Профессиональное обучение физики как средство формирования ценностно-смысловой компетенции

План конспект урока физики в 10 классе
(физико-математический профиль)
на тему: «Научные основы действия тепловых поршневых двигателей» (2 часа)


Цель урока:
Обобщить знания о ДВС, совершенствовать умения объяснять явления происходящие в ДВС. Раскрыть особенные и общие черты принципа действия ДВС. Продолжить формирование умений наблюдать, обобщать, систематизировать изученное, поддержать интерес к физике путём отбора содержания физики и разнообразия видов деятельности, перейти к пониманию роли физики в решении технико-экономических и экологических проблем различных областей народного хозяйства, развивать творчество учащихся.


План урока:
I часть
1. Раскрыть взаимосвязь понятий термодинамики.
2. Решение задач
3. Интервью: контроль знаний учащихся: учитель-ученик .
II часть
1.Закрепление материала.
2. Выводы.
3. Предложения учащихся. Защита творческих работ.


Оборудование:
Презентация, тепловые двигатели, таблицы о работе ДВС по тактам и о рабочих циклов карбюраторного и дизельного двигателей, фотографии различных двигателей и транспортных средств, где они используются, модель ДВС.
Ход урока
1. Организационный момент
2. Сообщить тему урока, цель, план урока.
3. Предложить учащимся повторить изученный материал учебника
4. У доски решить домашнюю задачу:
4.1. Рымкевич А.П.№675
4.2. Экспериментальную задачу: Предложить спички, весы, разновес, секундомер. Определить среднюю мощность пламени горящей спички.
4.3. Двум учащимся предложить подумать над качественными задачами:
4.3.1. Пробирку с водой нагревают в пламени спиртовки. Когда вода закипит, пробирку закрывают пробкой, через которую пропущена стеклянная трубка с резиновой грушей на конце. Если грушу сжать, кипение прекращается, если отпустить - вода закипит снова. Как объясняется это явление?
4.3.2. Почему лёд, находящийся на дне сосуда в воде, не растает, если поджечь эфир находящийся на поверхности воды?
5. С классом провести фронтальный опрос на тему «Термодинамика» и выполнить следующее задание:
Перед вами находится самодельная дей­ствующая модель теплового двигателя. Назовите его основные части. Каков принцип его действия? Для чего нужен холодильник?


Оборудование: U-обратная трубка от прибора «сообщающиеся сосуды»; теплоприемник; чашка со смесью воды и снега, электрическая плитка, плавок из пробки.
Ответ: электрическая плитка - нагреватель, воздух в теплоприемнике и под пробкой - рабочее тело, тающий лед - холодильник. Теплоприемник подносят к нагретой плитке, воздух расширяется, давит на воду, и поплавок поднимается вместе со столбом воды. Когда теплоприемник подносят к тающему льду, воздух охлаждается и сжимается, поплавок опускается.

6. Заслушать ответы учащихся, решивших экспериментальные задачи.

7. Подвести итог первой части урока.


Слова учителя:
А сейчас мы рассмотрим работу поршневых тепловых двигателей с научной точки зрения. Урок продолжим в форме интервью. Предположим, год назад наша строительное объединение 10 Б класса г. Нижневартовска сдало в эксплуатацию в нашем городе завод по производству ДВС и дизелей, я приехала взять интервью у администрации данного завода. Знакомимся, (учитель называет фамилии учащихся): Историк: Валевич Н.Ф. Главный инженер: Свирин А.Д. Заместитель главного инженера: Калитенко Р.А. Конструтор: Силаева Н.Ф. Химик-технолог: Хабибуллина Ю.А. Эколог: ЖуроваО.В. Мер города: Федосеев В.Р. Главный механик автохозяйства: Солнышкин Д.А. Директор завода: Кидрячева С.В. Остальные учащиеся – журналисты, получившие задания после окончания конференции написать статью:

I ряд: Журнал «Наука и жизнь»

- какие преимущества получает человек, используя тепловые двигатели?
II ряд: «За рулём»
- каким вы представляете автомобиль будущего?
III ряд: «Аргументы и факты»
- наш автомобильный завод: перспективы развития.
Итак, начинаем работу:


