Егорочкина И.В.

Урок по физике на тему «Энергия топлива. Удельная теплота сгорания» (8 класс)

Участник педагогического конкурса ‒ Всероссийский конкурс педагогического мастерства на лучший конспект урока с мультимедийным сопровождением

Материал опубликован 27 January

МОУ «СОШ им.Г.И. Марчука р.п. Духовницкое Духовницкого района Саратовской области»

Учителя: Егорочкина Ирина Владимировна (автор),

Ларюшина Елена Александровна (соавтор)

Предмет: физика

Класс: 8

Тема урока: Энергия топлива. Удельная теплота сгорания

Тип урока: Изучение нового материала

Место урока в изучаемой теме: Связь количество теплоты с различными видами топлива

Цели урока:

Основная дидактическая цель урока

Изучить виды топлива и способы его сжигания

Образовательная

Выявить запасы знаний об энергии топлива; обеспечить понимание содержания учащимися физической сути удельной теплоты сгорания топлива. Изучить научные, физические, теоретические основы процессов горения веществ, закрепить уже имеющиеся навыки решения расчётных, экспериментальных задач

Развивающая

Тренировать и развивать аналитическое мышление и умения работать с таблицами, делать выводы; находить связь между ранее изученным материалом на уроках географии, экологии, химии, физики, естествознания; развивать внимание, наблюдательность

Воспитательная

Бережно относятся к энергетическим ресурсам; развить интерес и любовь к учению, изучаемому предмету через показ связи изучаемого материала с реальной жизнью

Формируемые УУД:

Предметные:

Научиться понимать физический смысл удельной теплоты сгорания топлива, решать практико-ориентированные задачи; находить проблемы и решение при помощи физических методов; анализировать отдельные этапы проведения исследований и объяснять результаты наблюдений и опытов; разъяснять процесс выделения энергии при сгорании топлива

Метапредметные:

познавательные:

выполнять, наблюдать физико-химические эксперименты, определять выводы на основе анализа наблюдений за экспериментом

регулятивные:

определять план последовательных действий при выполнении опытов, организовывать рабочее пространство при выполнении физико-химического эксперимента

коммуникативные:

продуктивная работа в паре, в группе при решении учебных задач

Личностные:

Соблюдать чистоту и порядок, четко следовать правилам ТБ

Оборудование и расходные материалы: компьютер с ПО, проектор, экран для демонстрации слайдов, банка, сухое горючее, свеча, небольшие блюдца, коллекция топлива, штангенциркуль

Формы работы на уроке: индивидуальная, фронтальная, групповая

Интеграция предметов: физика, химия, математика, экология

Виды учебной деятельности:

- устная и письменная
- работа в парах
- практические навыки решения задач
- мыслительный анализ
- отработка математических навыков

Ожидаемый результат:

Ученики:

1.Знают основы физических свойств горения топлива, ТБ при использование горючего

2.Понимают смысл понятия «удельная теплота сгорания топлива»

3.Умеют использовать физические приборы (весы с разновесом и измерительный инструмент – штангенциркуль) для измерения физических величин

1.Умеют решать экспериментальные задачи и производить определённые расчёты

2.Умеют работать с таблицей «удельная теплота сгорания» и с дополнительной литературой

3.Видят вокруг себя практическое использование разных видов топлива в деятельности человека

Ход урока

Организационный момент

Проверка готовности к уроку

Мотивирование на учебную деятельность

На доске (слайд 2)

-костер

-горелка

-свеча

Вопросы:

-Какое физическое явление отражено на слайде?

-Что лежит в основе данного явления?

Эпиграф-Чтобы согреть других, свеча должна гореть. Майкл Фарадей

Актуализация опорных знаний (слайд 3)

-Какие вещества могут гореть? (варианты ответов)

-Как одним словом можно назвать эти вещества? (топливо)

-Используя два слова: топливо и горение, сделайте вывод.

-Вывод: Топливо-всё, что горит!

-Что получаем в процессе горения? (тепло)

-На чём построена работа ТЭС?

-Назовите основной принцип работы ТЭС? (выработка тепла)

-Что выделяется при полном сгорании топлива? (энергия)

Целеполагание

-Сформулируйте самостоятельно тему урока? (Топливо +энергия)

-Попробуйте сформулировать определение понятию топливо.

