Конспект урока "Принципы работы тепловых двигателей. Двигатель внутреннего сгорания"

Урок 23.

Тема. Принципы работы тепловых двигателей.

Двигатель внутреннего сгорания.

Цели урока: закрепить знания учащихся о тепловых явлениях; дать историческую справку о создании тепловых машин, их использовании человеком; сформировать понятие теплового двигателя, его устройстве; рассмотреть физические принципы работы тепловых двигателей; учить обучающихся сравнивать и сопоставлять изучаемые процессы; сформировать знания о работе пара и газа на примере изучения двигателя внутреннего сгорания (ДВС); ознакомить с устройством и принципом действия четырёхтактного ДВС (на модели); развивать у учащихся интерес к изучению данной темы, логическое мышление, умение работать с учебником и применять полученные знания на практике; воспитывать добросовестное отношение к учебному труду, самостоятельность, уважение к людям науки.

Тип урока: урок усвоения новых знаний.

Оборудование: мультимедийный проектор, ноутбук, экран, презентация «История

создания паровых машин», раздаточный материал (текст), модель ДВС (в

разрезе), учебник В.В. Белага.

Ход урока.

1. Организационный момент.

1. Повторение ранее пройденного материала.

Задание учащимся: На столах у вас лежит текст. Прочтите его, выделите в нем 7

несоответствий-ошибок с точки зрения физики 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 20⁰ С.

- Нет, минус 40⁰ С, - 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.

7 ошибок в тексте:

Морозный воздух поднимался под потолок – холодный воздух с улицы тяжелее теплого внутри помещения и должен опускаться вниз.

На полях весь снег уже стаял, и только на крышах домов еще лежал мохнатыми шапками - первым снег растает на крышах.

Вымылся по пояс под краном, не вытирался – по всему телу разлилось тепло - при испарении вода отнимает энергию у тела и должно становиться холоднее.

Кипяток был обжигающий – градусов 120 - вода кипит при температуре 100⁰С.

Термометр весит на ветру и показывает -20⁰С, а в укромном месте -40⁰С – на ветру температура должна быть ниже (-40⁰С), чем в укромном месте (–20⁰С).

Мы пошли по улице, шлепая по лужам - вода при отрицательной температуре превращается в лед.

1. Мотивация учебной и познавательной деятельности.

Вторую половину XX и начала XXI века называют эпохой научно-технической революции. Она характеризуется бурным развитием науки и быстрым внедрением научных открытий в технику, промышленность, сельское хозяйство. Например, сконструировать двигатель, который приводит в движение автомобиль, тепловоз, теплоход, смогли лишь после изучения тепловых явлений и свойств газов. Сегодня мы познакомимся с историей создания тепловых двигателей, а также устройством и работой двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

1. Изучение нового материала.

Презентация «История создания тепловых машин»

Слайд 1

1698 г. Томас Сэвери (английский инженер) создал машину, которая преобразовывала внутреннюю энергию в механическую (тепловой двигатель); использовали для откачки воды из угольных шахт.

Слайд 2

1710 г. Томас Ньюкомен (английский инженер) предложил пароатмосферный двигатель, в котором пар внутри цилиндра толкал вверх поршень. Для возврата в нижнее положение его охлаждали, пар конденсировался, давление в цилиндре падало, и под действием атмосферного давления поршень опускался вниз. Затем цилиндр снова нагревали, чтобы заставить пар толкать поршень вверх. На всё это уходило много времени и, двигатель работал очень медленно и с низким КПД.

Слайд 3

1766 г. Иван Иванович Ползунов (русский изобретатель) разработал чертежи двухцилиндровой паровой машины. Для ее изготовления Ползунову пришлось сделать различные инструменты, токарный станок для обработки металла «на водяном ходу». При этом Ползунову удалось изготовить все детали паровой машины всего за 13 месяцев. Некоторые детали весили до 2720 килограммов.

Его машина должна была заменить водяной двигатель на заводе в Барнауле.

Из оборудования на заводе были только воздуходувные мехи и молоты для ковки металла. И их приводили в движение силой воды. Поэтому заводы строили на берегах рек. Если река становилась более мелководной, то производство останавливалось.

