Разработка урока по физике на тему: Тепловые двигатели и окружающая среда

Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

Цели урока:

Образовательные - рассмотреть физические принципы работы тепловых двигателей; выяснить роль тепловых двигателей в жизни мирового сообщества;

Развивающие - совершенствовать интеллектуальные способности и мыслительные умения учащихся; формировать представление о процессе научного познания;

Воспитательные - прививать культуру умственного труда; раскрыть сущность экологических проблем и убедить учащихся в жизненной важности бережного отношения к окружающей нас природе.

Тип урока: урок усвоения новых знаний.

Эпиграф:

Жак Ив Кусто: «Раньше природа устрашала человека, а теперь человек устрашает природу».

Ход урока

1. Организационный момент

2. Подготовка к усвоению нового материала

а) мотивация

Мощный расцвет промышленности в XIX в был связан с изобретением первого теплового двигателя внутреннего сгорания послужило базой для развития автомобильного транспорта.

В нем дикая,

страшная сила

Гнездится -

она называется -

«пар»

В.Г.Бенедиктов

б) Актуализация опорных знаний учащихся (повторить и углубить знания, необходимые для усвоения нового материала)

1 вопрос: Тепловые машины (определение, основные части, КПД).

2 вопрос: Виды тепловых двигателей, принцип работы ДВС.

Дополнительный материал. Подготовлен Айдовым А. Приложение 1

3. Освоение нового материала.

Тема нашего урока - тепловые двигатели и охрана окружающей среды.

формулировка цели урока.

Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Все они при работе выделяют большое количество теплоты и выбрасывают в атмосферу вредные для растений и животных химические соединения. Это ставит серьезные проблемы охраны окружающей среды.

Наша цель раскрыть сущность экологических проблем; научить видеть физику в окружающем мире.

Тепловыми двигателями называют машины, преобразующие внутреннюю энергию топлива в механическую.

ТД чаще всего используют на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока (около 80% всей электроэнергии в нашей стране вырабатывается на тепловых электростанциях).
Паровые турбины устанавливают на атомных электростанциях.

На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели: на автомобильном - поршневые двигатели внутреннего сгорания; на водном - ДВС и паровые турбины; на ж/д - тепловозы с дизельными установками; в авиации - поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели.

Использование тепловых двигателей позволило человеку увеличить власть над природой. В этом есть плюсы и минусы. Скажите, какие негативные последствия возникают при использовании тепловых двигателей.

- Загрязнение атмосферы;

- шумовые загрязнения;

- проблемы утилизации отработанных автомобилей;

- загрязнение почвы;

- повышение температуры атмосферы.

Известно, что более 60 млн. тонн вредных веществ выбрасывают в атмосферу ежегодно наши промышленные предприятия, около 37 млн. тонн таких веществ попадает в нее вместе с выхлопными газами автотранспорта, примерно 30 млрд. м³ воды, загрязненной промышленными и бытовыми отходами, стекает в реки, озера, моря. В более чем 100 городах, где проживает приблизительно 50 млн. человек, предельно допустимые концентрации вредных веществ, превышены в 10 (и больше!) раз.

- Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа, способного поглощать тепловое инфракрасное излучение поверхности Земли. Рост концентрации углекислого газа в атмосфере приводит к повышению ее температуры (парниковый эффект). Этот эффект может создать угрозу таяния ледников и катастрофическое повышение уровня Мирового океана.

- при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.

- При сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека.

Особое место в экологическом загрязнении занимает транспорт. Один легковой автомобиль в среднем в год потребляет около 4 тонн кислорода, а выбрасывает в атмосферу около 40 кг окиси азота и почти 200 кг различных углеводородов. В этом наборе весьма коварна окись углерода. Из-за высокой токсичности её допустимая концентрация в атмосферном воздухе не должна превышать 1 мг/м³. Известны случаи трагической гибели людей, запускавших двигатели автомобилей при закрытых воротах гаража. В одноместном гараже смертельная концентрация окиси углерода возникает уже через 2-3 минуты после включения стартера. В холодное время года, остановившись для ночлега на обочине дороги, неопытные водители иногда включают двигатель для обогрева машины. Из-за проникновения окиси углерода в кабину такой ночлег может оказаться последним.
За неделю в среднем легковой автомобиль выжигает столько кислорода, сколько его четыре пассажира расходуют на дыхание в течение года.

