«Принцип действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного действия тепловых двигателей», 10 класс

Тип урока: Урок изучения нового материала с элементами обобщения ранее изученного и первичного закрепления.                                               

Цели урока:

1.  образовательные - изучить принцип работы тепловых двигателей, сформировать представление об устройстве и принципе действия тепловых двигателей и понятие об идеальной тепловой машине Карно; осмыслить практическую значимость, полезность приобретаемых знаний и умений;
2. развивающие – создать условия для развития  творческих и исследовательских навыков, формировать умения выделять главное, сопоставлять, делать выводы; развивать речь, совершенствовать интеллектуальные способности; решать тренировочные задачи.
3. воспитательные - способствовать привитию культуры умственного труда, создать условия для повышения интереса к изучаемому материалу.

Задачи урока:

1. Знать  определения:                               

Теплового двигателя;
КПД теплового      двигателя;
КПД идеального  теплового двигателя (по циклу Карно).

Формулы:
Замкнутого цикла;
КПД теплового двигателя;
КПД цикла Карно

2. Уметь
- решать расчетные и графические задачи, используя формулы
- изучить принцип работы тепловых машин
- выяснить, пути повышения КПД тепловых двигателей
-научиться решать задачи;
- научиться определять КПД тепловых машин, делать самоанализ урока.

Приобретаемые навыки детей:
- работы с ЦОР
- мотивация к учебно-познавательной деятельности.
- экспериментальной работы:
- проведения исследования;
-  развитие  логического мышления, памяти, речи учащихся
-  целенаправленная учебная деятельность, когда каждый ученик и класс в целом    объединяются одной целью
- включение ученика в сам процесс активного участия в добывание новых знаний
- повышается уровень  восприятия, осмысления и запоминания.
- воспитание  внимательного отношения к окружающим, друг к другу, учебной дисциплины.
- подводить итоги своей работы, анализировать свою деятельность.

Формы организации работы детей:
- индивидуальная;
- фронтальная;
- групповая;
- парная

Формы организации работы учителя:
Использование различных методов для мотивации учащихся:
- словесно- иллюстративный метод;
- репродуктивный метод,
- практический метод,
- проблемный метод, в котором учитель ставит перед учащимися проблему и показывает пути ее решения,
- метод письменного текущего контроля,
- постановка цели занятия перед учащимися,
- организация восприятия новой информации,
- первичная проверка понимания изученного материала,
- организация усвоения нового материала путем практического применения новой информации,
- творческое применение и добывание знаний,
- обобщение изучаемого на уроке и введение его в систему ранее усвоенных знаний.

Технологические особенности: урок строится как цепочка этапов исследовательской деятельности учащихся
Технические условия: урок проводится в компьютерном классе (компьютеры подключены к сети Интернет), а также можно использовать один компьютер и проектор. Установка оболочки1С: Образование. Физика 10 класс. Единая коллекция цифровых ресурсов диск 1,2.

Используемое оборудование: компьютер, мультимедийный проектор,  экран, портреты ученых, презентация (приложение1).

Используемые ресурсы Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов:
«Основной принцип работы тепловых двигателей(N133902)»  
«Адиабатный процесс (N113921)»
«Анимация. Тепловые двигатели(N133902)»
 «Тепловые двигатели(N 100243)»
«Вселенная как тепловая машина (N90661)»
«Возможности использования самопроизвольных процессов для получения полезной работы (N100722)»
«Анимация. Изотермический процесс (N 13900)»
«Цикл Карно(N105276)»
«Цикл Карно (N1140088)»
«Задача. Внутренняя энергия идеального газа и ее изменение (N114045)»
« Зависимость КПД от температуры нагревателя (N102651)»
« Зависимость КПД от температуры нагревателя (N103712)»
«Тест (N 515)»
«Тест. Решение графических задач (N117238) »
«Графики тепловых машин(N101214)»
 
Используемые ресурсы из других общедоступных источников:
Картина. «С.Карно»
Учебник физики 10 класс. Автор: Г.Я. Мякишев.
Интернет – ресурсы: сайт «Социальный навигатор» http://www.edu.yar.ru/russian/projects/socnav/prep/phis001/tepl_test.html

