"Энергия из ветра"

Харитоненко Евгений Николаевич.

Физика 9 класс.

Тема "Энергия из ветра"

Самооценкаучащимисядостигнутыхучебныхрезультатов(контрольно-измерительныематериалы)

Завершающая часть урока – самооценка учащимися достигнутыхрезультатов.Вкачествепроцедурысамооценкишкольникампредлагается таблица, по которой необходимо оценить себя по 4-балльнойшкалепо7позициям.

Самооценкарезультатовобразования

Пожалуйста,ответьтенавопросы.Опираясьнасистемуоценивания,подсчитайтеобщееколичествобаллов.

Ответ«да»–5балловОтвет«скорееда»–3баллаОтвет«скорее нет»– 1 баллОтвет«Нет»-0баллов

Описательнаячастьдляучителей.

Этап1.Ветер,какприродноеявление.

Какиеприродныеявлениявызнаете?Вответахдолжнопрозвучать«Ветер».

Можнолиувидетьветер?Можнолиегопочувствовать?

Можнолиспомощьюветрадобратьсяизоднойточкивдругую?Ачтоещеможносделатьспомощьюветра?

Выправы,благодаряветрумывсеэтоможемсделать,исегодняузнаемпроэтоподробнее.

Разспомощьюветравсеэтоможносделать,значитонобладаеткакими-тосвойствамиихарактеристиками.Какими?

Этап2.Лекционныйматериал"Энергияветра"

Рассказобэнергииветрапосредствомпрезентации.

Этап3.Эксперимент.

Данный эксперимент наглядно показывает возможности ветрачерезигрысвоздушнымшариком.Учительпопарноразбиваетучеников.Каждойпарераздаетсяодиншарик.

Ученикипроводятследующиедействиясвоздушнымшариком:

Надуваниевоздушногошарика(визуализацияобъема,давления,плотности);

Ученики встают напротив друг друга. Надутый шарик вешаетсянауровнелица.Ученикидуютвтечениеопределённогомоментавремени (30 сек, 1 мин), имитируют ветер. Задача отправить шарик всторону соперника (визуализация силы ветра, а также нестабильностиветра,таккакученикинемогутдутьдолгоспостояннойсилой);

Измерение скорости ветра. Надутый шарик вешается на уровнелица. Засекаем время и дуем на шарик. Записываем полученные данные.Вычисляем скорость ветра (Скорость — это расстояние, пройденное заединицувремени);

Выпусканиевоздухаизшарика(визуализацияскорости).

В конце каждого задания ученики делают свои предположения овозможностяхветра.

Этап4.Вопрос-ответ:Ветеричеловек.

Учительразбиваетучениковнанебольшиегруппыпо3–4ученика.Каждойгруппезадаетсяодинвопрос:"Необходимозаписатьнаотдельном листке 3 наиболее значимых взаимодействия человека светром.Ответнужноупорядочитьотболеезначимогокменеезначимому". После 5–10 минут обсуждений в группах, от каждой группывыступаетодинученик,представляяответысвоейгруппыпередклассом,обосновываясвоиответы/порядокзначимости.Врезультатедискуссии получаемответвсегокласса.Выигрываеттагруппа,укоторойсвойответ иответклассанаиболееблизки.

Историческаясправка

С начала истории человечества люди осваивали энергию ветра.Энергия ветра использовалась для того, чтобы привести в движениелодку по реке Нил в начале 5000 г. до н. э. В 200 г. до н.э., простыеветряные мельницы использовались в Китае для перекачки воды, в товремя как ветряные мельницы с вертикальной осью служили персам дляразмолазернанаБлижнемВостоке.

Новыеспособыиспользованияэнергииветрасмоглираспространиться по всему миру. В 11-м веке люди на Ближнем Востокеиспользуют ветряные мельницы широко для производства продуктовпитания, а купцы и крестоносцы, несли эту идею обратно в Европу.Голландский мельница усовершенствовали и адаптировали для сливаозериболотвдельтерекиРейн.Когдапоселенцыпринялиэтутехнологию в Новый Свет в конце 19 века, они начали использоватьветрякидляоткачкиводынафермахиранчо,апотом,чтобыобеспечиватьэлектричествомдомаипромышленность.

