Урок фізики "Коефіцієнт корисної дії нагрівника"

Тема. Коефіцієнт корисної дії нагрівника

Мета уроку.

• Навчальна: ознайомити учнів із коефіцієнтом корисної дії нагрівника, навчити розв’язувати задачі.
• Виховна: виховувати допитливість, любов до предмета.
• Розвиваюча: розвивати критичне, логічне мислення.

Основні поняття: коефіцієнт корисної дії, кількість теплоти, питома теплоємність, питома теплота згорання палива.

Обладнання: картки з задачами.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу.

 

Хід уроку

 

І. Організаційний момент

 

ІІ. Актуалізація опорних знань

 

Розгадування кросворда.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Прилад для вимірювання температури. (Термометр)
2. Паливо, під час повного згорання 1кг якого виділяється 1,4·10⁷Дж енергії. (Торф)
3. Рух холодного (теплого) повітря, що виникає на березі водойм через нерівномірне нагрівання поверхонь суходолу та води. (Бриз)
4. Вид теплопередачі, завдяки якому прогрівається вода в посудині, що стоїть на плиті. (Конвекція)
5. Для нагрівання сталі чи олова однакової маси необхідно затратити більше часу? (Сталі)
6. Найгірший провідник тепла. (Вакуум)

 

ІІІ. Оголошення теми та мети уроку

 

Не всю енергію, що виділилася при згоранні палива, ми можемо використати корисно. Частина енергії передається навколишньому середовищу. Тому доцільно ввести поняття ККД нагрівальної установки.

Тому, сьогодні на уроці ми з’ясуємо зміст поняття «Коефіцієнт корисної дії нагрівника», навчимося розв’язувати розрахункові задачі на визначення ККД.

 

ІV. Формування нових знань

 

Величина, що показує, яку частину становить корисно використовувана теплота від усієї, що виділилася при згоранні палива , називається коефіцієнтом корисної дії нагрівача.

Коефіцієнтом корисної дії нагрівача називають виражене у відсотках відношення кількості теплоти, витраченої на нагрівання, до кількості теплоти, виділеної при повному згоранні палива. .

Якщо не вжити спеціальних заходів, що запобігають «викиду тепла» у навколишній простір, ККД нагрівача буде дуже низьким. Розглянемо приклад.

Щоб довести до кипіння воду в повному трилітровому казанку, спалили 2кг сухих дров. Яка частина кількості теплоти, що виділилася при згоранні дров, пішла на нагрівання води, якщо початкова температура води була 20⁰С.

При згоранні дров масою m₁ виділилася кількість теплоти . Для нагрівання води в казанку до кипіння необхідна кількість теплоти .

Шукана величина дорівнює: . Обчислення дають 4,2%.

Цей розрахунок показує, наскільки великі теплові втрати «біля багаття». Правда, їх не можна зовсім вважати «втратами»: адже ми могли грітися, поки на ньому підігрівався казанок з водою.

У техніці для підвищення ККД нагрівача вживають заходи щодо зменшення теплових втрат: нагрівач і тіло, що нагрівають, розміщають у спеціальній оболонці, щоб зменшити викид тепла в навколишнє середовище.

 

V. Закріплення вивченого матеріалу

 

Дайте відповідь на запитання:

• Наведіть приклади перетворення механічної енергії у  внутрішню й внутрішньої  в інші види енергії.
• Поясніть, що характеризує ККД нагрівника.
• Чому розкидані вуглинки багаття гаснуть швидко, а складенні в купу, довго зберігаються в розпеченому вигляді?

 

Розв’яжіть задачі:

• Визначити ККД спиртівки, якщо для нагрівання 200г води від 15⁰С до 90⁰С спалили 8г спирту.
• Скільки бензину згоріло в нагрівачі з ККД 20% при  одержані 92,4МДж корисної теплоти?
• Яку масу води можна нагріти від 10⁰С до кипіння на газовій плиті із коефіцієнтом корисної дії 60%, використавши 0,2м³ природного газу густиною 0,7кг/м³?
• До якої температури нагріється у плавильній печі 20т чавуну, взятого при температурі15⁰С, при повному згоранні 2,2т кам’яного вугілля, якщо ККД печі становить 15%?
• На спиртівці нагріли 250г води від 10⁰С до 18⁰С.Маса спиртівки із спиртом до нагрівання води була 182г, а після нагрівання води стала дорівнювати 180,5г. Маса алюмінієвого калориметра становить 50г. Визначте ККД спиртівки.
• У нагрівачі з ККД 40% кожної секунди згорає 0,05г гасу. Скільки часу потрібно нагрівати на цьому нагрівнику 3л води від 10⁰С до кипіння?
• В алюмінієвій каструлі нагріли 2л води від 20⁰С до кипіння за рахунок спалювання 45г гасу. Визначте масу каструлі, якщо ККД нагрівача прийняти рівним 40%.

