РАЙОННИЙ МЕТОДИЧНИЙ КАБІНЕТ

КОМУНАЛЬНОЇ УСТАНОВИ

«ВЕЛИКОЛЕПЕТИСЬКИЙ РАЙОННИЙ ЦЕНТР ПО ОБСЛУГОВУВАННЮ ЗАКЛАДІВ ОСВІТИ»

КЗ «ВЕЛИКОЛЕПЕТИСЬКИЙ ОПОРНИЙ ЗАКЛАД ЗСО I-III СТУПЕНІВ»

ВЕЛИКОЛЕПЕТИСЬКОЇ РАЙОННОЇ РАДИ

ВЕЛИКОЛЕПЕТИСЬКОГО РАЙОНУ
ХЕРСОНСЬКОЇ ОБЛАСТІ

 

 

Інтеграційний підхід до навчання фізики

як елемент

STEM – освіти

(збірка уроків та занять)

 

 

 

 

2020 рік

 

Автор-укладач: Тичківська Т. М. - вчитель фізики та природознавства, спеціаліст вищої кваліфікаційної категорії, вчитель-методист КЗ «Великолепетиський опорний заклад загальної середньої освіти І-ІІІ ступенів».

 

 

Рецензенти: Химняк Т. П.. учитель фізики , спеціаліст вищої кваліфікаційної категорії, вчитель-методист КЗ «Рубанівський опорний заклад загальної середньої освіти І-ІІІ ступенів».

 

 

Відповідальний за випуск: Зелінка Л. М., методист районного методичного кабінету комунальної установи «Великолепетиський районний центр по обслуговуванню закладів освіти».

 

У збірку війшли уроки й заняття з фізики та природознавства з використанням інноваційних технологій як одиного із елементів STEM- освіти.

Рекомендовано для творчого  використання вчителями фізики та природознавства, керівниками гуртків навчальних закладів району.

 

Розглянуто і схвалено навчально- методичною радою районного методичного кабінету КЗ «Великолепетиський районний центр по обслуговуванню закладів освіти»   2020 рік

 

 

 

 

Зміст

Вступ	4
З досвіду роботи
Урок з елементами технології перевернутого навчання «Вільне падіння. Прискорення вільного падіння». 10 клас	6
Бінарний урок  з елементами  STEM-освіти.  «Побудова інформаційної моделі коливань пружинного маятника».  10 клас	13
Урок за технологією проєкт ного навчання. «Теплові двигуни та охорона природи». 10 клас	24
Урок за технологією проектного навчання. «Використання енергії у нашому домі». 8 клас	57
Заняття фізичного гуртка «Сніданок за законами фізики». 5,10 класи	73
Заняття з фізики та трудового навчання. «Космічна мандрівка». Вихованці ЗДО «Берізка», учні 10 класу	82
Список використаних джерел	88

 

 

 

 

 

Вступ

Реалізація компетентнісного підходу в освіті та формування ключових компетентностей, тобто готовності учнів використати набуті знання, навчальні вміння і навички, а також засоби діяльності в житті для виконання практичних і теоретичних завдань, є основною складовою в концепції модернізації освіти. Виокремлення в навчальних програмах наскрізних ліній ключових компетентностей спрямоване на формування в учнів здатності застосовувати знання і вміння у реальних життєвих ситуаціях.

Одним з актуальних напрямів модернізації та інноваційного розвитку природничого профіля освіти виступає STEM-орієнтований підхід до навчання, який сприяє популяризації інженерно-технологічних професій серед молоді, їх здатності і готовності до розв’язання комплексних задач, розвитку критичного мислення, формування стійкої мотивації у вивченні дисциплін, на яких ґрунтується STEM-освіта, що стало актуальним у виборі теми збірки. Крім того, працюючи п’ять років над проблемою «Технологія проблемного навчання як засіб активної навчально – пізнавальної діяльності учнів з використанням STEM - освіти», дійшла висновку, що урок фізики без сучасних досягнень науки і техніки неможливий.

Основне завдання сучасної освіти полягає в організації та підтримці цілеспрямованої пізнавальної діяльності учнів, формування умінь та навичок здійснювати наукові дослідження через  проєктну діяльность.

Формування в учнів загальних методів та алгоритмів розв’язування задач та проблемних завдань; евристичних прийомів пошуку розв’язку проблем з обраної теми, теоретичне обґрунтування розкриття особливостей використання, створення системи навчання на основі компетентнісного підходу, яка орієнтована на самореалізацію особистості здобувача освіти.

Сучасна фізика виступає  теоретичною основою техніки і технологій тож в  освітньому просторі особливої уваги набуває проблема формування самостійної діяльності здобувачів освіти, спроможності отримувати, аналізувати інформацію та приймати оптимальні рішення, вміння навчатися упродовж життя.

У збірку ввійшли уроки й заняття з фізики та природознавства з використанням інноваційних технологій як одного із елементів STEM- освіти, що сприяє формуванню таких ключових компетентностей: спілкування державною мовою, екологічна грамотність і здорове життя, соціальна та громадянська , ініціативність і підприємливість, інформаційно-цифрова.

 

Урок з елементами технології  перевернутого навчання

Тема. Вільне падіння. Прискорення вільного падіння. 10 клас

 

Мета: закріпити з  учнями уявлення про вільне падіння і рух тіла, кинутого вертикально вгору, як частковий випадок рівноприскореного руху при виконанні практичних завдань; розвивати критичне мислення та просторову уяву учнів, дослідницькі і творчі навички; виховувати почуття відповідальності, співпраці при самостійному опрацюванні навчального матеріалу.

Очікувані результати:

Знаннєвий компонент: учні називаютьпринцип відносності механічного руху, прискорення; розуміють закони, які описують рух тіла, що рухається з прискоренням; розрізняють прямолінійний і криволінійний рухи.

Діяльнісний компонент: формування в учнівозначення рівноприскореного руху; учні можуть описати явище вільного падіння; характеризують роль фізики у житті людини.

Ціннісний компонент:  спостерігають та аналізують рух тіла яке вільно падає; розв’язують задачі застосовуючи кінематичні рівняння руху.

Основні терміни до теми: трубка Ньютона, стробоскопічні фотографії, Пізанська вежа, CapitalGatetower.

Реалізуються наскрізні лінії:

Екологічна безпека та сталий розвиток: учні аналізують наслідки впливу прискорення вільного падіння на конструкторські розробки.

Здоров’я та безпека: оцінюють переваги впливу прискорення вільного падіння на стан людини.

Громадянська відповідальність: учні дискутують щодо перспектив покращення інфраструктури житлових комплексів, при побудові яких враховують закони вільного падіння тіл.

Формування компетентностей: спілкування державною мовою, інформаційно – цифрова, громадянська, загальнокультурна.

Тип уроку: Перевернутий урок  вивчення нового матеріалу.

Обладнання : Трубка Ньютона, м’ячик, інформаційна картка, таблиця на А-2, стробоскопічні фотографії, листки чистого паперу А-4.

Пам’ятка підготовки до уроку

Робота вдома

Учні отримуютьдомашнє завдання,  яке представлене учителем.

Учитель готує для учнів матеріал для самостійного опрацювання.

Робота на уроці

Учні: працюють з додатковою літературою, обговорюють в групах питання і створюють завдання для членів групи опонентів; отримують установку на урок.

Учитель:інструктує, організовує роботу  учнів;працює індивідуально, допомагає, відповідає на запитання учнів;доповнює, уточнює, коментує, здійснює обернений зв'язок

Структура уроку

1.                Он-лайн навчання (online collaborativ learning).

Завдання 1. Ознайомитися з теоретичним матеріалом з теми : «Вільне падіння. Прискорення вільного падіння.»

Посилання:

1.               Підручник з фізики за редакцією Бар’яхтара 10 клас, параграф 7.
2.               Переглянути і опрацювати відеоматеріал з теми «Вільне падіння. Прискорення вільного падіння.»

(https://www.youtube.com/watch?v=4K6Zkf6l96o.)

Завдання 2. Скласти ментальну карту до відеоролика ( параграфа) у робочому зошиті.

Завдання 3. Бути готовими дати відповіді на запитання:

•                   Яку взаємодію називають гравітаційною?
•                   Сформулюйте закон всесвітнього тяжіння.
•                   Фізичний зміст гравітаційної сталої.
•                   Від яких чинників залежить прискорення вільного падіння?

3.               Завдання 4. Групам підготувати міні – проекти  про Пізанську вежу та CapitalGatetower.

2.             Очне навчання(self – study learning)

1.               Організаційний момент
2.               Мотивація

3. Актуалізація опорних знань.  Вправа «Закінчи речення»

1.               Рівноприскорений рух - це…
2.               Прискорення - це..
3.               Переміщення при рівноприскореному русі визначається за формулою…
4.               Швидкість при рівноприскореному русі визначається за формулою…
5.               Прискорення визначається за формулою…
6.               Одиниці вимірювання переміщення…
7.               Одиниці вимірювання прискорення…
8.               Одиниці вимірювання швидкості…
9.               Сила тяжіння це…
10.          Гравітаційна взаємодія це…
11.          Фізичний зміст гравітаційної сталої…
12.          Прискорення вільного падіння залежить від…

3.               Опрацювання самостійно вивченого матеріалу

Дослідницько-практична робота в групах

1.               Етап роботи. (Дослідницько-практичний, диференційований)

Завдання для I групи.   Дослідити одночасне падіння з однакової висоти

• двох аркушів однакової площі;
• двох аркушів різної площі;
• рух сув'язі двох тіл.

Пропонується 4 твердження. Довести їх або спростувати .

Твердження 1.  Якщо легке тіло завжди падає повільніше, ніж важке, воно має «пригальмовувати» падіння важкого тіла;

Твердження 2.  Два легких тіла мають падати повільніше, ніж одне важке тіло;

Твердження 3.  Водночас сув'язь можна вважати одним тілом, ще більш важким;

Твердження 4.  Сув'язь має падати швидше, ніж одне важке тіло

Завдання для II групи. Визначити прискорення вільного падіння за допомогою математичного маятника. Дослідити його залежність від довжини нитки.

 ( Групи роблять висновки своїх досліджень)

2.               Етап роботи

Теоретично-практичний

I група. Довести, що вільне падіння – це рівноприскорений рух під дією сили тяжіння без інших сторонніх впливів на них  (демонстрація трубки Ньютона)

II група. Довести, що вільне падіння є рівноприскореним рухом.(стробоскопічні фотографії)

3.               Робота з інформаційною карткою

Групам з’ясувати,  які чинники впливають на прискорення вільного падіння. Знайти найбільші і найменші значення прискорення вільного падіння.

I група. На планетах Сонячної системи. II група. Для деяких міст України.

4.               Захист STEAM -проектів

I група. Місто Піза. Пізанська вежа.

II група. Місто Абу-Дабі.CapitalGatetower.

Учитель: Уявимо себе Галілеями  21 століття. Порівняємо дві вежі - CapitalGate і Пізанську вежу.

	Пізанська вежа	Capital Gate
кількість поверхів	15	35
Висота	54,5 м	160 м
кут нахилу	3.97	18

 

Завдання групам (І група - Пізанська вежа, ІІ група –CapitalGate)

1. Знайти час вільного падіння м’яча з вежі.

2. З якою швидкістю  м’яч впаде з вежі на землю?

5. Практичний. Розв’язування якісних задач

I група

1. Три тіла кинуті так: перше — вниз без початкової швидкості, друге — вниз із початковою швидкістю, третє — вгору. Що можна сказати про прискорення цих тіл? Опір повітря не враховувати.

2. Важкий предмет підвішений на мотузці до повітряної кулі, що рівномірно підіймається з деякою швидкістю. Яким буде рух предмета, якщо мотузку перерізати? Опором повітря знехтувати.

II група

1. Чи зміниться прискорення вільно падаючого тіла, якщо йому надати початкової швидкості?

2. Два тіла одночасно починають падати з двох точок, розташованих на одній вертикалі. Доведіть, що відстань між ними під час вільного падіння залишається незмінною.

6. Рефлексія

Учитель. Дайте відповіді на такі питання:

- що ви з вивченого матеріалу дома та опрацьованого на уроці візьмете з собою у валізу?

- що у млин відправите? (осмислю, повторю)

- що викинете на смітник?

7. Домашнє завдання

Підготуватися до самостійної роботи з теми  «ВІЛЬНЕ ПАДІННЯ. ПРИСКОРЕНН ВІЛЬНОГО ПАДІННЯ». Скласти і розв’язати задачумаючи кульку та лінійку.

Додаток 1

Прискорення вільного падіння в містах України

Місто	Географічні координати (за Грінвічем)		Висота над рівнем моря, м	Прискорення вільного падіння, м/с2
	Довгота	Широта
Київ	30°30′ сх. д.	50°27′ пн. ш.	179	9.81054
Вінниця	28°28′ сх. д.	49°14′ пн.ш.	287	9.80912
Дніпропетровськ	34°59′ сх. д.	48°27′ пн. ш.	151	9.80884
Донецьк	37°48′ сх. д.	48°00′ пн. ш.	169	9.80838
Житомир	28°40′ сх. д.	50°15′ пн. ш.	218	9.81025
Запоріжжя	35°10′ сх. д.	47°50′ пн. ш.	112	9.8084
Івано-Франківськ	24°43′ сх. д.	48°55′ пн. ш.	276	9.80888
Кіровоград	32°16′ сх. д.	48°30′ пн. ш.	176	9.80881
Луганськ	39°18′ сх. д.	48°34′ пн. ш.	78	9.80917
Львів	24°00′ сх. д.	49°50′ пн. ш.	325	9.80954
Миколаїв	32°0′ сх. д.	46°58′ пн. ш.	52	9.80781
Одеса	30°44′ сх. д.	46°28′ пн. ш.	54	9.80735
Полтава	34°32′ сх. д.	49°34′ пн. ш.	160	9.80982
Рівне	26°15′ сх. д.	50°37′ пн. ш.	234	9.81053
Суми	34°48′ сх. д.	50°55′ пн. ш.	174	9.81098
Тернопіль	25°36′ сх. д.	49°34′ пн. ш.	320	9.80932
Харків	36°15′ сх. д.	50°00′ пн. ш.;	120	9.81032
Херсон	32°35′ сх. д.	46°38′ пн. ш.	48	9.80752
Хмельницький	27°0′ сх. д.	49°25′ пн. ш.	298	9.80926
Черкаси	32°3′ сх. д.	49°25′ пн. ш.	105	9.80985
Чернівці	25°56′ сх. д.	48°18′ пн. ш.	240	9.80843
Чернігів	31°18′ сх. д.	51°30′ пн. ш.	136	9.81161
Луцьк	25°20′ сх. д.	50°45′ пн. ш.	196	9.81076
Ужгород	22°18′ сх. д.	48°37′ пн. ш.	120	9.80909
Севастополь	33°31′ сх. д.	44°37′ пн. ш.	2	9.80584
Сімферополь	34°06′ сх. д.	44°57′ пн. ш.	205	9.80551

 

Додаток 2

Прискорення вільного падіння на планетах Сонячної системи

На Марсі  g =3,728 м/с²,

Сонці g =274,1 м/с² ,

Меркурії  g =3,703 м/с² ,

Венері g =8,872 м/с² ,

Місяці g =1,625 м/с²,

Юпітері  g =25,9 м/с² , 

Сатурні g =11,19 м/с² ,

Урані g =9,01 м/с² ,

Нептуні g =11,28 м/с².

Додаток 3

Стробоскопічне фото падіння тіла

Бінарний урок з елементами STEM-освіти

Тема. Побудова інформаційної моделі коливань пружинного маятника. 10 клас

Анотація уроку

Даний урок проводиться як узагальнюючий після вивчення тем по фізиці: «Механічні коливання» і по інформатиці: «Прикладні програми навчального призначення». Урок бінарний, у зв'язку з чим наочно представлений зв'язок між двома навчальними предметами: фізикою і інформатикою.

Упродовж всього уроку учні поетапно будують інформаційну модель коливань пружинного маятника.На уроці учні виконують дослідницьку роботу для виявлення залежності між величинами, що характеризують коливальний рух. Робота виконується двома способами: за допомогою лабораторного устаткування і комп'ютерного практикуму в програмі MicrosoftExcel.

Мета уроку: показати вживання інформаційних технологій в практичній діяльності, міжпредметні зв'язки дисциплін «інформатика» і «фізика»; провести дослідження фізичних закономірностей; закріпити уміння і навики роботи в програмі MicrosoftExcel; виробляти уміння застосовувати отримані знання при вирішенні завдань різної спрямованості. Вихованнясамостійності, відповідальності, комунікативності, інформаційної культури; розширення світогляду. Формувати навики самостійної і групової роботи; удосконалювати уміння порівнювати, аналізувати, узагальнювати; розвивати комунікативно-технічні уміння, уміння оцінювати результат виконаних дій, застосовувати знання з практики.

Очікувані результати:

Знаннєвий компонент:  учні оперують поняттями і термінами: матеріальна точка; тіло відліку, період, частота, діаграма, формула для розрахунку. Пояснюють поняття пружинний маятник та формули для визначення періоду та частоти коливань пружинного маятника у фізичному вигляді та представленні для обчислень в табличному редакторі.

Визначають залежність між силою пружності та подовженням пружини та циклічної частоти від маси вантажу

Діяльнісний компонент: спостерігають і описуютьрух вантажу на пружині, здійснюють налаштування зовнішнього вигляду об’єктів діаграм.

Розв’язують задачі  на застосування формул коливального руху, складає таблиці для створення діаграм.

