетенций в этом; − умение использовать достижения современной физической науки и физических технологий для повышения собственного интеллектуального развития в выбранной профессиональной деятельности; − умение самостоятельно добывать новые для себя физические знания, используя для этого доступные источники информации; − умение выстраивать конструктивные взаимоотношения в команде по решению общих задач;
|
| Решаемые учебные проблемы | Основные понятия |
| Виды тепловых двигателей; Сравнение их КПД; Возможные варианты решения проблем охраны окружающей среды. | Тепловые двигатели; Принцип действия тепловых двигателей; КПД тепловой машины; Второе начало термодинамики; Холодильные машины; Охрана природы. |
Демонстрации:
- выталкивание паром пробки из пробирки;
- демонстрации различных моделей тепловых двигателей.
Используемые на уроке оборудования и средства ТСО
| Оборудование | ТСО | ИКТ |
| Штатив, муфта, лапка, колба, пробка, спиртовка, модели тепловых двигателей | Ноутбук, проектор, принтер | Интернет, облачные технологии, презентации, видеофрагменты |
План занятия
| Этап урока | Приемы и методы | Время |
| Организационный этап | Приветствие, заполнение журнала | 1 мин |
| Мотивация к деятельности | Постановка проблемной ситуации, формулировка темы урока, целей и задач | 4 мин |
| Опрос пройденного/ домашнего задания | Устный опрос, проверка домашней лабораторной работы | 5 мин |
| Актуализация опорных знаний | Рассказ преподавателя Демонстрация физического явления: выталкивание паром пробки из пробирки | 5 мин |
| Формирование новых знаний | Рассмотреть общую схему теплового двигателя; Расчетная формула для определения КПД тепловых машин. Решение задачи № 4.56; Второе начало термодинамики. | 14 мин |
| Работа студентов по группам: А) паровые машины; Б) паровые и газовые турбины; В) реактивные двигатели; Г) ДВС. | 16 мин | |
| Перерыв | 5 мин | |
| Рассказ преподавателя: А) подробно рассмотреть цикл ДВС; Б) заполнить таблицу. | 15 мин | |
| Закрепление нового материала | Работа студентов по группам. В работе используются элементы пресс-конференции. Решаются вопросы охраны окружающей среды. А) представители автопрома; Б) экологи; В) врачи; Г) журналисты. | 20 мин |
| Задание на дом | § 26, 27 законспектировать Решить задачу: № 4.57 | 3 мин |
| Обобщение результатов работы студентов. Выставление оценок |
| 2 мин |
| Рефлексия | Что нового мы сегодня узнали? Какие вопросы у вас вызвали трудности? | 5 мин |
Организационная структура занятия с описанием
используемых педагогических технологий
| Этап занятия | Содержание обучения, задачи | Используемые педагогические технологии | Деятельность преподавателя | Деятельность студентов | Время | |
| Начало занятия | Организационный момент | Приветственное слово преподавателя; Проверка отсутствующих; Заполнение журнала. |
| - Здравствуйте!
Кто сегодня отсутствует? Заполняет журнал | Здравствуйте!
Дежурный студент называет отсутствующих и причину | 1 мин |
| Мотивация к деятельности | Видеофрагмент (машины и летательные аппараты различных супергероев) | ИКТ технологии | Показывает видеофрагмент; Организация деятельности по определению темы и цели занятия | Смотрят видеофрагмент, рассказывают, что увидели, участвуют в обсуждении темы и цели занятия | 4 мин | |
| Основная часть | Опрос пройденного/ домашнего задания | Устный опрос, проверка выполнения домашней лабораторной работы | Групповая работа | Какие значения вы получили в домашней лабораторной работе? Почему мы не ощущаем такую массу? Назовите основные положения МКТ? Назовите физические явления из подтверждающие? Основные макроскопические параметры газа? Изопроцессы? | Отвечают на вопросы, при необходимости дополняют друг друга | 5 мин |
| Актуализация опорных знаний | Рассказ преподавателя | Интегрированные технологии (связь с историей) | Тепловые двигатели получили большую популярность в XIX веке. Как вы думаете, почему именно в эту эпоху получили развитие тепловые двигатели? | Распад рабовладельческого и феодального строев. Необходимость в машинах, для выполнения той деятельности, которую выполняли рабы. | 2 мин | |
| Демонстрация физического явления | Физический эксперимент | Проводит демонстрационный эксперимент: выталкивание паром пробки из пробирки | После просмотра демонстрации объясняют смысл эксперимента. | 3 мин | ||
| Формирование новых знаний | Рассмотреть принципиальную схему теплового двигателя | Традиционные педагогические технологии: лекция, беседа | Что такое тепловой двигатель? Это устройство, преобразующее внутреннюю энергию тела в механическую работу. | На примере проделанного эксперимента называют что являлось нагревателем, рабочим телом и холодильником | 3 мин | |
| Вывеси расчетную формулу для определения КПД тепловых машин | Традиционные педагогические технологии, лекция: беседа | Как вычислить КПД? Что является полезной работой? Что затраченной? Что необходимо для увеличения КПД?