Одна тонна бензина, сгорая, выделяет 500-800 кг вредных веществ. Если двигатель машины работает на бензине, с добавлением свинца, то они загрязняют почву этим тяжелым металлом вдоль дороги в полосе шириной 50-100 м, а если дорога идет вверх, и двигатель работает с нагрузкой, то загрязненная полоса имеет ширину до 400 м! Свинец, загрязняющий почву, накапливается растениями, которыми питаются животные. С молоком и мясом металл попадает в организм человека и может стать причиной тяжелых болезней.

Отработавшие газы автомобильных двигателей оказывают вредные влияния на весь организм человека, воздействуют на органы обоняния, вызывают раздражение глаз, верхних дыхательных путей, обострение легочных и других хронических заболеваний, в некоторых случаях могут привести к серьёзным отравлениям.

Экологические последствия работы тепловых двигателей.

Интенсивное использование тепловых машин на транспорте и в энергетике ощутимо влияет на биосферу Земли. Хотя о механизмах влияния жизнедеятельности человека на климат Земли идут научные споры, многие ученые отмечают факторы, благодаря которым может происходить такое влияние:

1. Прямое влияние ядовитых выхлопных газов на живую природу (канцерогены, смог, кислотные дожди от побочных продуктов сгорания).

2. Парниковый эффект - повышение концентрации углекислого газа (продукт сгорания в нагревателях тепловых машин) в атмосфере. Углекислый газ пропускает видимое и ультрафиолетовое излучение Солнца, но поглощает инфракрасное излучение, идущее в космос от Земли. Это приводит к повышению температуры нижних слоев атмосферы, усилению ураганных ветров и глобальному таянию льдов.

3. Разрушение озонового слоя при полетах самолетов и запусках ракет. Озон верхних слоев атмосферы защищает все живое на Земле от избыточного ультрафиолетового излучения Солнца.

Обратить внимание на эпиграф.

Вопрос: Какой выход из создающегося экологического кризиса?

Что делать? Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Мы не имели бы в изобилии дешевую электроэнергию и были бы лишены скоростного транспорта.

В связи с этим весьма важной стала проблема охраны природы. Для охраны окружающей среды необходимо обеспечить:

1. эффективную очистку выбрасываемых в атмосферу отработанных газов;

2. использование качественного топлива, создание условий для более полного его сгорания;

3. повышение КПД тепловых двигателей за счет уменьшения потерь на трение и полного сгорания топлива и др.

4. использование альтернативных источников энергии (солнечные батареи и обогреватели)

5. использование альтернативных средств транспорта (электромобили, велосипеды и др.).

Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды - использование в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца.

Перспективными являются разработки автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяются газовые приборы. Доклад Козловой О.

Перспективными с точки зрения экологии являются электромобили, в которых вместо бензиновых двигателей используется электродвигатель. Доклад Макаровой В.

Представим себе, что в следующем году все мы пересядем на электромобили. Выполнимо ли это? Нет! Где мы их возьмём? Ведь надо создать целую отрасль промышленности! Кроме того, если все автомобили перевести на электротягу, на всей планете не хватит электричества для зарядки аккумуляторов. Значит надо строить новые электростанции. Ведь сегодня большую часть энергии, до 80%, вырабатывают ТЭС, сжигающие уголь, мазут и выбрасывающие в атмосферу немало вредных веществ, так что «экологически чистый» автомобиль будет отнюдь не таким чистым.

Создание транспортных средств на солнечной энергии связано с меньшим количеством проблем, чем создание электромобиля. Доклад Борисовой А.

