Круговые процессы и их КПД. Цикл Карно

Раздел долгосрочного плана:

Раздел 10.1С – Тепловая физика -термодинамика

Школа:

Дата: _______________________

ФИО учителя:

Класс: 10 ____

Количество присутствующих: ______

отсутствующих: ____

Тема урока

Круговые процессы и их КПД. Цикл Карно.

Цели обучения, которые достигаются на данном уроке (ссылка на учебную программу)

10.3.3.3 - описывать цикл Карно для идеального теплового двигателя;

10.3.3.4 - применять формулу КПД теплового двигателя при решении задач.

Цели урока

- описывать принцип работы теплового двигателя;

- описывать цикл Карно для идеального теплового двигателя;

- применять формулу КПД теплового двигателя при решении задач.

Критерии оценивания

-        называет основные части тепловой машины;

-        описывает поэтапно принцип действия работы теплового двигателя;

-        описывать цикл Карно для идеального теплового двигателя

-        знает формулы для определения КПД;

-        умеет их применять при решении задач.

Языковые цели

Лексика и терминология, специфичная для предмета:

тепловой двигатель, теплоэлектростанция, КПД, эффективный, не эффективный

Серия полезных фраз для диалога/письма:

Тепловые двигатели - это……

КПД – это  ….

Энергия переносится в результате...

Тепловой двигатель не эффективный, потому что...

Привитие ценностей

Гуманность

В течение всего урока прививать открытость, сотрудничество, уважение, толерантность в отношениях с одноклассниками

Привитие ценностей осуществляется посредством/через обсуждение ключевых моментов темы в группах.

Межпредметные связи

Связь с математикой: работа с формулами, стандартный вид чисел, физические величины и их единицы измерения.

Ключевые навыки

Критическое мышление через создание проблемной ситуации

Предварительные знания

Внутренняя энергия, способы изменения внутренней энергии, Первый закон термодинамики.

Ход урока

Запланированные этапы урока

Запланированная деятельность на уроке

Ресурсы

Начало урока 10 мин.

Мы с вами знаем, что человечество в практической деятельности для выполнения работы использует различные машины.

Предлагаем учащимся 1 задание по презентации.

(I/G) Задание 1. Сопоставить текст и техническое устройство.

Сначала учащиеся работают индивидуально, затем в парах, потом общеклассная проверка. При общеклассной проверке постоянно уточнять у детей по каким признакам они сопоставили текст и рисунок.

Обсуждение темы урока: Круговые процессы и их КПД. Цикл Карно.

Цели обучения:

- описывать принцип работы теплового двигателя;

- определение КПД теплового двигателя;

- объяснять смысл первого и второго законов термодинамики.

Инструктивная карта.

Презентация

Середина урока

20 мин.

Учитель предлагает обсудить передачу энергии, возникающую в процессе его работы на примере простого парового двигателя. Побуждает учащихся изобразить схему потока энергии, а затем подводит их к простому варианту, в котором тепло берется от источников тепла (сгорание топлива), а полезная мощность и тепло являются выходами.

Если учащиеся знакомы с диаграммой Сэнки (принцип работы теплового двигателя), то их можно использовать для обсуждения основных передач энергии в различные типы тепловых двигателей, например, паровой двигатель, тепловые электростанции и двигатель внутреннего сгорания

Переходим к рассмотрению принципа действия тепловой машины.

(T) ТЕПЛОВАЯ МАШИНА, устройство, в котором осуществляется преобразование теплоты в работу (тепловой двигатель) или наоборот - работы в теплоту (холодильник). В основе действия тепловой машины лежит термодинамический цикл, совершаемый рабочим телом (газом, водяным паром и др.).

1.                  Рассмотрим термодинамические циклы.

Обратимый и необратимый цикл.

Показать полезную работу как площадь фигуры.

2.                 

3.                  Принцип действия теплового двигателя.

Вводим формулы для расчета КПД

Учитель просит учащихся записать уравнения для расчета КПД (h) теплового двигателя и решить разноуровневые задачи на применение данных формул.

(T) Для идеальной тепловой машины рабочее тело совершает работу, равную разности количества подведенной и отведенной теплоты. Эффективность тепловой машины характеризуется коэффициентом полезного действия.

Коэффициентом полезного действия называют отношение полезной работы, совершаемой тепловым двигателем, к тому количеству тепла, которое передано холодильнику.

Предоставьте учащимся примеры тепловых двигателей: двигатель внутреннего сгорания, тепловая электростанция, паровой двигатель и т.д. Попросите учащихся исследовать практическую эффективность этих преобразователей и предложите обсудить причины «потери» энергии.

(G) Задание 2. Обсудите следующие на вопросы в парах

1.      Исследуйте практическую эффективность преобразователей, предложенных на картинках и предложите обсудить причины «потери» энергии.

2.      Перечислите отрицательные последствия использования тепловых двигателей

3.       Предложите свои решения проблемы.