Експериментально досліджують зв'язок між величинами, що характеризують коливання пружинного маятника, перевіряють закони; вимірють силу пружності.

Уміють графічно зображати функціональні залежності опису механічного руху та створювати і аналізувати  інформаційну модель.

Використовують набуті знання у навчальній і практичній діяльності.

Ціннісний компонент: виявляють ставлення та оцінюють на якісному рівні результати використання знань з механіки та навичок роботи в табличному процесорі у реальних життєвих ситуаціях.

Основні терміни до теми: коливання, діаграма, формула, програма MicrosoftExcel.

Реалізуються наскрізні лінії:

Здоров’я та безпека Дотримуються правил безпеки життєдіяльності під час виконання навчальних експериментів та при роботі з ПК.

Громадянська відповідальність Працють в команді та приймають виважені рішення.

Підприємливість і фінансова грамотність Прогнозують вплив фізики та інформатики на розвиток технологій, нових напрямів підприємництва; оцінює можливості застосування набутих знань з фізики та інформатики в майбутній професійній діяльності; оцінюють власні здібності щодо вибору майбутньої професії, пов’язаної з фізикою чи інформатикою; презентує власні ідеї та ініціативи.

Компетентності ключові: спілкування державною мовою, інформаційно – цифрова,математична,ініціативність і підприємливість, громадянська, загальнокультурна.

Тип уроку: Урок - практикум.

Технологія: проблемно-дослідницька.

Устаткування: роздатковий матеріал: картки з назвою формул, завдання для груп, контрольні питання, тести, мультимедійна презентація лабораторне устаткування.

ХІД УРОКУ

Вчитель інформатики:

За розкладом рівно в строк

Ми починаємо наш урок!

Чекають відкриття всіх вас,

За роботу, в добру годину!

Вчитель фізики: Доброго дня!

Сьогодні на уроці ми вивчатимемо коливання пружинного маятника за допомогою програми MicrosoftExcel.

По темі ви вже здогадалися, що наш урок буде незвичайним. По-перше, вести його буду не я одна, а разом з вчителем інформатики. По-друге, ви, будете сьогодні експериментаторами і дослідниками. Мета уроку, дослідити зв'язок між величинами, що характеризують коливання пружинного маятника.

Вчитель інформатики: Одним словом, ми з вами сьогодні будуватимемо інформаційну модель коливань пружинного маятника. Давайте пригадаємо основні етапи побудови інформаційної моделі:

1. Постановка завдання.

2. Розробка моделі.

3. Комп'ютерний або фізичний експеримент.

4. Аналіз отриманих результатів.

Перш, ніж приступити до роботи згадайте програму MicrosoftExcel, оскільки саме з її допомогою буде проведений комп'ютерний експеримент. Відповідайте на питання.

1. Для чого призначена програма?

2. Як ви розумієте термін «ділова графіка»?

3. За допомогою якої команди в меню можна побудувати діаграми?

4. Якого типа діаграми краще узяти для побудови графіка?

5. Що є мінімальним елементом таблиці? Як він називається?

6. Що таке діапазон таблиці?

7. Як задати формулу для обчислень?

8. Яким способом можна занести формулу в декілька комірок (ячейок)?

9. Що робити, якщо у формулі присутні елементарні математичні функції?

Отож, приступаємо до побудови моделі. Перший етап - постановка завдання.

I. Постановка завдання

Вчитель фізики: А тепер нам необхідно повторити те, що ми знаємо про коливальний рух.

Працюємо біля дошки за картками.

Картка 1: Формула для знаходження сили пружності.

Картка 2: Формула для знаходження циклічної частоти.

Картка 3: Формула для періоду коливання пружинного маятника.

Відповідайте на питання:

1. Що таке коливальний рух?

2. Які коливання називаються вільними?

3. Що таке маятник?

4. Що є пружинним маятником?

5. Що таке циклічна частота?

6. Що таке період коливання.

7. Дайте визначення сили пружності.

8. Сформулюйте закон Гуку.

Перевіримо роботу, яку виконували біля дошки.

Зясуйте:

- яка залежність між силою пружності та подовження пружини;

- як циклічна частота залежить від маси вантажу;

- який зв'язок між періодом і масою тіла.

Ви зробили три припущення, тобто висунули гіпотези. Наш великий співвітчизник Михайло Васильович Ломоносов говорив: «Один дослід я ставлю вище, ніж тисячу думок, народжених лише уявою». Тому піддамо всі наші гіпотези експериментальній перевірці.

II. Розробка моделі

Вчитель інформатики: Переходимо до другого етапу - розробки моделі, тобто побудови математичної моделі завдання. Необхідно записати формули, які на дошці, втому вигляді, в якому вони використовуватимуться в електронних таблицях.

III. Експеримент

Переходимо до третього етапу - експерименту. Працювати будемо таким чином. Кожна команда отримує за завданням. Дехто з вас залишається на місцях і проводять фізичний експеримент. Інші йдуть за комп'ютери і проводять те ж дослідження, але за допомогою програми MicrosoftExcel.

Вчитель фізики: Завдання групам.

Перша група. Дослідити зв'язок між силою пружності і видовженням пружини.

Друга група. Досліджувати залежність циклічної частоти від маси тіла.

Третя группа. Дослідити залежність періоду коливань від маси тіла.

Завдання для групи 1 (фізичний експеримент)

Мета експерименту: дослідити зв'язок між силою пружності і видовженням пружини.

Хід експерименту:

1. виміряти початкову довжину пружини.

2. підвісивши на пружину один вантаж вагою 1 Н, з'ясувати на скільки видовжилася пружина.

3. повторити дослід з двома і більше вантажами.

4. заповнити таблицю і зробити висновок.

Сила пружності	1 Н	2 Н	3 Н	4 Н
Видовження

Висновок:

Завдання для групи 1 (програма MicrosoftExcel)

Мета: дослідити зв'язок між силою пружності і видовженням пружини, накреслити графік цієї залежності.

Хід експерименту:

1. Запустити програму MicrosoftExcel.

2. Ввести дану таблицю, заповнену експериментально.

3. Використовувати для введення другого рядка формулу, з подальшим її копіюванням.

4. За даними, що вийшли, побудувати діаграму (тип – точкова).

K=7,5 Н/м

 

Видовження	0	0,1	0,20	0,30	0,40	0,50	0,60
Сила пружності

 

Висновок

Завдання для групи 2 (фізичний експеримент)

Мета експерименту: Дослідити залежність циклічної частоти від маси тіла.

Хід експерименту:

1. Підвісивши на пружину вантаж масою 0,1 кг, порахувати, скільки повних коливань здійснює пружинний маятник за 6,28 с.

2. Повторити дослід з двома вантажами.

3. Заповнити таблицю і зробити висновок.

 

Маса вантажу	0,1 кг	0,2 кг
Циклічна частота

Висновок

 

 

 

Завдання для групи 2 (програма MicrosoftExcel)

Мета: Дослідити залежність циклічної частоти від маси тіла і накреслити графік цієї залежності.

Хід експерименту:

1. Запустити програму MicrosoftExcel.

2. Ввести дану таблицю.

3. Використовувати для введення другого рядка формулу, з подальшим її копіюванням.

4. За даними, що отримались, побудувати діаграму типу точкова.

К=7,5 Н/м

Маса вантажу	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
Циклічна частота

Висновок

 

 

 

 

Завдання для групи 3. (фізичний експеримент)

Мета експерименту: дослідити залежність періоду коливання від маси тіла.

Хід експерименту

1. Підвісивши до пружини вантаж масою 0,1 кг, з'ясувати, за який час маятник робить 10 коливань. Обчислити період коливань.

2. Повторити досвід з вантажем масою 0,2 кг

3. Заповнити таблицю і зробити висновок.

Маса вантажу	0,1 кг	0,2 кг
Число коливань	10	10
Час коливань
Період коливань

 

Висновок

Завдання для групи 3 (програма MicrosoftExcel)

Мета: дослідити залежність періоду коливань від маси тіла і побудувати графік цієї залежності.

Хід експерименту:

1. Запустити програму MicrosoftExcel.

2. Ввести дану таблицю.

3. Використовувати для введення другого рядка формулу, з подальшим її копіюванням.

4. За даними, що вийшли, побудувати діаграму типу точкова.

К=7,5 Н/м

 

Маса вантажу	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
Період

Висновок

IV. Аналіз отриманих результатів

Вчитель інформатики: Переходимо до четвертого етапу побудови інформаційної моделі - аналізу отриманих результатів. Порівняєте результати, отримані після виконання двох різних видів робіт.

. Вчитель фізики: Запишемо висновки в зошитах.

· Чим більше видовження пружини, тим більша виникаюча сила пружності.

· Чим більша маса вантажу, тим менша циклічна частота коливань пружинного маятника.

· Чим більша маса вантажу, тим більша період коливань пружинного маятника.

Дайте відповіді на контрольні запитання:

Група 1. Як змінюється сила пружності, що виникає в пружині, при видовженні пружини в 3 рази?

Група 2. Як змінюється циклічна частота коливань маятника при збільшенні маси вантажу в 4 рази?

Група 3. Як змінюється період коливань маятника при збільшенні маси вантажу в 9 разів?

Висновки, зроблені під час досліджень вам обов'язково згодяться при вивченні електромагнітних коливань, а також при складанні можливих іспитів з фізики.

Вчитель інформатики: Отже, ми з вами успішно впоралися із завданням - побудовою інформаційної моделі коливань пружинного маятника. Запишіть домашнє завдання: побудувати інформаційну модель для періоду математичного маятника.

Урок за технологією проєкт ного навчання

Тема. Теплові двигуни та охорона природи. 10 клас

Мета: поглибити знання учнів про фізичні принципи роботи теплових двигунів, їхнє господарське застосування та екологічні проблеми, що виникають у зв'язку із забрудненням навколишнього середовища тепловими двигунами;

ознайомити учнів із досягненнями науки і техніки у справі удосконалення теплових двигунів;

сприяти економічному й екологічному вихованню учнів, навчити учнів самостійно вирішувати проблеми та приймати рішення.

Очікувані результати:

Знаннєвий компонент: учні оперують поняттями і термінами: ізопроцеси, внутрішня енергія, робота газу, перший закон термодинаміки, цикл Карно, тепловий двигун, парова турбіна. Пояснюють:. принцип дії теплових машин та парових турбін.

Діяльнісний компонент: спостерігають і описують рух вантажу на пружині, здійснює налаштування зовнішнього вигляду об’єктів діаграм.

Будуютьта аналізують графіки ізопроцесів

Використовують набуті знання у навчальній і практичній діяльності.

Ціннісний компонент: оцінюють: значення теплових явищ,; переваги та недоліки різних джерел енергії; усвідомлюють важливість знань про будову речовини  для розвитку сучасної техніки та технологій; встановлюють чинники шкідливого впливу на людину та навколишнє середовище та виробляють методи його зменшення.

Основні терміни до теми: тепловий двигун, парова турбіна, екологічна криза, Імпект, каталітичні конвектори, Санрейсер.

Реалізуються наскрізні лінії:

Екологічна безпека та сталий розвиток Використовують знання отримані на уроках фізики, для вирішення проблем довкілля; визначаютьпричинно-наслідкові зв’язки впливу сучасного виробництва,життєдіяльності людини на довкілля; прогнозують екологічні та соціальні наслідки використання надбань фізики та сучасних технологійу природному й соціальному середовищі, оцінюють їхнє значення для сталого розвитку; готові брати участь у природоохоронних заходах; ефективно співпрацювати з іншими над реалізацією екологічних проектів.

Здоров’я та безпека Оцінюють позитивний потенціал та ризик надбань фізики, техніки і технологій для добробуту людини і безпеки суспільства та довкілля; виявляють ціннісне ставлення до навколишнього середовища як до потенційного джерела здоров’я , добробуту та безпеки.

Громадянська відповідальність Працюють в команді та приймають виважені рішення.

Підприємливість і фінансова грамотність Застосовують фізичні знання для генерування ідей та ініціатив щодо проектної діяльності, для вирішення проблем, пов’язаних із матеріальними та енергетичними ресурсами. Прогнозують вплив фізики на розвиток технологій, нових напрямів підприємництва; оцінюють можливості застосування набутих знань з фізики в майбутній професійній діяльності; оцінюють власні здібності щодо вибору майбутньої професії, пов’язаної з фізикою; презентує власні ідеї та ініціативи.

Компетентності ключові: спілкування державною мовою, інформаційно – цифрова, математична,основні компетентності у природничих науках та технологіях, уміння вчитися впродовж життя,  ініціативність і підприємливість, соціальна та громадянська, екологічна грамотність і здорове життя, загальнокультурна.

Тип уроку. Урок узагальнення та систематизації знань.

Епіграф

Шлях до істини саме такий, Як і від істини шлях. Він анітрохи не довший, Він тільки трохи складніший.                   (“Кола на піску”, Фелікс Крівін)

Обладнання. Таблиці про теплові двигуни, моделі двигуна внутрішнього згоряння і парової турбіни, Конституція України.

Методичні поради. Урок готується заздалегідь. Учні формуються у групи і обирають собі спікера. Із запропонованої теми кожна група обирає мікротему та добирає матеріал до неї, створюючи презентацію свого мікро – проєкту у формі презентації. Під час захисту робіт, кожна група може отримати запитання від учасників інших груп. У кінці уроку створюється єдиний проєкт за даною темою. Спікер кожної групи отримує таблицю: ”Досягнення групи на уроці.” в якій оцінює роботу кожного члена своєї групи з питань, які розглядаються на уроці. По закінченню роботи група, в цій таблиці, висвітлює свої враження від уроку.

Хід уроку

І. Актуалізація опорних знань

Вступне слово вчителя. (Учитель зачитує епіграф і продовжує). Сьогодні на уроці кожен із вас пройде свій шлях до істини, і нехай він буде не тільки трохи важким, а й захопливим та пізнавальним. Ми завершуємо вивчення розділу «Термодинаміка». Сьогодні навчальний матеріал розглядатимемо не тільки з точки зору фізики і техніки, але і завдань щодо охорони природи. Ми живемо за Конституцією України. (На екрані висвітлюються статті 16 і 66 Конституції України.)

Без теплових двигунів сучасна цивілізація немислима. Без них ми не мали б у значній кількості електроенергії і були б позбавлені майже всіх видів транспорту.

До теплових двигунів відносять: парову машину, двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ), парову і газову турбіни, реактивний двигун. В усіх цих двигунах енергія палива переходить в енергію газу (або пари). Розширюючись, газ виконує Без теплових двигунів сучасна цивілізація немислима. Без них ми не мали б у значній кількості електроенергії і були б позбавлені майже всіх видів транспорту.

Пригадаємо принцип дії теплового двигуна?

Учень(користуюєтьсь схемою). Робоче тіло двигуна, яким, як правило, є газ або пара, одержує кількість теплоти Q₁ під час згоряння палива. При розширенні під час нагрівання робоче тіло виконує роботу А' і передає холодильнику (атмосфері або спеціальному холодильному пристрою) кількість теплоти Q₂ яка менша від Q_t. Щоб теплова машина працювала, акти розширення повинні періодично повторюватися, тобто система має повертатися у вихідний стан. А для цього потрібно виконати роботу, яка повинна бути меншою ніж робота при розширенні робочого тіла. Ця умова виконується завдяки наявності холодильника.

ІІ. Оголошення теми і очікуваних результатів

Мета нашої зустрічі – з наукової точки зору розглянути роботу теплових двигунів, та їх вплив на навколишнє середовище. І знайти шляхи вирішення проблем пов’язаних із використанням теплових двигуні.

На цьому уроці ви зможете:

- поглибити свої знання про види теплових двигунів та принципи їх роботи;

- з’ясувати господарське застосування теплових двигунів та екологічні проблеми, що виникають у зв’язку із забрудненням навколишнього середовища;

- дізнатися про сучасні напрями роботи по подоланню екологічної кризи, що ведеться вченими всього світу. 

 

 

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності

Учень.

Поважні тепер теплові двигуни,

Бо людям полегшують працю вони:

Орють, засівають, збирають зерно.

Без них, як без рук, все одно.

 Із міста у місто нас возять не раз,

 І тим економлять нам сили і час.

 Внизу залишивши свій шлейф вогняний,

 У простір космічний злітають вони.

 В повітрі, як птахи, як риби в воді,

 Хоч досить вже давні, та все ж молоді.

 Потрібні всім людям усюди й завжди,

 Та тільки призводять, бува, до біди.

 Повітря отруйне, як спадок, для всіх –

 І в тому їх шкода, великий їх гріх.

 А скільки пального з'їдають щодня!..

 То, може, повернем вола і коня?

 Проблеми відразу розв'яжуться всі...

 Є віз дерев'яний, навіщо таксі?

 Чи, може, зуміємо вихід знайти,

 Щоб Землю свою й двигуни зберегти?

Учитель. Науково-технічна революція докорінно змінила значення науки у житті суспільства. Наука стала продуктивною силою. Нині, і так буде в майбутньому, виробництво потрібних людям матеріальних благ безпосеред­ньо залежить від досягнень науки, що неминуче веде людство до перебудови та до вдосконалення усіх сфер виробництва.

IV. Узагальнення і систематизація знань

Захист проєктів

1.  Теплові двигуни з зовнішнім згорянням

2.  Теплові двигуни з внутрішнім згорянням

3.  Теплові двигуни та їх вплив на екологію

4. Шляхи вирішення екологічних проблем пов’язаних з використанням теплових двигунів

(Групи по черзі захищають свої роботи. Після виступу кожна група отримує запитання від представників інших груп.( Дивись додаток.)