Решает задачу 4.56 из задачника | КПД это отношение полезной работы к затраченной. Увеличить температуру нагревателя и уменьшить температуру холодильника Комментируют решение задачи, при необходимости задают вопросы | 7 мин | ||
| Сформулировать второе начало термодинамики | Традиционные педагогические технологии: лекция, беседа | Рассмотреть график зависимости p(V) при изотермическом расширении газа; Сформулируйте первый закон термодинамики? В ходе беседы излагает второй закон термодинамики в нескольких формулировках. | Зарисовывают график зависимости в тетрадях; Количество теплоты, полученное рабочим тело от нагревателя равняется работе, которое это тело совершит плюс изменение внутренней энергии | 3 мин | ||
| Работа студентов по группам | Педагогические технологии на опережающей основе | Организует работу групп. Несколько занятий назад группа была поделена на 4 части, и для каждой подгруппы дано задание. Далее работу в подгруппах курирует капитан. | Паровые машины | 4 мин | ||
| Паровые и газовые турбины | 4 мин | |||||
| Реактивные двигатели | 4 мин | |||||
| Двигатель внутреннего сгорания | 4 мин | |||||
| Перемена | 5 мин | |||||
| Подробно рассмотреть цикл четырехтактного ДВС Заполнить таблицу | Традиционные педагогические технологии: лекция, беседа | Зарисовывает на доске поршень, подробно описывает каждый такт, по ходу лекции заполняет таблицу. | Конспектируют все в тетрадь, задают вопросы при необходимости | 15 мин | ||
| Заключительная часть | Закрепление нового материала | Работа студентов по группам | Метод проектов (часть занятия в виде пресс-конференции) | Организует работу групп, объясняет, что необходимо выполнить, по ходу занятия подходит к отстающим студентам, курирует их работу | Автопром | 20 мин |
| Экологи | ||||||
| Врачи | ||||||
| СМИ | ||||||
| Домашнее задание | § 26, 27 Решить задачу: № 4.57 | Беседа | Читает задачу, спрашивает, есть ли вопросы по ее решению | Записывают домашнее задание | 3 мин | |
| Обобщение результатов, выставление оценок |
| Беседа | Выставляет оценку каждому студенту за работу, комментирует оценки |
| 2 мин | |
| Рефлексия |
|
| Что нового мы сегодня узнали? Какие вопросы у вас вызвали трудности? |
| 5 мин | |
Конспект занятия
Организационный этап.
Здравствуйте, студенты! Садитесь. Дежурный, кто сегодня отсутствует?
Мотивация к деятельности.
Давайте посмотрим небольшой видеофрагмент… А теперь, подумаем, о чем мы сегодня будем говорить? Как вы думаете, машина какого из супергероев самая мощная? Про что еще будем беседовать?
Итак, тема занятия: «Тепловые двигатели и охрана окружающей среды». А какие учебные проблемы решим? 1. Рассмотреть виды тепловых двигателей, 2. Определить их КПД, 3. Рассмотреть некоторые вопросы охраны окружающей среды.
Опрос пройденного/домашнего задания.
Проверим выполнение домашней лабораторной работы. Пока буду проверять ее, отвечаем на вопросы:
назовите основные положения МКТ;
отчего и как зависят силы межмолекулярного взаимодействия;
назовите физические явления, подтверждающие основные положения МКТ;
дайте определения этих явлений;
назовите макроскопические параметры газа;
назовите все изопроцессы;
дайте им определения;
сформулируйте уравнение состояния идеального газа;
из чего складывается внутренняя энергия;
сформулируйте первое начало термодинамики.
