Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Тюльганская средняя общеобразовательная школа»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Тюльганская средняя общеобразовательная школа»
Тюльганского района Оренбургской области
Урок физики в 8 классе.
Тема: «Топливо - важнейший источник энергии»
из раздела «Тепловые явления».
Учитель физики
Зинакова Н. А.
Учебник:
Н.С. Пурышева, Н.Е. Важеевская. «Физика 8 класс»
Тема урока: «Топливо - важнейший источник энергии»
Цели урока:
 Обучающие :
Углубить знания учащихся о топливе, ввести понятие теплоты сгорания топлива и
КПД тепловых машин, сформулировать основные требования к топливу. Рассмотреть
физические основы горения веществ; обеспечить понимание учащимися физической
сути удельной теплоты сгорания топлива. Повторить основы расчета количества
теплоты , необходимого для нагревания тела или его охлаждения. Получить формулу
для расчета количества теплоты выделяемого при сгорании топлива и обеспечить ее
усвоение; научить учащихся пользоваться таблицами ;научить решать задачи по теме
, проводить измерения; продолжить формирование умения осуществлять
самоконтроль.
 Развивающие :
Совершенствовать навыки самостоятельной работы; активизировать мышление;
умение самостоятельно делать выводы; развивать речь; продолжить развитие умения
работать с физическими приборами; осуществить тренировку в переводе значений
разных физических величин из дополнительных в основные единицы измерения.
Способствовать развитию умений прослеживать межпредметные связи на уроке
физики. Развивать умение анализировать, сравнивать, обобщать, делать выводы.
 Воспитывающие :
Способствовать развитию познавательного интереса к предмету, расширению
кругозора учащихся. Показать возможность использования полученных на уроках
знаний в жизни, развить навыки коллективной работы, приучить детей к
аккуратности при решении задач в тетради ,у доски.
Демонстрации: Горение различных видов топлива (спиртовка, вата, нефть,
деревянная лучина, парафин).
Ход урока
Мотивация.
При демонстрации видов топлива рассказывается о важнейших из них -нефти и угле.
Уголь и нефть - это настолько важный вид топлива, что из-за него возникают войны и
сменяются политические режимы (например, в Ираке). Нефть — мощный двигатель
технического прогресса человека. Также рассказывается, как нефть спасла китов,
заменив китовый жир в промышленности.
Учитель. Всегда, когда нам нужно получить некоторое количество теплоты (чтобы
вскипятить воду, приготовить еду в походе, протопить дом или воспользоваться
автомобилем), мы почти автоматически используем газ, дерево, уголь, бензин.
Все это - самые распространенные виды топлива.





А приходилось ли вам задумываться, что такое топливо?
Что именно вы хотели бы узнать о топливе?
Какие виды топлива бывают?
Чем отличаются одни виды топлива от других?
Какие требования нужно предъявить к топливу?
Запишем тему урока: «Топливо - важнейший источник энергии»
Горючих веществ очень много. Например, твердые вещества — уголь, сера, фосфор,
некоторые металлы; жидкие — нефть, бензин, спирт, ацетон; газообразные —
водород, метан, пропан, ацетилен. Все эти вещества при сгорании выделяют тепло.
Казалось бы, все, что требуется от топлива. Но есть еще другие важные качества,
которые горючее вещество делают топливом.
Давайте проведем опыт и посмотрим одновременное горение нескольких видов
топлива: нефти, дерева, спирта и парафина (фото горения разных видов топлива).
Опыт. Для опыта использую свечу, спиртовку, лучину и вату, смоченную нефтью.
Вопрос учащимся:
- Что общего и чем отличается горение каждого вида топлива?
Ответ: при горении топлива выделяется тепло и образуются продукты сгорания.
Особенно нефть, сгорая, выделяет много копоти и сажи, а это, естественно,
влияет на окружающую среду.
Учитель. Да, при сгорании любых веществ образуются другие вещества - продукты
сгорания. Например, при сгорании дров остается зола и выделяется углекислый,
угарный и другие газы. Обойтись без продуктов сгорания нельзя, но нужно из всех
горючих веществ выбрать те, продукты сгорания которых не наносят вреда человеку
и окружающей среде. Такое топливо – экологически чистое. К сожалению, этому
требованию в полной мере удовлетворяет только водород.