Студенты, вероятно, предложат ряд разумных источников неэффективности - работа против трения и т.д., - но учителю нужно ввести фундаментальное термодинамическое ограничение на КПД теплового двигателя.

Учитель вводит ограничение КПД, в такой форме:

(T) «Невозможно создать тепловой двигатель, который может извлекать полезную работу от тепловой энергии с КПД равным 100% и больше 100%»

4.                  Рассмотрение идеального цикла Сади Карно.

(G) Задание 3. Просмотрите видеоролик: https://www.youtube.com/watch?v=GTPKShjBqmg

1.      Как называется цикл, описанный в видеоролике?

2.      Из каких процессов состоит цикл?

3.      Почему двигатель, работающий по данному циклу называют идеальным?

4.      Чему равен КПД данного двигателя?

Совместное обсуждение идеального цикла Сади Карно на слайде

(I) Задание 4.

Решите задачи самостоятельно и к каждой составьте диаграмму Сенки.

Уровень А

1. Тепловая машина за цикл получает от нагревателя количество теплоты 100 Дж и отдаёт холодильнику 60 Дж. КПД машины равен…

A.    67 %

B.     60 %

C.     40 %

D.    25 %

E.     15 %

2. КПД теплового двигателя 30%. Рабочее тело получило от нагревателя 5 кДж теплоты. Чему равна работа, совершенная рабочим телом?

A.    150 000 Дж

B.     1 500 Дж

C.     150 Дж

D.    ≈ 67 Дж

E.     0,15 Дж

3. КПД идеальной тепловой машины, с температурой нагревателя 327  ⁰С и температурой холодильника 127 ⁰С       

A.    100 %

B.     61 %

C.     33 %

D.    50 %

E.     40 %

4. Каково значение КПД идеальной тепловой машины, использующий нагреватель с температурой 427 ⁰С и холодильник с температурой 27 ⁰С?

A.    70 %

B.     43 %

C.     94 %

D.    6 %

E.     57 %

Уровень В

1.      Температура нагревателя идеальной тепловой машины 117 ⁰С, а холодильника 27⁰С. Количество теплоты, получаемое машиной от нагревателя за 1 с равно 60 кДж. Вычислите КПД машины, количество теплоты, отдаваемое холодильнику за 1 с, постройте диаграмму Сенки.

2.      Температура нагревателя 227⁰С. Определите КПД идеального двигателя и температуру холодильника, если за счет каждого килоджоуля теплоты, полученного от нагревателя двигатель, совершает механическую работу 350 Дж.

3.      В идеальном тепловом двигателе абсолютная температура нагревателя в 3 раза выше, чем температура холодильника. Определите КПД двигателя.

После решения проводится проверка и обсуждение решений в парах и совместное обсуждение и проверка с учителем

Презентация

Презентация

Презентация

Презентация

Презентация

Инструктивная карта.

Презентация

https://www.youtube.com/watch?v=GTPKShjBqmg

Инструктивная карта.

Инструктивная карта.

Конец урока

4 мин

Рефлексия по оценки уровня усвоения учащимися темы.

«What is your level?»

Дифференциация – каким образом Вы планируете оказать больше поддержки? Какие задачи Вы планируете поставить перед более способными учащимися?

Оценивание – как Вы планируете проверить уровень усвоения материала учащимися?

Здоровье и соблюдение техники безопасности

Поддержку планирую осуществить через общеклассное обсуждение результатов работы с текстом Интернет- источниками, предложенные вопросы к тексту, индивидуальное консультирование.

Общение в парах, индивидуальные консультации

Создание благоприятной психологической атмосферы, соответствие заданий уровню подготовленности учащихся, смену видов деятельности, консультирование.

Какие задачи Вы планируете поставить перед более способными учащимися?

Оказание консультационной помощи учащимся, испытывающим затруднения

Учащиеся будут:

Большинство учащихся будут:

Некоторые учащиеся будут:

-        называть основные части тепловой машины;

-        описывать поэтапно принцип действия работы теплового двигателя;

-        описывать цикл Карно для идеального теплового двигателя

-        уметь применять формулы для определения КПД при решении задач.

Обсуждает эффективность различных тепловых двигателей, называет причины «потери» энергии и предлагает пути снижения потерь.

Рефлексия по уроку

Используйте данный раздел для размышлений об уроке. Ответьте на самые важные вопросы о Вашем уроке из левой колонки.

Были ли цели урока/цели обучения реалистичными?

Все ли учащиеся достигли ЦО?

Если нет, то почему?

Правильно ли проведена дифференциация на уроке?

Выдержаны ли были временные этапы урока?

Какие отступления были от плана урока и почему?

Общая оценка

Какие два аспекта урока прошли хорошо (подумайте, как о преподавании, так и об обучении)?

1:

2:

Что могло бы способствовать улучшению урока (подумайте, как о преподавании, так и об обучении)?

1:

2:

Что я выявил(а) за время урока о классе или достижениях/трудностях отдельных учеников, на что необходимо обратить внимание на последующих уроках?