Американскиеколонистыиспользоваливетряныемельницы,чтобымолотьпшеницуикукурузу,дляперекачкиводы,идлярубкидровна лесопильных заводах. Еще в 1920-х годов, американцы использовалинебольшиеветряныемельницыдляпроизводстваэлектроэнергиивсельских районах, где не было транспортных путей для ее подводки.Когдалинииэлектропередачначалииспользоватьсядлятранспортировкиэлектроэнергиивсельскихрайонахв1930году,местные ветряные мельницы использовались все меньше и меньше, хотяонивсеещеможноувидетьнанекоторыхзападныхранчо.

Использование ветряных мельниц приобрело популярность врезультате дефицита нефти. Дефицит нефти 1970-х годов изменилиэнергетическую картину для стран всего мира. Она создала интерес кальтернативнымисточникамэнергии,чтооткрываетпутьквозвращению ветряков для производства электроэнергии. В начале1980-х годов ветровая энергия начала развиваться в Калифорнии,благодарягосударственнойполитике,котораяпоощрялакиспользованиювозобновляемыхисточниковэнергии.

В1970годунехватканефтисталтолчкомкразвитиюальтернативных источников энергии. В 1990-х происходил толчок для ихиспользованиясновазаботаобокружающейсредевсвязиснаучнымиисследования,которыеуказываютнавозможныеизменения глобального климата, если использование ископаемых видов топливапродолжает расти. Энергия ветра является экономический ресурс властивомногихстранахмира.

Растущаяобеспокоенностьпоповодувыбросовископаемоготоплива, а также более высокие затраты на ископаемые виды топлива (вчастности,природногогазаиугля)помоглиувеличитьмощностьиспользованияветровойэнергетикивомногихстранахмира.

Этап 5. Лекционный материал "Устройство ветроустановки"

Этап6.Недостаткиветроэнергетики.

Ученики продолжают работать в маленьких группах. Каждойгруппе задается один вопрос: "Необходимо записать на отдельномлистке 3 о недостатках получения энергии из ветра. Ответ нужноупорядочить от более значимого к менее значимому". После 5–10 минутобсуждений в группах, от каждой группы выступает один ученик,представляя ответы своей группы перед классом, обосновывая своиответы/порядок значимости. В результате дискуссии получаем ответвсего класса. Выигрывает та группа, у которой свой ответ и ответ классанаиболееблизки.

Возможныеварианты:

Надежностьветра

Ветербываетнестабильным,сейчасондует,ачерез10минутстих,какжеможнотогдаполагатьсянаэнергиюизветра?

Любаяэлектроэнергетическаясистемапроектируетсятакимобразом,чтобынадежноуправлятьгенерирующимимощностями,сетевыми объектами и нагрузками потребителей, в том числе и во времясбоявработеобъектовэлектроэнергетики.Уровеньпотребленияэлектричестваколеблетсяпостоянно,идиспетчерыэнергосистемиспользуют специальные инструменты, позволяющие справиться стакими изменениями. Генераторысовременных ВЭСобладают защитойототключениявнештатнойситуациииспособныучаствоватьврегулировании частоты и напряжения в электроэнергетической системе.ПоэтомуиспользованиеВЭСвобщейэнергосистемесовместнос другимитипамигенерациинетолькосовершеннобезопасно,но эффективноинадежно.

К тому же существует целый ряд инженерных решений, которыепозволяют решить задачу накопления и хранения ветряной энергии наслучайбезветреннойпогоды

ВетроустановкимогутбытьугрозойдлядикойприродыЛопасти ветряныхтурбин могут быть небезопаснымидля диких животных, особенно птиц и других летающих существ, которые могутнаходитьсявэтомрайоне.

Действительно,всамомначалераспространенияветрогенерациисустановкамибылсвязанрядопасныхпроблем.Кпримеру,высказывалосьмножествоопасений,чтоиз-завысокойскоростивращениялопастивизуально«сливались»,чтоделалоихневидимымидляпролетающихптиц.Нынешниепоколениямощныхветроустановокимеют скорость до 15 оборотов в минуту, пролетающие птицы их видят имогут избежать столкновения. Кроме того, современные ветроустановкиоснащеныспециальнымиустройствамидляотпугиванияптиц.

Согласностатистическимданным,всреднемна10тысячпогибшихиз-за человеческой деятельности птиц лишь в одном случае виновныветроустановки.Длянихнебезопаснывсевысокиеконструкцииподнапряжением, например, вышки линии электропередачи, но согласнопоследнимнаучнымисследованиям,морскиептицыумеютменятьтраекторию полёта, чтобы избежать столкновения с ветряками. Крометого, ущерб от ветряных турбин можно свести к минимуму, если припланированииихразмещенияизбегатьпутеймиграцииживотных.