Проанализируем таблицу в учебнике. Скажите, какую информацию о топливе дает
эта таблица?
Состав по массе, %
Вид топлива
С
Н
S
N
торф
24,7
2,6
0,1
1,1
дрова
30,3
3,6
-
0,4
бурый уголь
43,7
3,0
0,2
0,6
каменный уголь
55,2
3,8
3,2
1,0
природный газ(метан)
74,0
25,0
-
1
мазут
83,0
10,4
2,8
-
бензин
85,0
14,9
0,05
-
В таблице приведены сведения о химическом составе некоторых видов топлива. Все
виды топлива содержат углерод и водород. Процент содержания углерода и водорода
превышает процент других элементов в топливе.
Учитель. Из курса химии напомню, что при полном окислении углерода образуется
углекислый газ, а при окислении водорода — водяной пар.C+02=C02+ Q0 (теплота).
Эти продукты сгорания безвредны для человека. А вот содержание серы и азота в
составе топлива приводит к образованию оксидов, вредных для человека и животных.
Даже специально очищенные виды топлива при сгорании выделяют некоторое
количество вредных веществ. Вот почему сегодня предъявляются строгие требования
к топливу: при его использовании должно выделяться минимальное количество
вредных продуктов сгорания. Кроме того, предусматриваются специальные меры по
улавливанию вредных веществ фильтрами.
Учитель. Итак, что такое топливо? Какие горючие вещества могут быть топливом?
Ученик. Топливо - это горючее вещество, дающее тепло, являющееся источником
энергии. Топливом может быть горючее вещество, продукты сгорания которого
безвредны.
Учитель. Но главное предназначение топлива - давать тепло! Значит, чем больше
выделяется тепла при его сгорании, тем лучше. Это правильно?
Сравнивать количества теплоты, выделившиеся при сгорании разных видов топлива,
можно только при условии, что сгорела одинаковая масса топлива. Разные виды
топлива массой 1 кг при полном сгорании выделяют разное количество теплоты.
Проанализируем таблицу.
Удельная теплота сгорания некоторых видов топлива, Дж/кг.
Порох
0,38 • 107 Дж/кг
Древесный уголь
3,4 • 107 Дж/кг
Дрова сухие
1,0 • 107 Дж/кг
Природный газ
4,4 • 107 Дж/кг
Торф
Антрацит
Каменный уголь
Спирт
1,4 • 107 Дж/кг
3,0 • 107 Дж/кг
2,7 • 107 Дж/кг
2,7 • 107 Дж/кг
Нефть
Бензин
Керосин
Водород
4,4 • 107 Дж/кг
4,6 • 107 Дж/кг
4,6 • 107 Дж/кг
12,0 • 107 Дж/кг
Ученик. В таблице дана удельная теплота сгорания основных видов топлива. Самая
наибольшая удельная теплота сгорания у водорода - 12,0 • 107 Дж/кг, а наименьшая у
пороха— 0,38 • 107 Дж/кг.
Учитель. Количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива,
называется удельной теплотой сгорания топлива. Удельная теплота сгорания
обозначается латинской буквой q и измеряется в Дж/кг (джоуль на килограмм).
Найдите удельную теплоту сгорания природного газа, прочитайте ее и скажите, что
показывает это число.
Ученик. Удельная теплота сгорания природного газа равна 4,4 • 107 Дж/кг. Это число
показывает, что при полном сгорании 1 кг газа выделяется 4,4• 107 Дж теплоты. При
полном сгорании 1 кг водорода выделяется 12,0 • 107 Дж тепла, что примерно в 10 раз
больше, чем при сгорании 1 кг дров - 1,0 • 107 Дж.
Учитель. Сопоставьте сведения о составе и удельной теплоте сгорания топлива
разных видов. Выскажите предположения о том, какие химические элементы в
составе топлива определяют преимущественно величину удельной теплоты сгорания?
Ученик. Анализируя таблицы, мы видим, что величину удельной теплоты сгорания
топлива определяет преимущественно содержание углерода и водорода в составе
топлива. Например, природный газ содержит 74% С и 25% Н и имеет наибольшую
удельную теплоту сгорания по сравнению с дровами и углем.
