Научный журнал

Научное обозрение. Технические науки

ISSN 2500-0799

ПИ №ФС77-57440

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Дасибеков А.Д. 1 Кабылбеков К.А. 1

---

1 Южно-Казахстанкий государствнный университет им. М. Ауэзова

Предлагется модель бланка организации компьютерной лабораторной работы по исследованию двигателя совершающего цикл Карно, включающая краткие сведения из теории, ознакомительные задания с компьютерной моделью, задачи с последующей компьютерной проверкой ответов, неоднозначные задачи, экспериментальные, исследовательские и творческие задания. Задания даны с избытком. Обучающему необязательно все их выполнять, преподаватель может с учетом возможности ученика подобрать их или предложить другие подобные задания. Задачи с последующей компьютерной проверкой необходимо предварительно решать на бумаге и проверить ответы в компьютерном эксперименте. Предварительное решение задачи необходимо сдать вместе с бланком.

Статья в формате PDF

299 KB

тепловой двигатель

холодильник

нагреватель

цикл Карно

коэффициент полезного действия.

1. Назарбаев Н.A. «Стратегия «Казахстан-2050»-новый политический курс состоявшегося государства». Послание народу Казахстана. Астана. – URL: www.bnews.kz. 14 декабря 2012 г.

2. Кабылбеков К.А., Байжанова А. Использование мультимедийных возможностей компьютерных систем для расширения демонстрационных ресурсов некоторых физических явлений: труды Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. – Томск, 2011. – С. 210-215.

3. Кабылбеков К.А., Саидахметов П.А., Арысбаева А.С. Оқушылардың өз бетінше атқаратын компьютерлік зерханалық жұмыс бланкісінің үлгісі // Известия НАН РК. Серия физико-математическая. – 2013. – №6. – С. 82-89.

4. Кабылбеков К.А., Саидахметов П.А., Байдуллаева Л.Е. Абдураимов Фотоэффект, комптонэффекті заңдылықтарын оқытуда компьютерлік үлгілерді қолданудың әдістемесі, компьютерлік зертханалық жұмыс атқаруға арналған бланкі үлгілері // Известия НАН РК. Серия физико-математическая. – 2013. – №6. – С. 114-121.

5. Кабылбеков К.А., Саидахметов П.А., Турганова Т.К., Нуруллаев М.А., Байдуллаева Л.Е. Жинағыш және шашы-ратқыш линзаларды үлгілеу тақырыбына сабақ өткізу үлгісі // Известия НАН РК. Серия физико-математическая. – 2014. – №2. – С. 286-294.

6. Кабылбеков К.А., Аширбаев Х.А., Саидахметов П.А., Рүстемова Қ.Ж., Байдуллаева Л.Е. Жарықтың дифракциясын зерттеуді ұйымдастыруға арналған компьютерлік зертханалық жұмыстың бланкі үлгісі // Известия НАН РК. Серия физико-математическая. – 2015. – №1. – С. 71-77.

7. Кабылбеков К.А., Аширбаев Х.А., Такибаева Г.А., Сапарбаева Э.М., Байдуллаева Л.Е., Адинеева Ш.И. Зарядталған бөлшектердің магнит өрісінде қозғалысын және масс-спектрометр жұмысын зерттеуді ұйымдастыруға арналған компьютерлік зертханалық жұмыстың бланкі үлгісі // Известия НАН РК. Серия физико-математическая. – 2015. – №1. – С. 80-87.

8. Кабылбеков К.А., Аширбаев Х.А., Саидахметов П.А., Байгулова Н.З., Байдуллаева Л.Е. Ньютон сақиналарын зерттеуді ұйымдастыруға арналған компьютерлік зертханалық жұмыстың бланкі үлгісі // Известия НАН РК. Серия физико-математическая. – 2015. – № 1. – С. 14-20.

9. Кабылбеков К.А., Аширбаев Х.А., Жумагалиева А.И. Модель бланка организации компьютерной лабораторной работы по исследованию поляризации света: материалы ХI международной научно-практической конференции «БЪДЕЩИТЕ ИЗСЛЕДОВАНИЯ – 2015». Том 14. Математика. Физика. Съвременни технологии на информации. – София: «Бял ГРАД-БГ» ООД-96, 2015. – С. 53-60.

10. Кабылбеков К.А., Аширбаев Х.А., Дасибеков А.Д. Модель бланка организации компьютерной лабораторной работы по исследованию дифракции электронов: матеrials of nhe XI internanional scientific and practical conference. «Modern scientifile potential». – 2015. – Volume 337 Physics. Chemistry and chemical technology. Sheffild. UK 2015. – Р. 38-45.

11. Кабылбеков К.А. Организация выполнения компьютерных лабораторных работ по физике: учебное пособие. – Шымкент, 2015. – С. 77.

