Урок на тему "Згоряння палива. Розрахунок кількості теплоти внаслідок згоряння палива".

Тема уроку. Згоряння палива. Розрахунок кількості теплоти внаслідок згоряння палива.

Мета уроку.

Навчальна. Ввести поняття питомої теплоти згорання палива, розкрити її фізичний зміст; навчити учнів розраховувати кількість теплоти, що виділяється в процесі згорання палива; продовжувати формувати знання про закон збереженні і перетворення енергії.

Розвивальна. Ключові компетентності:

«Спілкування державною мовою» через розвиток навичок усно й письмово тлумачити фізичні поняття, явища, закони, теорії;

«Математична компетентність» через усвідомлення важливості математичного апарату для розв’язання фізичних задач, опрацювання та оцінювання результатів експерименту

«Основні компетентності у природничих науках і технологіях» через використання знань з фізики для вирішення завдань, пов’язаних із реальними об’єктами природи та техніки;

«Уміння вчитися впродовж життя» через вміння ставити перед собою цілі і досягати їх, вибудовувати власну траєкторію розвитку впродовж життя, застосовувати набуті знання для оволодіння новими, для їх систематизації та узагальнення;

«Екологічна грамотність і здорове життя» через застосування набутих знання та навиків для збереження власного здоров'я та здоров'я інших, визначати причино-наслідкові зв’язки впливу сучасного виробництва, життєдіяльності людини на екологічний стан довкілля.

Виховна.Виховувати в учнів свідоме розуміння ролі палива в економіці держави, екологічне мислення.

Обладнання:дві склянки, вода, сухий спирт, шматочок деревини, термометри.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Хід уроку

І. Організаційний момент.

Усміхніться один одному, подумкипобажайтеуспіхів на цілий день. Для того, щобвпоратися на уроці з завданнями, будьте старанними і слухняними. Завданнянашітакі:

Не просто слухати, а чути.

Не просто дивитися, а бачити.

Не просто відповідати, а міркувати.

Дружно і пліднопрацювати.

 

ІІ. Актуалізація опорних знань.

Фізичний диктант.

1. Як називається процес переходу речовини з пари в рідину?
2. Як залежить температура тіла від швидкості руху його молекул?
3. Одну склянку з водою залишили на столі, а з іншої воду вилили на підлогу. Чому вода з підлоги випарується швидше?
4. Як змінюється температура рідини під час випаровування?
5. Як називається кількість теплоти, що необхідна для перетворення на пару 1 кг рідини за температури кипіння?
6. У якому агрегатному стані перебуває спирт за нормального атмосферного тиску й температури 100⁰С?
7. Що можна сказати про кількість теплоти, яка необхідна для утворення пари, і кількість теплоти, яка виділяється під час її конденсації?
8. Під час випаровування температура рідини знижується. Що можна сказати про середню швидкість молекул рідини, що залишились?
9. Запишіть формулу для розрахунку питомої теплоти пароутворення.
10. За яких умов відбувається випаровування?
11. У чому полягає фізичний змістпитомої теплоти пароутворення?
12. Навіщо спітнілого коня після їзди вкривають на морозі попоною?

 

Відповіді.

1. Конденсація.
2. Чим більша швидкість, тим вища температура.
3. У неї більша площа вільної поверхні.
4. Знижується.
5. Питома теплота пароутворення.
6. У газоподібному.
7. Вони рівні.
8. Зменшується.
9. .
10. Випаровування відбувається забудь-якої температури, при цьому енергія поглинається.
11. Питома теплота пароутворенняпоказує, на скільки внутрішняенергія 1 кг газу за температурикипіння більша, ніж рідини.
12.  Кінь може переохолодитися, оскільки піт, випаровуючись, забирає від його тіла теплоту.

 

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності.

Демонстрація. Візьмемо коробку із сірниками, витягнемо один із сірників. Перед вами – два холодних тіла. Але якщо потерти головку сірника об коробку, то сірник спалахне. Звідки береться ця енергія? Завдяки виконаній роботі? Але якщо навіть довго й з зусиллям терти сірник об коробку другим кінцем, стільки теплоти не виділиться? Відповідь на запитання, ми спробуємо віднайти сьогодні.

У житті ми часто намагаємося збільшити температуру якогось тіла (нагріти повітря в кімнаті, воду в чайнику і т.д.).

Яким чином ми робимо це з вами найчастіше? (Відповіді учнів: використовуємо електроенергію, енергію, що виділяється при згорянні палива.)

Сьогодні ми зупинимося на енергії, що виділяється при згоранні палива. Чи однаково вона виділяється при згоранні різних видів палива? Як знайти її значення?

 

IV. Вивчення нового матеріалу.Бесіда за запитаннями.

1. Паливо, його види.

• Пригадайте, які види палива ви знаєте?

• Об’єднайте відомі вам види палива у групи за агрегатними станами.