Учитель.Я сподіваюся, що усім було цікаво слухати захисти проектів своїх однокласників і всі ми збагатилися знаннями. А щоб вони були міцнішими, пропоную кожній групі заповнити таблицю

 (Учитель коментує роботу учнів, їхнє уміння працювати з науковим матеріалом, аналізувати, робити висновки).

Учитель.

- Чи поповнили ви сьогодні свій багаж знань?

- Що нового дізналися на сьогоднішньому уроці?

- Як на вашу думку, знадобляться вам знання отримані сьогодні на уроці в подальшому житті?

- З ким ви можете поділитися набутими знаннями?

- Чи досягли ми з вами поставленої мети ?

А зараз я попрошу спікерів висвітлити враження групи від уроку, та здати таблиці „Досягнення групи на уроці”

VI.Домашнє завдання

Учитель.Сьогодні на уроці ми разом зробили висновки, що до переваг, перспектив та недоліків у використанні теплових двигунів , і я хочу подарувати вам пам'ятку - висновок (див.додаток), яку пропоную обговорити та проаналізувати в колі сім'ї. Це і буде вашим домашнім завданням.

ДОДАТОК

Перша група

Тема. Теплові двигуни з зовнішнім згорянням

план

1. Теплові двигуни, їх види. Будова та принцип дії.

2. Теплові двигуни з зовнішнім згоранням

2.1. Парові машини

2.1. Парова турбіна

Нас дуже зацікавив розділ фізики „Термодинаміка”. Беручись за розробку теми “Теплові двигуни”, наша група поставила собі за мету не тільки розглянути будову і принцип дії теплових двигунів, а й зануритися в історію їх створення.

 Тепловий двигун - машина, призначена для перетворення теплової енергії на механічну роботу. Джерелом тепла теплового двигуна є переважно органічне паливо. До теплового двигуна з зовнішнім згорянням палива належать парові машини і парові турбіни, до теплового двигуна з внутрішнім згорянням - двигуни внутрішнього згоряння, газові турбіни і реактивні двигуни. В кожному тепловому двигуні розрізняють нагрівник і холодильник. Робоче тіло двигуна, одержавши певну кількість тепла Q1 від нагрівника, розширюється в двигуні, а далі виходить у холодильник (напр. в конденсатор), віддаючи йому кількість тепла Q2 . Різниця між підведеним (Q1) і відведеним (Q2) теплом перетворюється у двигуні на механічну роботу; при цьому стан робочого тіла змінюється за замкненим циклом. Ефективність теплового двигуна визначають термічним, або термодинамічним, коефіцієнтом корисної дії, що являє собою відношення кількості тепла, перетвореного на роботу, до кількості підведеного тепла.

Карно (Carnot) Нікола-Леонардо-Саді (1.06.1796 - 24.08.1832) - французький інженер, один з перших творців теорії теплових двигунів. Син Л.-Н. Карно. В 1814 закінчив політехнічну школу в Парижі. Карно написав єдиний, але визначний твір “Міркування про рушійну силу вогню та про машини, здатні розвивати цю силу” (1824), в якому вперше сформулював положення 2-го начала термодинаміки. Карно запровадив поняття про круговий тепловий процес в машинах (т.з. цикл Карно), один з перших прийшов до правильного розуміння 1-го начала термодинаміки - закону збереження енергії стосовно до теплових процесів.

Цикл Карно

Цикл Карно - ідеальний коловий процес зміни стану термодинамічної системи. Вперше цей цикл1824 розглянув Н.-Л.-С. Карно. Карно цикл складається з двох ізотермічних процесів і двох адіабатичних процесів, що поперемінно чергуються між собою. Для здійснення його треба мати нагрівник, який передає робочому тілу деяку кількість тепла Q1 при його ізотермічному

На малюнку 1 зображено цикл Карно в координатах р (тиск) і V (об'єм). За допомогою циклу Карно можна тепло перетворити в роботу. Коефіцієнт корисної дії цикл Карно виражає формулою η = (Т1 - Т2) / Т1., де Т1 - абсолютна температура нагрівника, Т2 - абсолютна температура холодильника, і не залежить від робочої речовини.

Коефіцієнт корисної дії будь-якого іншого циклу в тих самих межах т-р Т1 і Т2 не може бути вищим за ККД циклу Карно. Цикл Карно дав можливість розв'язати проблему підвищення ккд теплових машин, встановити шкалу т-р, яка не залежить від вибору термометричного тіла. Ідеям Карно надав доступної математичної форми Б. Клапейрон (1834). Згодом ці ідеї переглянули англійський вчений У. Томсон і німецький вчений Р. Краузіус та узагальнили їх в один з основних законів термодинаміки - друге її начало, яке твердить, що не можна здійснити такий процес, при якому все тепло можна було б перетворити на роботу.

Коефіцієнт ККД

Коефіцієнт корисної дії (ККД) - відношення кількості корисної енергії, яку одержують від будь-якого її перетворювача за певний час, до кількості енергії, що підводять до нього за цей самий час. ККД виражають правильним дробом або в процентах і позначають грецькою літерою η. У паровому котлі ККД - відношення кількості тепла, що виводять з котла разом із парою, до кількості тепла, яке одержують в топці котла при спалюванні палива. В тепловому двигуні ККД -відношення кількості одержаної корисної механічної роботи до кількості затраченої теплової енергії. ККД є важливою технічною характеристикою кожного перетворювача енергії і завжди менший за одиницю. ККД парової машини досягає 0,2, двигуна внутрішнього згорання - 0,35, електричних трансформаторів - 0,98. У пристрої, в якому енергія перетворюється неодноразово і послідовно, розрізняють, крім повного, частинні ККД кожного ступеня перетворення. Повний ККД називають ще загальним, економічним, технічним тощо. Частинні ККД бувають термічні, механічні та ін. Повний ККД пристрою дорівнює добуткові всіх частин.

Теплові двигуни з зовнішнім згорянням

Парові машини

Парова машина - тепловий двигун з рухомим поршнем, призначений для перетворення теплової енергії пари на механічну роботу.

Перші спроби використати силу пари для механічної роботи були відомі з давніх часів. На початку 16 ст. Леонардо да Вінчі розробив ескіз парової гармати, посилаючись на те, що вона була винайдена ще Архімеловим. Наприкінці 17 - на початку 18 ст. винахідниками різних країн (англійськими дослідниками Т. Севері і Т. Ньюкоменом, французьким фізиком Д. Папером та ін.) були створені парові установки, що використовувались переважно для відкачування води з шахт і рудників. Творцем першої в світі універсальної парової машини, випробуваної 1766 на Барнаульському з'їзді, був російський теплотехнік І.І. Ползунов. У 1784 англійський винахідник Дж. Уатт дістав патент на досконалішу і економічнішу універсальну парову машину з підвищеним тиском пари. Винайдення цієї машини (головні її риси збереглися й досі) сприяло бурхливому розвиткові виробництва спочатку в Англії, а згодом в інших країнах. У 19 ст. парові машини були основними двигунами майже в усіх галузях промисловості. Створення й удосконалення парової машини привело до розвитку нової науки - термодинаміки.

Сучасні парові машини розрізняють за багатьма ознаками. Вони бувають простої (пара підводиться з одного боку поршня) і подвійної (з двох боків) дії; вертикальні і горизонтальні (залежно від розміщення циліндрів); для перегрітої і насиченої пари; одно- і багатоциліндрові; тихо- і швидкохідні; з випуском спрацьованої пари в атмосферу і з конденсацією її; з одно- і багатоступінним розширенням пари тощо.

Залежно від призначення парової машини поділяють на стаціонарні, локомобільні, паровозні, суднові.

У стаціонарній горизонтальній одноциліндровій паровій машині подвійної дії свіжа пара надходить з котла парового в ліву порожнину циліндра і, тиснучи на поршень, рухає його праворуч. Одержану енергію поршень за допомогою кривошипно-шатунного механізму передає головному валу, обертаючи його. З вала енергія передається на верстат або на іншу машину. Після виходу спрацьованої пари в атмосферу або в конденсатор (в багатоступеневих машинах - у збірник наступного ступеня) нова порція свіжої пари надходить у праву порожнину циліндра. Відмірювання порцій пари здійснюється системою паророзподілу, яка проводиться в рух від вала. Щоб згладити нерівномірність обертання головного вала, на ньому насаджено важкий маховик. Зміну тиску (р) і об'єму (V) пари під час роботи парової машини записуютьекономічність і потужність машини. Ділянка діаграми 1-2 (дивитись додаток, рис.1) відповідає заповненню порожнини свіжою парою;2-3-розширенню пари; 4-1-стиску залишків пари в порожнині (і нової і порції пари у котлі). Площа, обмежена кривою 1-2-3-4-1, пропорційна роботі, виконаній парою за один цикл машини. Особливості парової машини: надійність вроботі, можливість довгочасних і значних перевантажень, нескладність експлуатації, низька економічність, громіздкість. ККД парової машини досягає 0,2-0,25. Парові машини застосовують на залізничному і водному транспорті, на деяких підприємствах (цукрових заводах, паперових фабриках) тощо.

Парова турбіна

(Історична довідка)

Смілива думка – змусити пару приводити в рух механізми – зародилася дуже давно. Ще у II ст. до н. е. старогрецький вчений Герон Александрійський створив модель парової машини, яка могла бути прообразом парової турбіни. Проте винахід Герона не знайшов застосування і залишився просто іграшкою. Минуло 15 століть. Під час нового розквіту науки і культури великий італійський вчений, інженер та художник Леонардо да Вінчі задумався над тим, як можна використати внутрішню енергію пари. У його рукописах ми знаходимо декілька малюнків із зображенням циліндра і поршня. Приблизно через 100 років після Леонардо да Вінчі інший італієць – Джовані Бранка – уявив собі двигун, у якому використовувалась б енергія пари по-іншому. Це було колесо з лопастями, у яке силою вдаряв струмінь пари, завдяки чому колесо оберталося. Це був прообраз парової турбіни. Теплові двигуни виникли на початку XVIII століття в період бурхливого розвитку текстильної та металургійної промисловості. Парову установку побудували англійці Ньюкомен і Коулі в 1712 році, а у 1784 році в Англії Уатт одержав патент на універсальний паровий двигун, впровадження якого мало неабиякий вплив на розвиток промисловості та транспорту.

Парова турбіна - тепловий двигун з обертовим ротором, призначений для перетворення потенціальної енергії пари на кінетичну, а кінетичної енергії пари - на механічну роботу. Парову турбіну широко застосовують у багатьох галузях народного господарства, зокрема на теплових електростанціях.

Ідея створення парової турбіни виникла приблизно за 100 років до н.е. Першим принцип роботи реактивної парової турбіни (що був використаний в кулі, яка оберталася від діяння реактивної сили пари) описав Герон Олександрійський. В 1629 італійський архітектор і інженер Д. Бранка у книзі “Машина” дав опис оберненого парового колеса - прототипу активної парової турбіни. В Росії перші малопотужні парові турбіни були розроблені 1806-1813 на Сузунському з'їзді (Алтай) механіком П. Залєсовим. Перші парові турбіни, що мали промислове значення, були створені Ч. Парсонсом (турбіна реактивного типу, 1884) і К.-Г.-П. Лавалем (турбіна активного типу, 1889). У 1990 американський інженер Г. Кертіс розробив парову турбіну зі ступенями швидкості (т.з. колесо Кертіса). У 1912 шведські інженери брати Б. і Ю. Ангстреми запровадили парову турбіну радіального типу. В СРСР першу вітчизняну парову турбіну потужністю 2000 кВт було збудовано 1924 на Ленінградському металічному з'їзді. У 1934 став до ладу Харківський турбінний з'їзд ім. С. М. Кірова, де будували одноциліндрові парові турбіни потужністю 50 000 кВт, а з 1938 - 100 000 кВт.

Парова турбінаскладається з нерухомої частини - статора з нерухомими напрямками апаратами (соплами) і рухомої - обертового ротора з дисками, що на них закріплено робочі лопатки. Пара, що надходить по паропроводу з котла парового, потрапляє у сопла парової турбіни, де розширюється, внаслідок чого її швидкість збільшується (потенціальна енергія пари перетворюється на кінетичну); виходячи з сопел, пара з великою швидкістю обтікає робочі лопатки, внаслідок чого виникає зусилля, яке обертає ротор (кінетична енергія пари перетворюється на механічну роботу). Залежно від характеру перетворення потенціальної енергії пари на кінетичну розрізняють активні турбіни, реактивні турбіни, а також парові турбіни комбінованого (активно-реактивного) типу. За напрямом руху пари парової турбіни бувають осьові (потік пари рухається вздовж осі турбіни) і радіальні (пара рухається в напрямках, перпендикулярних осі турбіни); за кількістю ступенів - одно- і багатоступеневі. Парові турбіни, що їх використовують для приведення в рух електрогенераторів повітродувок, компресорів, насосів тощо, називають стаціонарними; парові турбіни на суднах і локативах - транспортними. Стаціонарні парові турбіни поділяють на конденсації турбіни, після яких пара з тиском, нижчим від атмосферного, надходить у конденсатор; конденсаційні з відбиранням пари з проміжних ступенів турбіни (відібрану пару використовують для виробничих і теплофікаційних цілей); турбіни з протитиском (відпрацьовану пару цих турбін застосовують для опалення і технологічних цілей); перед увімкнені (турбіни з протитиском, відпрацьовану пару з яких використовують у турбінах з нижчим тиском); турбіни “м'ятої” пари, що в них використовують пару низького тиску, яка надходить від парових молотів, процесів і парових машин. Залежно від початкового тиску пари, що надходить

до турбіни, парові турбіни бувають низького тиску (працюють на “м'якій” парі з тиском 1,2-2 ата), середнього (тиск свіжої пари до 40 ата), високого (тиск свіжої пари з 60-120 ата), надвисокого (тиск свіжої пари 140-200 ата) і надкритичного (тиск свіжої пари 240 ата і більше). Регулювання парової турбіни бути дросельним (пару впускають у турбіну через один або два клапани, що відкриваються одночасно); сопловим (пару впускають через два або кілька клапанів, що відкриваються послідовно); обвідним (пару впускають до сопел першого ступеня і, крім того, до однієї або кількох проміжних ступенів). На відміну від парової машини, в парової турбіни немає частин із зворотно-поступальним рухом, внаслідок чого турбіни мають відносно невеликі габарити і вагу; пара в паровій турбіні розширюється не періодично (як у паровій машині), а безперервно, що забезпечує швидкохідність турбін (переважно 1500-3000 обертів ротора за хвилину). Ці особливості, а також використання пари високих параметрів при низькому тиску в конденсаторі (0,03-0,06 ата) дають можливість створювати паротурбінні установки високої і надвисокої потужності. Висока економічність таких установок зумовлюється в основному застосування пари високих параметрів, проміжного перегріву пари, високоефективних профілів лопаток, а також великою одиничною потужністю і регенерацією (підігріванням води, що живить котел, парою, яка відібрана з проміжних ступенів турбіни).

Друга група

Тема. Теплові двигуни з внутрішнім згорянням

План

1. Двигун внутрішнього згоряння

2.Газова турбіна

3. Реактивні двигуни

Двигун внутрішнього згорання

Тема нашого дослідження:”Теплові двигуни з внутрішнім згоранням”. Ця тема нас зацікавила тому, що теплові двигуни мають велике значення у нашому житті. Залізничними магістралями водять потяги потужні тепловози. Водними шляхами плавають теплоходи. Мільйони автомобілів із ДВЗ перевозять вантажі і пасажирів. ДВЗ є основою механізації виробничих процесів у сільському господарстві; їх встановлюють на тракторах, комбайнах, самохідних шасі, насосних станціях тощо.

(Історична довідка)

Двигун внутрішнього згоряння винайдено порівняно недавно. Перший двигун внутрішнього згоряння побудував француз Етьєн Ленуар у 1860 році. Ще 416 винаходів претендували на патент. Однак його видали майже одноча­сно в 1885-1886 роках німецьким механікам Готлібу Даймлеру та Карлу Бенцу, які винайшли бензинові двигуни внутрішнього згоряння, які і почали використовувати в перших автомобілях. Цікаво, що винахідники так і не познайомилися, хоч і жили недалеко один від одного і працювали над однієї проблемою. Але створені ними фірми в 20-х роках XX століття злились у відому сьогодні автомобільну компанію «Даймлер-Бенц».

Двигун внутрішнього згоряння - тепловий двигун, в якому хімічна енергія палива, яке згоряє в камері згоряння двигуна, перетворюється в механічну енергію. За призначенням двигуни внутрішнього згоряння поділяються на автотракторні, авіаційні, судові та стаціонарні. Звичайно двигун внутрішнього згоряння - поршневі двигуни.

Двигун внутрішнього згоряння складається з кривошипно-шатунного та газорозподільного механізмів і систем живлення, запалювання (для двигунів низького стиску), охолодження, мащення та регулювання. Для роботи двигуна внутрішнього згоряння застосовують різне паливо: бензин, спирт, дизельне паливо, природний і генераторний гази.

(Історична довідка)

   Нечасто зустрінеш дорослу людину, яка б не чула слово “дизель”, але рідко хто пов’язує з цим терміном конкретну людину. А така людина була, до того ж це був геніальний інженер-винахідник. Німець за походженням, він народився в Парижі, любив і добре знав це місто. Батько, палітурник, відсилав хлопчика Рудольфа, щоб той розносив книжки і журнали за різними, навіть досить віддаленими адресами. Вони жили, як і тисячі парижан, згідно з “формулою”: сьогодні праця-завтра хліб. Коли розпочалася франко-пруська війна, хлопчику було 12 років, і він дуже гостро відчув, що таке національна ворожнеча.