Ветровые турбины могут привести к шуму и визуальномузагрязнению

Какилюбаядругаямашинаилимеханизмсдвижущимисячастями, ветрогенератор не бесшумен. но шум ветровой турбины не таквеликпосравнению,например,сгазовойтурбинойилидругимгенерирующим устройством сравнимой мощности, работающим за счетсжигания топлива. К тому же по правилам ветроустановки строят натаком расстоянии от жилых домов, чтобы даже их сравнительно слабыйшум не мешал людям. Согласно европейским исследованиям, присоблюдении положенного расстояния не вреден и инфразвуковой шум,издаваемыйветроустановками.Ученыеиинженерыпостоянносовершенствуют ветровые установки, чтобы минимизировать любоенегативное влияние работы ветроустановок на окружающую среду ичеловека.

Этап7.Вопрос-ответ:чтовлияетнавыработкуэнергииизветра.

Ученики продолжают работать в маленьких группах. Каждойгруппе задается один вопрос: "Необходимо записать на отдельномлистке 3 способа для увеличения выработки энергии из ветра. Ответнужно упорядочить от более значимого к менее значимому". После 5–10минут обсуждений в группах, от каждой группы выступает один ученик,представляя ответы своей группы перед классом, обосновывая своиответы/порядок значимости. В результате дискуссии получаем ответвсего класса. Выигрывает та группа, у которой свой ответ и ответ классанаиболееблизки.

Возможныеварианты:

Энергия, которую может вырабатывать ветер, пропорциональнакубу его скорости: E ~ v³. При увеличении скорости ветра в два разавыработка энергии вырастет в восемь раз; при росте в три раза — в 27раз. При средних скоростях ветра, ниже пяти метров в секунду строитьветростанциибессмысленно,это«деньгинаветер»вбуквальномсмысле.Из-за разных скоростей ветра на разных территориях невозможно вездеэффективно использовать энергию ветра. Соответственно, надо оченьответственноподходитьквыборуплощадокдляветроустановок.

Еслирассматриватьветроустановкуотдельно,томожно:

Лопасти: увеличить площадь лопастей, но при сильных ветрахонимогутсломаться.Необходимыточныеисложныерасчеты,естьнаправление в науке, котором специалисты занимаются расчетом какойдолжнабытьлопастьветрогенератора,чтоббытьсамойэффективной.

Башня:чемвышебашня,темсильнееветер.

Генератор:чеммощнеегенератор,тембольшеэнергиионсможетвыработать.

Такженеобходимовыбратьгруппупобедителяисамогоактивногоученикапоитогамэтапов4,6и7.

Этап8Сборветроустановки.

Сборветроустановкиизконструктора.

Вторая часть. Детей разбиваем на группы. Начинаем работать.

Кейс № 1

Ветер,какприродноеявление.

( В ответах должно прозвучать«Ветер».)

Какиеприродныеявлениявызнаете?

Можнолиувидетьветер?

Можнолиегопочувствовать?

Можнолиспомощьюветрадобратьсяизоднойточкивдругую?

Ачтоещеможносделатьспомощьюветра?

__________________________________________________________________

Эксперимент.

Данный эксперимент наглядно показывает возможности ветра.

Ученикипроводятследующиедействиясвоздушнымшариком:

1. Надуваниевоздушногошарика(визуализацияобъема,давления,плотности);

2. Ученики встают напротив друг друга. Надутый шарик вешаетсянауровнелица.Ученикидуютвтечениеопределённогомоментавремени (30 сек, 1 мин), имитируют ветер. Задача отправить шарик всторону соперника (визуализация силы ветра, а также нестабильностиветра,таккакученикинемогутдутьдолгоспостояннойсилой);

3. Измерение скорости ветра. Надутый шарик вешается на уровнелица. Засекаем время и дуем на шарик. Записываем полученные данные.Вычисляем скорость ветра (Скорость — это расстояние, пройденное заединицувремени);

4.Выпусканиевоздухаизшарика(визуализацияскорости).

В конце каждого задания ученики делают свои предположения овозможностяхветра.

Кейс № 2

1. Измерение скорости ветра. Надутый шарик вешается на уровнелица. Засекаем время и дуем на шарик. Записываем полученные данные.Вычисляем скорость ветра (Скорость — это расстояние, пройденное заединицувремени) Ответ дайте в м/с и км/ч.

