Конспект открытого урока по физике

   11 класс

Тема: «Производство, передача и использование электроэнергии»

Цели урока:

    Дидактическая:

Сформировать представление о видах электростанций, их достоинствах и недостатках, передаче и использовании электроэнергии.

Развивающая:

Развивать экономическое и экологическое мышление, умение анализировать.

Воспитательная:

Воспитывать экологическую, экономическую, информационную, коммуникативную культуру учащихся.

Тип урока: конференция

Оборудование: компьютер, проектор, компьютерная презентация урока, подготовленная учителем совместно с учащимися

Ход урока

1. Организация начала урока.

Проверка готовности учащихся к уроку.

2. Проверка выполнения домашнего задания

Фронтальный опрос.

1. Устройство и работа генератора переменного тока.
2. Назначение трансформаторов.
3. На каком явлении основана работа трансформатора?
4. Дать определение коэффициента трансформации.
5. Разбор выполнения домашнего задания  упр. 5 (2,4) – устно у доски.

3. Подготовка к усвоению нового учебного материала.

Слайд 1.Тема урока «Производство, передача и использование электроэнергии».

Цель урока: Сформировать представление о видах электростанций, их достоинствах и недостатках, передаче и использовании электроэнергии.

Слайд 2. В головоломке, популярной среди французских детей, действуют фермер, пруд и водяные лилии. Лилии растут быстро: число их ежедневно удваивается. Через 30 дней они покроют весь пруд и погубят всё живое в нем. Фермер не хочет допустить этого, но, занятый делами, решает вмешаться в тот день, когда лилии заполнят половину пруда. Вопрос (в нем суть головоломки): «На какой день половина пруда будет заполнена лилиями?»

Ответы учащихся (…на 29-ый)

Учитель: Нечто подобное происходит с энергетикой землян: потребление энергии неудержимо растет, запасы ископаемого топлива столь же стремительно сокращаются. Необходимо срочно изыскивать новые, по возможности дешевые, обильные (вечные), достаточно мощные и экологически чистые источники энергии.

4. Усвоение новых знаний

    Учитель: Сегодня мы проводим урок в форме конференции. На ней мы затронем проблемы получения, передачи и использования электроэнергии, а также связанные с ними экологические проблемы. Группа учеников подготовила достаточно интересный материал по озвученным проблемам и предлагает его вашему вниманию. Приглашаю вас к активному участию в конференции. По её ходу вы можете высказывать свои мнения, задавать вопросы, соглашаться или не соглашаться с предложенными вариантами решения проблем. Ваше участие будет оценено при подведении итогов конференции.

Представление ведущего конференции (ученика).

Ведущий: За время существования нашей цивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергии на новые, более совершенные. И не потому, что старый источник был исчерпан. Солнце светило и обогревало человека всегда: и тем не менее однажды люди приручили огонь, начали жечь древесину. Затем древесина уступила место каменному углю. Затем уголь уступил лидерство на энергетическом рынке нефти. Благодаря открытию явления электромагнитной индукции, стало возможным получение электроэнергии с помощью генераторов.

Предоставляет слово ученику.

Ученик.

Слайд 3. Производство электроэнергии.

   Слайд 4. Электроэнергия вырабатывается в основном с помощью электромеханических индукционных генераторов. Существует два основных типа электростанций: тепловые и гидроэлектрические. Различаются эти электростанции двигателями, вращающими роторы генераторов.

     Ученик:  На тепловых электростанциях топливом служат уголь, газ, нефть, мазут, горючие сланцы. Роторы генераторов приводятся во вращение паровыми и газовыми турбинами или двигателями внутреннего сгорания. Наиболее экономичными являются крупные тепловые паротурбинные электростанции (ТЭС). Большинство ТЭС используют в качестве топлива угольную пыль. Паровые турбогенераторы весьма быстроходны: число оборотов составляет несколько тысяч в минуту.

     КПД   ТЭС достигает 40%. Бо́льшая часть энергии  теряется вместе с горячим отработанным паром.

     Превращения энергии на тепловой станции показаны на схеме:

Слайд 5. Энергия топлива внутренняя энергия паракинетическая энергия пара кинетическая энергия турбиныэлектрическая энергия.

     Специальные тепловые электростанции – теплоэлектроцентрали позволяют использовать значительную часть энергии отработанного пара на промышленных предприятиях и для бытовых нужд (отопления и горячего водоснабжения). В результате КПД ТЭЦ достигает 60-70%. В настоящее время в нашей стране ТЭЦ дают около 40% всей электроэнергии.

Слайд 6. Достоинства и недостатки теплоэнергетики

Слайд 7. Достоинства:

• под станции используются небольшие площади;
• высокая удельная теплота сгорания (уголь, нефть, природный газ);
• простота хранения угля, пригодность к непосредственному использованию угля, нефти, газа.

