Конспект урока «Удельная теплота сгорания. Энергия топлива» по физике

Удельная теплота сгорания. Энергия топлива

Цель урока: Изучить вопросы использования внутренней энергии топлива, выделения тепла при сгорании топлива.

Задачи урока:

обучающие:

• углубить знания учащихся о топливе;

• ввести понятие теплоты сгорания топлива;

• научить определять количество теплоты при сгорании топлива;

развивающие:

• развивать аналитическое мышление;

• развивать умения работать с таблицами и делать выводы;

• устанавливать связь между ранее изученным материалом на уроках естествознания, химии, географии, физики;

• развивать наблюдательность и внимание.

воспитательные:

• воспитывать бережное отношение к использованию топливных ресурсов;

• воспитывать интерес к предмету через показ связи изучаемого материала с реальной жизнью.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Методы: наглядные, словесные.

Технологии: ИКТ при изучении нового материала, проблемно-диалоговые.

Форма работы учащихся: индивидуальная, фронтальная, групповая.

Межпредметные связи: естествознание; география; химия.

Оборудование:

1. Компьютер, экран, мультимедиапроектор;
2. Образцы различных видов топлива;
3. Презентация в Microsoft Power Point (Приложение);
4. Спирт, бензин, фольга, вата, спички (для эксперемента).

Ход урока:

I. Вводно-мотивационный этап

II. Актуализация знаний

а) Проверка домашнего задания
б) Мотивация урока

— Вспомните, пожалуйста, какие виды энергии вы знаете?

— Что называется внутренней энергией?

— Какими способами можно определить внутреннюю энергию?

— Что называется количеством теплоты?

Энергия может выделяется и поглощается. Сегодня мы познакомимся с энергией, которая только выделяется.

— Из предложенных образцов коллекции горных пород и минералов выберите горючие полезные ископаемые?

— Почему, выбранные вами вещества вы отнесли к топливу?

— А приходилось ли вам задумываться, что такое топливо? Чем отличается одни виды топлива от другого? Какие требования необходимо предъявить к топливу?

— Как используется энергия, выделяющаяся при сгорании топлива?

Запишем тему урока: «Энергия топлива. Удельная теплота сгорания топлива»

План урока:

1. Выделение энергии в процессе горения топлива.
2. Расчет количества теплоты, выделяющейся в процессе сгорания топлива.
3. Добыча горючих полезных ископаемых в Казахстане.

III. Усвоение новых знаний

Задание 1 группы:

Всегда, когда нам нужно вскипятить воду, сварить еду в походе, протопить дом или воспользоваться автомобилем мы почти автоматически используем газ, дерево, уголь, бензин. Не задумываясь о том, почему именно его мы взяли в качестве горючего вещества? А как вы отнесётесь к тому, что гореть может всё? Всё определяется начальными условиями. Если нефть, бензин уголь — углеродосодержащие вещества — горят с выделением тепла, то, скажем, кусок железа тоже можно сжечь при высокой начальной температуре и с большим количеством кислорода.

Давайте попытаемся выяснить, почему в результате сгорания топлива выделяется энергия? Для этого нужно вспомнить строение вещества.

— Все вещества состоят из молекул, между которыми есть промежутки.

Тогда почему вещества не распадаются на отдельные атомы, несмотря на то, что есть промежутки?

— Необходимо преодолеть силы притяжения то есть, совершить работу, а значит затратить энергию.

При разделении молекулы воды на атомы, совершается работа по преодолению сил притяжения между атомами. Следовательно, затрачивается некоторая энергия.

При соединении атомов в молекулу энергия, наоборот, будет выделяться. Следовательно, при горении из атомов образуются молекулы. Использование топлива основано как раз на явлении выделения энергии при соединении атомов.

Топливо-вещество, которое способно гореть и выделять при этом тепло. (запишем в тетрадь)

Вспомним из курса химии, какой химический элемент является основным во всех видах топлива?

— Углерод (C), и чем больше атомов углерода в молекуле вещества, тем топливо лучше.

А что является обязательным условием горения?

— Наличие кислорода (О₂).

Без доступа кислорода, воздуха горение невозможно. Само топливо необходимо поджечь, т. е. надо учитывать температуру воспламенения. Казалось бы, что может быть проще? Но я хочу напомнить вам о том, что умение получить огонь — заметная веха в истории цивилизации.

Получение и освоение огня — заметная страница в истории цивилизации. Археологи установили: остаткам первых костров около 400.000 лет! Тогда огонь получали случайно (напр. от молнии) и поддерживали. Позднее (около 30.000 лет тому назад) безвестные гении научились добывать огонь трением, а еще позднее изобрели огниво, которым и пользовались до XIX века. Спички появились недавно, в 1855 году!

Так же «не спеша» расширялась сфера использования огня: от обогрева пещер и приготовления пищи до плавки металлов и создания в конце 18 века первого универсального теплового двигателя (паровая машина). Сегодня внутренняя энергия топлива нашла широкое применение во всех отраслях производства.

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

Каждый атом углерода соединяется с двумя атомами кислорода, при этом образуется молекула углекислого газа и выделяется энергия в виде тепла.

Энергия, выделяющаяся при полном сгорании топлива называется теплотой сгорания топлива.

При расчёте работы различных двигателей инженеру надо точно знать, какое количество теплоты может выделить сгораемое горючее, надолго ли хватит этого горючего при работе двигателя. Инженер проделывает опыты и находит, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива.

Эксперимент проделывают учащиеся. На один кусочек ваты капаю бензин, а на другой спирт. Помещаю на кусочки фольги и поджигаю. После горения предлагаю дотронуться к кусочкам фольги.