2.Надуйте шарик. Два человека встаньте друг против друга. Надутый шарик зафиксируйте на уровнелица. Начинайте дуть на шарик так, чтобы он улетел в сторону соперника (30 сек, 1 мин).

3. Выпуститевоздухаизшарика.

Выдвинете 3 предположения о возможности ветра.

­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­_____________________________________________________________________

Кейс № 3

Запишите на листке 3 недостатка получения энергии из ветра. Ответ нужноупорядочить от более значимого к менее значимому. Объясните свои варианты.

Кейс № 4

Запишите на листке 3 способа для увеличения выработки энергии из ветра. Ответнужно упорядочить от более значимого к менее значимому. Объясните свои варианты.

Кейс № 5

Соберите из конструктора ветроустановку.

Группа №2

Изучение энергии ветра.

Цель: Практически и аналитически проверить, как используется энергия ветра

Приборы и материалы: 1) кейс; 2) фен; 3) воздушный шарик; 4) шарик для пинг-понга.

Задача: Изучив кейс, экспериментально показать использование ветра и ответить на вопросы

Кейс №2

Возникновение ветра происходит благодаря неравномерному распределению атмосферного давления. Из-за того, что атмосферное давление постоянно колеблется, меняются и направление, и скорость ветра. С давних времен человек научился использовать энергию ветра и применять ее в разных областях. Например, ветряные мельницы крутили жернова и перемалывали зерно в муку, корабли перемещались благодаря парусу и ветру. Ветер имеет огромную мощь и потенциал, который способен производить огромное количество полезной энергии для человека.

Сегодня энергию ветра используют для получения электрического тока. Отрасль, занимающаяся преобразо­ванием энергии ветра (кинетической энергии) в электриче­ский ток, называется ветроэнергетика. Бурное развитие от­расли можно наблюдать в Европе и на Западе. Страны, ко­торые не имеют запасов нефти и газа, вынуждены поку­пать электроэнергию у других стран. Этот фактор способ­ствует росту развития альтернативных источников элек­троэнергии.

Наиболее популярным на сегодняшний день является применение ветрогенераторов. Они широко применяются как в крупных масштабах, это огромные электростанции, так и в малых, для частного пользования

Вопросы:

Причины возникновения ветра

Приведите примеры использования энергии ветра

Выяснить достоинства и недостатки данного вида энергии

Задание: с помощью устройств на столе продемонстрировать использование энергии ветра

Надуваю  шарик,  включаю  воздуходувку,  подвожу  под  шарик  струю  воздуха  и  опускаю  шарик.

Наблюдение:  Струя  воздуха  поднимает  шарик  вверх,  но  он  не  улетает,  а  устойчиво  держится  в  струе.

Объяснение:  давление  воздуха  в  струе  из  фена  ниже  атмосферного,  поэтому  шарик  находится  в  своеобразном  воздушном  коридоре,  стены  которого  состоят  из  воздуха  с  атмосферным  давлением.  Это  заставляет  шарик  держаться  в  области  пониженного  давления  [2].

Объяснение

На самом деле этот трюк не противоречит силе тяжести. В нём демонстрируется важная способность воздуха, называемая принципом Бернулли. Принцип Бернулли – закон природы, согласно которому любое давление любого текучего вещества, в том числе воздуха, уменьшается с ростом скорости его движения. Иначе говоря при низкой скорости потока воздуха он имеет высокое давление.

Воздух, выходящий из фена, движется очень быстро и следовательно его давление невелико. Мячик со всех сторон становится окружён областью низкого давления, которая образует конус у отверстия фена. Воздух вокруг этого конуса обладает более высоким давлением, и не даёт мячику выпасть из зоны низкого давления. Сила тяжести тянет его вниз, а сила воздуха тянет его вверх. Благодаря совместному действию этих сил, шарик и зависает в воздухе над феном.

Кейс № 1

Какиеприродныеявлениявызнаете?

Можнолиувидетьветер?

Можнолиегопочувствовать?

Можнолиспомощьюветрадобратьсяизоднойточкивдругую?

Ачтоещеможносделатьспомощьюветра?

______________________________________________________________________________

Кейс № 1

Какиеприродныеявлениявызнаете?

Можнолиувидетьветер?

Можнолиегопочувствовать?

Можнолиспомощьюветрадобратьсяизоднойточкивдругую?

Ачтоещеможносделатьспомощьюветра?