   Батько умовляє сина Рудольфа їхати до Германії, де жив його дядько. Життя вимагало від Рудольфа Дизеля самостійності, наполегливості, дисциплінованості і сумлінності. Таким він і був, що дало йому змогу стати першим учнем реального училеща, а потім і політехнічної школи.

   Випадок звів його з професором Лінде, який і запросив Рудольфа до Вищої технічної школи Мюнхена.

   Навесні 1878 рок (Дизелю 20 років) сорок п’ять лекційних хвилин визначили зміст всього життя студента. Професор Лінде читав лекцію про термодинамічний цикл Карно. Рудольф написав на полях студентського зошита: “Вивчити можливості застосування ізотерми на практиці!” Цьому і присвятив він все своє життя.

   Рудольф Дизель переконався, як важко одержати високий тиск у двигуні, як важко здійснити згоряння палива у бажаному режимі, але він ще не знав, що значно важче одержати гроші від капіталіста Круппа, який з недовірою поставився до запропонованої ідеї. І все ж таки наполегливість Дизеля і бажання Круппа отримати прибутки перемогли.

   Рудольф Дизель працював завзято і продуктивно. За добу у нього було два робочі дні: перший робочий день розпочинався дуже рано, а другий-після обіду і короткого сну.

   Перше випробування двигуна закінчилося досить швидкою аварією, і Дизель випадково залишився живим. Він ще наполегливіше продовжує працювати, і через сім місяців розпочинається випробування нового, удосконаленого двигуна. "Народився" новий двигун -дизель! Автор -винахідник дизеля -Дизель!

   Тепер розпочалося невгамовне життя підприємця: Нюрнберг, Берлін, Лейпциг –суміш тріумфальниз запрошень з ринковою суєтністю. Він переможець! Високі зібрання, звані обіди, похвальні проголошення, розкішна вілла у Мюнхені, нафтові розробки у Галиції і, як наслідок, три мільйони золотих грошових одиниць, зароблених за один рік!

   Потім дві поїздки до США, які були досить вдалими з комерційної точки зору.

   Високий, витончено одягнений, красивий, 55-річний інженер- винахідник, а тепер надто успішний підприємець Рудольф Дизель збирається на промислову виставку до Англії. Це був вересень 1913 року. Над Європою збиралися хмари світової війни. Генштаби дні і ночі працювали над планами воєнних дій. Пішли чутки, що англійський генеральний штаб збирається викупити за великі гроші у Р.Дизеля креслення для виготовлення двигуна. Потужний двигун потрібний був для військових кораблів, тягачів, а потім і для танків.

   Пароплав “Дрезден” тримав орієнтир на Лондон. За версією, у ресторані пароплава вели бесіду троє. Один із них, вдягнений у чорний фрак, з-під якого виднілась білосніжна сорочка з чорною краваткою, був Рудольф Дизель. Інші його співрозмовники були бельгійськими інженерами, які також їхали на промислову виставку.

   Опівночі розійшлися, домовившись вранці знову зустрітися тут же сніданком і продовжити розмову.

   Здивовані бельгійці не дочекалися цього талановитого і завжди підкреслено пунктуального інженера –винахідника.

   Попросили офіціанта розбудити Дизеля. Офіціант швидко повернувся і повідомив, що в каюті пана Дизеля немає, і все свідчить про те, що він там і не ночував. Через час рибалки виловили тіло мертвого вельможі. Чорний фрак міцно обтягнув мертве тіло, а на загнутих пальцях відсвічували каблучки з діамантами. Це був Рудольф Дизель.

   Таємниця загибелі залишилась офіційно не розкритою, але всім було зрозуміло, що німецька військова розвідка відпрацювала бездоганно, якщо можна так сказати стосовно цієї трагедії.

   Ось і маємо: бідність, наполеглива праця, майже непосильне терпіння, навчання для себе, творчість, винахідливість, підприємництво, ринкові відносини, збагачення, яке не знає меж,- це хіба не прикмети сьогодення? Хіба доля людини менш повчальна, ніж доля машини, яка була її творінням?

   Не треба забувати, що за дизелем (з маленької букви) завжди буде стояти Дизель!

За робочим циклом двигуни внутрішнього згоряння поділяються на двигуни швидкого згоряння (цикл Отто), повільного (цикл Дизеля) та мішаного (цикл Сабате); за видом палива - на газові та двигуни рідкого палива (легкого й важкого); за способом заповнення циліндрів робочою сумішшю - 4- і 2-тактні; за способом утворення пальної суміші - на двигуни з зовнішнім і внутрішнім сумішоутворенням. Двигуни внутрішнього згоряння на компресорні, в яких паливо подається в циліндр крізь форсунку за допомогою стиснутого повітря, і безкомпресорні, де паливо безпосередньо впорскується в циліндр або допоміжну камеру за допомогою паливного насоса і форсунки.

Безкомпресорні двигуни за способом утворення суміші в циліндрі поділяються на двигуни з розділеною камерою згоряння (передкамерні, вихорокамерні та повітрокамерні), в яких на утворення пальної суміші впливає завихрювання, викликане струменем повітря під час стиску впорскуваного палива до 100-130 кг/см2, і двигуни з безпосереднім впорскуванням та розпилюванням палива в циліндрі під тиском 200-1400 кг/см2.

При згорянні палива в двигуні внутрішнього згоряння лише частина його тепла (25-40%) перетворюється в механічну роботу на валу двигуна, решта (60-75%) - це теплові втрати. У двигунах із самозабезпеченням від стиску тепло використовується краще, ніж у двигунах із запалюванням від електричної іскри.

Економічність роботи двигуна внутрішнього згоряння характеризується питомою витратою палива в грамах на одну ефективну кінську силу за годину і становить для бензинових карбюраторних двигунів з електричним запалюванням 220-350 г, а для двигунів з самозапалюванням від стиску - 160-210 г.

Розвиток конструкцій двигунів внутрішнього згоряння характеризуються підвищенням економічності їх роботи, збільшення зносостійкості механізмів і зменшенням ваги.

Двигуни внутрішнього згоряння широко застосовують на транспорті (автомобільному, залізничному, водному, повітряному), в нафтовій промисловості, на лісорозробках, малих електростанціях, в сільському господарстві та ін. галузях народного господарства. Потужність сучасних автомобільних і тракторних двигунів коливається від 20 до 300 к. с. з кількістю обертів від 1500 до 5000 за хв. Для приведення в рух гребного гвинта на річкових і морських суднах застосовують дизелі різних конструкцій потужністю від 10 до 27 000 к. с.

Газова турбіна

Газова турбіна - тепловий турбінний двигун, в якому енергія газового потоку перетворюється в механічну роботу обертового вала. Основною частиною газової турбіни є ротор. Газову турбіну з'єднують з генератором електричного струму або використовують як привод у транспортних та промислових установах. Газова турбіна широко застосовують в авіації. Крім того, їх застосовують на залізничному, морському та автомобільному транспорті, електростанціях, а також на металургійних, нафтопереробних, хімічних та ін. заводах, де як правило використовують відхідні гази. Газові турбіни можуть працювати на рідкому і газоподібному паливі. Спалювання твердого палива (пилу) поки що здійснення в експериментах газотурбінних установок (1959).

Газовий потік, що обертає ротор газової турбіни, утворюється внаслідок спалювання в камері згоряння, до якої компресором подається стиснення повітря. Компресори, що застосовуються в газотурбінних установках, бувають осьові, відцентрові та гвинтові. Основними елементами газотурбінної установки є компресор, камера згоряння, турбіна. Для підвищення ККД газової турбіни застосовують підігрівання повітря відхідними газами (регенерація), проміжне охолодження при стискуванні повітря в компресорі, послідовне підігрівання в камері згоряння тощо. Газотурбінні установки характеризуються значною мірою компактності, малою питомою вагою, надійністю в роботі, меншими експлуатаційними затратами в порівнянні з іншими двигунами. ККД стаціонарних газових турбін, що працюють на газі температурою 650-700°С, становить 30-32%, транспортних - не нижче 20%. При температурі газу 1200-1500° С ККД досягає 45-55%. Потужність газових турбін становить 25000, 40000 і 50000 кВт. Газові турбіни, в яких спалюють тверде паливо, працюватимуть здебільшого за замкненою схемою і матимуть потужність до 200-300 тис.кВт.

Реактивні двигуни

Реактивні двигуни - тепловий двигун, де хімічна енергія від згорання палива перетворюється на кінетичну енергію газового струменя, що витікає з реактивного сопла, а сила реакції. Яка утворюється при цьому, безпосередньо використовується як рушійна сила (сила тяги).

Згадки про використання реактивного руху зустрічаються в різних народів. Герон Олександрійський (початок н.е.) подав опис першого реактивного двигуна - реактивної турбіни, що приводилася в рух силою реакції витікаючої пари. За допомогою реактивної сили літали порохові ракети, що їх застосовували в Китаї (10 ст.), а згодом (до кінця 19 ст.) - у багатьох європейських країнах.

У 1849 році російський інженер І.І. Третеський запропонував схему повітряного реактивного двигуна, що в ньому утворювалась реакція струменя повітря або газу. Проектом повітряного реактивного двигуна (1866) російського винахідника М.М. Соковніна передбачалось використання сили реакції попереднього стиснутого повітря. Першу схему літального апарата, що приводиться в рух пороховим реактивним двигуном, склав 1881 М.І. Кибальчин. За розрахунками винахідника, в камеру згоряння двигуна замість пороху, що згорів, повинні були автоматично надходити нові порохові заряди.

У 1903 в праці “Дослідження світових просторів реактивними приладами” К.Е. Ціолковський запропонував новий тип двигунів - рідинний реактивний двигун (на рідкому паливі). Цей двигун мав камеру згоряння, що охолоджувалась складовими частинами палива; реактивне сопло, що розширювалось; паливні насоси тощо. Ґрунтовні роботи в галузі теорії реактивного двигуна були виконані М.Є. Жуковським, який, зокрема, досліджував реакцію струменів рідини, що витікає, та І.В. Мещецьким - з питань руху ракет.

До основних частин найпростішого рідинно-реактивного двигуна належать камера згоряння, що в ній згоряє рідке паливо (суміш рідких пального і окислювача); форсунки, що подають під тиском в камеру згоряння пальне і окислювач; реактивне сопло - труба з отвором, з якої продукти згоряння з великою швидкістю витікають назовні. Під час роботи двигуна тиск газу на бічні стінки камери згоряння взаємно зрівноважується, і лише тиск на закриту стінку не буде зрівноважений (внаслідок того, що в протилежній частині камери є отвір). Цей незрівноважений тиск і являє собою реактивну силу - силу тяги, що діє в напрямі, протилежному напряму витікаючого струменя газу, і рухає апарат, на якому встановлено двигун.

Сучасні реактивні двигуни поділяють на ракетні двигуни, що використовують для згоряння пальне і окислювач, які містяться на літальному апараті, і повітряно-реактивні двигуни, де необхідний для згоряння пального кисень надходить з атмосфери. Створено також комбіновані реактивні двигуни, що їх застосовують на літаках спеціального призначення. Перспективними є реактивні двигуни, що працюють на ядерному пальному.

Розрізняють реактивні двигуни порохові, або двигуни твердого палива, і рідинно-реактивні, що працюють на рідкому паливі.

Повітряно-реактивні двигун бувають прямоточні (у вигляді прямоточного каналу), пульсуючі (в них згоряння відбувається спалахами, що чергуються), турбореактивні (з газовою турбіною) і турбогвинтові (з газовою турбіною і повітряним гвинтом).

Третя група

Тема Теплові двигуни та їх вплив на екологію

План

1.Шкідливі викиди в атмосферу

2.Вплив використання авто та авіатранспорту на навколишнє середовище

3. Вплив забруднення довкілля на здоров'я людини

Двигун внутрішнього згоряння був створений, щоб покращити життя людей, але поступово це геніальне творіння кінця XIX століття пере­творилось у зло, джерело небезпеки. У даний час близько 0,02% суші зайнято під дороги. Головне – автомобіль забруднює навколишнє середовище вна­слідок викиду газів у атмосферу. Від цих газів гинуть квіти, дерева; над міс­тами, де багато транспорту, часто утворюється смог-отруйний туман, який тривалий час не розсмоктується. Дуже шкідливий шум, створений автотранс­портом. Він складає 80% технічних шумів, впливає на нервову систему лю­дини, викликає психічні захворювання, скорочує на 8-12 років життя мешканців великих міст. Шум став четвертим після наркотиків, алкоголю і тютюну смертельним ворогом людини.

 

1. Шкідливі викиди в атмосферу

Для спалювання палива в теплових машинах витрачається велика кількість кисню. На згоряння різноманітного палива витрачається від 15% до 30% кисню, який виробляється зеленими рослинами. Теплові машини викидають в атмосферу еквівалентні кількості оксиду карбону (СО2). Згоряння палива в топках промислових підприємств і теплових електростанцій майже ніколи не буває повним, тому відбувається забруднення повітря золою, пластівцями сажі. Енергетичні установки викидають в атмосферу щорічно 230-290 млн. м. куб. Золи і близько 60 млн. м. куб. оксиду сірки (SO2). Окрім того, при спалюванні нафти, вугілля, газу в повітря щорічно викидається:

400 млн. т оксиду вуглецю;

250 млн. т сполук хлору, фтору, найтоншого пилу, аерозолів;

метали: свинець, ртуть, ванадій, нікель, радіоактивні елементи.

70 млн. т сполук свинцю.

Продукти неповного згоряння, що потрапили в атмосферу, вступають у хімічні реакції з водяними парами повітря і у вигляді мікроскопічних крапельок розчинів кислот переносяться на сотні і тисячі кілометрів. На поверхню Землі випадають так звані кислотні дощі. Звичайна дощова вода повинна мати рН - 5,6...5,7. Але вже десятки років з причин забруднення атмосфери над Північною Америкою і Європою випадають дощі з вмістом кислоти в десятки, сотні і навіть у тисячі разів більше. За вмістом кислотні дощі іноді відповідають оцту.

У ході еволюції живі організми пристосувалися до фізичного й хімічного середовища і можуть існувати тільки в певному інтервалі рН. Зміна рН викликає біологічну перебудову водних систем. Коли рН знижується до 6,5...6,0 гинуть завитки і молюски. При рН - 6,0...5,0 гинуть найбільш чутливі планктонні організми, деякі види риби.

Кислотні дощі завдають величезної шкоди не тільки водоймищам, а й ґрунтам, лісам. Вони негативно впливають на рослинний та тваринний світ, прискорюють корозію металів, руйнують будівлі з мармуру та вапняку, окислюють ґрунти та водойми. У Німеччині кількість лісів, уражених кислотними дощами, досягла 40 відсотків, а місцями навіть 70 відсотків.

Речовини, які забруднюють атмосферу, особливо вуглекислий газ, накопичуються ватмосфері, значно збільшуючи тепло сонячного випромінювання. Таке протиприродне підвищення температури може призвести до серйозних кліматичних змін, таких як танення льодовиків, значне підвищення рівня води у Світовому океані, підвищення його температури.

Яскравим прикладом згубного впливу підвищення температури води у Світовому океані на живі організми може бути такий науковий факт. По всій Землі коралові рифи стали раптом “вибілюватись”, оскільки потепління океанської води завдало незвичного стресу тендітним організмам, що в нормальних умовах живуть в оболонці корала і надають рифу його природне забарвлення. Оскільки ці організми, прозвані “зукс”, покидають мембрану корала, сам корал стає прозорим і дозволяє просвічуватись білому вапняковому скелету - звідси його “вибілений” вигляд. Раніше “вибілювання” фактично завжди було випадковим і тимчасовим явищем, але за останні кілька років учені були вражені раптовим і повсюдним поширенням випадків “вибілювання” по всьому світу, внаслідок чого щораз більше коралових рифів так і не відновлюються.

Рівень вуглекислого газу продовжує підвищуватись, а разом з цим підвищується і температура. Вчені прогнозують, що глобальне потепління підніме температуру в полярних регіонах значно вище, аніж деінде. З потеплінням полярного повітря крига тут тоншатиме, а оскільки полярна шапка матиме чи не вирішальний вплив на погоду в глобальному масштабі, наслідки її танення можуть бути згубними. Одна команда американських вчених доповіла про кардинальні зміни в характері розподілу льоду в Арктиці, а інша зробила поки що неостаточне твердження, що в цілому північна полярна шапка лише за останнє десятиліття потоншала на 2%.

Глобальне потепління - це також стратегічна загроза. Концентрація вуглекислого газу та інших теплопоглинаючих молекул, що значною мірою потрапляють у оточуюче середовище через використання теплових двигунів, з часу Другої світової війни зросла майже на 25% і створила всесвітню загрозу здатності Землі регулювати кількість сонячного тепла, що утримується в атмосфері. Таке збільшення тепла серйозно загрожує рівновазі глобального клімату, що визначає режим вітрів, кількість опадів, поверхневі температури, океанські течії та рівень моря. А це, у свою чергу, визначає розподіл рослинного та тваринного світів на землі та в морі та справляє суттєвий вплив на розміщення і структуру людських суспільств.