Топливо-это вещество, способное выделить энергию в ходе определенных процессов, эту энергию можно использовать для достижения технических целей .(слайд 4)

Освоение нового материала

-Где используется эти вещества? (при возведении зданий, создании коммуникаций, в качестве топлива и сырья для выпуска различных товаров)

-На какие группы по способности к воспламенению они делятся? (на две группы: горючие и негорючие)

-Назовите виды происхождения этих веществ? (естественного и искусственного происхождения)

-Приведите три вида топлива согласно агрегатному состоянию?

В группу твердых горючих веществ входят:

-Различные сорта древесины в виде досок, бруса, опилок, дров, щепок.

-Твердые составы, изготовленные на основе целлюлозы. Это фанерные листы и ДСП, бумага, картон.

-Отходы переработки деревьев: сучки, щепки, кора.

-Сухая трава, сено, хвойные иголки, опавшие листья.

-Сырье для производства крупы.

-Текстиль и ткани из натуральных материалов, шерстяные и хлопковые изделия, вещи из льна.

-Синтетика и ткани с добавлением полимерных составов.

-Уголь и торф.

-Пластмассовые и пластиковые изделия, изготовленные на основе нефти.

-Растительные смолы и парафин.

-Резиновые и кожаные вещи.

-Металлы с высокой степенью активности – алюминий, калий, натрий и их сплавы.

-Соединения и сплавы серы, фосфора, кремния, селена.

-Пыль и опилки, полученные путем измельчения горючих веществ.

К жидким горючим составам относятся:

-Нефть и ее составные части.

-Производные нефти, такие как бензин, керосин, мазут, смазочные масла для механизмов.

-Лаки и краски, изготовленные из растворителей органического происхождения.

-Этиловый, изопропиловый, метиловый и другие спирты.

-Обезжиривающие жидкости и растворители – толуол, ацетон, уайт-спирит и другие.

Третью группу горючих веществ составляют газы:

-Газы, находящиеся в природных месторождениях – сланцевый, рудничный газы, соединения метана, водорода и сероводорода.

-Смесь газов, используемая для подачи в жилые дома.

-Пропан, изобутан, бутан и другие газы.

-Назовите ряд преимуществ газообразного топлива перед твердым топливом?

-экономически более выгодна добыча и транспортировка;

-упрощается устройство топок и управление процессом горения;

-достигается более полное и рациональное сжигание топлива;

-уменьшается загрязнение окружающей среды.

Есть и 4-ая группа:

– нетипичное топливо: ядерное топливо и термоядерное

Все материалы можно разделить на три группы в соответствии с нормами ФЗ-123:

1.)Негорючие.К этой группе относятся составы, которые не способны гореть в присутствии кислорода.

2.)Трудногорючие.Материалы этой группы воспламеняются только при наличии вблизи открытого пламени или под действием сильного продолжительного нагрева.

3.)Горючие.В свою очередь делятся на легковоспламеняющиеся и особо опасные. Легковоспламеняющиеся – это горючие вещества и материалы, загорающиеся при кратком и непродолжительном контакте с огнем.

Статьей 13 Федерального Закона №123 предусмотрена классификация материалов из ткани и строительных составов по группам горючести:

1.Негорючие (условное обозначение НГ).

2.Слабогорючие (Г1).

3.Умеренногорючие (Г2).

4.Нормальногорючие (Г3).

5.Сильногорючие (Г4)

-Из чего состоит топливо? (варианты ответов)

Твердые и жидкие топлива состоят из горючих (углерода - С, водорода - Н, летучей серы - Sл == Sор + Sк) и негорючих (азота - N и кислорода - О) элементов и балласта (золы - А, влаги - W)).

-Что лежит в основе работы ТЭС? (В основе лежит процесс горения топлива (уголь, мазут, газ и даже дрова могут быть), который выделяет тепло)

-Что же такое горение топлива?

Горение топлива - сложный физико-химический процесс превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе экзотермических реакций, сопровождающийся интенсивным выделением тепла.

-Каждый день мы можем наблюдать, как сгорает природный газ в горелке плиты. Это и есть процесс сгорания топлива.

Опыт.

-Свеча стоит на дне тарелки. Зажжём свечу, затем закроем её банкой. Несколько мгновений спустя пламя свечи погаснет.

-Почему погасла свеча? (свеча горит при наличии кислорода)

-Чем сопровождается процесс горения?

-Каковы условия, при которых идет процесс горения?

-За счёт чего выделяется энергия?

-Для этого вспомним строение вещества.