 

 VІ. Підсумок уроку

 

Інтерактивна вправа «Кошик знань»

Учні по черзі висловлюють думку, що вони поклали сьогодні до свого «кошика знань».

 

VІІ. Домашнє завдання

 

Опрацювати відповідний параграф підручника.

 

Розв’язати задачі:

У мідній каструлі масою 800г нагріли 5л води до кипіння за рахунок спалювання 80г природного газу. Визначте початкову температуру води. ККД нагрівника вважати рівним 52%.

Тема. Лабораторна робота №16 «Визначення ККД нагрівника»

 

Мета уроку.

• Навчальна: навчити визначати коефіцієнт корисної дії установки з електричними нагрівником.
• Виховна: виховувати взаємодопомогу, вміння працювати в малих групах.
• Розвиваюча: розвивати пізнавальний інтерес, спостережливість,  вміння виконувати експеримент.

Основні поняття: кількість теплоти, температура, джоуль, термометр.

Обладнання: посудина з водою, внутрішня посудина від калориметра, електрична спіраль, терези або мірний циліндр, термометр, годинник, джерело струму.

Тип уроку: урок удосконалення знань та вмінь.

 

Хід уроку

 

І. Організаційний момент

 

ІІ. Актуалізація опорних знань

 

Вікторина за запитаннями:

• Які перетворення енергії відбуваються пр. падінні метеорита?
• Які перетворення енергії відбуваються при згоранні палива?
• Які засоби зменшення теплових втрат вам відомі?
• Що таке теплота згорання палива?
• Що називається питомою теплотою згорання палива?
• Як знаходиться теплота згорання палива?
• Чому різні види палива виділяють різну кількість теплоти?
• Що характеризує ККД нагрівника?

ІІІ. Оголошення теми та мети уроку

 

Коефіцієнт корисної дії (ККД) визначається відношенням корисно виконаної роботи до повної роботи: .

У нашій роботі корисною роботою є нагрівання води електричним струмом. Цю роботу А_к, тобто енергію Q_к, що йде на нагрівання води, можна визначити за формулою , де с – питома теплоємність води, m – маса води, - початкова температура води, - кінцева температура води.

Повна робота А_п – це уся кількість теплоти, що виділяється у нагрівнику потужністю Р за час нагрівання t. Вона визначається за формулою .

Отже, , тобто .

Чи може ККД нагрівника дорівнювати 100%? Чому? Давайте в цьому переконаємося.

 

ІV. Інструктаж з Т.Б

 

Учні знайомляться з правилами проведення лабораторної роботи;  знаходженням фізичних величин та похибок; правилами безпечної поведінки під час виконання дослідження.

 

V. Виконання лабораторної роботи №16

 

Учні виконують  лабораторну роботу згідно інструкції.

 

Потрібно зробити в класі:

1. У посудину від калориметра налийте води масою 100-150г кімнатної температури і виміряйте її температуру. Потім опустіть у воду електричний нагрівник, увімкніть струм і нагрівайте воду до 30⁰С – 35⁰С. Зазначте час, протягом якого нагрівалася вода. Визначте потужність нагрівника за його паспортними даними або дізнайтеся у вчителя.
2. Обчисліть ККД за формулою  .
3. Результати вимірювань і обчислень запишіть у таблицю:

 

№	Маса води	Початкова температура води	Кінцева температура води	Час нагрівання	Потужність	ККД
	m, кг	, 0С	, 0С	t, с	Р, Вт	%
1
2

 

4. За результатами дослідження зробіть висновок.

 

Всі вимірювання та обчислення, а також висновки учні записують у зошиті для лабораторних робіт.

 

VІ. Виконання додаткових або творчих завдань

 

Для учнів, які справилися з роботою раніше, можна запропонувати додаткове завдання:

• Чому ККД установки з електричним нагрівником не дорівнює 100%?
• Чому теплові віддачі електрокип’ятильника і електроплитки  не однакові?
• Коли швидше закипить вода – при використанні нагрівника потужністю 600Вт чи нагрівника потужністю 1000Вт, якщо маса води на змінюється і її початкова температура в обох випадках однакова?

VІІ. Підсумок уроку

 

Інтерактивна вправа «Результат».

Учні по черзі роблять висновки про те, чого вони навчилися на уроці, якого результату досягли.

 

VІІІ. Домашнє завдання

 

Повторити основні відомості про кількість теплоти, ККД нагрівника.

 

Творче завдання.

У магазині чи Інтернеті дізнайтеся про класифікацію побутової техніки. Чим відрізняються аналогічні пристрої різних класів? Визначте, яких класів техніка у вас вдома. Зробіть висновки.