УРОК № 20/65

8 класс
Урок 46-47
Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания. Превращение
энергии в механических и тепловых процессах.
Изучение нового материала
Сегодня мы будем говорить о тепловых двигателях и двигателях внутреннего
сгорания (или сокращенно – ДВС). Такой двигатель в настоящее время является наиболее
распространенным. Его устанавливают на легковых и грузовых автомобилях, автобусах,
кораблях и судах, тепловозах, сельскохозяйственных машинах. Горючая смесь с таком
двигателе сгорает непосредственно внутри самого цилиндра – отсюда и название.
Различают бензиновый и дизельный двигатели. Оба они относятся к классу ДВС, однако
имеют конструктивные особенности. Первый бензиновый двигатель был создан в XIX
веке немецким механиком Г. Даймлером и нашел применение на первых автомобилях.
Задание классу (по учебнику): По рисунку в учебнике рассмотрите основные части
двигателя. Назовите их. (Цилиндр, поршень, шатун, клапаны, свечка, маховик,
коленчатый вал.)
Теперь ознакомимся с принципом действия такого двигателя. Представим, что у нас под
поршнем внутри цилиндра находится смесь паров бензина и воздуха.
Вопросы классу
* Что произойдет, если эту смесь воспламенить? (Произойдет «взрыв», и газы,
расширяясь, поднимут поршень.)
* За счет какой энергии произойдет подъем поршня? (Внутренняя энергия газа
превратится в механическую энергию поршня.)
Один рабочий цикл двигателя совершается за четыре хода поршня, или, как
говорят, за четыре такта. Такой двигатель называется четырехтактным.
По рисункам и пояснениям в учебнике рассматриваются поочередно такты. В ходе
обсуждения учитель демонстрирует такты на модели.
Вопросы классу
* Где сгорает топливо в двигателе? (Внутри цилиндра двигателя.)
* Что такое мертвые точки? (Это крайние положения поршня в цилиндре.)
* Как попадает топливо внутрь цилиндра?
* Что происходит в двигателе во время I такта?
* Что происходит в двигателе во время II такта? Как называется этот такт?
* Как называется III такт?
* Что происходит во время рабочего хода?
* Как называется IV такт? Что происходит во время этого такта?
* Что происходит при вращении коленчатого вала? (Такты повторяются.)
* Как поршень выходит из положений, называемых мертвыми точками? (Коленчатый вал
вместе с маховиком, получив толчок от поршня во время рабочего хода, продолжает
вращаться по инерции, обеспечивая дальнейшее движение поршня.)
На мопедах, моторных лодках устанавливают одноцилиндровые двигатели, на
мотоциклах – как правило, двухцилиндровые. На автомобилях и тракторах – 4-, 6-, 8- и
12- цилиндровые.
Вопросы классу
* Сравните мощности этих двигателей. (Многоцилиндровые двигатели более мощные.)
* А зачем нужно охлаждать двигатель? Как это происходит? Найдите ответ в учебнике.
(Во время работы двигатель нагревается. Охлаждение бывает воздушным или
жидкостным (водяным).)
Немецкий инженер Рудольф Дизель в 1897 году сконструировал двигатель,
который впоследствии был назван его именем. Идея изобретения – самовоспламенение
топлива от высокой температуры, возникающей при сильном сжатии воздуха или газа в
цилиндре. В конструкции такого двигателя нет электрической свечи. Начало цикла –
всасывание воздуха. Затем воздух сжимается поршнем до 20 атмосфер при помощи
специального пускового мотора. В момент подхода поршня к верхнему положению в
цилиндр через специальное отверстие – форсунку – подается топливо, которое и
самовоспламеняется.
Дизель более экономичен, имеет более высокий КПД. Его устанавливают на
большегрузные автомобили, тепловозы, суда, тракторы. Первой такие двигатели начала
выпускать баварская фирма, известная ныне под названием MAN.
Сам изобретатель, к сожалению, не застал то время, когда его детище нашло
широкое применение. Лишь спустя 10 лет после его трагической гибели, а именно в 1923
году, появились первые автомобили, оснащенные дизелем.
Учитель обращает внимание учащихся на экологические проблемы, которые
возникают в связи с использованием тепловых двигателей.