Самый первый автомобиль на солнечных батареях был создан в 50-х годах прошлого века. С тех пор и инженеры, и дизайнеры довольно значительно продвинули вперед развитие техники на солнечной энергии.

На сегодняшний день есть разные средства передвижения, которые приводятся в действие за счет энергии, получаемой от солнечных батарей. В частности, созданы автомобили, которые ездят за счет солнечной энергии, есть солнечные автобусы, а также поезда и водный транспорт и даже летательные аппараты, функционирующие на энергии, получаемой от солнца. Специалисты полагают, что солнечный транспорт станет всерьез конкурировать с автомобильным, когда эффективность доступных по цене солнечных элементов составит 40-50%. Пока же их КПД всего 10-12%.

Большие перспективы в развитии транспортных средств связывают с применением линейных электродвигателей в поездах на магнитной или воздушной подвеске. В этом случае решается несколько задач: в качестве двигателя используется линейный асинхронный электродвигатель, роль движителя выполняет бегущее электромагнитное поле, вместо опоры на колеса магнитное поле. Экологичность такого транспорта обусловлена отсутствием вредных выбросов в атмосферу, шума, вибраций. Такой транспорт имеет более высокий КПД, поскольку практически отсутствует механическое трение в двигателе, меньше материалоемкость и энергоемкость. Сооружение такой линии на эстакаде может вернуть сельскому хозяйству значительные земли, занятые под железнодорожное полотно. Трудности в развитии монорельсового транспорта связаны с необходимостью установки тяжелых электромагнитов для обеспечения магнитной подвески и рассеяния энергии из-за тепловых потерь. Открытие высокотемпературной сверхпроводимости вселяет надежду на преодоление этих трудностей.

Наиболее экологическим топливом является водород - для его получения можно использовать обыкновенную воду: 2Н₂О=>2Н₂+О₂. Интерес к водородному топливу объясняется еще тем, что в отличие от других это самый распространённый в природе элемент.
На это указывал еще Жюль Верн в своём романе «Таинственный остров». Водород не ядовит, при сгорании образует только воду - экологически чистое вещество. При сгорании одного моля водорода выделяется тепла в три раза больше, а при сгорании атомарного водорода - в восемь раз больше, чем при сгорании такого же количества бензина. Трудность состоит в промышленной технологии разложения воды. Водород - топливо будущего.

Защита окружающей среды - дело каждого, и каждый может и должен принять в нем посильное участие.

Ведь, по словам писателя С. П. Залыгина, «отношение человека к окружающей среде - это уже и сам человек, его характер, его философия, его душа, его отношение к другим людям».
Человек должен понять, что жизнь на Земле зависит от его отношения к природе, от гармонии между ними.

Поэтому всем вам необходимо задуматься над вопросом: автомобиль - это добро или зло? Решение этой проблемы в первую очередь зависит от нас с вами.

4. Закрепление нового материала

Итак, попробуем ответить на вопросы:

1. Позвольте предложить вам несколько задачек из жизни.

Ситуационные задачи.

1. Вы покупаете автомобиль. Один стоит 300 тыс. рублей, другой, внешне такой же стоит 330 тыс. рублей. Выясняете у продавца - почему такая разница в стоимости. Оказывается, первый продается без каталитического нейтрализатора, второй с каталитическим нейтрализатором. На каком остановите выбор?

2. Вы долго добирались из пыльного города до красивого, чистого уголка. Ваш грязный, пыльный автомобиль ужасно дисгармонирует с тем видом, который перед вами открылся. Вам хочется внести гармонию в природу. Какие возникают желания?

3. Вы - владелец автомобиля. Ваш выбор - автомобиль под окном на газоне, либо через квартал на платной автостоянке?

VI. Подведение итогов урока

VII. Домашнее задание.

§ 75-82, тесты. Подготовить доклад на тему: «Использование энергии Солнца на Земле».

Литература

1. Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. - Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. - C. 165.

2. ru.wikipedia.org/wiki/

5