Учитель. Какого топлива, дерева или бензина, потребуется меньше, чтобы получить
необходимое количество теплоты? Почему?
Сравнивая удельную теплоту сгорания дерева - 1,0 • 107 Дж/кг и бензина - 4,6 • 107
Дж/кг, мы видим, что для получения необходимого количества теплоты меньше
потребуется бензина.
Учитель. А как рассчитать количество теплоты, которое выделится при сгорании не
1 кг топлива, a m кг топлива?
Ученик. Чтобы рассчитать количество теплоты Q, выделяющееся при полном
сгорании m кг топлива, нужно удельную теплоту сгорания q умножить на массу
сгоревшего топлива. Q = qm
Учитель. А какие еще требования предъявляются к топливу? Вопросы учебника
помогут вам их сформулировать.
Вопросы:
1. Почему для быстрого разведения костра используют жидкое топливо?
2.Удельная теплота сгорания торфа почти в 2 раза выше удельной теплоты сгорания
дров. Как это понимать?
Ученик. Небольшая температура воспламенения - важное требование к веществу,
которое будет использоваться как топливо.
Учитель. Топливом могут стать широко распространенные, сравнительно простые в
добыче и удобные для транспортировки вещества.
Итак, сформулируйте основные требования, предъявляемые к топливу:
 большая удельная теплота сгорания,
 отсутствие вредных продуктов сгорания,
 низкая температура воспламенения,
 распространенность в природе,
 сравнительная простота добычи и транспортировки.
Учитель. Напомню, что большинство традиционных видов топлива (таких, как
уголь, нефть, торф) образовывалось на протяжении целых геологических эпох из
останков растений и животных. Это чаще всего невозобновляемые ресурсы нашей
планеты. Вот почему сегодня ученые заняты поисками альтернативных источников
тепла и созданием энергосберегающих технологий. Простейшие мероприятия по
экономии электроэнергии должны подсказываться сознанием человека. Например,
выключить освещение или другие приемники энергии, где их работа в данное время
не нужна. Возможна экономия не прямым воздействием на приемники энергии, а
косвенными мерами. Большое значение для экономии топлива и электроэнергии
имеет утепление жилищ и мест работы человека, так как при этом экономится расход
тепла, а значит, и топлива, которое используется для выработки большей части
электроэнергии, и экономится электроэнергия непосредственно, так как при
понижении температуры стараются применить разные электронагреватели. Как
известно, для поддержания нормальной температуры в помещении не обязательно
его отапливать, а достаточно ограничить теплоотвод так, чтобы сохранялось тепло,
выделяемое различными электрическими приборами, например, лампочками,
холодильниками, телевизорами и т. д. и телом человека. Часто можно видеть, как
уличное освещение включено днем, закипевшая вода в электронагревателе
продолжает кипеть, когда это не нужно. В таких случаях нужно применять
простейшие схемы автоматизации, которые будут способствовать экономии энергии
и увеличению срока службы ламп, нагревательных элементов и других приборов.
Экономии энергии служит технологическая революция, потому что ее задачей
является уменьшение материалоемкости и энергоемкости продукции при ее
производстве, хранении, транспортировке и использовании на основе научнотехнического прогресса. Способ экономии -— извлекать больше тепла из сжигаемого
топлива. Мы превращаем одни виды энергии в другие очень малоэффективными
путями. В большинстве случаев лишь малая часть энергии переходит в полезную
форму, остальное теряется.
Если использовать энергию рационально, запасов топлива хватит на более долгий
срок. Надо научиться извлекать больше энергии из меньшего объема. Например,
использовать на автомобилях топливный элемент. Автомобили могут работать не на
бензине, а на топливных элементах. Такой элемент больше похож на батарею. Внутри
него находятся два химических элемента — атомный кислород и водород. Они
взаимодействуют, производя электричество. Солнечная энергия помогает разлагать
воду на водород и кислород. Вода имеется в изобилии, поэтому топливные элементы
будут дешевы.
Вывод напрашивается сам за себя: экономия электроэнергии каждым отдельным
человеком ведет к усилению и стабилизации экономики страны.