Газету, которую я представляю интересует принцип работы поршневых тепловых двигателей и перспективы вашего завода. Но в начале я хотела бы взять интервью у историка. Госпожа Валевич Н.Ф., не могли бы Вы дать маленькую историческую справку, где и когда появились первые автомобили с двигателями внутреннего сгорания.
Историк:
ДВС изобретён сравнительно недавно. В 1860 году был построен французом Этьенном Ленуаром. Вскоре ещё 1416 изобретений претендовали на патент, однако его выдали почти одновременно в 1885 немецким механикам Гатлибу Даймлеру и Карлу Бенцу, которые изобрели бензиновые ДВС, они то и стали, применятся в первых автомобилях. Интересно, что при жизни изобретатели так и не познакомились, хотя жили друг от друга не далеко, работали над одной проблемой. В нашем музее есть фотографии этих изобретений. А вот и их первые автомобили (демонстрирует фото, см. презентацию.)
Госпожа Валевич Н.Ф., а кто в России сконструировал первый тепловой двигатель? Известно ли это?
Да. В России проект бензинового двигателя появился в 1879 г. Создал его капитан морского флота О.С. Костевич, его КПД 20%.
Благодарю вас. Мне хотелось бы теперь, взять интервью у главного инженера завода, господина Свирина Александра Дмитриевича. Не могли бы вы, объяснить принцип работы ДВС, выпускаемого на вашем заводе.


Главный инженер:
Мы производим четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания. Один рабочий цикл двигателя включает в себя четыре хода поршня, или, как говорят, четыре такта. (По самодельной таблице – рис. 1 – поясняет суть каждого такта.)
Рис. 1

У нас есть фильм, который поможет вам лучше представить работу нашего двигателя (просмотр фильма, инженер комментирует кадры). Рабочий цикл можно представить в виде диаграммы (поясняет её рис. 2).

Рис. 2 Рис.3
Благодарю вас, господин главный инженер. Всё стало понятно, особенно мне помогла диаграмма. Сейчас в мире проблемы с топливом его надо экономить. Как решается эта проблема для вашего завода?
Экономичность ДВС зависит от степени рабочей смеси в цилиндре перед её воспламенением, чем выше сжатие, тем больше КПД. Однако в карбюраторном ДВС горючую смесь можно сжимать только до определённого предела. Так как сжатие сопровождается сильным нагреванием до 380-400С, при такой температуре нефть, керосин и бензин легко воспламеняется: происходит взрыв который нарушает работу двигателя и даже может вывести его из строя.
Благодарю вас. Позвольте мне задать несколько вопросов заместителю главного инженера господину Калитенко Роману Андреевичу. Не ведёте ли вы работу по созданию бездетанационарного двигателя?
Заместитель главного инженера:
Нет, не ведём. Такие двигатели уже созданы, их осуществил немецкий инженер Рудольф Дизель в 1897 году. В дизели сжатию до 1,5 * 10⁶ - 3,5*10⁶ Па подвергается не горючая смесь, а воздух, причём его температура поднимается до 500-700 С, т.е. до значений достаточного для самовоспламенения любого жидкого горючего: нефть, мазут и т.д. Поэтому в дизели нет спец. приспособлений для зажигания горючей смеси — запальной свечи источника тока и др.
А что можно сказать о КПД дизеля?
Так как рабочее тело (воздух) в цилиндре дизеля сжимается до более высокого давления, чем в ДВС, то и КПД дизеля оказывается выше.
А рабочий цикл четырёхтактного дизеля такой лее, как и у ДВС?
Не совсем. У него есть своя особенность. Сейчас их объясню. Позвольте это сделать мне с помощью диаграммы (поясняет диаграмму рис. 3). Вам ясно?
И да, и нет. Я поняла, что у ДВС и у дизеля четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход, выхлоп. А диаграммы у них разные. Отчего? Что даёт это отличие?
Позвольте мне сказать пару слов. У всех типов четырёхтактных двигателей название тактов одинаковые, но происходящие физические процессы разные. Обратите внимание на процесс увеличения давления: у ДВС он идет в два этапа: адиабата ВС и изохора СД, а у дизеля - в один этап, давление более резко возрастает по изотерме ВС. И процессы расширения тоже разные: у ДВС он осуществляется только по адиабате ДЕ, а у дизеля в два приёма - по изобаре СД и изотерме ДЕ. В результате давление в цилиндре дизеля почти на порядок выше, чем у ДВС ( у дизеля 3,5* 10⁶- 4* 10⁶ Па, у ДВС -3,5 * 10⁵-9*10⁵ Па).
Благодарю вас. Разрешите мне задать конструктору КБ господину Силаевой Н.Ф.: от чего зависит мощность двигателя внутреннего сгорания?
Конструктор КБ
Я работаю недавно на заводе, но постараюсь ответить. Мощность двигателя определяется по
формуле: рVn