Копилка занимательных фактов
 Первый автомобиль…
…весил три тонны и ездил на дровах. Появился он во Франции в 1769 году.
Сконструировал «паровую телегу» Никола Кюньо. На носу экипажа располагалась
обычная топка. Поэтому французское слово «шофер» в переводе означает
«кочегар».
 Сколько их?
В мировом торговом флоте 95% судов – дизельные.
 Не только техника…
…интересовала Рудольфа Дизеля. Он является автором книги «Солидариузм», в
которой изложены идеи бесклассового общества.
 Самый первый…
…дизельный двигатель был настоящим «монстром» высотой 3 метра и массой 4,5
тонны. Во время его испытания произошел взрыв. Кусок искореженного металла
навсегда оставил отметину на лице изобретателя.
Домашнее задание
Выучить параграфы 60-62; ответить на вопросы после п. 62.
Работу выполнил:
Учитель ДОШ № 128
Беспятая Л.М.
Тема урока.
Урок 12 (44)
Принцип действия тепловых машин. Тепловые двигатели.
Тип урока:
усвоение новых знаний.
Цель урока:
показать практическое применение явления превращения энергии;
расширить политехнический кругозор учащихся; ознакомить с
вопросами энергетики.
План урока
Этапы
Время
I. Постановка учебной проблемы
5 мин.
Приемы и методы
Беседа
II. Изучение нового материала
25-30 мин.
Рассказ учителя; работа с
учебником; записи на доске и в
тетрадях; демонстрация модели
III. Закрепление нового материала
5-10 мин.
Беседа; работа с учебником
IV. Домашнее задание
1 мин.
Комментарий учителя; записи на
доске и в дневниках
Ход урока
I. Постановка учебной проблемы
Беседа
Развитие современной техники зависит от умения как можно более полно
использовать колоссальные запасы внутренней энергии, содержащейся в топливе. Эту
энергию можно преобразовать в механическую, а значит, совершать за ее счет полезную
работу.
Обратимся к собственному опыту. Вот закипела вода в чайнике, началось
интенсивное парообразование, и крышка на чайнике «заплясала», стала время от времени
подпрыгивать.
Вопросы классу
* Почему так происходит? (Пар, расширяясь, толкает крышку.)
* Какое превращение энергии происходит при этом? (Внутренняя энергия пара
превращается в механическую энергию.)
* А что произошло бы, если бы какой-нибудь чудак наглухо закрыл крышку и носик
чайника? (Разорвало бы чайник!)
Пар-силач разорвал бы его на куски! Потому нельзя нагревать баллоны даже с
негорючими газами.
II. Изучение нового материала
Рассказ учителя
Люди давно узнали о могучей силе пара и задумались о том, как ее использовать,
то есть возникли идеи преобразовать внутреннюю энергию тела в механическую.
Устройство, которое занимается таким преобразованием, называется тепловым
двигателем. Учащиеся под диктовку учителя записывают определение теплового
двигателя.
Один из первых изобретателей паровых двигателей – русский механик Иван
Ползунов, который в 1766 году построил свою машину почти целиком из дерева, так как
железо в те времена было очень дорого. Из железа был сделан только котел, в котором
кипела вода, и два цилиндра, в которые пар впускался из котла по очереди. Пар, заполняя
цилиндр, толкал поршень вверх. Так и ходили поршни по очереди: один – вверх, другой –
вниз. (Учитель предлагает ознакомиться с принципом действия теплового двигателя по
таблице или по рисункам в учебнике.) Движения поршней передавались мехам, которые
качали воздух в большую печь для плавки металла. Перед самым пуском своей машины
Ползунов умер. Он уже не увидел, как в мае 1766 года ее запустили, и она работала
несколько месяцев, как она постепенно разладилась, а починить было некому. Ведь
никто, кроме изобретателя, не понимал, как и почему она работает, поэтому машину
разобрали и выбросили. А через 18 лет после смерти Ползунова английскому механику
Джеймсу Уатту удалось построить очень хорошую по тем временам машину. Уатт,
работая механиком при университете в г. Глазго, все время усовершенствовал свое
детище. Машины Уатта стали выпускать сотнями. Они двигали станки, откачивали воду
из шахт, вертели жернова мельниц.