Дві найвідоміші кризи - глобальне потепління та зменшення озонового шару в стратосфері - підсилюють одна одну і так чи інакше пов'язані з використанням теплових двигунів та фреону. Глобальне потепління призводить до збільшення кількості водяної пари в атмосфері і поглинання нижньою її частиною інфрачервоних променів, яке у протилежному випадку випромінювалося б назад у космос, пройшовши через стратосферу. У наслідок цього стратосфера охолоджується, тоді як нижня частина атмосфери нагрівається. Холодніша стратосфера з більшою кількістю водяної пари означає більшу кількість кристаликів льоду в озоновому шарі, особливо у полярних регіонах, де хлорфторвуглеці змішуються з озоном у присутності льоду і таким чином швидко зменшують концентрацію озону. Що тонший озоновий шар то більше ультрафіолетові промені бомбардують поверхню Землі й усі організми, що живуть на ній. Ультрафіолетове випромінювання вражає рослини, які в нормальних умовах поглинають велику кількість СО2 завдяки фотосинтезу, і, схоже, серйозно руйнує їхню здатність до цього. Коли рослини поглинають менше СО2, то цього газу стає в атмосфері більше, а це спричинює ще більше глобальне потепління і все більше охолодження стратосфери.

Внаслідок величезного накопичення газу метану в атмосфері над великими містами з'являються “фосфоресцентні хмари”. Метан ще називають природним газом; він виділяється із сміттєзвалищ, вугільних копалень, внаслідок неповного згоряння вугілля та від інших різноманітних видів людської діяльності. Навіть якщо фосфоресцентні хмари спостерігалися і раніше, уся ця надлишкова кількість метану несе велику кількість водяної пари у верхні шари атмосфери, де вона конденсується на значно більшій висоті та утворює все більше хмар. При цьому ми знову ж таки збільшуємо загрозу глобального потепління, оскільки метан - один з парникових газів, що накопичуються найшвидше, третій після вуглекислого газу та водяної пари у загальному об'ємі газів, що змінюють хімічний склад атмосфери.

Збільшення кількості хлору в атмосфері на 600 % за останні сорок років мало місце не лише у країнах виробниках хлорфторвуглеців, але також у повітрі над кожною країною, над Антарктикою, над Північним полюсом і Тихим океаном. Зростання концентрації хлору підриває глобальний процес, яким Земля регулює кількість сонячного ультрафіолетового випромінювання, що може пройти різь атмосферу до поверхні. Якщо дозволити концентрації хлору і далі зростати, то дози випромінювання також підвищуватимуться - до межі, коло всі рослини і тварини опиняться перед новою загрозою вимирання.

Хоча й інші хімічні речовини зробили свій внесок у кризу, що пов'язана із виснаженням озону, все ж основна шкода завдана хлорфторвуглецями. Той факт, що хлорфторвуглеці вже встигли завдати масштабного удару глобальній атмосфері, хоча виробляються менше між 60 років, має спонукати людство замислитися на тим, скільки хімічних сполук з-поміж тих двадцяти тисяч, які щороку винаходяться у світі, можуть, за умов їх масового виробництва. Спричинити інші суттєві зміни у довкіллі. Дуже мало з них перед застосуванням всебічно випробовують на предмет їх впливу на довкілля.

2. Вплив використання авто та авіатранспорту на навколишнє середовище

Висвітлюючи питання про вплив машин на літосферу, треба сказати, що, крім забруднення ґрунту органічним пальним, до складу якого входять дуже шкідливі для мешканців верхнього шару землі речовини, розвиток автотранспорту пов'язаний також із збільшення земельних ділянок, необхідних для стоянок. Досить ділянка розміром 25 м2, а мотоцикла 3 м.

Світовий парк легкових та вантажних автомобілів, включаючи також автобуси та інше, складає на даний час 700 млн. одиниць. Але за прогнозами вчених, до 2010 року кількість автомобілів перевищить один мільярд. Все більшу кількість перевезень здійснює повітряний транспорт: щорічно послугами літаків користується біля 800 млн. чоловік. Транспортна система приносить суттєві збитки навколишньому середовищу, особливо - свинець.

Середній вміст свинцю в бензині складає 0,4 г/л, при спалюванні ж його в двигунах 75% його кількості потрапляє у повітря. Підраховано, що навіть на території невеликої держави Австрія сумарні викиди свинцю від автомобільного транспорту та лакофарбної промисловості складає 20 тис. тон на рік.

Були проведені дослідження вздовж доріг Харківської області. Відомо, що на віддалі 100 м обабіч доріг вміст свинцю в ґрунті та рослинах перевищує норму в 8-17 разів, а кадмію, нікелю, міді, цинку - в 2-3 рази. Ці зони зовсім непридатні для випасу худоби та заготівлі сіна, посадки плодово-ягідних культур. Тому вживання в їжу плодів та ягід, зібраних вздовж автотрас, звичайно, неприпустиме.

Цікавий матеріал про кількість шкідливих речовин що викидаються у атмосферу автотранспортом, під назвою “Більше 50 кг шкідливих речовин на легені кожного киянина викидає міський транспорт” було опубліковано у газеті “Київські відомості”. “...На дорогах стало значно більше старих машин, які димлять як паровози. До того ж більшість з них працює на етилованому бензині, а це - додаткові шкідливі речовини. Рівень токсичних речовин у місцях постійних “пробок” - станції метро “Шулявська”, “Святошин”, Московська і Бессарабська площі, бульвар Шевченка в 2 - 2,5 рази перевищує граничні концентрації оксиду азоту та вуглекислого газу. Загальний річний вихлоп шкідливих речовин тільки державного транспорту становить біля 80 тисяч тонн. А з розрахунку на особисті машини цю цифру треба помножити на 3...”.

Значної шкоди довкіллю завдають літаки, що також працюють за рахунок використання теплових двигунів. Один літак Боїнг за одну годину польоту спалює 16 тон гасу, а при зльоті він витрачає 7,8 тон. Прикожному старті літак викидає в атмосферу до 100 кг оксиду вуглецю та 50 кг оксиду азоту. За трансатлантичний переліт боїнг витрачає 35 тонн кисню. Повітряний транспорт споживає 14% світового виробництва палива. Особливо небезпечно те, що продукти спалювання авіаційного палива потрапляють у верхні шари атмосфери. Сюди завдяки літакам щорічно потрапляє до 200 тисяч тонн сірчистого газу та 1,5 млн. тонн оксидів азоту. Це також прискорює руйнування озонового шару, яке відбувається під впливом фреонів.

3. Вплив забруднення довкілля на здоров'я людини

Забруднення природного середовища шкідливими речовинами в першу чергу впливає на здоров'я людини, сприяє збільшенню захворювань серцево-судинної системи, утворенню злоякісних пухлин, захворюванням крові.

Загалом негативний вплив на природу має три напрямки:

1. Хімічне забруднення повітря і води.

2. Теплове забруднення атмосфери і водоймищ.

3. Руйнування ґрунтів у зв'язку з добуванням палива і утилізацією шлаків.

Усі вищенаведені дані свідчать про те, що використання теплових двигунів, чинить вкрай негативний вплив на оточуюче середовище. Через наявність шкідливих речовин у повітрі, воді, ґрунті хворіють люди, потерпає прекрасний світ рослин і тварин. Негативні зміни у навколишньому середовищі можуть привести людство до глобальної катастрофи, відгуки якої ми можемо відчувати вже зараз. Людина відповідає за цей світ, за збереження у ньому гармонії і краси, а тому необхідним, на нашу думку, є пошук шляхів покращення світової екології.

Четверта группа

Тема. Шляхи вирішення екологічних проблем пов’язаних з використанням теплових двигунів

План

1.“Iмпект”

2. Використання вторинної сировини

3. Каталітичні конвертери

4. Неетилований бензин

5. “Cанрейсер”

6. Заміна бензину на інші види палива

7. Дизельний чи карбюраторний двигун?

Світу, в якому ми живемо, загрожує серйозна небезпека. Втручання людини у тендітну рівновагу природи - розвиток техніки і промисловості - може нанести непоправну шкоду оточуючому нас прекрасному довкіллю. Так як сьогодні існують ефективні методи боротьби проти всіх форм забруднення природи ми зацікавилися цією проблемою і спробували її дослідити.

Перспективні шляхи покращення екології

Негативні зміни в екології, пов'язані з використанням теплових двигунів уже давно привернули увагу учених всього світу. Роботи ведуться у чотирьох напрямках:

 двигунів внутрішнього згоряння додають водень.

2. Для кращого очищення вихлопних і паливних газів застосовують спеціальні фільтри, присадки до палива, а також спеціальну обробку газів перед їх викидом в атмосферу.

3. Пошуки нового, більш чистого виду палива. Широко використовується в якості палива попередньо очищений природній газ, а також спирти.

4. Ведуться великі дослідницькі роботи по створенню водневого та сонячного двигунів .

Розглянемо ці напрямки окремо.

1. “Iмпект”

Один із засобів запобігти забрудненню атмосфери вихлопом бензинових двигунів - перехід на електричну тягу. До недавнього часу електромобілі були тихохідні, а заряду батарей їм вистачало лише на коротку відстань. Але нещодавно компанія “Джененрал Моторс” випустила електромобіль “Імпект” (рис. 4). Це автомобіль обтічної форми з двома потужними електродвигунами, по одному на кожне переднє колесо. Він набирає швидкість з 0 до 100 км/год за 8 секунд, як спортивний автомобіль, і розвиває швидкість до 160 км/год. Його акумулятори заряджаються від електростанцій, що спалюють паливо. Виходить, що хоча сама машина і не викидає шкідливих газів, але це робить електростанція. Але електродвигуни можна заряджати вночі, використовуючи залишки електроенергії. Якби більшість машин у Нью-Йорку працювало на електроенергії і підзаряджало акумулятори вночі, електростанція не довелося б спалювати більше палива. Якщо електромобілі, схожі на “Імпект”, поширяться, то лічильники на автостоянках можуть бути переобладнані в зарядні пристрої.

2. Використання вторинної сировини

Вихлопні гази - не єдина проблема. Виготовлення автомобілів потребує багато енергії та сировини. Для збереження природних ресурсів потрібно ширше використовувати вторинну сировину. До 2000 року в одній лише Німеччині на звалищах нагромадилося 2,8 млн. автомобілів. Зараз виробники автомобілів намагаються уникнути втрати такої величезної кількості цінної сировини. У BMW є завод для переробки старих автомобілів. Машина BMW серія 3 має багато пластмасових деталей, які в майбутньому можуть дати матеріал для нових автомобілів.

3. Каталітичні конвертери

Виявивши, що автомобілі сильно забруднюють атмосферу, вчені спробували зменшити кількість шкідливих газів у автомобільних вихлопах, їм вдалося створити вставку у вихлопну трубу, що допалює більшість шкідливих газів. Цей прилад назвали каталітичним конвертером. Забруднення атмосфери автомобілем скорочується на 90%. В США всі нові автомобілі випускаються тільки з каталітичними конвертерами. Каталітичний конвертер не має рухомих частин і не потребує технічного обслуговування. Каталітичний конвертер схожий на бджолині соти, загальна поверхня котрих дорівнює площі двох футбольних полів. Він розміщений у ящику з нержавіючої сталі розміром 30 см* 23 см. Вихлопні гази проходячи через комірки конвертера, вступають в хімічні реакції з його “начинкою”, що робить більшість отруйних речовин менш шкідливими. Але хімічні речовини, що містяться в конвертері руйнуються свинцем. Через це всі автомобілі, які обладнані цим приладом, не можна заправляти етилованим бензином.

4. Неетилований бензин

В етилований бензин додають сполуки свинцю, щоб двигун працював більш злагоджено. Але із двигуна свинець потрапляє у вихлоп і разом з ним викидається у повітря, яким ми дихаємо. Свинець отруйний, він може негативно впливати на мозок, тому це небезпечний забруднювач. Найбільше від нього страждають мешканці великих міст, особливо діти. В наші дні уряди багатьох країн світу закликають автомобілістів використовувати бензин без свинцевих добавок. У майбутньому, очевидно, додавати свинець у бензин взагалі перестануть. Це допоможе зменшити свинцеве забруднення.

5. “Cанрейсер”

“Санрейсер” У майбутньому автомобілі, можливо, перейдуть на сонячну енергію і зовсім перестануть забруднювати атмосферу шкідливими газами. “Санрейсер” (“Сонячний автомобіль”) фірми “Дженерал Моторс” брав участь у змаганнях подібних машин в Австралії. Сонячні панелі на даху “Санрейсера” дають електричну енергію. В електродвигуні машини знаходиться спеціальний магніт. “Сонцемобіль” має дуже незвичайну форму. Вона дозволяє максимально покращити його аеродинамічні властивості. Змагання проводились на трасі довжиною в 3138 км між Дарвіном і Аделаїдою. Першим на фініші був “Санрейсер”.

Перехід на електромобілі затримується внаслідок малої ємності і великої маси акумуляторів, “сонячні” ж автомобілі ще занадто дорогі, ще довго вдосконалюватимуться.

6. Заміна бензину на інші види палива

Замінабензину та інших подібних видів пального на кисень та водень - один з шляхів поліпшення стану навколишнього середовища. Внаслідок цього заміщення викиди складатимуться з абсолютно нешкідливої водяної пари. Уже кілька років літає літак ТУ - 154, один з двигунів якого працює на такому “пальному                   майбутнього”, накопичуючи цінний досвід.

Іншим шляхом для вирішення проблеми, яким нехтують, є виготовлення з сучасних легких і дуже міцних матеріалів педальний" літак і пролетіти на ньому більше 100 км без посадки, облетіти навколо Землі на чудернацькому літаку “Войяджер” (США) з однією заправкою пальним. На нашу думку, слід використовувати такі матеріали для виготовлення автомобілів масою 20-30 кг, які можна буде легко розганяти педалями до швидкості в кілька десятків км за годину, і лише для поїздок на великі відстані застосовувати теплові двигуни.

Як не дивно, ще одним шляхом для подолання проблеми забруднення довкілля є економія електроенергії.

Підвищення потужності і економічності, зниження токсичності і шуму - проблеми над якими працюють спеціалісти. В двигуні В.М. Ушуля кожний циліндр складається з двох циліндрів. Внаслідок цього затягується процес згоряння палива. Витрати палива цього двигуна на 30% менші ніж звичайного. Відпрацьовані гази не містять шкідливих для організму речовин. Такий двигун нам потрібен.

7. Дизельний чи карбюраторний двигун?

З точки зору охорони навколишнього середовища дизельний двигун має переваги перед карбюраторним двигуном. Він економічніший на 20-30 %. Для виробництва дизельного палива потрібно в 2,5 рази менше енергії ніж для виробництва бензину. У вихлопних газах дизельного двигуна майже немає шкідливих газів, оскільки паливо згоряє майже повністю. Крім того, при згорянні дизельне паливо виділяє на 11 % більше енергії ніж бензин. Треба звернути увагу на те, що при правильно відрегульованому двигуні викиди шкідливих речовин у атмосферу зменшуються у 3-5 разів. До того ж, правильне регулювання карбюратора дає змогу економити паливо.

Висновки

1. Очевидно, що використання теплових двигунів відкриває перед людством фантастичні можливості. Ми запускаємо в космос ракети, створюємо швидкісні автомобілі, наше небо розсікають надшвидкі літаки, в світі працює величезна кількість ТЕЦ, що забезпечують нас електроенергією, а які, здавалося б, перспективи відкриває нам майбутнє! Але, як кажуть екологи: “Не можна досягти лише чогось одного”. Це дійсно так.

2. Використання теплових двигунів привело людство до глобальної екологічної кризи. Звичайно, ця криза спричинена дією сукупності негативних чинників людської діяльності, але чи не найбільшу роль у її появі належить використанню теплових машин.

3. Глобальне потепління і руйнування озонового шару - ось дві величезні проблеми, спричинені використанням ТД, від вирішення чи невирішення яких залежить саме існування людства на Землі.

4. Окрім того, завдяки людській діяльності потерпає прекрасний світ живої природи, забруднюються чисті водойми, псуються ґрунти, атмосфера стає “звалищем” шкідливих речовин.

5. І це все не пусті слова! Людина забула те, чого не мала забувати, а саме те, що вона є невід'ємною частиною природи, яка залежить від стану всього оточуючого світу. Природа обійдеться без нас, а ось чи обійдемось ми без неї? Нам потрібне свіже чисте повітря, криштальні водойми, нам потрібні квіти і тварини! Тому, не бажаючи звертати увагу на страждання оточуючого світу, ми ігноруємо власні страждання і загибель.

6. Над вирішенням проблеми, пов'язаної з використанням ТД, працюють вчені всього світу. Робота ведеться в чотирьох основних напрямках: дослідницькі роботи по створенню нових видів двигунів, пошуки нового більш чистого виду пального, розробка фільтрів і конвертерів для зменшення шкідливих речовин у вихлопі ДВЗ, додавання певних хімічних речовин у паливо для ТД для більш повного згоряння.

7. На нашу думку, саме фізика допоможе у винайденні нових видів двигунів, використанні перспективних джерел енергії і взагалі в розробці нових методів покращення стану довкілля.

8. Звичайно, наукові дослідження - справа вчених, але не слід забувати, що за світ відповідає кожна людина. Саме від нашого відношення до себе, нашої турботи про близьких, про природу залежить глобальний стан екології. Ми сподіваємося, що наша робота стала хорошим внеском у загальну справу покращення екологічної ситуації.

9. Ми маємо зберегти цей світ таким само прекрасним і неповторним для себе і для своїх дітей.