12. Кабылбеков К.А. Аширбаев Х.А., Арысбаева А.С., Джумагалиева А.И. Модели бланка организации компьютерных лабораторных работ при исследовании физических явлений // Современные наукоемкие технологии. 05.13.00 информатика, вычислительная техника и управление. – 2015. – №4. – С. 40-43.

13. Кабылбеков К.А., Аширбаев Х.А., Сабалахова А.П., Джумагалиева А.И. Модель бланка организации компьютерной лабораторной работы по исследованию явления интерференции света // Известия НАН РК. Серия физико-математическая. – 2015. – № 3. – С. 131-136.

14. Кабылбеков К.А., Аширбаев Х.А., Сабалахова А.П., Джумагалиева А.И. Модель бланка организации компьютерной лабораторной работы по исследованию эффекта Допплера // Известия НАН РК. Серия физико-математическая. – 2015. – № 3. – С. 155-160.

15. CD диск компании ОАО «Физикон». «Открытая физика 1.1». 2001.

Президент Республики Казахстан Н. Назарбаев в Послании народу Казахстана «Стратегия «Казахстан-2050» – новый политический курс состоявшегося государства», обозначив приоритеты в сфере образования сказал: «Нам предстоит произвести модернизацию методик преподавания и активно развивать он-лайн-системы образования, создавая региональные школьные центры. Мы должны интенсивно внедрять инновационные методы, решения и инструменты в отечественную систему образования, включая дистанционное обучение и обучение в режиме он-лайн, доступные для всех желающих» [1].

Для реализации поставленных задач кафедра «Теория и методика преподавания физики» ЮКГУ им. Ауэзова МОН РК с 2013 года внедрила в учебный процесс дисциплины «Информационные технологии в образовании», «Информационные технологии в преподавании физики» программы которых предусматривает освоение и использование современных информационных технологии в преподавании физики. Созданы новые компьютерные модели, обучающие программы, базы данных и методика их использования в преподавании физики в школах, колледжах, лицеях и ВУЗ [2-14].

Одной из трудных задач внедрения этих результатов в учреждениях образования является недостаточное практическое умение преподавателей школ использования компьютерных моделей физических явлений для организации проведения лабораторных работ. От организации компьютерных лабораторных работ во многом зависит активизация, мотивация и в конечном счете эффективность обучения. Мощным средством обучения физике, по мнению многих отечественных и зарубежных специалистов является продукции компании «Физикон» [15]. Используя этот ресурс, нами разработана модель бланка организации компьютерной лабораторной работы по исследованию работы двигателя, совершающего цикл Карно.

Тема работы: Исследование работы теплового двигателя совершающего цикл Карно.

Цель работы: Определение К.П.Д. теплового двигателя.

Класс............ФИО....................................

Краткие сведения из теории

Тепловыми двигателями называются устройства, в которых происходит превращение теплоты в работу. Рабочее вещество в любом тепловом двигателе последовательно приводится в тепловой контакт с горячими телами (нагреватели), получая от них некоторое количество теплоты Q1, и с холодными телами (холодильники), отдавая им количество теплоты Q2 < Q1, и периодически возвращается в первоначальное состояние. Такие процессы называют циклическими или круговыми.

Термодинамика утверждает, что невозможно всю теплоту Q1, полученную в круговом процессе от нагревателей, превратить в работу (2-ой закон термодинамики). Согласно закону сохранения энергии (1-ый закон термодинамики) работа, производимая двигателем есть: А = Q1 – Q2 .

Коэффициентом полезного действия теплового двигателя называют отношение

η

Цикл Карно представляет собой идеализированный круговой процесс, в котором рабочее вещество (идеальный газ) периодически приводится в тепловой контакт только с одним нагревателем и одним холодильником . Цикл Карно состоит из двух изотерм и двух адиабат. Французский инженер Карно доказал, что к.п.д. такого идеального теплового двигателя максимален при данных значениях и равен

Любой реальный тепловой двигатель, работающий с нагревателем температуры Т1 и холодильником температуры Т2, не может иметь к.п.д, превышающий ηмах.

Цикл Карно идеальной тепловой машины на P, V – диаграмме обходится по часовой стрелке. Однако, он может быть проведен и в противоположном направлении (холодильный цикл). В этом случае система отбирает тепло от холодного тела и передает тепло горячему телу. Для того, чтобы такой процесс был возможен, над системой должна совершаться положительная работа А. Холодильный цикл реализуется в холодильных машинах.

Контрольные вопросы для проверки готовности учащихся к выполнению работы

• Из каких процессов состоит цикл Карно? Ответы: ...

• Напишите формулу коэффициента полезного действия идеального теплового двигателя работающего по циклу Карно. Ответы: ...

• Какими величинами определяется работа идеального теплового двигателя за один цикл? Ответы: ...

• Как работает идеальная холодильная машина? Ответы: ...

• Можно ли построить двигатель не получающий энергию извне? Ответы: ...

• Можно ли превратить всю теплоту, полученную двигателем в работу? Ответы: ...