Слайд 8. Недостатки:

• сильно загрязняют атмосферу сернистыми и азотистыми соединениями, углекислым газом, создают парниковый эффект, кислотные дожди и т.д.;
• используются большие площади для добычи угля, рельеф портится шахтами;
• с охлаждающей водой в ТЭС в ближайшие водоемы сбрасывается большое количество тепла, повышающее температуру водоема

   Ведущий: а теперь речь пойдет о гидроэлектростанциях.

    Ученик: На гидроэлектростанциях (ГЭС) для вращения роторов генераторов используется потенциальная энергия воды. Роторы приводятся во вращение гидравлическими турбинами. ГЭС дают около 20% вырабатываемой в стране электроэнергии.

     Превращения энергии на ГЭС показаны на схеме:

Слайд 9. Потенциальная энергия водыкинетическая энергия водыкинетическая энергия турбиныэлектрическая энергия.

     Значительную роль в энергетике играют атомные электростанции (АЭС), которые в настоящее время  в  России дают около 10% электроэнергии.

  На гидроэлектростанциях (ГЭС) для вращения роторов генераторов используется потенциальная энергия воды. Роторы приводятся во вращение гидравлическими турбинами. ГЭС дают около 20% вырабатываемой в стране электроэнергии.

     Превращения энергии на ГЭС показаны на схеме:

Слайд 10.Потенциальная энергия водыкинетическая энергия водыкинетическая энергия турбиныэлектрическая энергия.

Слайд 11. Достоинства и недостатки ГЭС

Слайд 12. Достоинства:

• не загрязняется атмосфера;
• создаются новые водоемы;
• увлажняется атмосфера, меняется микроклимат;
• гидроресурсы не надо добывать и обрабатывать.

Слайды 13-14. Недостатки:

• затапливаются огромные территории;
• вынужденное переселение людей (этическая проблема);
• разрушается естественная среда обитания флоры и фауны;
• отчуждаются плодородные пойменные земли;
• плотины отрицательно влияют на воспроизводство ценных пород промысловых рыб;
• по мнению некоторых ученых, последствием строительства ГЭС является «наведенная сейсмичность» в зоне расположения мощных гидроузлов и больших водохранилищ. В 1967 г. в Индии была разрушена плотина высотой 103 м. Причина – землетрясение, эпицентр – под телом плотины.

Ведущий: Значительную роль в энергетике играют атомные электростанции (АЭС), которые в настоящее время  в  России дают свыше 10% электроэнергии. Устройство ядерных реакторов и работу АЭС мы будем детально изучать в разделе «Ядерная физика». Но сегодня мы коснемся достоинств и недостатков этого вида электростанций.

Ученик.

Слайд 15 . Достоинства и недостатки АЭС

Слайд 16. Достоинства:

• небольшая площадь под АЭС;
• при отсутствии утечек – никакого загрязнения окружающей среды;
• относительная независимость от местоположения сырья.

Слайд 17. Недостатки:

• образуются радиоактивные отходы (глобальная проблема);
• дороговизна строительства (ещё дороже демонтаж).

     Ученик: В марте 1979 г. произошла самая тяжелая до Чернобыля авария на АЭС в США. После этого случая американцы не ввели в строй ни одного реактора. В Швеции принято решение о постепенном закрытии АЭС.

    Сырьем для АЭС в основном являются уран и торий – их запасов в земной коре и в морской воде достаточно много.

    Может не стоит так осторожничать? Но иметь «пороховой погреб» в странах с не очень развитой технологией и социальной нестабильностью опасно.

Ведущий (проведение физминутки)

    Ведущий: Существуют и так называемые нетрадиционные источники энергии. Доля энергии, вырабатываемой на них в настоящее время, весьма незначительна. Тем не менее, мы коротко остановимся на них.

 Гелиоэнергетика

Ученик: Солнце – источник всех остальных видов энергии на нашей планете. Не вся энергия проходит через земную атмосферу (около 50%). И даже это количество грандиозно и превышает все другие виды энергии.

Слайд 18. Достоинства и недостатки гелиоэнергетики

Слайд 19. Достоинства:

• не загрязняют окружающую среду;
• солнечные киловатты «бесплатны».

Слайд 20. Недостатки:

• циклический характер поступления солнечной энергии;
• под солнечные батареи используются большие площади;
• низкий КПД солнечных установок;
• невысокая плотность солнечной энергии.

Приливные станции

Ученик: Энергия морских приливов огромна. Однако её практическое использование затруднено, поэтому моря и океаны могут удовлетворить лишь около 1% мировой энергопотребности.

Слайд 21. Достоинства и недостатки приливных электростанций

Слайд 22. Достоинства:

• минимум поверхности на суше;
• не загрязняется атмосфера;
• даровой источник.

Слайд 23. Недостатки:

• в море занимает очень большое пространство, что опасно для судоходства.

Геотермальная энергетика

Ученик: Геотермальная энергия – это энергия, которая генерируется внутри Земли в источники огромной силы.

Слайд 24. Достоинства и недостатки геотермальной энергетики

Слайд 25. Достоинства:

• практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени года, суток.