Урок за технологією проєктного навчання

Тема. Використання енергії у нашому домі. 8 клас

Урок роботи в базово-перехресних, групах

Девіз уроку:

Я використовую свої знання

І визнаю їхню важливість...

( з китайського прислів'я )

Мета. Узагальнити й систематизувати знання учнів про ощадливе використання енергії, продовжити формувати вміння аналізувати, порівнювати, робити самостійно висновки, працювати з науковою літературою, виховувати економічне й екологічне мислення, вміння працювати в колективі, толерантність, прагнення до поповнення знань.

Очікувані результати:

Знаннєвий компонент: учні розуміютьвластивості теплового руху;

володіютьпоняттями температура, внутрішня енергія, кількість теплоти;

знаютьспособи вимірювання температури; принцип побудови температурної шкали Цельсія; пояснюютьтеплові процеси.

Діяльнісний компонент: спостерігають і описують використання енергії в побуті. Використовують набуті знання у навчальній і практичній діяльності.

Ціннісний компонент: оцінюють: значення економії енергії,; переваги та недоліки різних джерел енергії; усвідомлюють важливість економного використання енергії у побутовому секторі; встановлюють чинники ощадливого використання енергії людиною.

Основні терміни до теми: енергозберігаючі технології, альтерна енергетика.

Реалізуються наскрізні лінії:

Екологічна безпека та сталий розвиток Використовують знання отримані на уроках фізики, для вирішення проблем довкілля; визначають причинно-наслідкові зв’язки впливу сучасного виробництва, життєдіяльності людини на довкілля; прогнозують екологічні та соціальні наслідки використання надбань фізики та сучасних технологійу природному й соціальному середовищі, оцінюють їхнє значення для сталого розвитку; готові брати участь у природоохоронних заходах; ефективно співпрацювати з іншими над реалізацією енергозберігаючих проектів.

Здоров’я та безпека Оцінюють позитивний потенціал та ризик надбань фізики, техніки і технологій для добробуту людини і безпеки суспільства та довкілля; виявляють ціннісне ставлення до навколишнього середовища як до потенційного джерела здоров’я , добробуту та безпеки.

Громадянська відповідальність Працюють в команді та приймають виважені рішення.

Підприємливість і фінансова грамотність Застосовують фізичні знання для генерування ідей та ініціатив щодо проектної діяльності, для вирішення проблем, пов’язаних із матеріальними та енергетичними ресурсами. Прогнозують вплив фізики на розвиток технологій, нових напрямів підприємництва; оцінюють можливості застосування набутих знань з фізики в майбутній професійній діяльності; оцінює власні здібності щодо вибору майбутньої професії, пов’язаної з фізикою; презентують власні ідеї та ініціативи.

Компетентності ключові: спілкування державною мовою, інформаційно – цифрова, математична, основні компетентності у природничих науках та технологіях, уміння вчитися впродовж життя,  ініціативність і підприємливість, соціальна та громадянська, екологічна грамотність і здорове життя, загальнокультурна.

Тип уроку: Урок узагальнення й систематизації знань

Обладнання Настільні світильники (5 шт.), кольорові картки з номерами, макети "дерева рішень" проблеми (5 шт.), маркери, загальне "дерево рішень" проблеми (1 шт.).

Методичні поради

Робота в групах дозволяє учням набувати навички співробітництва і комунікативності. Такі заняття допомагають учням шукати компроміс і долати розбіжності, що виникають між ними, та брати активну участь у пошуку спільних, реальних рішень. Така робота сприяє розвитку творчості, глибокому осмисленню і одночасно, зміцнює соціальні зв'язки між учасниками. Поділ на групи доцільно зробити на попередньому уроці, а кожній групі дати домашнє завдання.

Метод базово-перехресних групп Учитель проводить поділ на базові групи, в яких учні опрацьовують матеріал певного типу (кожна група - іншій). Після цього вчитель формує нові перехресні групи таким чином, щоб до їхнього складу входили представники з кожної попередньої базової групи. У цих групах учні навчають один одного передаючи їм знання, здобуті в базових групах. Поділ на групи проводимо таким чином. Учні які працювали над однією проблемою отримують картки одного кольору, але з різними цифрами. Базові групи формуються за кольором, перехресні - за цифрами.

Метод "дерево рішень" Кожна перехресна група отримує для заповнення плакат із зображеним "деревом рішень" проблеми (див.додаток), яка розглядається і маркери. Під час роботи учасники групи занотовують рекомендації щодо економічного використання електричної енергії після завершення роботи представники кожної групи повідомляють результати роботи своїх груп. Вчитель на загальному плакаті, де зображено "дерево рішень" проблеми, фіксує рекомендації кожної групи,, які не повторювалися. На основі загального "дерева рішень" проблеми створюється пам'ятка: "Економне використання енергії у вашому домі".

Метод „ Відкритий мікрофон „. Кожний учень висловлює свою думку , без коментарів вчителя, як вирішити проблему (ситуацію) поставлену вчителем за допомогою уявного мікрофону який передається по класу.

         Спікер кожної групи от римує таблицю: ”Досягнення групи на уроці.” (див.додаток), в якій оцінює внесок кожного члена своєї групи у  вирішення питань, які розглядаються на уроці. По закінченню роботи група, в цій таблиці, висвітлює свої враження від уроку.

Хід уроку

1. Актуалізація опорних знань учнів( 3-5 хв.)

( У кабінеті фізики ввімкнено лампи загального світла та настільні світильники, які розташовані на кожному робочому столі групи. На дошці плакати з написами "Бережіть електроенергію", "Бережіть тепло у вашому домі", "Економно використовуйте воду").

Учитель. Дорогі друзі, в зв'язку з тим, що погода не порадувала нас сонячним днем, довелося ввімкнути світло в кабінеті. Хочу, щоб ви відповіли на просте, але досить актуальне запитання: чи раціонально ми використовуємо на даний момент електроенергію, що треба зробити, щоб використання електроенергії на цьому уроці було економним?

( відповіді учні дають за допомогою методу „ Відкритий мікрофон „)

Учень. Я вважаю, що в кабінеті багато ввімкнено освітлювальних приладів. На мою думку для роботи нам вистачить настільних світильників.

Учитель. Зверніть увагу на термометр. Чи доцільно сьогодні вмикати обігрівачі?

Учень. Термометр показує 18⁰С. Я вважаю, що вмикати обігрівачі недоцільно.

Учитель .Тож попросимо лаборанта вимкнути загальне світло, і не будемо вмикати обігрівачі.

2.Об’явлення теми і очікуваних результатів(2 хв.)

Учитель. Тема сьогоднішнього  уроку – „Використання енергії у нашому домі”.

Девіз уроку: „Я використовую свої знання

                      І визнаю їхню важливість...”

Після цього уроку ви зможете:

-  виявити неекономне використання енергії  у вашому домі;

-  чітко знати що робити для бережливого  її використання ;

- зробити висновок про доцільність використання деяких побутових приладів.

3. Мотивація навчальної діяльності( 3 хв.)

Міні-лекція. Енергія є основою життя людського суспільства, ї його прогресивний розвиток пов'язаний із посереднім зростанням енергоспоживання. Це споживання зросло протягом двадцятого століття більше ніж у сто разів.

Наші домівки також являються "споживачами" енергії, а найбільше електроенергії. Простота, доступність і дешевизна електроенергії породили у багатьох людей уявлення про невичерпність наших енергетичних ресурсів, притупили усвідомлення необхідності економити її.

Отже, електрична енергія це наслідок розвитку цивілізації. Сучасна людина не може уявити своє життя без телевізора, радіо, магнітофона, електричної лампочки та інших електроприладів. Але ми завжди повинні пам'ятати про економне, бережливе ставлення щодо використання електричної енергії в наших домівках.

15 - 20% використаної у побуті електроенергії марно витрачається через недбалість споживачів.

4. Узагальнення і систематизація знань

(Інтерактивна вправа 28 – 30 хв.)

Далі наша робота піде таким чином. На попередньому уроці ми з вами утворили групи начолі з командирами, кожна з яких отримала домашнє завдання підготувати повідомлення з таких тем:

1. Облік електроенергії в нашому домі.

2.  Раціональне освітлення в наших будинках.

3.  Економна експлуатація побутових приладів.

4.  Тепло у нашому домі.

5.  Вода та заходи її економії.

До повідомлень, які ви підготували вдома, ви ще отримаєте додаткову інформацію (див. додаток). Ваше завдання - опрацювати цей матеріал, обговорити його і дати рекомендації, щодо економного використання енергії в наших будинках.

На виконання цієї роботи відводиться вісім хвилин.

(Під час роботи учнів у групах учитель стежить за їхньою роботою і за потребою надає допомогу).

Учитель. ( через 8 - 10 хвилин). Час обговорення вийшов. Прошу згрупуватися за номерами. Тепер ви маєте розповісти один одному про види використання електроенергії в житлових будинках, які вивчали в попередній групі. Під час роботи ви відпрацьовуєте рекомендації щодо економного використання електроенергії, які відтворите на "дереві рішень" проблеми.

(Кожна група отримує макет" дерева рішень" проблеми на який вписує свої рекомендації).

На виконання цього завдання відводиться двадцять хвилин.

(Через двадцять хвилин групи вивішують на дошці макети "дерева рішень" проблеми і представники від кожної групи по черзі пропонують свої рекомендації по кожному питанню, які учитель записує на загальному "дереві рішень" проблеми).

5. Підсумок(Рефлексія 3 хв.)

(Учитель коментує роботу учнів, їхнє уміння працювати з науковим матеріалом, аналізувати, робити висновки.Оцінювання кожного члена групи проводить командир).

Учитель.

 Як на вашу думку, знадобляться вам знання отримані сьогодні на уроці в подальшому житті?

З ким ви можете поділитися набутими знаннями?

Чи поповнили ви сьогодні свій багаж знань?

Що нового дізналися на сьогоднішньому уроці?

Чи досягли ми з вами поставленої мети ?

6.Домашнє завдання (2 хв.)

Учитель. Сьогодні на уроці ми разом створили рекомендації, що до економного використання електроенергії в наших домівках, і я хочу подарувати вам пам'ятки (див.додаток) які пропоную обговорити та проаналізувати в колі сім'ї. Це і буде вашим домашнім завданням.

 

Додаток

1. Облік електроенергії в нашому домі

Одним з основних показників, які характеризують економічність роботи побутових приладів (обладнання) є кількість спожитої енергії.

Уся електроенергія, спожита електропобутовими приладами фіксується вимірювальними приладами електролічильниками.

Наприкінці кожного місяця, бажано в один і той самий день, визначають різницю між останніми даними та даними за минулий місяць.

Слід порівнювати витрати електроенергії даного місяця з витратами за відповідний місяць минулого року. Якщо цифра помітно збільшилася, необхідно спробувати визначити причину: або це результат використання недавно придбаних електроприладів, або неекономічне використання електроенергії. У разі зменшення витрат або збільшення, спричиненого об'єктивними обставинами, електроенергія витрачається раціонально.

Подібний аналіз доцільно робити за квартал, півріччя та за рік загалом.

Спостерігаючи за роботою лічильника, завжди визначати, чи ввімкнені на даний момент у помешканні лампи або електроприлади. Якщо диск лічильника нерухомий - все вимкнено.

Іноді виникає сумнів щодо правильності даних лічильника. Право перевіряти та опломбовувати лічильник мають тільки спеціалізовані лабораторії енергонагляду. Але навіть у побутових умовах можна зробити висновки про справність лічильника. Для цього необхідно спочатку відключити всі електроприлади в помешканні. Після цього диск лічильника має зупинитися, здійснивши не більше ніж один оборот. Якщо ж диск продовжує обертатися, коли електроприлади вимкнені, значить лічильник несправний.

Дзижчання лічильника, коли диск нерухомий не є ознакою його несправності.

Для контролю за раціональним і економічним використанням електроенергії в помешканні необхідно завести спеціальний зошит, в який слід щомісяця заносити дані про витрати електроенергії. Наприкінці року можна порівняти витрати електроенергії за минулий місяць і відповідний місяць минулого року й зробити аналіз електроспоживання.

2. Раціональне освітлення в будинку

Освітлення в будинку складається з природного і штучного. Будь яке освітлення має забезпечувати достатню освітленість приміщення, бути рівномірним, без різких і неприємних тіней.

Природне освітлення створюється прямими або розсіяними сонячними променями й міняється залежно від часу доби та року, а також від розташування вікон, їхньої величини тощо.

До приміщень, вікна яких виходять на північ і частково на захід і схід, потрапляє лише розсіяне світло. Для поліпшення природного освітлення кімнат стіну і стелю рекомендується робити світлою: світло, потрапляючи на світлі поверхні, багаторазово відбивається, що посилює освітленість, потрапляючи ж на темні поверхні, навпаки поглинається.

Крім того, природна освітленість залежить від втрат світла, коли воно проходить через віконне скло. Запилюжене скло може поглинати до 30% світла. Значно знижують освітленість також квіти на підвіконнях.

Слід зазначити, що природне освітлення активізує біохімічні процеси в організмі людини, тонізує його, вбиває шкідливі мікроби.

Штучне освітлення створюється електричними світильниками.

Штучне освітлення має забезпечувати рівномірну й достатню освітленість без різких змін.

При загальному освітленні можна займатися роботою, що не вимагає   великого   напруження   зору.   Світильники   загального освітлення зазвичай найпотужніші в кімнаті, їхнє головне завдання освітити все приміщення якнайрівномірніше.  Тому вони, як правило, є такими що висять в центрі стелі.

Під час деяких видів робіт недостатньо мати загальне освітлення. У таких випадках забезпечується місцеве освітлення з урахуванням конкретних умов, для якого використовуються спеціальні джерела, встановлені в безпосередній близькості до робочого місця.

Комбіноване освітлення основане на використання загального та місцевого освітлення окремих функціональних зон.

У побутових освітлювальних приладах використовуються лампи розжарювання різної потужності на напругу 220 В. На відміну від звичайних ламп розжарювання випускають криптонові та біспіральні лампи. Криптонові лампи наповнені інертним газом - криптоном, мають підвищену світлову віддачу за однакового порівняно зі звичайними лампами, споживання електроенергії. Біспіральні лампи мають товсту на вигляд нитку розжарювання, яка являє собою вольфрамову спіраль, згорнену на більш тонкій спіралі, й має більшу яскравість, ніж звичайна нитка.

І все-таки високого рівня освітленості в поєднанні з економією електроенергії можна досягти, лише якщо використовувати люмінесцентні лампи. Люмінесцентні лампи - це найбільш довершені джерела світла. Така лампа має порівняно з лампою розжарювання в 4-5 разів більш високу світлову віддачу та в 5 - 8 разів більший термін служби. Світловий потік люмінесцентної лампи 20 Вт дорівнює світловому потоку лампи розжарювання 130 Вт. У цьому полягає економія. Слід пам'ятати, що, як і при використанні світильників з лампами, заміна декількох ламп малої потужності на меншу кількість ламп більшої потужності призводить до значної економії електроенергії.

3. Економна експлуатація побутових приладів

У ряді зарубіжних країн всі побутові електроприлади забезпечуються етикеткою, яка містить інформацію про споживану потужність. Це дозволяє орієнтувати споживачів на купівлю економнішої апаратури.

Розглянемо деякі електроприлади.

Плита електрична - найелектроємніший і універсальний нагрівальний електроприлад.

Тепловитрати в кухонних плитах пояснюються головним чином недоліками конструкції конфорок. У газової плити ККД конфорок становить ЗО ~ 50 %, у електричної - від 50% до 70 %.

Коли вибираєте електроплиту слід мати на увазі, що плита потужністю до 5 кВт з трьома конфорками цілком забезпечує потреби сім'ї з 3 -  4 осіб. Плити більшої потужності виправдані лише у великій сім'ї.

Деякі сучасні електроплити забезпечені таймером, що дозволяє автоматично регулювати час роботи. Це вельми можливо для економії електроенергії.

Піч мікрохвильова використовується в побуті для швидкого приготування їжі, підігрівання готових страв і розморожування продуктів. Приготування їжі в такій плиті майже повністю автоматизоване, що дає можливість скоротити час і зекономити електроенергію.

Електрогриль     шафа для смаження з нагріванням інфрачервоним випромінюванням. Призначений для приготування м'ясних і рибних страв. Продукти не торкаються нагрівальних елементів завдяки чому відпадає необхідність використовувати жири.

Завдяки глибокому прогріванню приготування їжі значно скорочується, що призводить до зменшення споживаної енергії.

Пральні машини. Найтрудомісткішими процесами в домашньому господарстві є прання та прасування. Тут у пригоді стають прилади, що полегшують і прискорюють ці процеси, - пральні машини. Серед них приоритетне місце по праву займають напівавтоматичні і автоматичні машини. Велика частина енергії, споживаної під час роботи пральної машини, витрачається на підігрівання води, а не на обертання барабана. Ось чому найдієвіший спосіб економії електроенергії під час користування пральною машиною полягає врегулюванні кількості води та її температури при пранні та полосканні білизни. Прання у гарячій воді необхідне лише у випадках, коли треба очистити дуже забруднені білі тканини. Можливість полоскання в теплій воді передбачається майже завжди лише тому, що цього хочуть споживачі.

Економічність пральної машини залежить і від рівня води в барабані. Згідно з результатами обстеження, проведеного компанією "Проктор енд Гембел", середнє разове завантаження барабана становить лише 2,5 кг в машинах, розрахованих на 7 - 9 кг. Це доводить, що споживачі не мають ні найменшого уявлення про продуктивність своїх пральних машин і про умови, що обмежують можливість їхньої ефективної експлуатації.

