Версия 17:42, 10 декабря 2011

Гипермаркет знаний>>Физика и астрономия>>Физика 7 класс. Полные уроки>>Физика: Коэффициент полезного действия. Полные уроки

Тема. Коэффициент Полезного Действия

=Цели урока:

• Расширить представления учащихся о коэффициенте полезного действия, способы его определения для идеальной и реальной тепловых машин, пути его повышения.
• Экологические аспекты применения тепловых машин.
• Расширить представления о разных видах тепловых машин.

Задачи урока:

• познакомить с понятием коэффициент полезного действия

Основные термины:

• КПД - Величина, равная отношению полезной работы к полной совершённой работе, в физике имеет собственное название
  
  ХОД УРОКА

Коэффициент полезного действия

Допустим, мы отдыхаем на даче, и нам нужно принести из колодца воды. Мы опускаем в него ведро, зачёрпываем воду и начинаем поднимать. Не забыли, какова наша цель? Правильно: достать воду. Но взгляните: мы поднимаем не только воду, но и само ведро, а также тяжёлую цепь, на которой оно висит.
Двухцветная стрелка на рисунке 1 символизирует, что наряду с полезной работой по подъёму воды мы совершаем и другую работу – подъём ведра и цепи. Разумеется, без цепи и ведра мы не смогли бы достать воду, однако с точки зрения конечной цели их вес «вредит» нам. Если бы он был меньше, полная совершённая работа тоже была бы меньше (при той же полезной).
 
Рис. 1. Поднимая воду из колодца, мы противодействуем весу воды, ведра и цепи. Синяя часть стрелки символизирует полезную работу по подъему воды, а красная – бесполезную часть по подъему тяжелой цепи и ведра.

Перейдём теперь к количественному изучению этих работ и введём физическую величину «коэффициент полезного действия». Для этого решим задачу. Яблоки, отобранные для переработки на сок, грузчик высыпает из корзин в кузов машины. Масса пустой корзины 2 кг, а яблок в ней – 18 кг. Чему равна доля полезной работы грузчика от его полной работы?
Решение. Полной работой грузчика является погрузка яблок (рисунок 2) . Она складывается из подъёма самих яблок и подъёма корзин. Поднятие яблок – полезная работа, а поднятие корзин – «бесполезная», потому что их нужно опускать или сбрасывать вниз.
 
Рис. 2. Конечная цель действия – поднять яблоки на высоту кузова грузовика. Поэтому полезная работа – это подъем самих яблок. Тогда полной работой будет подъем яблок и корзин. Эту работу и предстоит совершить грузчику.

Для вычисления работ воспользуемся формулой A = F•l и получим:
Aполезн = Fя • lя = mя g • h     и     Aбесполезн = Fк • lк = mк g • h

Здесь Fя – сила, с которой руки поднимают вверх яблоки, а Fк – сила, с которой руки поднимают вверх саму корзину. Каждая эта сила равна силе, с которой Земля притягивает яблоки или корзину.
Полная работа складывается из двух работ, поэтому равна сумме:
Aполн = Aполезн + Aбесполезн = mя gh + mк gh
В задаче нас просят вычислить долю полезной работы грузчика от его полной работы. Сделаем это, поделив полезную работу на полную:
 

Рис. 3 Пример вычисления доли, которую полезная работа составляет от полной работы. В физике эта доля называется коэффициентом полезного действия

В силу своей общности понятие КПД позволяет сравнивать и оценивать с единой точки зрения различные системы. Это мы с Вами можем посмотреть на видео
http://www.youtube.com/watch?v=alzXmRv1GP4


Это число показывает, что из 100% (полной работы грузчика) доля его полезной работы составляет 90%. Задача решена.
Величина, равная отношению полезной работы к полной совершённой работе, в физике имеет собственное название: КПД – коэффициент полезного действия.
коэффициент полезного действия
Aполезн – полезная работа, Дж
Aполн – полная работа, Дж

Рис. 4. Формула для подсчета коэффициента полезного действия. Формула читается так: «Эта равна отношению Аполезн к Аполн»

После вычисления значения КПД по этой формуле полученное значение принято умножать на 100%. И наоборот: для подстановки значения КПД в эту формулу его значение нужно перевести из процентов в обычную десятичную дробь, поделив на 100%.

Контролирующий блок:

Доли, подобные вычисленной нами, принято выражать ...
По сравнению с числом 0,9 запись 90% означает ...
КПД, равный 0,9 или 90% говорит нам, что ...
КПД всегда равен ...
Что такое КПД?
После вычисления значения дроби ...
Чтобы значение КПД можно было использовать для вычислений, ...

Домашнее задание:

Задача
Двигатель работает по циклу Карно. Как изменится КПД теплового двигателя, если при постоянной температуре холодильника 17оС температуру нагревателя повысить со 127 до 447оС?

Интересно знать что ...

Старинная единица мощности – лошадиная сила . 1л.с.= 735,5 Вт. Эту единицу ввел  Джеймс Уатт.
Лошадиная сила  есть средняя работа за одну секунду,  которую могла совершить сильная английская ломовая лошадь, равномерно работающая целый день.   

Список литературы:

1.    Урок на тему: «Коэффициент полезного действия»  Шаповал И.Н. , учитель физики, МОУ Ломовская СОШ
2. А.В. Перышкин, Н.А. Родина “Физика 7”, Москва, “Просвещение”, 2001 г.
3. М.Е. Тульчинский “Качественные задачи по физике 6-7 кл.”, Москва, “Просвещение”, 2006 г.
4. Л.А. Кирик “Самостоятельные и контрольные работы по физике. Разноуровневые дидактические материалы 7 класс. Механика. Давление жидкостей и газов”, Москва-Харьков, “Илекса “Гимназия”, 2008 г.

Отредактировано и оправлено Борисенко И.Н.

Над уроком работали:
Шаповал И.Н.
Борисенко И.Н.

Поставить вопрос о современном образовании, выразить идею или решить назревшую проблему Вы можете на Образовательном форуме, где на международном уровне собирается образовательный совет свежей мысли и действия. Создав блог, Вы не только повысите свой статус, как компетентного преподавателя, а и сделаете весомый вклад в развитие школы будущего. Гильдия Лидеров Образования открывает двери для специалистов  высшего ранга и приглашает к сотрудничеству в направлении создания лучших в мире школ.