 

 

• Як утворилися такі цінні для сучасної людини види палива, як вугілля, нафта, природний газ?

Розповідь учня. Згоряючи,  вугілля віддає енергію сонця, що колись накопичувалася в зеленій кроні дерев. Минали роки, дерева падали, на їх місці виростали нові, які теж падали у свою чергу. Протягом мільйонів років такі шари, перемішуючись із землею, спресувалися, перетворюючись на кам’яне вугілля. Найтвердішим і найціннішим вважається антрацит. Нафта теж має тваринно-рослинне походження.  Протягом мільйонів років останки тварин і рослин перемішувалися з осадовими породами на дні озер і морів, ущільнювалися. І виходила рідка масляниста речовина, яку у старовину збирали на поверхні із тріщин у нафтоносних шарах. Разом з нафтою утворюється і газ (найчастіше це метан).

2. Поняття питомої теплоти згоряння.

• Чи однакову кількість енергії можна одержати, спалюючи різні види палива (однакової маси)? (Учні висловлюють свої думки)

Перевіримо це на досліді.

Дослід 1. Дві склянки заповнюємо водою однакової маси.

Під однією склянкою спалюємо таблетку сухого пального, а під іншою – шматочок деревини, який дорівнює сухому пальному за масою. Після повного згоряння палива вимірюємо температуру води в склянках. Вона виявляється різною.

Висновок. Різні види палива однакової маси виділяють різну кількість теплоти при повному згорянні

Для кількісної характеристики теплотворної здатності палива застосовують фізичну величину, яку називають питома теплота згорянняпалива.

Питома теплота згоряння палива — це фізична величина, яка характеризує певне паливо і чисельно дорівнює кількості теплоти, що виділяєтьсяпід час повного згоряння 1 кг цього палива.

Питому теплоту згоряння палива позначають символом q та обчислюють  за формулою:

де Q — кількість теплоти, що виділяється в ході повного згоряння палива масою m.

Із формули для означення питомої теплоти згоряння палива дістанемоодиницю цієї величини в СІ — джоуль на кілограм:

[q] =1 Дж/кг .

Питому теплоту згоряння різних видів палива визначають у лабораторних умовах і заносять до таблиць (див. табл. 6 Додатка).

Давайте розглянемо дану таблицю.

• Який вид палива під час повного згоряння виділяє найбільше теплової енергії? Найменше?

3. Обчислення кількості теплоти, що виділяється під час згоряння палива.

Дослід 2. Дві склянки заповнюємо водою однакової маси.Під першою склянкою спалюємо одну таблетку сухого пального, а під другою – дві. Після повного їхнього згоряння температура води в другій склянці виявляється вищою, ніж у першій.

Висновок. Кількість теплоти, що виділяється при повному згорянні палива, залежить від його маси.

Q = qm.

4. Значення палива.

• Яке значення має паливо?

Для сучасної цивілізації паливо – необхідна умова існування. Для роботи транспорту, різних механізмів у промисловості і сільському господарстві, обігрівання житла та готування їжі, людина перетворює енергію палива в інші види.

• Чи створюють екологічну небезпеку викиди в атмосферу при згорянні палива?

Звіт групи екологів про роботу над міні-проектом «Вплив продуктів згоряння палива на екологію» (супроводжуваний показом слайдів презентації).

На всіх стадіях свого розвитку людина була тісно пов’язана з навколишнім світом. Але відтоді як з’явилося високоіндустріальне суспільство, небезпечне втручання людини в природу різко посилилося і загрожує стати глобальною небезпекою для людства.

Продуктами згоряння палива є зола, вуглекислий, чадний та інші гази, сажа, кіптява. Шкідливі гази потрапляють у повітря. Основним джерелом забруднення на планеті є теплові електростанції, металургійні й хімічні підприємства, котельні установки, що споживають понад 70% твердого та рідкого палива, яке видобувають щороку. Найбільша кількість забрудників виділяється за згоряння вугілля і нафтопродуктів. Виявляється вплив на стан здоров’я людини – вдихання диму з концентрацією оксиду вуглецю 0,4% протягом всього 5 хв призводить до смерті.

 Окрім газів, аерозолів і золи, у довкілля виділяється величезна кількість тепла, спричиняючи теплове забруднення атмосфери, гідросфери, літосфери. Зокрема, через підвищення температури водойм розвиваються водорості, що знижують вміст кисню у воді. А це призводить до зниження здатності водного середовища до самоочищення.

Лісові пожежі завдають великої шкоди фауні і флорі (щорічно трапляється 5-6 мільйонів пожеж; знищують тварин і рослини; вогонь губить все живе на глибині до 25 см, позбавляє її родючого шару).

Викликає тривогу в екологів забруднення Світового океану нафтою і нафтопродуктами. Нафтове забруднення може спричинити істотні порушення газо- й водообміну між гідросферою та атмосферою.

• Які ви знаєте шляхи боротьби з цим?

