Электромагнитная индукция · урок 3 из 4

Способы получения электроэнергии. Электростанции

Физика · 8 класс · базовый уровень · урок новых знаний
ФРП «Физика» (базовый уровень), Москва – 2025 · строка R06 · PHY8-064

Паспорт: R06 «2.4 Электромагнитная индукция» (4 ч), урок 3/4, единицы R06.5 «Способы получения электрической энергии» и R06.6 «Электростанции на возобновляемых источниках энергии». Тип урока — Н (новый материал).
Хронометраж (45 мин): цели и актуализация 6 мин (сл. 2–3) · проблема и новый материал 16 (сл. 4–11) · закрепление 18 (сл. 12–15: образец 4, ошибки 3, задачи 8, ОГЭ 3) · рефлексия 3 и ДЗ 2 (сл. 16).
Если не хватает времени — сл. 11 (сравнение) провести фронтально за 1 мин, задачи 5–6 на сл. 14 перенести в ДЗ.

R06.5–R06.6

Цели урока

Сегодня вы научитесь

Называть способы получения электроэнергии

генератор, химические и солнечные источники (REQ-1.1, REQ-1.3)

Объяснять работу электростанций

цепочки превращений энергии на ТЭС, АЭС, ГЭС (REQ-1.6, REQ-1.14)

Сравнивать возобновляемые источники

плюсы и минусы СЭС, ВЭС, ГЭС для природы (REQ-1.16)

Рассчитывать выработку энергии

по формуле $A = P t$ , в джоулях и кВт·ч (REQ-1.7)

REQ-1.1 «использовать понятия»; REQ-1.3 «распознавать проявление изученных физических явлений в окружающем мире…»; REQ-1.6 «объяснять физические процессы… строить объяснение из 1–2 логических шагов».
REQ-1.14 «характеризовать принципы действия изученных приборов и технических устройств с опорой на их описания…»; REQ-1.16 «приводить примеры… практического использования физических знаний… соблюдения норм экологического поведения в окружающей среде».
REQ-1.7 «решать расчётные задачи в 2–3 действия…». Элемент кодификатора EL-7.19 «Электрогенератор. Способы получения электрической энергии. Электростанции на возобновляемых источниках энергии».

повторение: R06.2, R06.4

Вспомним

Как работает генератор

Какое явление лежит в основе генератора?

электромагнитная индукция

Когда в рамке возникает ток?

когда меняется число линий поля, пронизывающих рамку

Какая энергия превращается в электрическую?

механическая энергия вращения

3–4 мин, фронтально. Повторение уроков PHY8-062 (электромагнитная индукция) и PHY8-063 (правило Ленца, электрогенератор). Ответы открываются по щелчку.
Схема: рамка вращается между полюсами магнита; концы рамки присоединены к кольцам, через щётки ток идёт к лампе (лампа — условное обозначение по ГОСТ, кружок с крестом).
Ключевой вопрос, к которому подводим: рамку нужно вращать — кто или что это делает на электростанции? Это проблема следующего слайда.

R06.5

Проблема

Откуда берётся энергия в розетке?

Генератор нужно вращать. Чем?

паром, падающей водой, ветром

Можно ли получить ток без генератора?

да: батарейка, солнечная батарея

R06.5

Новый материал

Способы получения электрической энергии

Почти всю электроэнергию в России дают генераторы электростанций

Источник электрической энергии всегда превращает в неё другой вид энергии. Вопрос по каждой карточке: «Какая энергия превращается в электрическую?»
Гальванический элемент и аккумулятор знакомы по теме «Электрический ток» (R04). Солнечная батарея (фотоэлемент) превращает энергию света прямо в электрическую — генератора у СЭС нет. Термоэлемент: две разные проволоки, спай нагревают — возникает ток (мощность мала).
Ответ на вопрос «почему почти вся энергия — от генераторов»: только генераторы дают очень большие мощности (сотни и тысячи мегаватт).

R06.5

Тепловые и атомные электростанции

ТЭС и АЭС: пар вращает турбину

ТЭС: в котле сжигают уголь или газ, вода превращается в пар высокой температуры и давления; пар вращает паровую турбину (изучали в теме «Тепловые двигатели», R02), на одном валу с ней — генератор. Отработанный пар охлаждают в конденсаторе (градирни — высокие «трубы» с паром).
КПД ТЭС около 35–40 %: большая часть энергии топлива уходит в окружающую среду с тёплой водой и газами. На ТЭЦ это тепло используют для отопления домов.
АЭС отличается только источником тепла: вместо топки — ядерный реактор. Что такое энергия атомных ядер — в 9 классе, сегодня — только цепочка превращений. Примеры: Ленинградская, Нововоронежская, Белоярская АЭС.

