урок «Топливо»

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
ЯМАЛО-НЕНЕЦКИЙ АВТОНОМНЫЙ ОКРУГ
ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ ПУРОВСКОГО РАЙОНА
МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №1»
629860 ЯНАО, Пуровский район, п.Уренгой, 4 микрорайон дом 39А телефон / факс 34934 9-31-77 Urengoj_1@ mail.ru











Топливо
Интегрированный (физика, химия, биология, география) урок углубленного изучения нового материала с элементами опережающего обучения в 8 классе.



При изучении темы вскрываются экологические проблемы конкретного населенного пункта. Небольшая корректировка текста (внесение своих данных) позволит воспользоваться разработкой в своем классе. При желании урок может стать внеклассным мероприятием.


















Автор:
Мартыненко Надежда Юрьевна
социальный педагог, учитель физики
МБОУ СОШ №1 п.г.т.Уренгой










п. Уренгой
2011 год

Цели урока:
Учебные: объединение на уроке самых разных знаний о топливе для получения более полного представления о нем, повторение закона сохранения энергии как фундаментального закона всех естественных наук;
Воспитательные: воспитание экономного и осторожного отношения к энергоресурсам нашей страны, формирование понимания о необходимости учиться для того, чтобы принести пользу обществу.
Оборудование: спиртовка; плакат с изображением упрощенной модели, поясняющей выделение энергии при горении; образцы полезных ископаемых; географическая карта месторождений полезных ископаемых; образцы упаковок пищевых продуктов с указанием калорийности или энергетической ценности; плакаты, фотографии, репродукции картин, имеющие отношение к добыче, транспортировке и использованию топлива.
Оформление доски: Использована доска с “крыльями”. На начало урока доска сложена, на ней записано название темы и дана таблица, почти полностью заполненная на прошлом уроке.
Последняя строка не заполнена (она заполняется в ходе урока).
В и д ы т о п л и в а

уголь
природный газ
бензин
водород

удельная теплота сгорания (q)

2,7х107Дж/кг

4,4х107Дж/кг

4,6х107Дж/кг

12х107Дж/кг


запасы топлива

мало

мало

мало
практически неограниченные запасы

добыча и транспортировка
трудно добываемое и сложно транспортируемое топливо
трудно добываемое, но сравнительно легко транспортируемое топливо
трудно добываемое, дорогостоящее топливо
не добывается

потребление в год
2,5 млн.т в год
1,5 млрд. т в год
1,8 млн. т в год (с мазутом)
Не потребляется

продукты горения

СО2




Н2 О
СО2

Н2 О
СО2

Н2 О


После того, как работа с таблицей будет закончена, доска раскрывается. На внутренней стороне “крыльев” находятся плакаты. На средней, основной части доски записано название темы урока, она используется в ходе урока для необходимых записей.
Оформление тетради: В тетради до конца оформляется таблица “Виды топлива”. Записываются рассматриваемые вопросы и краткие ответы на них.

Опорные знания: Изучены §§ 11 и 12, дети имеют представление о топливе как источнике энергии, закон сохранения и превращения энергии, изученный в 7 классе, повторен с учетом нового вида энергии, энергии внутренней. В качестве домашнего задания к настоящему уроку требовалось изучить содержание таблицы “Виды энергии”. Заблаговременно класс был поделен на команды, каждая команда получила задание в виде конкретного вопроса:
Команда химиков охарактеризует водород как топливо. Узнает о проблемах его использования. (Можно воспользоваться помощью учителя химии).
Команда географов работает с картой месторождений.
Команда экологов вскрывает недостатки в использовании топлива и ищет способы их исправления.
Команда потребителей выясняет, где и какое топливо используется.
В ходе урока, при разборе конкретных вопросов каждая команда выполняет ведущую роль, помогая учителю достигнуть цели урока.
С системой оценивания дети ознакомлены так же заранее. Полный ответ или два неполных ответа, можно поставить себе “+”. Два и более “+” – это 5, один и два “+” – это 4.

Вступление
Сегодня у нас с вами не совсем обычный урок. Перед вами стоят два учителя, а название темы урока – одно. Это означает, что к решению каких-то проблем мы будем подходить с разных точек зрения, используя и физические и химические термины. Кроме того, я хочу предупредить вас, что сегодня, кроме физики и химии, нам помогут достигнуть цели урока биология, география и экология. А цель сегодняшнего урока следующая, выяснить: какова роль топлива в нашей
жизни и как использовать его с наибольшей выгодой для себя, для общества.