___________________________________________________________________________

Кейс № 1

Какиеприродныеявлениявызнаете?

Можнолиувидетьветер?

Можнолиегопочувствовать?

Можнолиспомощьюветрадобратьсяизоднойточкивдругую?

Ачтоещеможносделатьспомощьюветра?

____________________________________________________________________

Кейс №2 . Возникновение ветра происходит благодаря неравномерному распределению атмосферного давления. Из-за того, что атмосферное давление постоянно колеблется, меняются и направление, и скорость ветра. С давних времен человек научился использовать энергию ветра и применять ее в разных областях. Например, ветряные мельницы крутили жернова и перемалывали зерно в муку, корабли перемещались благодаря парусу и ветру. Ветер имеет огромную мощь и потенциал, который способен производить огромное количество полезной энергии для человека.

Сегодня энергию ветра используют для получения электрического тока. Отрасль, занимающаяся преобразо­ванием энергии ветра (кинетической энергии) в электриче­ский ток, называется ветроэнергетика. Бурное развитие от­расли можно наблюдать в Европе и на Западе. Страны, ко­торые не имеют запасов нефти и газа, вынуждены поку­пать электроэнергию у других стран. Этот фактор способ­ствует росту развития альтернативных источников элек­троэнергии.

Наиболее популярным на сегодняшний день является применение ветрогенераторов. Они широко применяются как в крупных масштабах, это огромные электростанции, так и в малых, для частного пользования

Вопросы:1.Причины возникновения ветра

2.Приведите примеры использования энергии ветра

3. Выяснить достоинства и недостатки данного вида энергии

Задание: с помощью устройств на столе продемонстрировать использование энергии ветра ( воздуходувка, шарик воздушный, шарик из пенопласта)

__________________________________________________________________________________

Кейс № 2. 1. Измерение скорости ветра. Надутый шарик вешается на уровнелица. Засекаем время и дуем на шарик. Записываем полученные данные.Вычисляем скорость ветра (Скорость — это расстояние, пройденное заединицувремени) Ответ дайте в м/с и км/ч. 2.Надуйте шарик. Два человека встаньте друг против друга. Надутый шарик зафиксируйте на уровнелица. Начинайте дуть на шарик так, чтобы он улетел в сторону соперника (30 сек, 1 мин). 3. Выпуститевоздухаизшарика.

Выдвинете 3 предположения о возможности ветра.

____________________________________________________________________________________

Кейс № 2 1. Измерение скорости ветра. Надутый шарик вешается на уровнелица. Засекаем время и дуем на шарик. Записываем полученные данные.Вычисляем скорость ветра (Скорость — это расстояние, пройденное заединицувремени) Ответ дайте в м/с и км/ч. 2.Надуйте шарик. Два человека встаньте друг против друга. Надутый шарик зафиксируйте на уровнелица. Начинайте дуть на шарик так, чтобы он улетел в сторону соперника (30 сек, 1 мин). 3. Выпуститевоздухаизшарика.

Выдвинете 3 предположения о возможности ветра.

Кейс № 3

Запишите на листке 3 недостатка получения энергии из ветра. Ответ нужноупорядочить от более значимого к менее значимому. Объясните свои варианты.

______________________________________________________________________

Кейс № 3

Запишите на листке 3 недостатка получения энергии из ветра. Ответ нужноупорядочить от более значимого к менее значимому. Объясните свои варианты.

______________________________________________________________________

Кейс № 3

Запишите на листке 3 недостатка получения энергии из ветра. Ответ нужноупорядочить от более значимого к менее значимому. Объясните свои варианты.

______________________________________________________________________

Кейс № 4

Запишите на листке 3 способа для увеличения выработки энергии из ветра. Ответнужно упорядочить от более значимого к менее значимому. Объясните свои варианты.

___________________________________________________________________________

Кейс № 4

Запишите на листке 3 способа для увеличения выработки энергии из ветра. Ответнужно упорядочить от более значимого к менее значимому. Объясните свои варианты.

___________________________________________________________________________

Кейс № 4

Запишите на листке 3 способа для увеличения выработки энергии из ветра. Ответнужно упорядочить от более значимого к менее значимому. Объясните свои варианты.

___________________________________________________________________________

Кейс № 5

Соберите из конструктора ветроустановку.

__________________________________________________________________

Кейс № 5

Соберите из конструктора ветроустановку.

Кейс № 5 Соберите из конструктора ветроустановку.