R06.5–R06.6

Гидроэлектростанция

ГЭС: падающая вода вращает турбину

E_{п} = m g h

m

— масса воды, кг ·

g \approx 10

Н/кг ·

h

— высота, м

1 т воды с высоты 100 м:
$E_{п} = 1000 \cdot 10 \cdot 100 = 1 0^{6}$ Дж
= 1 МДж

Воду в реки возвращает Солнце (круговорот) — источник возобновляемый

Плотина поднимает уровень воды; вода по водоводу падает с высоты $h$ и вращает гидротурбину, на одном валу с ней — генератор. Превращения: потенциальная энергия воды → кинетическая → механическая энергия вращения турбины → электрическая.
Формула потенциальной энергии — из 7 класса. Вопрос: почему ГЭС строят высокими? (Энергия пропорциональна высоте $h$ .) Примеры: Саяно-Шушенская (самая мощная в России, 6400 МВт), Красноярская, Братская ГЭС.
Минусы ГЭС: водохранилища затапливают земли, плотины мешают рыбе подниматься на нерест.

R06.6

Источники энергии

Возобновляемые и невозобновляемые

Возобновляемые — не кончаются

Солнцеветеррекиприливытепло недр

Невозобновляемые — запасы кончаются

угольнефтьгазуран

Возобновляемые источники восполняются природой: их «поставляет» Солнце (свет, ветер, круговорот воды) или Земля (тепло недр) и Луна (приливы). Невозобновляемые запасы образовывались миллионы лет — их хватит на ограниченное время.
Диаграмма — округлённые данные по Единой энергосистеме России за 2023 г. (Системный оператор): ТЭС ≈ 63 %, АЭС ≈ 18 %, ГЭС ≈ 18 %, солнечные и ветровые ≈ 1 %. Вопрос: какая часть энергии в России получается из возобновляемых источников? (ГЭС + СЭС + ВЭС ≈ 19 %.)
Типичная ошибка: «уран — возобновляемый, ведь АЭС не дымит». Отсутствие выбросов и возобновляемость — разные свойства.

R06.6

Электростанции на возобновляемых источниках

Солнечная электростанция (СЭС)

η = \frac{P _{эл}}{P _{св}} \cdot 100 % \approx 20 %

P_{эл}

— мощность тока,

P_{св}

— мощность света

+ нет топлива, вращения и выбросов

− ночью и в пасмурную погоду мало энергии

Солнечная батарея состоит из фотоэлементов: энергия света превращается в электрическую напрямую, без турбины и генератора. Цепь собрана по ГОСТ: батарея → амперметр → лампа, провода под прямыми углами.
В ясный полдень на 1 м² приходится около 1000 Вт энергии света; панель превращает в электрическую около 20 % (КПД). Это пригодится в задаче на сл. 12.
СЭС в России: Оренбургская и Астраханская области, Алтай, Бурятия, Крым. Вопрос: почему СЭС строят на юге? (Больше солнечных дней, Солнце выше.)

R06.6

Электростанции на возобновляемых источниках

Ветровая, приливная, геотермальная

ВЭС

энергия ветра вращает лопасти и генератор

Приливная (ПЭС)

прилив и отлив вращают турбину — Кислогубская, Мурманская обл.

Геотермальная (ГеоЭС)

пар из недр вращает турбину — Паужетская, Камчатка

ВЭС: кинетическая энергия ветра → вращение лопастей → генератор в гондоле на вершине башни. Крупные ВЭС в России: Кольская (Мурманская обл.), ВЭС Ростовской области, Ставрополья, Адыгеи.
Минусы ВЭС: зависимость от ветра, шум, занимают большую площадь, опасны для птиц. Поэтому рядом нужны другие станции или аккумуляторы.
Приливная ЭС — плотина в узком морском заливе: вода при приливе и отливе течёт через турбины. Геотермальная — природный пар вулканических районов вращает турбину (как на ТЭС, но без топлива).

R06.5–R06.6

Сравним

Какая электростанция лучше?

Станция	Возобновляемый источник	Нет выбросов дыма и CO₂	Работает в любую погоду	Мало места
ТЭС уголь, газ	−	−	+	+
АЭС уран	−	+	+	+
ГЭС реки	+	+	+	−
СЭС Солнце	+	+	−	−
ВЭС ветер	+	+	−	−

Идеальной станции нет — энергосистема объединяет разные

Строки ГЭС, СЭС, ВЭС открываются по щелчку: сначала класс сам ставит «+» или «−».
Важные оговорки: АЭС не дает дыма и CO₂, но образует радиоактивные отходы, которые долго и надёжно хранят. ГЭС «занимает место» — водохранилище. ВЭС и СЭС занимают большие площади при небольшой мощности.
Обсудить: где выгоднее какая станция? (ГЭС — на крупных реках Сибири, СЭС — на юге, ВЭС — на побережьях и в степях, АЭС и ТЭС — рядом с крупными городами и заводами.)

R06.6

Образец решения

Сколько энергии даст солнечная панель?