Слайд 26. Недостатки:

• необходимость обратной закачки отработанной воды (в геотермальных водах содержится много токсичных веществ) – это исключает сброс этих вод в природные водоемы, расположенные на поверхности.

Ветроэнергетика

Ученик: Попытки использовать силу ветра своими корнями уходят в далекие времена. Вспомните ветряные мельницы, с которыми боролся Дон Кихот. Силу ветра можно считать базой развития будущей энергетики.

Слайд 27. Достоинства и недостатки ветроэнергетики

Слайд 28. Достоинства:

• используется «бесплатная» энергия;
• экологически чисты, не влияют на тепловой баланс атмосферы.

Слайд 29.Недостатки:

• низкая интенсивность,
• работа ветровых установок неблагоприятно влияет на работу телевизионной сети;
• источник шума (этот район покидают животные и птицы);
• если наступает затишье, энергия не вырабатывается.

Ведущий: ученые достаточно оптимистически смотрят на проблемы развития нетрадиционных источников электрической энергии и считают, что они разрешимы и что это энергетика будущего.

Ученик:

     Главным потребителем электроэнергии является промышленность (около 70%). Крупным потребителем является транспорт. Большая часть используемой электроэнергии превращается в механическую энергию. Почти все механизмы в промышленности приводятся в движение электродвигателями.

     Около трети электроэнергии, потребляемой промышленностью, используется для технологических целей (электросварка, электрический нагрев и плавление металлов, электролиз и т.п.).

     Потребность в электроэнергии постоянно увеличивается.  Удовлетворить её можно двумя способами. С одной стороны можно увеличить число электростанций. Однако их строительство требует времени и затрат. Кроме того,  на ТЭС возрастает потребление  невозобновляемых  природных ресурсов: угля, нефти и газа. Одновременно эти станции наносят большой ущерб экологическому равновесию на Земле.

     Передовые технологии позволяют удовлетворить потребности в электроэнергии другим способом. Приоритет должен быть отдан увеличению эффективности использования электроэнергии, а не росту мощности электростанций.

     Возможности для более эффективного использования электроэнергии имеются. Одна из них связана с освещением, на которое тратится коло 25% производимой электроэнергии. В настоящее время  разработаны компактные люминесцентные лампы, которые потребляют на 80% меньше электроэнергии, чем лампы накаливания. Стоимость этих ламп значительно превышает стоимость обычных ламп освещения, но они очень быстро окупаются. Наряду с эти самые простые меры экономии электроэнергии способны дать немалый эффект.

  Ученик:

Слайд 30

Передача электроэнергии

     Передача электроэнергии связана с заметными потерями, вызванными нагреванием проводов. В соответствии с законом Джоуля-Ленца энергия, расходуемая на нагрев проводов

,

где - сопротивление линии.

Задает вопрос учащимся:почему уменьшить  сопротивление линии практически сложно.

Варианты ответов учащихся (при необходимости учитель помогает корректировать их)

     Ученик: так как мощность , то для сохранения передаваемой мощности повышают напряжение. (Обращаемся к материалу предыдущего урока «Трансформаторы»)

Чем длиннее ЛЭП, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Так, в высоковольтной ЛЭП Волжская ГЭС – Москва используют напряжение 500 кВ. Между тем генераторы переменного тока строят на напряжения, не превышающие 16 – 20 кВ. Более высокое напряжение потребовало бы принятия сложных мер для изоляции обмоток и других частей генератора. Поэтому на крупных электростанциях ставят повышающие трансформаторы. Трансформатор увеличивает напряжение в линии во столько же раз, во сколько раз уменьшает силу тока.

     Для непосредственного использования электроэнергии потребителями напряжение на концах линии понижают. Обычно понижение напряжения и соответственно увеличение силы тока происходит в несколько этапов.

     Электростанции ряда районов страны объединены высоковольтными ЛЭП, образуя единую энергосистему, которая дает возможность сгладить «пиковые» нагрузки потребления энергии в утренние и вечерние часы.

Ведущий: Лабиринты энергетики. Таинственные переходы, узкие, извилистые тропки. Полные загадок, препятствий, неожиданных озарений, обидных поражений, возгласов радости и побед.

     Тернист, непрост, непрям энергетический путь человечества. Но мы верим, что мы на пути к Эре Энергетического Изобилия и что все препоны, преграды и трудности будут преодолены.

6. Учитель.

     Подведение итогов конференции. Рефлексия. Выставление оценок.

1. Закрепление новых знаний
   • Ответы на вопросы на стр.122,124 учебника.
   • Назвать и найти на карте крупные ГЭС и АЭС.
   • Как изменятся тепловые потери при передаче электроэнергии, если напряжение в ЛЭП увеличить в 5 раз?

6. Информация о домашнем задании, инструкция о его выполнении.

     §§ 39-41, презентация урока, конспект лекций по разделу и вопросы для повторения по теме «Механические и электромагнитные колебания»  в сети на Y (папка «Физика-10», урок 22).