Актуализация опорных знаний.
Тепловые двигатели получили большую популярность в XIX веке. Как вы думаете, почему именно в это время? Чем характерен этот период времени? Для чего понадобились подобные машины?
Формирование новых знаний.
Давайте посмотрим физический эксперимент. Будем греть спиртовкой пробирку, в которой находится жидкость. Что будет происходить в спиртовке? Рассмотрим на данном примере принципиальную схему тепловых двигателей.
Что такое тепловой двигатель? Давайте запишем определение… это устройство, преобразующее внутреннюю энергию газа в механическую работу. Рассмотрим из каких составных частей складывается тепловой двигатель. Прежде всего, нам необходимо тело, внутреннюю энергию которого мы хотим преобразовать в механическую работу. Это тело называется нагреватель (тело, с высокой температурой, по отношению к окружающей среде).
Поскольку тепловой двигатель должен совершать работу, в нем должно что-то расширяться и приводить в движение поршни, маховики и т.д. это тело называется рабочим телом.
И последнее, устройство для охлаждения отработанного пара или газа – холодильник. В большинстве эту роль играет атмосфера, т.е. в нее попадают продукты сгорания.
Как вычислить КПД? Что является затраченной энергией? Что полезной? Решим задачу 4.56 из задачника. (Студенты решают задачу совместно с учителем).
Итак, продолжим беседу. Работа выполняется при расширении, поэтому эффективное преобразование внутренней энергии в работу можно, если рабочее тело хорошо расширяется. У нас есть твердые тела, жидкости и газы. Какие из этих тел лучше всего расширяются? Верно, газы!
Теперь, берем нагреватель, передаем от него количество теплоты рабочему телу, оно должно совершить работу. Попробуем эту работу рассчитать. Для этого нам поможет первый закон термодинамики. Напомните мне его пожалуйста…
Нам нужно, чтобы полезной работы было много больше, нужен эффективный тепловой двигатель, поэтому было бы хорошо, если все количество теплоты превратить в работу. Для этого нужно, чтобы изменение внутренней энергии было равно нулю.
Рабочее тело – газ. Его внутренняя энергия зависит от температуры, значит если изменение внутренней энергии не меняется, то температура остается постоянной. А какой это процесс? Значит наш газ должен расширяться в изотермическом процессе.
Давайте построим график.
Но, такой процесс можно совершить один раз. А чтобы совершать многократно, его необходимо вернуть в исходное положение, а для этого необходимо совершить работу. И она будет равна этой же самой совершенной работе. Получается, выигрыша в работе нет.
Таким образом, мы не можем всю потраченную энергию передать полезной работе, мы отдаем часть энергии охладителю. Это закон природы! И называется он второй закон термодинамики. Запишем: в циклическом тепловом двигателе, невозможно всю энергию, полученную рабочим телом от нагревателя, преобразовать в механическую работу.
Но, были инженеры, которые предложили вот эту энергию потери, вновь вернуть к нагревателю. Но температура холодильника меньше температуры нагревателя (всегда!), а в природе не может такого быть, чтобы более холодное тело отдало свою энергию более нагретому. Это еще одна формулировка второго закона термодинамики.
Организация работ групп. Несколько занятий назад группа была поделена на 4 части, и для каждой подгруппы дано задание. Далее работу в подгруппе курирует капитан.
Поговорим о двигателе внутреннего сгорания.
В 1860 году Ленуар предложил сжигать топливо прямо в цилиндре паровой машины. КПД такого двигателя составил 3,3%.
В 1878 году Отто предложил четырехтактный карбюраторный ДВС (КПД=22%).
Современные ДВС мало чем отличаются от того, что предложил Отто.
Карбюратор – это устройство для приготовления рабочей смеси. Рабочая смесь – это пары бензина и воздуха. Рабочим телом является воздух, который нагревается за счет сжигания паров бензина. Но их нужно испарить в достаточном количестве и перемешать с воздухом. Это и делается с помощью карбюратора.
Давайте познакомимся с его конструкцией.
Представляет он из себя трубку переменного сечения, за счет чего воздух, поступающий в него из атмосферы, меняет свою скорость, и соответственно давление. За счет разности давлений бензин из бака поднимается вверх и разбрызгивается с помощью специального устройства: жиклёр.
Далее эти пары бензина попадают в двигатель.