• От какого тела самопроизвольно передается тепло? Ответы: ...

• Как можно осуществить передачу тепла от холодного тела к теплому? Ответы: ...

• Как можно повысить коэффициент полезного действия теплового двигателя? Ответы: ...

• Можно ли понизить теипературу комнаты открыв дверь, работающего холодильника? Ответы: ...

• Можно ли добиться 100% коэффициент полезного действия путем снижения трения до нуля между всеми частями машины? Дайте пояснение. Ответы: ...

• Зависит ли коэффициент полезного действия идеального двигателя, совершающего цикл Карно от природы рабочего вещества? Ответы: ...

1. Ознакомительные задания с компьютерной моделью.

1.1. В каких пределах можно менять температуру нагревателя (рис.1.)? Ответы: ...

1.2. В каких пределах можно менять температуру холодиьника? Ответы: ...

1.3. Каков объем идеального газа в камере? Ответы: ...

1.4. В каких пределах меняется давление при температуре нагревателя 600 К и температуре 270 К холодильника за один полный цикл? Ответы: ...

1.5. В каких пределах меняется объем рабочего вещества при температуре нагревателя 600 К и температуре 270 К холодильника за один полный цикл? Ответы: ...

Рис. 1.

2. Задачи с последующей компьютерной проверкой.

Эти задачи необходимо сначала решить на бумаге и затем проверить ответы на компьютере. Решения задач предоставить вместе с бланком.

2.1. Определить коэффициент полезного действия идеального теплового двигателя при температуре нагревателя 600К и температуре холодильника 350К. Ответы: ...

2.2. Определить коэффициент полезного действия при температуре нагревателя 600К и температуре холодильника 300К. Ответы: ...

2.3. Определить коэффициент полезного действия при температуре нагревателя 600К и температуре холодильника 270К. Ответы: ...

2.4. Определить коэффициент полезного действия при температуре нагревателя 450К и температуре холодильника 300К. Ответы: ...

2.5. Определить коэффициент полезного действия при температуре нагревателя 350К и температуре холодильника 270К. Ответы: ...

3. Экспериментальные задания

3.1. При температуре нагревателя Т1=450К рабочее вещество получает тепло от нагревателя Q1=500 Дж и отдает тепло холодильнику Q2=350 Дж. Какая работа совершается за один цикл и каков коэффициент полезного действия? Ответы: ...

3.2. При температуре нагревателя Т1=600К рабочее вещество получает тепло от нагревателя Q1=500 Дж и отдает тепло холодильнику Q2=300 Дж. Какая работа совершается за один цикл и каков коэффициент полезного действия? Ответы: ...

3.3. При температуре нагревателя Т1=600К рабочее вещество получает тепло от нагревателя Q1=500 Дж и отдает тепло холодильнику Q2=300 Дж. Какая работа совершается за один цикл, какова температура холодильника и коэффициент полезного действия? Ответы: ...

3.4. Тепловой двигатель работающий по циклу Карно за каждый цикл получает от нагревателя при температуре Т1=600К тепло Q1=600 Дж и отдает холодильнику тепло Q2=300 Дж. Определите коэффициент полезного действия. и температуру холодильника. Ответы: ...

3.5. Параметры рабочего вещества в начале цикла P1=416 кПа, Т1=500К, V1=10 дм3 . Определите количество вещества используемое в модели.Ответы: ...

4. Неоднозначные задачи.

4.1. Определите температуры нагревателя и холодильника тепловой машины работающей по циклу Карно с К.П.Д. а) 20%; б) 40%; в) 50% и г) 55%. Ответы: ...

5. Исследовательские задания.

5.1. Температура холодильника Т2=270К. Какой должна быть температура нагревателя теплового двигателя, работающего по циклу Карно при К.П.Д. 55%? Ответы: ...

5.2. Тепловая машина, работающая по циклу Карно, получает за каждый цикл от нагревателя 500 Дж тепла при температуре Т1=450К и отдает холодильнику 350Дж тепла. Определите температуру холодиьника Т2 и К.П.Д тепловой машины.Ответы: ...

5.3. Тепловая машина, работающая по циклу Карно, получает за каждый цикл от нагревателя 500 Дж тепла при температуре Т1=600К и отдает холодильнику 300Дж тепла. Определите температуру холодиьника Т2 и К.П.Д тепловой машины. Ответы: ...

6. Творческие задания.

В рамках данного задания ученику предлагается самостоятельно составить задания с учетом возможности компьютерной модели.

Примечание. Задания даны с избытком. Обучающемуся необязательно всех их выполнять. Преподаватель может их выбрать и подобрать ученику с учетом его возможности или предложить другие подобные задания. В заданиях предусматривающих задачи с последующей компьютерной проверкой ученик письменно решает задачи с предоставлением хода решения и полученного ответа. В конце урока ученик должен заполнить бланк, сдать преподавателю или отправить по электронной почте своему преподавателю.

Библиографическая ссылка