Иван Иванович Ползунов решил заменить водяной двигатель и ручной труд на «ог­ненную машину».

Слайд 4

В 1765 году Ползунов разработал специальный поплавковый регулятор уровня в котле.

К сожалению, увидеть машину в работе Ползунову не удалось, он умер за два месяца до пуска машины в эксплуатацию, 27 мая 1766 года. Его паровая машина окупила себя всего за два месяца. Но после небольшой поломки хозяева машины не смогли ее починить.

Слайд 5

1769 г.  Джеймс Уатт (шотландский инженер) превзошёл своих предшественников и учителей. Он создал усовершенствованную паровую машину. В его двигателе пар направлялся в отдельную камеру для конденсации, тепловые потери двигателя были относительно небольшими. Кроме того, двигатель Уатта был более быстродействующим, поскольку можно было подавать большее количество пара в цилиндр, как толь­ко поршень возвращался в свое исходное положение. Для паровой машины нашлись многочисленные практические применения.

Слайд 6

Паровые машины обеспечивали энергию для печатания газет, ткачества и для работы стиральных машин в «паровых» прачечных.

Слайд 7

Паровые двигатели использовались на площадках аттракционов, а фермеры с помощью паровой тяги пахали землю.

Слайд 8

Уборщики пользовались работающими на пару пылесосами, а в престижных городских парикмахерских были даже щетки для массажа кожи головы с паровым приводом.

Слайд 9

Паровые машины устанавливались на паровозы, пароходы.

Демонстрация: Пробирку с небольшим количеством воды, плотно закрытую пробкой,

нагреваем до кипения.

• Почему пробка вылетает из пробирки? (Под давлением образовавшегося пара).

• Какие превращения энергии здесь происходят? (Часть энергии топлива переходит во внутреннюю энергию пара, который, расширяясь, совершает работу по перемещению пробки. Внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию пробки).

Если пробирку заменить прочным металлическим цилиндром, а пробку плотно пригнанным поршнем, который может свободно двигаться вдоль цилиндра, то получится простейший тепловой двигатель.

Итак,

тепловые двигатели – устройства, совершающие работу за счет использования внутренней энергии топлива.

ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Паровая машина

Реактивный двигатель

Газовая и паровая турбины

ДВС

Двигатели

внешнего сгорания

Двигатели

внутреннего сгорания

Устройство теплового двигателя: нагреватель, рабочее тело (газ), холодильник.

Газ, получив энергию от нагревателя, расширяется и совершает работу. Но для постоянной работы теплового двигателя нужно. Чтобы поршень после расширения газа возвращался в исходное положение, сжимая газа до первоначального состояния. Для этого газ нужно охладить. А значит – нужно иметь холодильник, которому рабочее тело отдаёт некоторое количество теплоты. Роль холодильника может выполнять и окружающий воздух. После этого процессы расширения и сжатия газа периодически повторяются, за что и названы циклами.

Двигатель внутреннего сгорания – один из самых распространённых тепловых двигателей. Он приводит в движение автомобили, тракторы, тепловозы, теплоходы и т.д.

Первый двигатель внутреннего сгорания был создан в 1860 г. французским инженером Этьеном Ленуаром, а затем был усовершенствован.

Работа с учебником (В.В. Белага, стр. 44)

Задание учащимся: найти в учебнике ответы на вопросы.

1) Почему двигатель называется двигателем внутреннего сгорания? (В ДВС топливо

сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя).

2) На каком горючем работает ДВС? (ДВС работают на жидком топливе – бензине,

керосине, нефти, или на горючем газе).

3) Устройство ДВС. (Цилиндр, поршень, коленчатый вал, 2 клапана(впускной и

выпускной), свеча).

4) Что называют тактом двигателя? (Тактом двигателя называют ход поршня)

5) Названия тактов ДВС. (1 – впуск, 2 – сжатие, 3 - рабочий ход, 4 – выпуск).