Слід мати на увазі, що автоматичні та напівавтоматичні пральні машини за умови дотримання режиму прання та повного їх завантаження є найекономними. Разом з тим часто виникає необхідність прання невеликої кількості білизни. Використання для цієї мети згаданих вище пральних машин надзвичайно неекономне. Доля таких випадків слід мати вдома малогабаритну пральну машину, яка може вміститися у ванній кімнаті туалеті.

4. Тепло у вашому домі

Створення умов для життя та діяльності людини має дуже важливе значення. Висока працездатність окремої людини, по-перше, вигідна всім з точки зору того, що при цьому виробляється більше продукції, товару. Крім того, людина, яка працює у добрих умовах, менше хворіє, і тому не треба витрачати кошти на її лікування.

Для країн середньої та північної кліматичних зон, мабуть, найважливіше місце в забезпеченні життєдіяльності людини займає опалення домівки. Витрати енергії на опалення зазвичай становлять близько 60% від усього обсягу енергії, яка використовується у житловому приміщенні, включаючи витрати газу, освітлення, нагрівання води.

В різних приміщеннях втрати теплоти різні, але ми маємо розуміти, що якщо постачання теплоти в середину приміщення буде перевищувати втрати у зовнішнє середовище, температура всередині буде зростати, і навпаки.

Зрозуміло, що якщо дах, стіни, підлога, вікна будуть добре проводити теплоту, то хоч би скільки тепла ми постачали, цього може виявитись не досить, щоб нагріти приміщення до необхідної температури. І навпаки, якщо стіни та інші деталі будівлі погано проводять теплоту, то цілком може вистачити навіть слабкого опалення.

Сьогодні в найкращих із сучасних збудованих житлових будинків стіни та інші деталі пускають такі малі теплові потоки, що у деяких випадках досить працюючого телевізора або побутового холодильника та присутності 2-3 людей (людина теж, по суті є джерелом теплоти в приміщенні), щоб опалити кімнату. Те, про що тут розповідається, здавна знали будівельники. Скажімо будівлі у північних країнах здебільшого будували з дерева, бо, як відомо, дерево - поганий провідник тепла.

Слід зазначити, що механізми перенесення теплоти в приміщенні - в основному конвекція та теплопровідність.

Якщо ми звертаємося до схеми енерговитрат в будівлі, то побачимо, що найбільшими є витрати теплоти через вікна та двері. Як показує дослідження, ці витрати відбуваються через погане ущільнення. У нежитлових приміщеннях (громадських підприємств тощо), куди багато людей протягом дня входять, на витрати теплоти впливає режим зачинення та відчинення зовнішніх дверей та їх конструкція.

Найбільш дієвим засобом збереження теплоти є ретельне ущільнення вікон. Для цього, зазвичай використовують папір, вату і т. ін. Останнім часом з'явилися дуже ефективні полімерні ущільнювачі у вигляді стрічок, трубочок і т. ін.

 Передусім слід пересвідчитися у наявності щілин у вікнах за допомогою якого-небудь предмета. Це може бути монета. Оскільки різні за номіналом монети мають різну товщину, то, проводячи монетою вздовж лінії з'єднання шибки та рами можна виявити щілини та оцінити їхню ширину. Всі нещільності треба усунути. Якщо після ущільнення витрати теплоти через вікно все ж таки суттєві, а ви це можете помітити, якщо біля вікна буде значно прохолодніше, ніж у будь-якому іншому місці кімнати, - то це, скоріш за все, означає, що власне сама рама не відповідає технічним вимогам (наприклад, шар повітря між шибками не досить значний, щоб затримувати тепловий потік). У цьому випадку можна лише порадити замінити рами або встановити додаткові рами, якщо це можливо. Те саме стосується і дверей.

Не менш важливо, ніж збереження теплоти за рахунок ущільнення та вдосконалення теплової ізоляції, є проблема економічно виправданого, оптимального споживання теплоти.

Останнім часом у зв'язку з поширенням підприємницької діяльності та розширення приватного сектору у будівництві проблемі опалення приміщень приділяється особлива увага. Приватні власники шукають варіантів з найменшими витратами. З періодичної преси, оглядів експозицій, статистичних даних відомо, що найбільшим попитом користуються індивідуальні опалювальні бойлери з автоматикою та особливими термоакумуляторами.

Збереження теплоти в помешканні має величезне значення не тільки для його мешканців, а й для всього суспільства. Поміркуйте, для вироблення теплоти витрачаються кошти і, що найважливіше, безповоротно витрачається паливо (газ, нафта), запаси якого повсякчасно зменшуються. Крім того, більші за необхідні витрати палива спричинюють і збільшення кількості СО₂, який утворюється під час горіння, а це викликає цілу низку екологічних проблем і подальших витрат. Отже, здавалося б незначна, приватна проблема опалення помешкання набуває величезного значення.

5. Вода та заходи її економії

Звідки береться вода зрозуміло - з ріки. Але ріка може бути далеко від дому. Як же воду доставити в дім? Колись у давньому Римі для транспортування води будували спеціальні канали, які являли собою жолоби, підняті високо над землею на спеціальних колонах, або стовпах - акведуках. Набагато пізніше в, епоху Відродження, коли було відкрито закон сполучених посудин, винайшли метод доставляння води за допомогою напірної вежі.

Сьогоднішнє місто - це багатоповерхові споруди, які являють собою досить складні інженерні системи з електричної мережею, трубопроводами, ліфтами...

Складовою частиною цієї системи є мережа трубопроводів, яка забезпечує водою мешканців квартир.

Якщо уявити собі труби, по яким подається вода, як надзвичайно розгалужену мережу труб різного діаметру, то стає зрозумілим, що опір цієї мережі дуже великий і на його подолання насоси витрачають дуже багато енергії.

Окрім витрат на транспортування води існують чималі витрати на її підготовку. Воду не можна відразу з річки подавати споживачам. Спочатку вода проходить очищення: наспеціальній станції її звільняють від механічних домішок, хімічних, шкідливих речовин і т. ін. Це ще одна складова вартості води для споживача. Зрозуміло, що очищена вода коштуватиме дорожче, ніж неочищена.

Тут ми повинні підкреслити ще раз той факт, що вода набуває своєї вартості ще й завдяки тому, що для надання їй споживчої цінності витрачається певна кількість електроенергії. Тобто, використовуючи воду, ми, поза всяким сумнівом, користуємося енергію, яка витрачається далеко від того місця, де ми отримуємо воду в нашому домі. Знаходячись на одному кінці ланцюжка, ми впливаємо на інший його кінець, пов'язаний з виробленням і споживанням енергії. Це підкреслює те, що енергетика пронизує усю структуру економічного та суспільного секторів.

Витрачаючи більше чи менше води, ми поміж іншим впливаємо на енергетичний сектор. У свою чергу, із сказаного випливає, що зміни енергетичного сектору та його стан впливатимуть на рівень споживання води.

Але й забруднення води, якою ми користуємося, теж впливає на енергозбереження, бо забруднена вода потребує більшого очищення, на яке буде витрачено більше енергії.

Приблизно чверть енергії, що споживається в побуті, витрачається на нагрівання води.

Домогтися економії можна шляхом зміни своїх звичок, використання різних пристосувань і, звичайно, шляхом ретельної підгонки прокладок. Якщо одна родина заощаджує 50 л гарячої води на день, це рівнозначно щорічній економії 100 л нафти.

Деякі пристрої споживають невиправдано багато води (старі крани та душі часто пропускають 15-20 літрів на хвилину). Низькопропускні насадки, які зменшують водний потік до 6-7 літрів на хвилину, можна надіти на всі крани та душі. Вони окупляться за декілька місяців. Для зменшення потоку води на водовипускний отвір слід також встановлювати аератори. Вони насичують струмінь води бульбашками повітря, збільшуючи миючий ефект навіть коли напір слабкий. Розроблено також спеціальні душі, які працюють при низькому напорі води.

Душ також можна обладнати преривачем, який перекриває 90% води. Оскільки кран повністю закритий, температура води залишається постійною. Якщо використовувати преривач на час намилювання, можна уникнути зайвих витрат гарячої води.

Коли встановлюють нові крани, краще вибрати кран з однією ручкою та з термостатичним регулятором для душа. Термостатично регульований змішувальний кран виконує функцію зупинки душа. Крани з однією ручкою-регулятором зручніші, ніж крани з двома ручками, до того ж вони забезпечують менші витрати води.

Пам'ятка

1.     Йдучи   з   дому,    вимикайте    всі    електроприлади    й освітлювальні прилади, за винятком холодильника. При цьому пам'ятайте: щоб уникнути пожежі, вимикати слід не нащитку, а від'єднувати виделки від розетки.

2.  Періодично перевіряйте, чи не горять у вас зайві лампи, чи не ввімкнені не потрібні вам зараз електроприлади.

3.  Не опалюйте й не охолоджуйте приміщення, якими рідко користуєтеся.

4.    Не   ставте   в   холодильник   гарячі   страви.   Встановіть терморегулятор   камери   охолоджування   на   4-5   градусів. Пересвідчіться в тому, що холодильник не дотикається до теплих стін. Перед тим, як їхати у відпустку, звільніть холодильник від продуктів, вимкніть його і залиште відчиненим.

5.   Не мийте посуд під великим струменем гарячої води, користуйтеся   душевою   сіткою   із   зменшеною   витратою   води. Перевірте чи не течуть крани й труби.

6.  Раз на рік перевіряйте регулювання полум'я пальників. Не користуйтеся     духовкою     та     пальниками     для     опалювання помешкання.

7.   Вимикайте світло коли воно вам непотрібне. Чиніть за принципом: "Хто йде останній, той вимикає світло!".

8.   Використовуйте одну потужну лампу замість декількох ламп меншої потужності.

9. Утримуйте в чистоті лампи, плафони та іншу освітлювальну арматуру.

10.  Приймайте короткий душ замість ванни. Закривайте воду поки намилюєтесь. Слідкуйте щоб вода не текла з крана без необхідності.

Заняття гуртків з фізики та трудового навчання

Тема. Сніданок за законами фізики

Мета заняття  навчити учнів 7 класу готувати сніданок, враховуючи закони фізики та дотримуючись правил техніки безпеки;

- систематизувати знання з теми «Тиск»;

- узагальнити знання з теми «Ведення домашнього господарства», оптимально сполучити навчання із застосуванням знань у проблемних ситуаціях;

- здійснювати наставницьку діяльність;

- виховувати уміння відстоювати свою точку зору,

- розвивати акуратність, естетичний смак.

Очікувані результати:

Знаннєвий компонент: учні оперують поняттями і термінами: тиск, атмосферний тиск,паскаль,енергетична цінність; пояснюють: закон Паскаля; визначають склад органічних речовин.

Діяльнісний компонент: спостерігають і описують процеси варіння та смаження; експериментально досліджують від чого залежить тиск; використовують набуті знання у навчальній і практичній діяльності.

Ціннісний компонент: виявляють ставлення та оцінюють на якісному рівні результати використання знань в реальних життєвих ситуаціях.

Реалізуються наскрізні лінії:

Здоров’я та безпека Дотримуються правил безпеки життєдіяльності під час виконання практичних робіт.

Громадянська відповідальність Працюють в команді та приймає виважені рішення.

Підприємливість і фінансова грамотність: прогнозують вплив фізики на розвиток технологій, нових напрямів підприємництва; оцінюютьможливості застосування набутих знань з фізики в майбутній професійній діяльності, для ефективного вирішення повсякденних проблем; розвивають ініціативність, працьовитість, відповідальність як запоруку результативності власної діяльності; аналізують власну економічну ситуацію, родинний бюджет.

Компетентності ключові: спілкування державною мовою, інформаційно – цифрова,математична,основні компетентності у природничих науках і технологіях, уміння вчитися впродовж життя,ініціативність і підприємливість, громадянська, загальнокультурна.

Обладнання: 6 яєць (два для сніданку), 1 склянка молока, батон, вершкова і рослинна олія, електрична плита, ніж.

Тип заняття: Узагальнення і систематизації знань.

Хід уроку

1.      Організаційний момент
2. Актуалізація опорних знань та вмінь учнів

•         Добрий день друзі. Сьогодні у нас незвичайна зустріч. Працюватимуть члени двох гуртків «Фізичний альманах»  та «Майстриня».
•         Епіграфом нашої роботи будіть слова Конфуція:

Те, що я чую, я забуваю.

Те, що я бачу, я пам’ятаю.

Те, що роблю, я розумію.

Як ви розумієте цей вислів?

(діти висловлюють думки)

Учитель трудового навчання. Пропонуємо пригоститись канапками з чаєм.

Учитель фізики. Як ви можете пояснити,  з точки зору природознавства, з яких речовин складаються запропоновані канапки..

Чи задумувались ви, які фізичні закони проявляються при приготуванні  повноцінного сніданку?

3.   Оголошення теми та очікуваних результатів

Учитель фізики. Недаремно тема сьогоднішнього заняття «Сніданок за законами фізики». Слідкувати за правильністю думок гуртківців «Майстрині» та допомагати їм сьогодні будуть наші консультанти – члени  гуртка «Фізичний альманах», переможці шкільних та районних олімпіад з фізики, та незалежні експерти шкільного гуртка «Художня палітра»,  які в кінці уроку презентують своє бачення нашої роботи на папері.

Прошу вас сформулювати для себе мету нашого заняття. Яка повинна  розпочинатися  словами:

“Я дізнаюсь ….”

“Я навчуся….”.

(Учні відповідають)

Після висловів дітей, підводимо   підсумок:

На уроці я дізнаюсь:

- як закони фізики допомагають у приготуванні страв;

- технологію приготування їжі;

- розраховувати енергетичну цінність продуктів які входять до складу сніданку;

Я навчуся:

- застосовувати отриманні знання з фізики та трудового навчання на практиці;

- готувати сніданок;

- естетично оформляти приготовлені страви.

Учитель трудового навчання. Сьогодні ми приготуємо найпростіший сніданок, який буде складатися з яєчні,  бутерброда та склянки молока.

Та перш, ніж  розпочати  роботу, згадаємо, що треба зробити з яйцями для того, щоб вживати їх у їжу? (Зробити первинну обробку яєць)

•         Для чого така обробка? (Захист від бактерій)
•         Назвіть основні правила обробки яєць.

1- тепл. вода 10 хв.,

2 – 0,5 % розч соди 10 хв.,

3 -  0,5 % розчин хлорного вапна 5 хв.,

4 – проточна вода 5 хв.

ІV.  Мотивація навчальної діяльності

1 консультант. На столі 6 яєць. Два з них уже зварені і їх потрібно залишити на салат олив’є. Як їх можна знайти серед інших? Ваші пропозиції. Потрібно не тільки назвати ці способи, але й розібратися в їхній фізичній суті.

(Відповіді учнів)

Перший спосіб. Потрібно покласти яйце на стіл й обертати його навколо вертикальної осі. Варене яйце буде обертатися швидше, ніж сире. Чому? Варене яйце обертається як одне ціле; сире ж складається з окремих рідких частин: жовтка і білка. При обертанні сирого яйця ці частини володіють різною лінійною швидкістю: чим далі від осі обертання, тим ця швидкість більше; тому між частинами яйця виникає внутрішнє тертя, що гальмує рух.

Другий спосіб. Опустити яйця в солону воду; якщо вони однакового розміру, то сире яйце буде плавати на більшій глибині, ніж варене.

Третій спосіб. Оригінальний. Потрібно закріпити на столі всі яйця. Потім з рушниці вистрілювати в них по черзі. У варених яйцях залишиться вузький слід від кулі, що пролетіла, а сирі розлетяться на шматки в усі сторони — варені будуть виявлені. Навряд чи хтось користується цим способом, але цікава причина такого різного впливу  дії кулі на сирі і варені яйця.

•    Чи знає її хтось із вас?

(відповіді дітей)

Вчитель фізики. Підказка. Все залежить від тиску. А що називається тиском? Назвіть одиниці вимірювання тиску? Сформулюйте закон Паскаля.

Консультант. При влученні кулі в сире яйце, тиск, що здійснюється на його рідкий уміст, буде передаватися за законом Паскаля в усі сторони без зміни.

Учитель трудового навчання. Відокремивши варені яйця від сирих, починаємо готувати сніданок.   Визначені сирі яйця треба зварити. Та перед початком роботи – повторимо правила охорони праці при роботі з електричними приладами.

(Слайд інструкція техніки безпеки « Робота з електричними приладами»)

2 консультант. У яку воду будемо класти сирі яйця?

(відповіді дітей)

Можна в холодну, а можна і в гарячу. У холодній воді нагрівання відбувається одночасно, а в киплячій шкаралупа яйця може тріснути, як тонкостінна склянка. При великій різниці температур (кімнати й окропу) речовина усередині яйця розширюється при нагріванні дуже швидко, і шкаралупа тріскається. Як цього уникнути? Щоб яйце не тріснуло при опусканні в окріп, потрібно покласти яйце на металеву ложку повільно занурювати його в окріп. Яйця варимо від 4 до 10 хвилин.

Варіння яєць

2 консультант. Що роблять після того, як пройшов час, відведений для варіння яєць? Опускають у холодну воду.

-Навіщо?

Шкаралупа при швидкому охолодженні різко скорочує свої розміри, і в ній утворюються мікротріщини, що полегшують процес зняття шкаралупи.

Учитель фізики. Які явища ви спостерігали під час варіння яєць?

(відповіді гуртківців)

- А чи в будь- якій місцевості спостерігаються такі явища?