Знаете ли вы, что природный газ добывают так же, как и нефть? К залежам газа
бурятся скважины. Под землёй газ находится под давлением. Когда скважина
достигает пласта газа, то он сам начинает поступать на поверхность. Здесь его
направляют в газопроводы и перекачивают на большие расстояния для
использования в промышленности и быту. Он заменяет другие виды топлива, такие,
как уголь, нефть, торф. Из газа получают пластмассу, искусственный каучук, волокно
и другие полезные вещества. Но всегда надо помнить, что газ очень опасен. При
взаимодействии с воздухом он образует взрывоопасную смесь. Кроме того, это
ядовитое вещество. Попадание газа в органы дыхания может привести к серьёзному
отравлению. В связи с этим каждый нагреватель, тепловой двигатель или даже целая
электростанция характеризуются особой величиной, называемой коэффициентом
полезного действия. Эта величина показывает, какая часть количества теплоты,
выделяющегося при сгорании топлива, расходуется полезно. Коэффициент полезного
действия, сокращенно КПД, обозначается буквой греческого алфавита (эта). Если,
например, при сгорании топлива выделилось Qзатр. теплоты и только Qполез
использовалось полезно, то
η=Qполез/Qзатрач)*100%
Человек как биологическое существо также получает энергию. Энергия, за счёт
которой поддерживаются обменные функции организма человека, выделяется в ходе
химических реакций окисления содержащихся в пище углеводов, жиров и белков. Роль
топлива играет пища. Разные виды пищи, как и разные виды топлива, содержат
различный запас энергии.
Удельная теплота сгорания некоторых пищевых продуктов
 Хлеб ржаной
- 8,884 МДж/кг
 Молоко
- 2,796 МДж/кг
 Морковь
- 1,720 МДж/кг
 Смородина черная - 2,470 МДж/кг
 Шоколад
- 20 МДж/кг
Самый эффективный источник энергии - жиры. При «сгорании» в организме 1 г
жиров выделяется примерно столько же энергии, как и при сгорании 1 г бензина .
Вспомним, что 1 ккал = 4,2 кДж.
Закрепление.
Вопросы для закрепления:
1. Что является источником энергии, которая используется в промышленности, на
транспорте и быту?
2. За счёт чего выделяется энергия при сгорании топлива?
3. Как вычислить количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива?
4. Удельная теплота сгорания топлива- это количество теплоты, выделяющееся …
5. Что означает выражение: удельная
теплота сгорания керосина 4,6*107Дж/кг .
6. В каких единицах измеряют удельную теплоту сгорания топлива?
7. Как вычислить массу керосина, если известно сколько выделилось количества
теплоты при полном сгорании ?
Задание №1. Какое количество теплоты выделяется при полном сгорании каменного
угля массой 1т ?
Задание №2. Сколько дров понадобится, чтобы истопить кирпичную русскую печь?
Масса печи 1,5 т, в процессе протапливания ее температура менялась от 10°С до
70°С, а КПД равен 25% (Ответ: 26 кг)
Задание №3 По рисунку составь сам условие задачи и реши ее.
Задание №4 Рассчитайте, сколько энергии вы затратили за занятие используя данные
таблицы.
Энергозатраты человека, массой 50 кг за 1 час
при различных видах деятельности
Мытье посуды
0, 59 МДж
Подготовка к урокам
0,38-0,4 МДж
Чтение про себя
0,38 МДж
Сидение (в покое)
0,42 МДж
Физическая зарядка
1-1,4 МДж
А теперь рассчитайте, сколько примерно шоколада вам нужно съесть, чтобы восполнить
энергию, которую вы затратили за 30 минут занятия.
Рассчитайте свои энергетические затраты (приблизительно, приняв свою массу равной
50 кг):
Чтение про себя (0,38 МДж) + сидение (0,42 МДж) = 0,8 МДж/ч.
За 1/2 ч истрачено 0,4 МДж.
Шоколад: 1 кг - 20 МДж;
х кг - 0, 4 МДж => х = 0,02 кг =20 г.
Восполним потерянную вами энергию топливом (все присутствующие на занятии
получают шоколадку). Приятного аппетита.
Сегодня на уроке мы доказали:
Топливо - важнейший источник энергии для человечества!
Домашнее задание.
1) §30; задание 29.
2) Можно ли получить холод при сжигании угля ?
3) Рассчитайте количество теплоты, выделившееся при полном сгорании спички.
Подведение итогов урока.