-Из чего состоит вещество? (из молекул, молекулы из атомов)

-Какими видами энергии обладает молекула? (кинетической и потенциальной)

-А можно ли молекулу разделить на атомы? (да)

-Чтобы разделить молекулы на атомы, необходимо преодолеть силы притяжения атомов, а значит, совершить работу, то есть затратить энергию. При соединении атомов в молекулу энергия, наоборот, выделяется. Такое соединение атомов в молекулы происходит и при сжигании топлива. Обычное топливо содержит углерод. Верно - без доступа воздуха горение невозможно! При горении атомы углерода соединяются с атомами кислорода, которые содержатся в воздухе, при этом образуется молекула углекислого газа и выделяется энергия в виде тепла.

-Что выделяется при полном сгорании топлива? (при сжигании топлива атомы соединяются в молекулы, и происходит выделение энергии) (слайд5)

-Назовите основной элемент топлива? (Углерод - С )

-Как вы думаете, какой процент содержания углерода содержится в топливо? (Углерод содержится в топливе от 40 до 95 %)

-С увеличением возраста, топливо содержит больше или меньше углерода?

При покупке сразу большого количества топлива нужно знать, как его хранить. Если соблюдать правила хранения, уголь не потеряет свои изначальные свойства.

Приобретать твердое топливо выгодно сразу в большом количестве. Но, как и любой другой горючий материал, уголь имеет срок хранения, который зависит от месторождения и марки.

Интересно, что каменный уголь может миллионы лет находиться в земных недрах без потери своего качества. Однако после добычи он немедленно начинает взаимодействовать с окружающей средой. Наиболее опасна для него встреча с кислородом – то есть окисление. Оно разрушает структуру сырья и приводит его в негодность.

Чем крупнее куски угля, тем больше времени потребуется на окисление. Например, каменный уголь фракции выше 100 мм может храниться без потери качественных характеристик до 3 лет, с размером кусков до 100 мм – около 1 года, а топливо мелкой фракции – меньше 24 месяцев. Фракция 20-40 мм, сохраняет свое качество в течение одного сезона. То есть, заготавливать такой уголь на несколько зим не имеет смысла.

Всегда нужно помнить о том, что каменный уголь может воспламениться. Именно поэтому при хранении этот фактор обязательно учитывается. Размещать топливо нужно, хорошо уплотняя мелкие кусочки. Ведь самовозгорание, которое возникает из-за проникновения воздуха в слои угля, может спровоцировать пожар. Самовозгорание может возникнуть в местах соприкосновения разных видов топлива, разных марок углей. Также нельзя выгружать свежий уголь на площадку, которая плохо очищена от остатков старого топлива.

Хранение угля в помещении или под навесом помогает сохранить качественные характеристики топлива на больший срок. Но не всегда есть возможность хранить его в закрытых условиях.

-Что такое пожар, сформулируйте определение.

Пожар-неконтролируемый процесс горения, сопровождающийся уничтожением материала ценностей и создающий опасность для жизни и здоровья людей.

-На что указывает класс пожара? (слайд6)

-В какой момент выделяется энергия при горении вещества?

-Энергия при горении вещества выделяется тогда, когда суммарная кинетическая энергия молекул после горения выше, чем у молекул до начала процесса горения. В этом случае говорят, что такое вещество называют топливом.

-Дополните предложение: (слайд 7)

- Углеводородные вещества горят с выделением тепла, а другие с поглощением тепла

-Внутренняя энергия за счет чего увеличивается? (За счет поглощения энергии топлива)

-Попытайтесь сформулировать определение горение с точки зрения химии.

С точки зрения химии горение - это реакция, протекающая с выделением света и тепла. Вещества вступают в соединения не в произвольных отношениях, а в строго определенных. Для того, чтобы зажечь вещество, его необходимо нагреть до температуры, которая называется температурой воспламенения. Например, для угля эта температура равняется 350°С. Часть выделяющейся теплоты затрачивается на разрыв связи в молекуле С и молекуле О2, а часть расходуется на образование продукта СО2 (углекислого газа).

-Назовите способ перехода внутренней энергии при горение? (Внутренняя энергия переходит в тепловую)

-При сгорании топлива выделяется энергия (слайд 8)

Удельная теплота сгорания топлива (q) – это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты (Q) выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг.