Так, в 1803 году в Англии инженер Ричард Тревитик построил первый паровоз, а
в 1807 году американец Роберт Фултон построил свой знаменитый пароход «Клермонт»,
который совершал регулярные рейсы по реке Гудзон, развивая мощность 4 л. С. (для
сравнения: современный подвесной мотор лодки дает минимальную мощность 10 л. с.).
Однако уже то, что даже при встречном ветре пароход шел уверенно вперед, было
удивительно!
Но паровая машине неудобна, тяжела, прожорлива. И на смену ей пришли другие
двигатели. Схема на доске:
Тепловые двигатели
Внешнего сгорания
(сгорания топлива вне цилиндра)
Внутреннего сгорании (ДВС)
(сгорание топлива внутри
цилиндра)
паровые и газовые
турбины
бензиновые и дизельные
двигатели
Учитель демонстрирует модель паровой или газовой турбины, поясняя принцип ее
действия.
Работа с учебником
Учащиеся знакомятся также со схемой, приведенной в учебнике (стр. 198 рис.
154). Учитель называет основные части турбины: вал, диск, лопатки, сопла. Пар,
нагретый до высокой температуры, вырываясь из сопел и оказывая давление на лопатки,
приводит диск турбины во вращательное движение. В газовых турбинах пара используют
продукты сгорания газа. Применяют турбины на тепловых электростанциях и кораблях.
III. Закрепление нового материала
Для закрепления материала учащимся предлагаются следующие вопросы.
Вопросы классу
* Приведите примеры превращения внутренней энергии пара (газа) в механическую.
* Какой двигатель называют тепловым?
* Какие виды тепловых двигателей вам известны?
* Какие преобразования энергии происходят в них?
* Из каких частей состоит паровая турбина и как она работает?
IV. Домашнее задание
Выучить п. 60-62; решить упр. 35 №1.
Дополнительное задание. Зарисовать в тетрадь схему устройства паровой турбины,
подписать все составные части.
Творческое задание. Сконструировать и продемонстрировать модель простейшей
турбины.
Копилка занимательных фактов
 Самой первой…
…была машина, придуманная во II веке до н.э. греком Героном из Александрии.
Это был металлический шар, который мог вращаться вокруг горизонтальной оси.
В резервуар шара наливалась вода, а когда она закипала, то пар, выходя из
специальных трубок-паропроводов, приводил шар во вращение. По сути, это была
первая турбина. Названа была эта забавная игрушка (иного применения она не
нашла) эолипилом в честь бога ветра Эола.
 Чего не сделаешь ради любимого дела!
Чтобы быть в курсе всех технических новинок своего времени, Джеймс Уатт
специально выучил немецкий и французский языки..
 Наполеон Бонапарт плохо разбирался в физике
Роберт Фултон, изобретатель парохода, в поисках средств для постройки своего
детища обратился за помощью к императору Наполеону Бонапарту. Наполеон
выгнал Фултона из кабинета с негодующими криками: «Он убеждает меня, что
можно двигать суда при помощи кипятка!»
 Комфорт прошлых времен
Первый теплоход имел три каюты, буфет, кладовую с припасами. Среди правил,
установленных для пассажиров, были и такие, которые запрещали (под угрозой
штрафа) джентльменам ложиться в сапогах в кровать или сидеть на столах.
 Зубчатые колеса?
Первые рельсы на железнодорожном полотне делали из чугуна. Чугунные рельсы
очень часто лопались, но сталь в XIX веке была слишком дорога.
Кстати, были немалые сомнения по поводу того, что колеса вагонов вообще
смогут скользить по рельсам, поэтому появились зубчатые рельсы и даже
зубчатые колеса!
 Только цифры
КПД некоторых тепловых двигателей и механизмов
Дизельный двигатель внутреннего сгорания
Бензиновый двигатель внутреннего сгорания
Тепловоз
- не более 40%
- до 35%
- 28%
Паровая турбина
Реактивный двигатель
Паровая поршневая машина
Паровоз
- 25 - 40%
- 25 - 30%
- до 15%
- 9%