Основная часть
Виды топлива, их различие.
Обратимся сначала к физике. Начнем разговор с того, что вспомним, чем различаются основные виды топлива, которые мы используем. Из таблицы “Удельная теплота сгорания топлива” возьмем три вида топлива, хорошо известных и используемых человеком: уголь, природный газ и бензин (показать образцы из коллекции природных ископаемых). К ним добавим еще одно топливо, отличающееся от всех остальных самой высокой удельной теплотой сгорания q – водород. На прошлом уроке вами проведена подготовительная работа: вы объединили самую разную информацию об этих видах топлива в таблице. Теперь, глядя на эту таблицу, мы можем сравнить:
q – удельную теплоту сгорания (называется первая строка таблицы, делается вывод о водороде, как о самом энергетически выгодном виде топлива);
запасы топлива. Используя карту месторождений полезных ископаемых или карту минеральных ресурсов, дети из команды географов показывают основные месторождения нефти и природного газа нашей страны и стран бывшего СССР. Из месторождений каменного угля называются Печерский, Зырянский, Иркутский угольный бассейны, Кузбасс, Сахалинский массив. Из основных нефтяных запасов: Самотлор, Мамонтово, Усть-Балык, Федоровское, и Волго-Уральская нефте-газоносная провинция. Особого внимания заслуживает информация о том, что в Пуровском районе, где находится наш поселок, добывается 60% всего газа (Уренгойское месторождение). Несомненный интерес вызывает у детей диаграмма “Распределение доказанных запасов нефти в мире”.
Говоря о запасах топлива и сравнивая их, обратить внимание детей на то, что по сравнению с тремя основными видами используемого топлива запасы водорода практически неограниченны.
добыча и транспортировка (рассматривается следующая строка таблицы, в общих чертах говорится о трудностях, связанных с добычей и транспортировкой, называются основные способы транспортировки). Заметить, что водород не добывается;
потребление энергоресурсов. Сообщаются данные о ежегодных расходах основных видов топлива в странах бывшего СССР, показывается диаграмма “Потреблении первичных энергоресурсов в мире (1994 г.)”.
Почти весь анализ содержимого таблицы делают дети, это входило в их домашнее задание. Учитель лишь корректирует их выступления. Прежде всего, справедливо будет подвести детей к выводу, что труд шахтеров, нефтяников, газовиков, труд, связанный с транспортировкой топлива, не просто тяжел, но и опасен. Сейчас это не является тайной и отображается во всех средствах массовой информации.
Далее необходимо заметить, что сегодня внутренняя энергия топлива используется так широко и разнообразно (а иногда и бестолково), что ощущается острая нехватка угля, нефти, газа, бензина. Все меньше запасы топлива, все труднее и дороже его добыча и транспортировка. На первое место выходит вопрос о рациональном использовании “черного золота”, ведь по самым оптимистическим прогнозам старых разведанных запасов (при современных темпах использования) хватит лишь на 500 лет.
Энергетический кризис – вполне реальная угроза человечеству и от осознания этого еще более заманчива перспектива использования водорода. Говоря о неисчерпаемости запасов водорода, следует отметить, что источником этого вида топлива являются запасы воды, а также водород, содержащийся в космосе.

продукты горения (это - последняя строка в таблице, и на данный момент она не заполнена).

Я передаю слово вашему учителю химии – Людмиле Александровне
Вы знаете, что уголь и водород – простые вещества (дети называют формулы С и Н2 ).
Бензин и природный газ – смеси, состоящие из углеводородов. Состав углеводородов в их названиях (С и Н). Природный газ состоит из газообразных углеводородов: метана (СН4), этана (С2 Н6), пропана (С3 Н8). В составе бензина находятся: С5 Н12 , С5 Н10 , С6 Н14
Продуктами горения являются оксиды этих веществ: для С – СО2, для Н2 – Н2О. Сложные вещества образуют столько оксидов, сколько элементов входит в состав этих веществ, следовательно, у угля и водорода по одному продукту горения, а у бензина и природного газа их по два (формулы продуктов горения называют учащиеся). Все соответствующие записи учитель делает на доске, заполняет последнюю строку таблицы. Дети заполняют последнюю строку таблицы в своих тетрадях.
Наша таблица заполнена полностью. Мы сравнили по самым разным пунктам различные виды топлива, которые человек использует для получения энергии.