(Відповіді дітей)

2 консультант

- Чому в горах важко зварити яйця?

- Яйце  може довго знаходитися в киплячій воді, але залишатися при цьому сирим. Чи насправді це так? Хтось зможе це пояснити?

(відповіді дітей)

Температура кипіння залежить від зовнішнього тиску (атмосферного).

• Що таке  атмосферний тиск?
• У високогірних районах атмосферний тиск значно нижчий, ніж біля поверхні Землі, а зі зменшенням тиску температура кипіння зменшується. Яка температура кипіння води? А от поблизу вершини Ельбрусу вона складає тільки 82 °С. Там атмосферний тиск дорівнює 0,5 атм.

(Охолодження зварених яєць)

Учитель трудового навчання. А яку страву можна ще швидко приготувати з яєць вранці на сніданок?

• Так,тепер будемо готувати яєчню.
• Що використовують для підсмаження яєчні?

Учитель фізики. Чому ми смажимо на олії, а не на воді?

(відповіді гуртківців)

3 консультант. Напевно, нам необхідно з’ясувати, чим відрізняється процес варіння від процесу смаження. Коли ми варимо, продукти нагріваються до температури кипіння води, тобто до 100 °С або трохи більше, якщо додати солі. Вода виступає, 3 одного боку, як середовище, що забезпечує сталість 100-градусної температури, з іншого боку, вона обмежує зіткнення зі стінками посудини. При варінні ми нагріваємо продукти для їхнього розм’якшення, прагнучи цим істотно поліпшити засвоєння їжі. Білки і крохмаль більше піддаються обробці. Цей процес змінює мікроструктуру продуктів, виганяє з них леткі речовини. Іншим стає запах продуктів, міняється їхній зовнішній вигляд і об’єм, продукти адсорбують воду.

Коли ми смажимо, продукти знаходяться в олії, тобто в рідкому середовищі, температура якого може бути близько 300°С. При такій високотемпературній обробці істотного значення набуває процес окиснення продукту. Смажена їжа тому здобуває інший смак, рідина з неї випаровується. Чому ж ми все-таки смажимо на олії, а не на воді? Вода, потрапляючи на розпечену сковороду, температура якої вище 100 °С, починає миттєво випаровуватися, утворюючи безліч крапельок-кульок води, кожна з яких містить певну кількість розчиненого в ній повітря. Унаслідок нагрівання тиск усередині кульок зростає, вони лопаються. Розрив супроводжується виникненням ударної хвилі, яку ми сприймаємо, як тріск і шипіння. Коли ми наливаємо олію на розігріту до 300 °С сковороду, ми спостерігаємо таке саме явище, але при більш високій температурі.

Учитель трудового навчання. Розпочнемо смаження, повторивши правила охорони праці при роботі з гарячими рідинами.

(Слайд інструкція з оорони праці «Робота з гарячими рідинами»)

Учитель трудового навчання.  Виконуючи кулінарні роботи, необхідно не забувати і про естетику подачі страви, тому пропоную використати форми для смаження.

(Смаження яєчні)

 

Учитель фізики. Відгадайте загадку.

І поживне, і смачне,         

Біле, пінне, запашне.          

Залюбки малята п’ють,        

Здоровенькими ростуть.

(Молоко)

Наступний етап -  кип’ятіння молока.

• Які фізичні явища можна спостерігати при кип’ятінні молока?

(відповіді дітей)

Не можна забувати, що процес кип’ятіння молока супроводжується інтенсивним і різким збільшенням об’єму, у результаті чого ми говоримо, що молоко «біжить».

4 консультант. Молоко — це цінний харчовий продукт. Воно містить цукор, білки, жири, мінеральні речовини, вітаміни, ферменти. Порівняємо процес кипіння води і молока. Спочатку молоко, як і вода, нагрівається в каструлі завдяки конвекції — перемішуванню теплих і холодних мас. Наявність визначеної кількості жиру в молоці призводить до утворення маслянистої плівки. При нагріванні розчинене у молоці повітря розширюється і піднімається угору у вигляді бульбашок. Усередині кожної відбувається випаровування рідини. З підвищенням температури і в міру наближення її до температури кипіння тиск усередині бульбашки збільшується настільки, що, коли вона стає рівним зовнішньому (або трохи перевищує його), бульбашка лопається, і повітря виходить назовні. Масляниста плівка на поверхні для пари непроникна, тому пара, що вирвалася з бульбашок, змушує її підніматися. Молоко ніби розбухає, збільшується в об’ємі і «біжить», переливаючись через край каструлі.

Кип’ятіння молока

Учитель трудового навчання. Молоко скипіло. Залишилося нарізати батон і приготувати бутерброди. Але перед цим слід повторити правила охорони праці з ріжучими інструментами.

(Слайд інструкція техніки безпеки « Робота з ріжучими інструментами»)

5 консультант. Спробуємо нарізати хліб гострою і тупою стороною ножа. Тупою стороною ножа різати важко. Чому? Сила тиску та сама, а площа опори різна. Чим більше площа опори, тим більше потрібно натискати, тому простіше і зручніше різати гострою частиною ножа.

Приготування бутербродів

Намастимо скибочки батона маслом, викладемо їх на тарілку. Сніданок готовий, І зроблено це не без участі фізики. Коли він буде з’їдений, кожен з тих, хто поїв, одержить визначену кількість енергії для своєї внутрішньої енергетичної установки. І цей запас енергії можна підрахувати.

100 г хліба, окислюючись в організмі, дають 877 кДж енергії;

20 г масла — 838 кДж,

2 яйця— 754 кДж,

1 склянка молока — 544 кДж.

 У сумі запас енергії складе 3013 кДж.

Щоб витратити таку кількість енергії, потрібно, наприклад, 335 разів рівномірно піднятися по сходах на п’ятий поверх. Адже людина масою 60 кг на один підйом — 15 м — витрачає 9 кДж енергії.

ІV. Підсумок уроку

Учителі:

От і закінчилося готування сніданку з фізикою.

Повернемося до епіграфу. (коментарі від очікувань )

(Презентація сніданку).

А зараз надаємо слово нашим незалежним експертам. (показ ескізів малюнків та їх художня презентація)

Висловлюємо подяку усім помічникам-консультантам та художникам-експертам за старанну підготовку і цікаві розповіді. Членам гуртка «Майстриня» за старання у вдосконаленні кулінарних навиків.

Сподіваємося, дорогі друзі, вам було цікаво, і ви дізналися багато нового.

Сьогодні всі добре попрацювали.

На згадку про наше заняття гуртка ви отримаєте пам’ятку з правилами охорони праці.Спробуйте приготувати сніданок вдома. Здивуйте своїх батьків знаннями з фізики.

До нових зустрічей!

Заняття з природознавства

Тема. Космічна мандрівка

Мета. Формувати елементарні уявлення дітей про Всесвіт, зірку Сонце, взаємозв’язок людини з Космосом, дати елементарні поняття про сонячну систему;  систематизувати знання дітей про космос; поглиблювати знання дітей про причинно-наслідкові зв'язки та процеси у природі; розвивати та закріплювати усвідомлення не відокремленості життя людини та природи від Космосу; розвивати інтерес до пізнання цікавої інформації про Землю та до наукових знань з астрономії.

Очікувані результати:

Вихованці мають уявлення про форму Землі, Сонце, зорі, Сонячну систему;

називаютькосмічні тіла; наводять приклади зв’язку людини з космосом;

розпізнаютьдеякі планети Сонячної системи; визначаютьмету дослідження;

виконують дослідницькі завдання визначають ознаки об’єктів живої та неживої природи; роблять висновки

Основні терміни до теми: Сонячна система, скафандр, телескоп.

Реалізуються наскрізні лінії:

Екологічна безпека та сталий розвиток готовність брати участь у вирішенні питань навколишнього середовища та розвитку суспільства.

Здоров’я та безпека Оцінюють позитивний потенціал та ризик надбань техніки і технологій для добробуту людини і безпеки суспільства та довкілля; виявляють ціннісне ставлення до навколишнього середовища як до потенційного джерела здоров’я , добробуту та безпеки.

Громадянська відповідальність Працюють в команді та приймає виважені рішення.

Підприємливість і фінансова грамотність Застосовують знання для проектної діяльності.

Компетентності ключові: спілкування державною мовою, інформаційно – цифрова, основні компетентності у природничих науках та технологіях, уміння вчитися впродовж життя,  ініціативність і підприємливість, соціальна та громадянська, екологічна грамотність і здорове життя, загальнокультурна.

Матеріал та обладнання: проектор, екран, пластилін, глобус Землі та Місяця.

Хід заняття

(Діти заходять в кімнату.)

В-ль:Доброго дня вам,мої малята, 

Любі хлопчики й дівчата 

Щирою посмішкою всіх вас вітаю, 

Доброго настрою на весь день бажаю. 

Хай нахмурені ваші личка 

Звеселить гарна усмішка. 

Вправо,вліво поверніться, 

І сусідам посміхніться. 

За руки один одного візьмем 

І дружно привітаємось. 

Діти: Доброго ранку.

Інтерактивна вправа «Бартер». Я на свої долоні (показую їх) кладу свою любов до вас, розуміння, терпіння. Ви ж на свої долоні покладіть свої знання, уважність. А тепер давайте з вами зробимо обмін: я легенько здуваю до вас те, що лежить на моїх долонях, а ви здуваєте те, що на ваших долонях. Ось ми з вами здійснили бартер (обмін), а наскільки він успішний, побачимо в кінці зустрічі.

 Вихователь:  Сьогодні, у нас незвичайна зустріч. Ми завітали до вас зі школи з метою запросити до космічної мандрівки. Ви згодні пересісти у нашу ракети і вирушити разом у    подорож.

Діти: так.

(Подорож проводять учні 10 класу.)

Учень: Перш ніж вирушити в дорогу я хочу вас ознайомити з вченими, які вивчали будову Всесвіту. Миколай Коперник та Ціолковський Костянтин Едуардович.

Учень: для того щоб краще вивчити космічний простір вчені змайстрували телескоп - це прилад для спостереження за зоряним небом, а змайстрував його вчений Галілео Галілей.

Учень: А чи знаєте, ви, хто перший злітав в космос? Це були собачки. Собака Лайка – перша жива істота, що побувала у космосі.

Учень: А як звали першого космонавта? Гагарін Юрій Олексійович перший у світі космонавт12 квітня 1961  року росіянин Юрій Гагарін став першою людиною, яка піднялась у космос та облетіла навколо Землі на кораблі «Восток».

Учень: Перший космонавт незалежної України - КаденюкЛеонід Костянтинович 1997 року здійснив космічний політ на американському космічному кораблі «Колумбія»

Учень: А хто знає як називається одяг космонавтів?

Учень: Скафандр — спеціальне спорядження, призначене для ізоляції людини (або тварини) від зовнішнього середовища — від тиску або вакууму, температури (високої та низької), випромінювань.Види скафандрів — космічні, пожежоізоляційні, авіаційні.

Учень: А чи знаєте, ви, які тіла існують в космосі?

            А на якій планеті ми з вами живемо? Правильно Земля. Планета Земля, на якій ми живемо, а також Сонце та Місяць є частинами Сонячної системи. Сонячна система отримала таку назву через те, що всі планети та інші небесні тіла обертаються навколо Сонця.

У Сонячній системі є вісім планет. І ми зараз з вами здійснимо  подорож по Сонячній системі. Готові? Припнути ремні вирушаємо!

Увага, по курсу СОНЦЕ. Сонце – це зірка у Сонячній системі. Сонце дуже гаряче – значно гарячіше за доменну піч! Воно складається з розжарених газів – водню і гелію. Вік Сонця становить приблизно п’ять мільярдів років.

Не можна прямо дивитися на Сонце, це небезпечно. Коли ти граєшся на сонці , завжди одягай капелюха, сонцезахисні окуляри.

Увага, пролітаємо біля МІСЯЦЯ. Місяць – це  найближчий супутник Землі. На Місяці відсутнє життя, немає ані хмар, ані вітру, ані дощу, ані снігу. Це єдиний позаземний світ, у якому побувала людина. У 1971 році для дослідження місячної поверхні використали електричну машину, що має назву місяцехід. На сьогоднішній день на Місяці побувало лише 12 людей. Остання подорож відбулася у 1972 році.  Різні форми місяця називаються фазами, їх є чотири.

Увага, по курсу Меркурій. Меркурій – це маленька планета, яка обертається дуже близько до Сонця. Вдень на поверхні Меркурія дуже спекотно, але вночі там надзвичайно холодно. Поверхня Меркурія суха та кам'яниста.

Ми наближаємося до ВЕНЕРИ. Венера – друга від Сонця планета і є найближчою до Землі. На Венері дуже спекотно. Тут налічується 167 вулканів. Найвищий називається Маат Монс – понад дев'ять кілометрів заввишки. Небо на Венері жовте і з нього падає у вигляді дощу сірчана кислота.

В ілюмінатори нашої ракети видно Землю. Земля – єдина планета на якій є життя. Переважна частина поверхні нашої планети вкрита водою, і завдяки цьому Земля виглядає блакитною, якщо подивитися на неї з космосу. Вода, повітря та сонячне тепло разом роблять можливим життя на Землі

На нашій планеті існує понад 30 мільйонів різноманітних видів рослин та тварин. Вони живуть усюди, від найглибших океанів до найвищих гір.

А ось ми підлітаємо до Марса. Планета Марс є червоною тому, що вона іржава. У ґрунті міститься багато заліза, яке стало червоним під впливом повітря. На поверхні Марса є пустелі, гори, каньони – глибокі кам'янисті долини та недіючі вулкани.

По курсу. Юпітер – найбільша планета Сонячної системи. Він у 1300 разів більший за Землю. Жоден космічний корабель не здатен здійснити посадку на Юпітер, тому що на цій планеті немає твердої поверхні. Це дуже бурхлива планета, колись тут був шторм, який тривав понад 300 років.

Восьма планета сонячної системи -  Сатурн. Сатурн складається із газів  - водню і гелію. У телескоп добре видно кільця Сатурна, які складаються з мільярдів уламків каміння, пилу та льоду.

Ви відчули холод? Ми наближаємося до Урану. Уран – величезна, холодна блакитно-зелена планета, яку оточують безліч чорних кіл та крижаних супутників.

Підлітаємо до Нептуна. Нептун – неймовірно холодна блакитна планета. Ця восьма планета розташована так далеко від Землі, що космічному зонду «Вояжер - 2» знадобилося цілих 12 років, аби долетіти до нього. Нептун – планета з найстрашнішими штормами у всій Сонячній системі.

По курсу Плутон. Плутон – найбільш віддалений від сонця, на його поверхні завжди панує темрява. Він крихітний, менший за Місяць червонясто-коричневого кольору. Його можна побачити і Землі за допомогою потужного телескопа. До Плутона ще ніколи не літали космічні кораблі, тому невідомо, що відбувається на його поверхні.У 2006 році астрономи відкрили ще одне космічне тіло, яке зо розмірами є більшим за Плутон, його назвали Ксеною, а Плутон оголосили астероїдом.

Увага! Увага! До нас наближається неопізнаний літаючий об’єкт!!!

Діти, а як ви думаєте хто знаходиться за штурвалом цього об’єкта?

Я пропоную вам разом з штурманами нашого корабля зліпити цих чоловічків. (Робота в групах)

Молодці гарно попрацювали. А якщо б ви зустріли таких осіб у себе, якби ви їх зустріли? (діти дають відповіді)

А зараз я пропоную ам подивимося мультфільм «Як козаки інопланетян зустрічали».

Увага! Сіли всі зручніше на ракета приземляється. Ось і закінчилася наша подорож.

Сподобалось вам?

Що нового ви дізналися?

Давайте перевіримо чи уважними були ви під час подорожі? ( Діти відгадують загадки)

Океан і континенти,

Гори й ліс, міста й поля –

Це, малюк, твоя планета,

Називається …

Роздивитися мікроб

Допоможе мікроскоп

А вивчати зорі щоб,

Треба мати …

  Воду в ріках нагріває,

 Матір-Землю зігріває

 Ком всміхається в віконце

 Чарівне, горяче …

 Нічного неба оберіг

 і схожий бік його на ріг

 Козак моторний, красний,

 Хто ж цей красень ясний? …

Список використаних джерел

1. Методичні рекомендації щодо викладання фізики та астрономії у 2019/2020 навчальному році

2. Методичні рекомендації щодо впровадження STEM-освіти у загальноосвітніх та позашкільних навчальних закладах України на 2017/2018 навчальний рік.

3. Навчальні програми з фізики для закладів загальної середньої освіти (рівень стандарту, профільний рівень).

4. Проект Концепції STEM-освіти в Україні.

5. Грицюк Т.В. «STEM-освіта як засіб підвищення творчого потенціалу учнів в умовах профільного навчання». – режим доступу: http://elar.ippo.edu.te.ua:8080/bitstream/123456789/4576/1/02_%20Gritsyuk.pdf.

6. Курносенко О.В. «STEM-освіта:  проблеми та напрямки впровадження». –режим доступу:http://tsiurupynsk-school2.edukit.kherson.ua/distancijne_navchannya/mo_vchiteliv_fiziko-matematichnih_nauk/stem-osvita_problemi_ta_napryamki_vprovadzhennya/.

7.      Свідерський Ю.Ю. «STEM-освіта. Гуманітарний аспект»:http://elar.ippo.edu.te.ua:8080/bitstream/123456789/4572/1/06_%20Sviderskyy%20.pdf.