Одинаково ли нагрелись кусочки фольги?

— Кусочек фольги, где сгорел бензин, нагрелся сильнее.

Одинаковая ли энергия будет выделяться при сгорании спирта и бензина?

— Энергия выделяется разная, где бензин больше тепла.

При сгорании топлива энергия выделяется, поэтому разные виды топлива одинаковой массы m при полном сгорании выделяют разное количество теплоты.

Задание 2 группы:

Физическая величина, показывающая какое количество теплоты выделяется при полном сгорании 1 кг топлива называется удельной теплотой сгорания топлива – g

В учебнике на стр. 51 в таблице № 2 приведены значения удельной теплоты сгорания некоторых веществ. (Работа с таблицей № 2)

IV. Проверка усвоения новых знаний:

Вопросы учителя учащимся:

Как понимать, что удельная теплота сгорания, например, торфа 1,4·10⁷ Дж/кг

— Это значит, что при полном сгорании торфа массой 1кг выделяется количество теплоты, равное 1,4•10⁷Дж., т.е 14 миллионов Джоулей

А если сжечь 2 килограмма торфа?

— Выделяется теплоты в 2 раза больше, т.е 2,810⁷ Дж.

А как посчитать количество теплоты, которое выделится при сгорании любой массы топлива?

— Чтобы рассчитать количество теплоты Q.выделяющееся при полном сгорании топлива любой массы, нужно теплоту сгорания q умножить на массу сгоревшего топлива.

Q = qm

Задание 3 группы:

Работа у доски с картой полезных ископаемых Казахстана.

Человек использует топливо именно для того, чтобы потреблять выделяемую энергию. Процесс горения топлива человечество использует в разных областях деятельности:

• тепловые двигатели (сгорание топлива);

• тепловые электростанции (сгорание топлива и выработка электроэнергии);

• обогрев жилища, приготовление пищи и др.

• в промышленности (работа доменных печей) и т. д.

Поэтому, говоря о сгорании топлива, нельзя не сказать о проблемах, которые встают перед человечеством в этой связи. О каких проблемах идет речь? Конечно же, о проблемах экологии, охраны окружающей среды.

Ежегодно при сгорании топлива в воздух попадают сотни миллионов тонн различных вредных веществ: сажа, оксиды углерода, азота, серы: Вы можете сказать, что углекислый газ полезен, потому что растения поглощают его из окружающей среды и в процессе фотосинтеза выделяют кислород. Это действительно так. Но только в умеренных количествах. За последние 30 лет количество углекислого газа повысилось на 15–20%. . В больших городах и вблизи крупных энергетических предприятий накапливается углекислый газ. порождающий парниковый эффект.

К 2020 г. содержание углекислого газа должно еще удвоиться. Углекислый газ препятствует естественному охлаждению Земли, что приводит к повышению средней температуры на 2–3 °С. Это может привести к бурному таянию льдов и повышению уровня Мирового океана на 50-70 м. Увеличение содержания углекислого газа губительно сказывается на всем живом, в том числе на человеке, вызывая различные болезни.

К чему же ведёт интенсивное использование топлива?

— Истощению природных ресурсов, загрязнению окружающей среды.

Какой же вывод из этой ситуации?

— Производить очистку воздуха, ставить фильтры. Беречь лес, увеличивать лесные массивы.

V. Закрепление

Что такое топливо?

Чем отличается одни виды топлива от другого?

По какой формуле рассчитывается количество теплоты при сгорании топлива?

Какие требования необходимо предъявить к топливу?

Итак, сформулируйте основные требования, предъявляемые к топливу:

1) большая теплота сгорания,
2) отсутствие вредных продуктов сгорания,
3) низкая температура воспламенения.
4) распространенность в природе,
5) сравнительная простота добычи и транспортировки

VI.Подведение итогов урока

VII. Рефлексия

V1II. Домашнее задание § 11. Решение разноуровневых задач (закончить дома).

Разноуровневые задания:

Уровень, А:

1. Процесс горения, связанный с разрушением одних молекул и образованием других, сопровождается….. (закончи предложение).

2. Перечислите углеродосодержащие виды топлива.

3. Какой уголь каменный или древесный — при полном сгорании выделяет больше теплоты, если их массы одинаковы?

4. Можно ли определить, сколько тепла выделит березовое полено при полном сгорании? Если можно, то как это сделать, что необходимо знать?

5. Вычислите, сколько энергии выделится при полном сгорании 200 г. бензина.

Уровень В:

1. Сколько теплоты выделится при полном сгорании сухих сосновых дров объемом 5 м³?

2. При полном сгорании сухих дров выделилось 50 000 кДж энергии. Какая масса дров сгорела?

3. При сгорании пороха массой 3 кг выделилось 11 40 0кДж энергии. Вычислите удельную теплоту сгорания пороха.

4. Смешали бензин объемом 1,5 л и спирт массой 3 кг. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании полученной смеси?

5. Сколько каменного угля нужно сжечь, чтобы получить столько же энергии, сколько ее выделится при сгорании бензина объемом 6 м³?

Уровень С:

1. Сколько нужно сжечь природного газа, чтобы вскипятить 2 л воды, считая, что на весь процесс необходимо 1300 кДж энергии? (Вода при комнатной температуре 20оС)

2. При подготовке уроков ученик расходует 6 кДж энергии за 1 час на 1 кг своей массы. Эту энергию получают от сгорающей в организме пищи. Сколько сахара нужно съесть, чтобы обеспечить качественную подготовку уроков в течении 2 часов? (При сгорании 1 кг сахара выделяется 17 150 кДж энергии).