Зменшення викидів  шкідливих речовин в атмосферу можна досягти шляхом раціонального спалювання палива. Дотримання правил пожежної безпеки.

V. Закріплення вивченого матеріалу.

1. Навчаємося розв’язувати задачі.

Задача 1.Яка кількість теплоти виділяється внаслідок повного згоряння 2,5 кг деревного вугілля.

Дано:                                    СІ                      Розв’язок

m= 2,5 кг               q= 34 = 34∙ 10⁷       Q = qm.

q= 34 МДж/кг                                                  Q = 34∙ 10⁷ ∙ 2,5 кг =

 

Q - ?                                                                   =85∙ 10⁷Дж

 

Відповідь:  Q=85∙ 10⁷Дж.

 

Задача 2. Скільки дров треба спалити у печі, щоб одержати таку саму кількість теплоти, яка виділяється під час згоряння 20 кг антрациту?

Дано:                          СІ                               Розв’язок

q₁= 10      q₁= 10 = 10⁷Q₁ = Q₂

q₂= 30      q₂= 30 = 30∙ 10⁷          Q₁ = q₁m₁,Q₂ = q₂m_2,

m₂= 20 кг                                                  q₁m₁ = q₂m_2,

                                                                      m₁=,

m₁ - ? = ,

 

                                                                     ,

 

                                                                 m₁= 60кг.

Відповідь: 60 кг.

 

2. Робота в парах «А чи знаєте ви, що?..»

Учням пропоную цікаві факти, записані на картках. Опрацювавши свою картку, учень повідомляє інформацію своєму сусіду по парті.

Картка 1.Що здивувало Марко Поло в Китаї?

Марко Поло – відомий венеціанський купець-мандрівник. У своїй книзі він пише: «У Китаї є чорний камінь, викопують його в горах, як руду, а горить він, як дрова. Вогонь від нього сильніший , ніж від дров, і тримається всю ніч до ранку. Спалювати цей камінь набагато дешевше, і дерева зберігаються при цьому…».

Незвичайний камінь, що здивував Марка Поло, - кам’яне вугілля.

 

Картка 2. Не тільки горять.

Вугілля і нафта не тільки цінні види палива. З вугілля одержують понад 200 корисних речовин, які використовують для виробництва лаків, мила, пластмаси, фарб. А з нафти виготовляють ліки, клей, поліетилен, жувальну гумку  і навіть … жіночі колготки.

 

Картка 3. Як спирт став «сухим»?

«Сухий спирт», який продають у магазинах, насправді аж ніяк не пов’язаний зі спиртами. Цю назву застосовують до найрізноманітніших речовин, які горять майже безбарвним полум’ям, не створюючи при цьому кіптяви й диму. Перше сухе пальне було отримане 1860 року російським хіміком Л.М. Бутлеровим і дістало назву атропін (його хімічна формула – (СН₂)₆N₄).

 

Картка 4. Чи можна опалювати … алюмінієм?

У Швейцарії проходять експерименти щодо використання алюмінієвого порошку як пального. Теплотворні властивості алюмінію всього на 1/3 менші,ніж у нафти, але цілком можуть конкурувати з вугіллям. Порошок з алюмінію спалюють у спеціальній установці, у струмені повітря, попередньо розігрітому. При цьому температура полум’я досягає 2300⁰С.

 

VІ. Підсумок уроку.

Інтерактивна  вправа «Ланцюжок».

Учням пропонується дати відповіді на сім запитань. У словах – відповідях вибрати відповідну літеру і записати її у клітинку. В результаті виконання завдання учні зможуть прочитати зашифроване слово.

1. Фізична величина, що є мірою внутрішньої енергії тіла і характеризує тепловий стан тіла. (Температура.)

2. Назвіть одним словом: гас, бензин, нафта… (Паливо.)

3. Основні   одиниці   вимірювання   кількості   теплоти.(Джоуль.)

4. М’якевугілля, яке залягає біля поверхні у помірних кліматах Землі. (Торф)

5. Речовина, що має питому теплоємність у 4200Дж/кг⁰С. (Вода)

6. Вид теплопередачі в результаті якого енергія переноситься потоками речовини. (Конвекція)

7. Одиниця вимірювання температури в СІ (Кельвін)

 

 

 

3    6   4   2   3   7   6

М  о   л   о   д   ц   і

 

VІІ. Домашнє завдання

1. Вивчити §15 п.1,2 (підручник В. Г. Бар’яхтар, Ф.Я. Божинова)
2. Розв’язати (збірник задач І.М. Гельфгат, І.Ю. Ненашев)

1- й рівень складності - № 8.5,

2 – й рівень складності - № 8.10,

     3 – й рівень складності - експериментальне завдання.

Відмітьте за лічильником середньодобову витрату газу й обчисліть, скільки кілограмів дров замінює газ.

3. Творче завдання.

Написати міні-твір «Що б ти зробив, щоб зекономити запаси горючих природних ресурсів?»