Двигатель состоит из цилиндра с поршнем. Расширяющийся и нагретый воздух при сгорании бензина толкает поршень. Поршень будет двигаться вверх-вниз, а двигатель должен вращаться. Значит нам нужно устройство, которое преобразовывало бы возвратно-поступательные движения поршня во вращательные движения двигателя. Это осуществляется посредством кривошипно-шатунного механизма.
Внизу, под цилиндром находится маховик – массивное тело с большим моментом инерции. К маховику присоединён шатун. Он либо непосредственно присоединён к маховику, либо через кривошип.
Я описываю конструкцию с одним цилиндром, в современных двигателях их четыре, а то и больше.
Рассмотрим цилиндр. В верхней части цилиндра есть два патрубка. Один соединен с карбюратором, второй идет к выхлопной трубе. Патрубки отделены от цилиндра клапанами, которые открываются с помощью специального газораспределительного механизма.
Цилиндр закрыт крышкой, который называется головкой цилиндра. В этой крышке имеется отверстие с резьбой, куда ввинчивается свеча зажигания. Она представляет собой фарфоровый изолятор, внутри которого проходит металлический стержень.
А теперь, рассмотрим, как работает четырехтактный двигатель. Почему он так называется? Он так называется, потому что его цикл (а это циклическая тепловая машина) состоит из четырех тактов.
Сейчас рассмотрим все процессы, которые происходят на каждой стадии и занесем результаты в таблицу.
Для того чтобы рабочая смесь попала в цилиндр, ее нужно туда впустить. Куда должен двигаться поршень, чтобы туда вошла рабочая смесь из карбюратора? Вниз, верно! Увеличиваем объем, давление падает, под разницей давлений из карбюратора заходит рабочая смесь. При этом должен быть открыт впускной клапан, а выпускной закрыт. И этот первый такт называется впуск.
Следующий такт: поршень движется вверх, оба клапана закрыты, рабочая смесь сжимается. Так и называется этот такт сжатие. После того как поршень достиг самого верхнего положения, на свечу подается высокое напряжение, порядка 10000 В, проскакивает искра и смесь поджигается.
Свеча поджигает рабочую смесь, скорость горения около 40 м/с, при этом выделяется большая энергия и температура резко возрастает до 
С. Оба клапана остаются закрытыми, давление увеличивается до 35 ат.
Совершается полезная работа. Третий такт называется рабочий ход. Это самый главный такт. Именно в нем совершается полезная работа, в остальных маховик по инерции приводит в движение поршень. После того как рабочий ход окончен, необходимо освободить цилиндр от продуктов сгорания. Для этого открывается выпускной клапан (впускной остается закрытым). Когда он открывается, давление скачкообразно падает и воздух вырывается из выхлопной трубы. Давление падает от 6 ат до 1 ат. Температура падает от 
до 
Это были четыре такта. А мы с вами заполнили таблицу.
Закрепление нового материала.
Теперь давайте поработаем в группах. Вы делитесь на четыре команды: экологи, представители автопрома, врачи и журналисты. Каждая из команд должна представить свой проект. Он может быть представлен в виде рекламного постера, плаката или листовки.
Организует работу групп, объясняет, что необходимо выполнить, по ходу занятия подходит к отстающим студентам, курирует их работу.
Задание на дом.
§ 26, 27, решить задачу: № 4.57
Обобщение результатов работы студентов. Выставление оценок.
Рефлексия.
Что нового узнали сегодня на занятии?
Что стало сложным в восприятии?
Что понравилось больше всего?
Литература
Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для студентов профессиональных образовательных организаций, осваивающих профессии и специальности СПО. — М., 2017.
Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Сборник задач: учеб. пособие для студентов профессиональных образовательных организаций, осваивающих профессии и специальности СПО. — М.,2017.
Трофимова Т. И., Фирсов А. В. Физика для профессий и специальностей технического и естественно-научного профилей: Сборник задач: учеб. пособия для студентов профессиональных образовательных организаций, осваивающих профессии и специальности СПО. — М., 2017.
Трофимова Т. И., Фирсов А. В. Физика для профессий и специальностей технического и естественно-научного профилей: Решения задач. — М., 2015.
Трофимова Т. И., Фирсов А. В. Физика. Справочник. — М., 2010.
Занятие ,,Тепловые двигатели и охрана окружающей среды,, (45.08 KB)
0
51
3
Нравится
0