                         План урока
1    Организационный момент.
2.     Мотивация.
3.    Актуализация знаний
4.    Постановка цели занятия перед учащимися.
5.    Организация восприятия новой информации.
6.    Первичная проверка понимания.
7.   Организация усвоения нового материала путем воспроизведения информации.
8.    Творческое применение и добывание знаний.
9.   Обобщение изучаемого на уроке и введение его в систему ранее усвоенных
знаний.
10.   Домашнее задание.
11.   Подведение итогов урока.
12.  Рефлексия

Презентация

Ход урока
Ум заключается не только в знании,
но и в умении применять знания на деле
Аристотель

1.Организационный момент.
Приветствую учащихся, проверяю готовность класса к уроку
2. Мотивация.
 Учитель. Однажды  великого мыслителя Сократа спросили о том, что, по его мнению, легче всего в жизни. Он ответил, что легче всего – поучать других, а труднее – познать самого себя.
На уроках физики мы говорим о познании мира. Как мы воспринимаем мир? Как мыслители или как художники? Проведем тест и определим преобладающий тип мышления.

Психологический тест.
Результаты теста таковы: есть мыслители, художники, а большинство из нас – гармонично развитые личности, которым свойственно логическое и образное мышление. Сегодня мы организуем работу так, чтобы каждый проявил свои способности, приобрел навыки работы в коллективе.  Покажем умения и навыки при изучении темы: «Принцип действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного действия тепловых двигателей».

3.Постановка цели занятия перед учащимися.
Развитие техники зависит от умения использовать громадные запасы внутренней энергии. Использовать эту энергию - это значит совершать за счет ее полезную работу. Рассмотрим источники, которые совершают работу за счет внутренней энергии. Учащиеся самостоятельно формулируют тему и определят основные задачи урока, записывают в тетради тему урока.

4.Актуализация знаний.
В одно мгновенье видеть вечность,
Огромный мир - в зерне песка,
В единой горсти - бесконечность,
И небо - в чашечке цветка!
И.А.Бунин

Фронтальный опрос
-Как определить изменение внутренней энергии согласно первого закона термодинамики?
-На что расходуется количество теплоты, переданное системе?.
первого закона термодинамики
-Заселите формулами остров «Термодинамика».
-Опишите характер теплообмена газа в каждом процессе, составляющем замкнутый цикл.

Решите задачи (по вариантам):
1.При изотермическом сжатии газ передал окружающим телам теплоту 800 Дж. Какую работу совершает  газ?  Какую  работу  совершают внешние силы?    
2. При адиабатном процессе газом была совершена работа 150 Дж.Как и насколько изменилась его внутренняя энергия?

 5. Организация восприятия новой информации.
Решение графических задач
Используются:  «Анимация изотермического процесса (N13900)»
Рассмотрим теплообмен в ходе газовых процессов
Используются:  «Анимация изобарного процесса  (N113921)»
Учащиеся  делают выводы.
Рассмотрим возможности использования энергии самопроизвольных процессов для получения полезной работы. Используются:  ресурс: «Возможности использования самопроизвольных процессов для получения полезной работы (N100722)»
Решаем задачу. Ресурс: «Внутренняя энергия идеального газа и ее изменение (N114045)»

6.   Организация усвоения нового материала путем воспроизведения информации.
Учитель. Как можно использовать внутреннюю энергию газа для совершения работы?
Механизмы, превращающие внутреннюю энергию газа в механическую называются тепловыми машинами. Рассмотрим принцип работы тепловых двигателей и  каков КПД их? Какие существуют способы повышения их.кпд.