6) Что такое мёртвая точка и сколько их в ДВС? (Крайние положения поршня в

цилиндре называют мёртвыми точками)

7) Что происходит в каждом такте? (1 – поршень движется сверху вниз от верхней мёртвой точки к нижней, при этом объём над поршнем увеличивается, и давление газа в цилиндре над ним уменьшается. Открывается впускной клапан, и через него поступает горючая смесь. Поршень приходит в нижнюю точку, впускной клапан закрывается; 2 – При дальнейшем повороте вала поршень движется вверх и сжимает горючую смесь. Когда поршень доходит до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь от свечи воспламеняется и быстро сгорает; 3 – при сгорании смеси выделяется большое количество теплоты, давление на поршень возрастает. Расширяясь, газ толкает поршень, а вместе с ним и коленчатый вал с насаженным на него массивным маховиком, совершая при этом механическую работу. Часть внутренней энергии газа превращается в механическую, потому газ охлаждается. Получив сильный толчок, маховик продолжает вращаться по инерции и перемещает с помощью коленчатого вала поршень; 4 – поршень движется вверх, толкая отработанный газ. Выпускной клапан открывается, и отработанный газ выходит через него. Клапан закрывается).

8) Какова температура сгорания смеси? (1600-1800⁰С)

9) Виды ДВС и их отличие. (ДВС делятся на дизельные и карбюраторные. Отличие – в способе подачи топливно-воздушной смеси в цилиндр и способе её воспламенения. В карбюраторном – смесь готовится вне двигателя – в карбюраторе и поступает в двигатель, поджигаясь свечой зажигания; в дизельном – воздух попадает в цилиндр отдельно от топлива и сильно сжимается, нагреваясь до температуры самовоспламенения дизельного топлива, которое впрыскивается в камеры сгорания форсунками под большим давлением).

Работа с моделью ДВС

• Кто хочет попробовать показать цикл (4 такта) работы ДВС?

(Ученик (по желанию) с помощью учителя демонстрирует принцип работы ДВС, останавливаясь на каждом такте цикла)

1. Подведение итогов урока.

• Полностью ли сгорает топливо в ДВС? (Нет, часть топлива и тепловой энергии уходит в атмосферу)

• Как рассчитать количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива?

(Q = qm)

1. Домашнее задание: §§ 16 (стр. 43), 17 (читать), выучить и уметь показать цикл работы ДВС; подготовить (по желанию) доклад о паровой турбине и холодильной машине (на выбор), уметь рассказать об устройстве и принципе действия.

Тридцать первое октября.

Классная работа.

Принципы работы тепловых двигателей.

Двигатель внутреннего сгорания.

Тепловые двигатели – устройства, совершающие работу за счет использования внутренней энергии топлива.

Устройство теплового двигателя: нагреватель, рабочее тело (газ), холодильник.

1860 г. французский инженер Этьен Ленуар – создание первого ДВС.

В ДВС топливо сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. ДВС работают на жидком топливе – бензине, керосине, нефти, или на горючем газе.

Устройство ДВС: цилиндр, поршень, коленчатый вал, 2 клапана (впускной и выпускной), свеча.

Тактом двигателя называют ход поршня.

Крайние положения поршня в цилиндре называют мёртвыми точками.

4 такта ДВС – цикл:

1 такт – впуск

2 такт – сжатие

3 такт – рабочий ход

4 такт - выпуск

Температура сгорания смеси 1600-1800⁰С.

ДВС делятся на дизельные и карбюраторные.

Тридцать первое октября.

Классная работа.

Принципы работы тепловых двигателей.

Двигатель внутреннего сгорания.

Тепловые двигатели – устройства, совершающие работу за счет использования внутренней энергии топлива.

Устройство теплового двигателя: нагреватель, рабочее тело (газ), холодильник.

1860 г. французский инженер Этьен Ленуар – создание первого ДВС.

В ДВС топливо сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. ДВС работают на жидком топливе – бензине, керосине, нефти, или на горючем газе.

Устройство ДВС: цилиндр, поршень, коленчатый вал, 2 клапана (впускной и выпускной), свеча.

Тактом двигателя называют ход поршня.

Крайние положения поршня в цилиндре называют мёртвыми точками.

4 такта ДВС – цикл:

1 такт – впуск

2 такт – сжатие

3 такт – рабочий ход

4 такт - выпуск

Температура сгорания смеси 1600-1800⁰С.

ДВС делятся на дизельные и карбюраторные.