Как? Откуда берется энергия при сгорании топлива?
Это следующий вопрос, на который мы попробуем сейчас ответить. Сначала обратимся к знакомому вам рисунку, на котором изображено объединение атомов в молекулу (обратиться к плакату). Рисунок выполняется детьми в тетради. По желанию один из учеников делает сообщение примерно следующего содержания:
Для того, чтобы расщепить молекулу на отдельные атомы, нужно затратить энергию. Она необходима для преодоления сил притяжения внутри молекулы. Следовательно, когда происходит обратное – объединение атомов в молекулу, энергия, наоборот, должна выделиться. Это следует из закона сохранения и преобразования энергии: энергия не появляется из ниоткуда и не исчезает в никуда, она лишь превращается из одного вида в другой или переходит от одного тела к другому в равных количествах.
Все это так. Но это лишь схема, модель (так и напишите рядом с рисунком в своих тетрадях), которая объясняет происхождение энергии при сгорании топлива.
А как объясняет горение наука химия? Я снова передаю слово вашему учителю химии:
Горение – это процесс окисления (демонстрируется горение спирта). Окислителем является О2 воздуха.
С + О2 === СО2 + 402 кДж
1 моль 1 моль 1 моль
12 г

2Н2 + О2 === 2Н2О + 572 кДж
2 моля 1 моль 2 моля
4 г

Признаки реакции налицо: свет, тепло. Эти уравнения - не модель, не схема, а доказанный результат опытов. Они не только доказывают выделение энергии, но еще и показывают, насколько выгоден водород как топливо, ведь в первой реакции соединяется с кислородом 1 моль (12 грамм) углерода, а во второй 2 моля (но лишь 4 грамма) водорода. (В тетрадях записываются уравнения реакций, тепловой эффект – количество выделяющейся энергии. Учащиеся хором читают уравнения, идет повторение и закрепление соответствующего материала).

Анализируя сказанное, можно предположить, что знакомая нам таблица “Удельная теплота сгорания топлива” составлена не без помощи химиков. Зная эту физическую величину, мы можем определить количество теплоты, выделяемое при полном сгорании определенного количества топлива. Для этого мы воспользуемся формулой

Q = q . m

Мы знаем различные виды топлива, мы научились определять количество энергии, выделяемое при его сгорании. Теперь вспомним

На что мы тратим полученную энергию?
(При ответе на этот вопрос главными помощниками учителя является команда "потребителей энергии”).

Сейчас вы назовете много примеров, попробуем объединить их в большие группы и объяснить: в какие другие виды энергии превращается полученная при сгорании теплота. Предлагаю начать с самого близкого и знакомого:
Быт (выслушать примеры детей).
Например: Обогрев помещения. Энергия топлива идет на увеличение внутренней энергии воздуха и предметов в комнате.
Транспорт.
Например: Пароходы. В паровых двигателях энергия топлива идет на превращение воды в пар, на увеличение его внутренней энергии, которая в свою очередь преобразуется в механическую энергию движения.
Электростанции. Энергия топлива превращается в электрическую, а та в свою очередь может превратиться в любую другую.
Человек! Думаю, что вы не слишком удивлены, потому что все вы знаете, что человек тоже не может обойтись без топлива. Называется это топливо – пища.

Я снова передаю слово Людмиле Александровне, на этот раз она выступит в роли биолога.
Перед вами на демонстрационном столе упаковки знакомых вам пищевых продуктов (вызванные ученики называют указанную на них калорийность).
Что такое пища для человека? Топливо, источник энергии для жизнедеятельности.
Пищевые продукты состоят из органических веществ: белков, жиров, углеводов. Их элементарный состав – знакомые нам С, Н, О (углерод, водород, кислород). В организме происходит превращение этих веществ:
В органах пищеварения крупные молекулы расщепляются, всасываются в кровь и переносятся в клетки, во все клетки организма. В клетках происходит окисление с образованием все тех же
СО2 и Н2О. Выделяется энергия, которая необходима нам для сокращения мышц, проведения нервных импульсов Сердце сокращается, кровь движется. Мы дышим, видим, слышим, говорим, пишем, ходим, на все это затрачивается энергия.
Очень важно, чтобы вы заметили: и для неживой и для живой материи выполняется один закон, закон сохранения и превращения энергии. Для того, чтобы ехала машина, и ходил человек нужна энергия, а получить эту энергию нам помогает топливо, очень разное топливо. В продуктах питания химическая энергия - энергия химических связей. Связи рвутся, и энергия освобождается, превращаясь в механическую (мы ходим), тепловую (мы выделяем тепло), электрическую (нервные импульсы – это электрические импульсы), световую. В природе происходит круговорот энергии и человек включен в этот круговорот. Пока человек потребляет энергию и преобразует ее, он жив.
Итак, мы вспомнили, на что мы тратим энергию топлива. А всегда ли правильно мы это делаем? Наметился еще один не менее важный вопрос.
Всегда ли правильно мы используем наши природные запасы топлива?