7. Творческое применение и добывание знаний.
Вид ЦОР. Мультимедиа  «Основной принцип работы тепловых двигателей (N133902)»,  «Тепловой двигатель (N100243)», «Анимация тепловой двигатель (N1339902)»
Основные вопросы из ЦОР:
- определение теплового двигателя;
- принцип работы ( дана энергетическая схема);
- график цикла;
- формулы определения КПД и КПД цикла Карно. Вид ЦОР. «Иллюстрация.  (N114088)»
- вывод формулы для КПД идеального теплового двигателя.
  Вид ЦОР. Иллюстрация. Вывод формулы для КПД идеального теплового двигателя  «N113991)»
- графики, показывающие работу тепловых машин. «(N101214)»

8.Обобщение изученного на уроке.
Итак. Какие механизмы называются тепловыми двигателями?
Каков принцип работы тепловых машин?
Каков принцип работы идеальной тепловой машины?
Формулы расчета КПД идеальной тепловой машины и КПД теплового двигателя.
Интерактивное задание. Зависимость КПД от температуры нагревателя и «(N102651)» и холодильника «(N103712)».
Решение задач. Тест. Решение графических задач «(N117238)».

9. Закрепление материала.

1. Какие машины называются тепловыми?
2. Назовите основные элементы теплового двигателя и их назначение.
3. Что называют кпд теплового двигателя?
4. Назовите какие виды тепловых машин вам известны?

 Первая группа решает разноуровневые  задачи.

1 уровень. Чему равен КПД идеального теплового двигателя, если температура нагревателя 4550 С, а температура холодильника 2730 С?
2 уровень. Тепловой двигатель совершает работу за цикл 100 Дж. Какое количество теплоты получено при этом от нагревателя, если КПД двигателя 20%?
3 уровень. Двигатель получает от нагревателя каждую секунду 7200 Дж теплоты и отдает в холодильник 6400 Дж. Определите КПД.
На рабочем столе компьютера учащиеся открывают папку «Проверь себя» и  листок самоконтроля с тестовыми заданиями, которое выполняет вторая группа.

1. Какие устройства относятся к тепловым двигателям:
а) превращающие тепловую энергию в механическую;
б) электрическую энергию в тепловую;
в) внутреннюю энергию в тепловую

2. Какой элемент теплового двигателя совершает работу:
а) холодильник;
б) газ или пар;
в) нагреватель;

3. Какие условия необходимы для циклического получения механической работы в тепловом двигателе:
а) наличие нагревателя и холодильника;
б) наличие рабочего тела и холодильника;
в) наличие нагревателя и рабочего тела

4. КПД теплового двигателя всегда:
а) больше1;
б) равен 1;
в) меньше 1.

5. При каком замкнутом процессе тепловой двигатель имеет максимальный КПД:
а) состоящий из двух изотерм и двух изобар:
б) состоящий из двух изохор и двух изобар:
в) состоящий из двух изотерм и двух адиабат.

Тест, который выполняет третья группа.

1. Коэффициент полезного действия теплового двигателя:
   Отношение времени полезной работы ко времени, затраченному на техническое обслуживание и ремонт;
   Отношение механической работы, совершаемой двигателем, к израсходованной энергии;
   Отношение температуры нагревателя к температуре охладителя.
2. Классический цикл Карно состоит из:
   4-х изотерм;
   4-х адиабат;
   2-х изохор и 2-х адиабат;
   Ничего из перечисленного не верно.
3. Полезная работа в цикле Карно - это:
   Площадь под верхней изотермой;
   Сумма площадей под верхней изотермой и верхней адиабатой;
   Сумма площадей под верхней изотермой и нижней изотермой;
   Площадь, ограниченная обоими изотермами и обоими адиабатами;
4. Для приближения КПД теплового двигателя, работающего по циклу Карно, к единице, необходимо:
   Повышать температуру нагревателя и понижать температуру холодильника;
   Повышать температуру холодильника и понижать температуру нагревателя;
   Повышать температуру холодильника и нагревателя;
   Понижать температуру холодильника и нагревателя;
   Стремиться сделать равной температуру холодильника и нагревателя.

Аналогичный тест в электронном варианте можно попробовать на сайте «Социальный навигатор», по ссылке http://www.edu.yar.ru/russian/projects/socnav/prep/phis001/tepl_test.html

10. Подведение итогов урока. ( Рефлексия). Выставление оценок учащимся.     

11. Домашнее задание. § 84.
1 уровень. Упражнение 15, задача №15, №16
2 уровень. Экспериментальные задания: используя ЦОРы (№113923.113960,114062), объясните общий принцип работы тепловых машин.