[q] = [Дж/кг]

Дрова 1 кг => 1,0 • 107 Дж

Уголь 1 кг => 2,7 • 107 Дж

Нефть 1 кг => 4,4 • 107 Дж

Торф 1 кг => 1,4 • 107 Дж

Природный газ 1 кг => 4,4 • 107 Дж

-Чтобы найти количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании топлива произвольной массы, нужно удельную теплоты сгорания этого топлива умножить на его массу:

-Интересный факт, что продукты для организма человека - это топливо (слайд 9)

Применение изученного материала

-Какие утверждения о сгорании топлива являются верными? (слайд 10)

Таблица удельной теплоты сгорания (q) различных видов топлива.

-Из предложенного перечня утверждений выберите два правильных. Укажите их номера.

1) Зимой воздух в деревянном доме нагревается быстрее, если печь топить не торфом, а сухими дровами (Удельная теплота сгорания торфа больше, чем у сухих дров, то есть выделяется больше энергии при сгорании торфа. Это утверждение является неверным).

2) При полном сгорании 5 кг. бензина выделяется меньшее количество теплоты, чем при полном сгорании 6 кг. древесного угля (Сравним количество выделенной энергии бензина и древесного угля:

Бензин: Q = 5 ⋅ 4,6 ⋅ 10⁷ = 23 ⋅ 10⁷ Дж.

Древесный уголь: Q = 6 ⋅ 3,4 ⋅ 10⁷ = 20,4 ⋅ 10⁷ Дж.

Таким образом получается, что количество теплоты, выделяемое при сгорании бензина больше, чем у древесного угля. Ошибочное утверждение).

3) Удельная теплота сгорания жидкого топлива в основном больше, чем твёрдого (Удельная теплота сгорания жидкого топлива (нефть, бензин, керосин), согласно таблице, выше, чем у твёрдого (уголь, торф, дрова). Верное утверждение.).

4) При полном сгорании 10 кг. антрацита выделяется такое же количество теплоты, как и при полном сгорании 30 кг. сухих дров (Также необходимо сравнить, сколько выделится энергии при сгорании антрацита и сухих дров:

Антрацит (10 кг.): Q = 10 ⋅ 3 ⋅ 10⁷ = 30 ⋅ 10⁷ Дж.

Сухие дрова (30 кг.): Q = 30 ⋅ 1 ⋅ 10⁷ = 30 ⋅ 10⁷ Дж.

Получается, что количество теплоты, выделенное при полном сгорании 10 кг. антрацита и 30 кг. сухих дров - одинаково. Это справедливое утверждение).

5) При полном сгорании 1 кг. нефти выделяется 4,4 МДж теплоты (Согласно таблицы, при сгорании 1 кг. нефти выделится: 4,4 ⋅ 10⁷ Дж теплоты, то есть - 44 МДж. Это неверное утверждение.).

Правильный ответ: 3) и 4).

Практическая часть (слайд11)

-Найти практическим путем количество теплоты, которое выделяется при сгорании одной спички.

-К чему ведет интенсивное использование топлива?

Истощению природных ресурсов (слайд 12)

Загрязнению окружающей среды.

Экологические проблемы:

Попадание в воздух сотни миллионов тонн вредных веществ: сажа, оксиды углерода, азота, серы (растения поглощают углекислый газ в умеренных количествах).
Создаётся «экран», который препятствует естественному охлаждению Земли зимой ( > на 2-3ºС → таяние льдов → > уровня мирового океана на 50-70м)
Оказывается влияние на состояние здоровья человека( вдыхание дыма с концентрацией оксида углерода 0,4 % в течение всего 5 минут приводит к смерти).
Увеличение содержания углекислого газа приводит к увеличению алкоголизации населения (за последние 20- 30 лет углекислый газ повысился на 15-20%).
Лесные пожары приносят большой вред флоре и фауне (ежегодно случается 5-6 миллионов пожаров; уничтожают животных и растения, вызывают эрозию почвы, меняют режим рек; огонь губит всё живое на глубине до 25 см, лишает её плодородного слоя)

Вывод: (слайд 13)

1.Энергия, выделяющая при полном сгорании топлива, называется теплотой сгорания топлива (или количеством теплоты, выделяющимся при сгорании топлива) - обозначается Q

2.Количество теплоты, выделяющееся при сгорании топлива зависит от вида топлива и его массы.

3.Чем больше масса топлива, тем большее количество теплоты выделится при его полном сгорании.

Проверка приобретенных знаний

-Что выделяется при полном сгорании топлива?

-Как называется эта энергия?

-На чем построена работа ТЭС?

Подведение итогов, домашнее задание (слайд 14)