Нет, не всегда. Обострились экологические проблемы. Количество сжигаемого топлива таково, что выделяемые при сгорании продукты, не успевают рассеиваться, они накапливаются и начинают вносить свою лепту в отлаженный, тонко согласованный механизм природы. Почему? Топливо недостаточно очищено, оно содержит примеси тяжелых металлов, органических соединений, которые при сгорании топлива поступают в атмосферу и загрязняют ее. Особенно ядовиты выхлопы машин, работающих на жидком топливе.
накопление продуктов отхода в атмосфере является причиной такого неприятного явления, как парниковый эффект (выслушать сообщение о парниковом эффекте);
выбросы предприятий (в основном химических) являются причиной кислотных дождей;
накопление отходов сгорания топлива в почве и в водоемах вызывает их загрязнение, отравление;
- для всего мира является проблемой хранение отходов ядерного горючего.
С этим нельзя не считаться, слишком тяжелыми могут быть (а кое-где уже и есть) последствия для каждого и всех вместе: болезни, отравления, изменение климата. Страдает все живое, потому что в природе все тесно связано, мы и окружающий нас мир.
Что делать? Как помочь планете? Как помочь природе и нам самим?
Нам не обойтись без топлива. Конечно, нужны новые технологии. Они нужны, прежде всего, для того, чтобы рационально использовать все имеющиеся у человека виды топлива. Мы упоминали их сегодня (напомнить о диаграмме), прежде всего, конечно, я говорю о ядерном горючем. Но это – не только сильный, а еще и опасный союзник. Тут наши взоры снова должны обратиться к таблице “Виды топлива”, к последней ее колонке.
ВОДОРОД! Неограниченные запасы. Самый большой выход энергии НО! Не добывается. Не используется. Почему трудно использовать водород как топливо? (Это один из заранее заданных вопросов, на который дети должны были сами попробовать найти ответ или воспользоваться помощью учителя химии).
Применение водорода позволило бы сэкономить нефть – основное сырье химии полимеров. Что немаловажно – водород гораздо дешевле, нежели бензин, ведь получают его электролизом воды, причем она, как уже было сказано, при сгорании образуется снова. На водороде могут работать те же самые двигатели, что работают на бензине, и переделки потребуются совсем небольшие.
Доводы неоспоримые. Однако для этого необходимо обеспечить водородному двигателю хотя бы такой же запас хода, как и бензиновому. Химическая энергия у водорода гораздо выше, чем у бензина. Один его грамм-моль дает энергии в 6 раз больше грамм-моля обычного топлива. Но ведь газ не жидкость. Обычный 500-литровый водородный баллон весит 50-60 кг, а хватит его лишь на десяток километров. Объем же его чуть не вдвое больше компактного бензобака. И сделать его меньше при том же количестве газа очень трудно, потому что давление в нем и так уже больше атмосферного в 150 раз. При дальнейшем уменьшении объема давление возрастет настолько, что ехать на автомобиле с таким топливным баком будет так же опасно, как и на пороховой бочке.

Можно выразить свое сожаление. И все же надежда есть! Ученые, физики и химики, смогли найти выход из этого затруднительного положения. К сожалению, вам сегодня трудно будет понять, что положено в основу новой технологии, поэтому поговорим только о результатах. Давайте послушаем(выступает ученик с заранее подготовленным сообщением).
Новый двигатель уже есть! Правда, действие его основано лишь на частичном использовании водорода. Новые аккумуляторы уже прошли испытание в Москве на грузовых автомобилях
ЗИЛ-150. Установленные на место запасного бензобака, они подают газ в карбюратор двигателя, куда поступает и бензин из другого бака. Даже это половинчатое решение проблемы позволило снизить затраты бензина на 25% и в 10 раз понизило токсичность выхлопных газов! Вот результат лишь частичной замены бензина на водород!
Аккумуляторы работают безотказно, единственным их недостатком оказалось то, что невозможно было определить, сколько осталось водорода. Но для автомобиля, работающего на смеси водорода с бензином, это было и необязательно: когда кончался водород, машина продолжала ехать на чистом бензине.
Надо заметить, что это - не единственный опыт ученых. Есть и другие попытки решить эту проблему, и далеко не безуспешные. Наша страна переживает трудное время, и, возможно, это единственная причина того, что работа ученых и конструкторов приостановлена. Может быть, сейчас в этом классе находится будущий конструктор нового, экологически чистого двигателя? Как знать. Но что же мы, просто будем ждать лучшего времени, ничего не делая? Разве нам, людям, нечего менять в своем отношении к топливу? Конечно, все вы назовете эти очень важные и нужные в обращении с топливом качества. Это – БЕРЕЖЛИВОСТЬ и ОСТОРОЖНОСТЬ. Давайте вспомним примеры, доказывающие расточительность и неосторожность человека. (С помощью несложных наводящих вопросов дети легко вспоминают такие примеры, которые им известны из источников массовой информации).
Примерные ответы:
Нефтяные пятна. Настоящее экологическое бедствие, возникающее после аварий танкеров с нефтью. Гибнет живое и в воде, и на побережье. Затрачиваются огромные средства по сбору нефти, но последствия необратимы.
Утечка газа. Опаснейшее явление уже и для жизни человека. Известен и описан случай, когда одна случайная искра от двигателя неисправного автобуса вызывала взрыв и пожар, в котором погибли все пассажиры, которые смогли выбраться из горящего автобуса, но. Вы можете представить себе, как вокруг вас горит воздух?..
Пожары на торфяных болотах. Наивно было бы полагать, что все они происходят из-за молнии. В этом случае люди тоже могут потерять не только свой кров, но и жизнь. Уничтожается ценное топливо, гибнут леса и все живое в них.
Чернобыль. Какое страшное слово. ЧЕРНАЯ БЫЛЬ. Последствия этой катастрофы еще долго будут напоминать нам о себе. И не только нам, но и тем, кто будет после нас.