Условие

Панель площадью 1,5 м², на 1 м² падает свет мощностью 1000 Вт, КПД 20 %. Сколько энергии панель даст за 5 ч?

Дано

$S = 1, 5$ м² · $η = 0, 2$ · $t = 5$ ч

1) $P_{св} = 1000 \cdot 1, 5 = 1500$ Вт

2) $P_{эл} = η P_{св} = 0, 2 \cdot 1500 = 300$ Вт

3) $A = P_{эл} t = 300 \cdot 5 = 1500$ Вт·ч

Ответ: 1,5 кВт·ч = 5,4 МДж

1

кВт·ч

= 1000

Вт

\cdot 3600

с

= 3, 6 \cdot 1 0^{6}

Дж

R06.5–R06.6

Осторожно

Типичные ошибки

Где ошибаются	Неверно	Верно
электростанция	производит энергию из ничего	превращает другой вид энергии в электрическую
СЭС	на СЭС тоже есть генератор	свет превращается в электричество напрямую
ГЭС	вода в реке кончится — источник невозобновляемый	круговорот воды поддерживает Солнце
единицы	кВт·ч — единица мощности	кВт·ч — единица энергии: 3,6 МДж

R06.5–R06.6

Закрепление

Решите

1базаЗапишите цепочку превращений энергии на ГЭС.

2базаВыберите возобновляемые: уголь, ветер, газ, солнечный свет, уран, течение реки.

3базаВетрогенератор мощностью 2 МВт работал 6 ч. Сколько энергии он дал (кВт·ч)?

4повыш.Через турбины ГЭС за 1 с падает 1000 т воды с высоты 50 м. Какую энергию теряет вода за 1 с?

5повыш.Семье нужно 250 кВт·ч в месяц. Сколько панелей по 300 Вт нужно, если каждая работает 4 ч в сутки?

6практикаПочему рядом с ВЭС и СЭС нужны аккумуляторы или другие станции?

Ответы: 1) Потенциальная энергия воды → кинетическая энергия воды → механическая энергия вращения турбины → электрическая (генератор). 2) Ветер, солнечный свет, течение реки. 3) $A = 2000$ кВт · 6 ч = 12 000 кВт·ч (12 МВт·ч).
4) $m = 1 0^{6}$ кг, $E = m g h = 1 0^{6} \cdot 10 \cdot 50 = 5 \cdot 1 0^{8}$ Дж = 500 МДж; значит, мощность ГЭС не больше 500 МВт. 5) Одна панель за месяц (30 дней): 0,3 кВт · 4 ч · 30 = 36 кВт·ч; 250 : 36 ≈ 6,9 → нужно 7 панелей.
6) Ветер и солнечный свет непостоянны (безветрие, ночь, тучи), а потребителям энергия нужна всегда. 1–3 — всем; 4–6 — по готовности.

R06.6 · ОГЭ

В формате ОГЭ

ОГЭ, линия 10: работа тока

10Солнечная батарея питает насос. Напряжение на насосе 24 В, сила тока 5 А.

Какую работу совершает электрический ток в насосе за 2 ч?

Ответ: ________ кДж

рефлексия · ДЗ

Итог урока

Проверьте себя и потренируйтесь

Ответьте одной фразой

Какую энергию превращает в электрическую ГЭС? ТЭС?
Чем СЭС отличается от остальных станций?
Какую станцию вы построили бы в своём регионе?

Домашнее задание

Схема-цепочка превращений энергии на ТЭС, ГЭС, ВЭС
Сообщение: электростанция вашего региона (2–3 источника)
* Счётчик дома: сколько кВт·ч за неделю?
Тренажёр: reknow.ru/8/physics/8_physics_magnitnye.htm

Паспорт соответствия · скрытый слайд

PHY8-064 · Способы получения электроэнергии. Электростанции

Поле	Значение
ФРП	«Физика» (базовый уровень), 7–9 кл., Москва – 2025 · 8 класс
Строка, урок	R06 «2.4 Электромагнитная индукция», 4 ч · урок 3/4 · тип Н (новый материал)
Единицы → слайды	R06.5 «Способы получения электрической энергии» → 2, 4–7, 11–16 · R06.6 «Электростанции на возобновляемых источниках энергии» → 2, 7–16 · повторение R06.2, R06.4 → 3
Результаты	REQ-1.1, REQ-1.3 → 5, 8, 14 · REQ-1.6, REQ-1.14 → 3, 6, 7, 9, 10, 13 · REQ-1.16 → 8, 11, 14, 16 · REQ-1.7 → 7, 12, 14, 15 · REQ-1.17, REQ-1.19 → 16 · EL-7.19
Вне урока	опыты Фарадея, исследование индукционного тока — PHY8-065; трансформатор и передача энергии на расстояние, ядерные реакции — 9 класс
Проверки	автопроверка: pending · методист: pending