Все это проблемы мирового масштаба. А если сузить круг наблюдений до радиуса нашего поселка. В этом случае мы будем говорить о наших конкретных ошибках. А наши ошибки – исправлять нам самим, это в наших силах. Вспомните, где вы встречались с халатным отношением к топливу?
В этом случае детям требуется более основательная подсказка для того, чтобы ответить на поставленный вопрос. Проблемы нашего поселка особенно не афишируются, тем более среди детей. Мало того, мы привыкли к тому, что является неправильным, мы не замечаем, а значит, никак не реагируем на расточительность, безответственность, лень, которые являются причиной неоправданных потерь тепла.
Примерные ответы:
-Оголенные теплотрассы. Теплоснабжение нашего поселка представляет собой сеть теплотрасс, которые необходимо утеплять, для избежания напрасных потерь тепла и перемерзания труб (поселок находится в 80 км от Полярного круга).
Стоящие автомобили с не выключенными двигателями. Дело снова касается зимы. Холодные гаражи, но чаще всего нежелание вечером, после работы, и утром идти за машиной. Понапрасну тратится горючее, понапрасну расходуется кислород, выхлопные газы затягиваются в открытые форточки домов.
Масляная пленка на воде. Наш маленький поселок Уренгой находится на берегу большой и судоходной реки Пур. Он очень красивый, наш Пур. В нем еще много рыбы, пока еще много. Много моторных лодок. Радужная пленка на воде, она тоже красивая, но это – результат все той же халатности человека.
Эти ошибки не в силах исправить именно вы, ребята. Но указать на них вашим родителям, старшим братьям вы можете. А еще именно вы можете не допустить, чтобы на зиму остались не утепленными окна ваших квартир, чтобы на плите кипел забытый чайник, а в лесу остался горящий костер. Сегодня мы с вами назвали очень много причин, серьезных и не очень серьезных, по которым топливо “УЛЕТАЕТ В ТРУБУ”. Думаю, что это крылатое выражение приобрело сегодня особенно широкий и понятный смысл.



III. Заключение.
Дорогие ребята! Вы – наше будущее. От вас зависит очень многое, что в дальнейшем сделает нашу жизнь более красивой и интересной. От вас зависит
Будет ли заполнена последняя колонка таблицы, к которой мы неоднократно обращались сегодня;
Будут ли открыты новые месторождения топлива, которые еще хранит в себе наша Земля;
Будет ли для машин достаточное количество теплых гаражей будет ли желание у вас поставить в них свои машины, а не оставить у подъездов.
Очень бы хотелось, чтобы на упаковках вот с этим топливом (обратить внимание на образцы упаковок пищевых продуктов) рядом с указанием калорийности продукта стояла надпись: экологически чисто. А для этого вам нужно будет знать физику и химию, географию и биологию, экологию и экономику и еще много-много другого.

Наш урок окончен. В течение этого урока вы сами считали свои баллы и теперь, подведя итоги, можете поставить себе в дневник оценку и подать его на подпись. Всем спасибо.









При подготовке урока использованы данные таблицы (Балашов М.М. «О природе», стр.28) и материалы журнала «Юный техник» (об использовании водорода в качестве горючего).

HYPER13PAGE HYPER144HYPER15


HYPER13PAGE HYPER141HYPER15




Заголовок 1 Заголовок 2HYPER15Основной шрифт абзаца

Приложенные файлы