2019-2020年高中物理 《氣體 氣體的狀態(tài)和狀態(tài)參量》教案 滬科版選修3-3

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1、2019-2020年高中物理《氣體氣體的狀態(tài)和狀態(tài)參量》教案滬科版選修3-3 一、教學目標 1．在物理知識方面要求： （1）知道氣體的溫度、體積和壓強是描述氣體狀態(tài)的狀態(tài)參量； （2）理解氣體的溫度、體積和壓強的物理意義； （3）知道氣體的壓強是大量氣體分子頻繁碰撞器壁而產(chǎn)生的； （4）會用水銀壓強計測量密閉氣體的壓強； （5）會計算氣體的壓強。2．通過研究描述氣體狀態(tài)的三個參量，明確本章的中心課題和研究方法，增強學生學習的目的性。 二、重點、難點分析 1．氣體的壓強是重點，因為它是以后進一步學習氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程的基礎。所以要讓學生理解壓強概念的物理意義，知道壓

2、強的單位，會計算氣體的壓強，會用水銀壓強計測定氣體的壓強。 2．正確確定密閉氣體的壓強是難點，特別是U形管中氣體的壓強。受重力—壓力—壓強這樣的推理邏輯的影響，學生在理解氣體壓強產(chǎn)生時會感到困惑。 三、教具 1．演示氣體壓強的大小 水銀氣壓計（U形管的底部用乳膠管連接，B管為可活動的）。 2．氣體壓強的模擬實驗 氣體分子運動模擬實驗器。 四、主要教學過程 （一）引入新課在研究機械運動時，物體的位置、速度確定了，物體的運動狀態(tài)就確定了。當研究對象轉(zhuǎn)換為氣體時，描述氣體的狀態(tài)，顯然不能再用位置、速度這樣的物理量了。那么應該用什么物理量來描述氣體的狀態(tài)呢？ 舉例： 凹陷的乒乓球被

3、熱水一澆，恢復原狀； 充好氣的氣球，放在暖氣片上會爆裂；自行車內(nèi)胎在夏天時容易爆胎；氣體被壓縮； 壓縮氣體突然膨脹；通過學生舉出的眾多實例，分析得出：對于一定質(zhì)量的某種氣體，描述其狀態(tài)的物理量有溫度、體積和壓強。 （二）教學過程設計 1．溫度 （1）對溫度物理意義的認識 宏觀：溫度表示物體的冷熱程度。微觀：溫度標志著物體內(nèi)部分子無規(guī)則運動的劇烈程度；溫度是物體分子平均動能的標志。 （2）溫度與溫標 溫標即溫度的數(shù)值表示法。 攝氏溫標——攝氏溫度t 熱力學溫標熱力學溫度T 2．氣體的體積 （1）氣體體積是指氣體分子充滿的空間，即容器的容積。 (2) 這個容積不是氣體分子

4、本身的體積之和，氣體分子之間是有空隙的。 (3) 氣體的體積用字母V表示。 (4)國際單位制單位m3、dm3、cm3 1L=10-3m3=1dm3 3．氣體的壓強 (1) 用水銀壓強計測容器中氣體的壓強請同學們討論一下：若實驗顯示的是圖甲所示的情況，那么容器中的氣體壓強比外界大氣壓是大還是??？寫出數(shù)學表達式。若實驗顯示的是圖乙所示的情況，那么容器中的氣體壓強比外界大氣壓是大還是??？寫出數(shù)學表達式。 這里用P0表示大氣壓強，p表示容器中氣體的壓強，h表示兩個水銀面的高度差，ph表示高度為h的水銀柱產(chǎn)生的壓強，引導學生寫出數(shù)學表達式： 圖甲p=p0+ph 圖乙p=p0-ph

5、 (2) 氣體的壓強是怎樣產(chǎn)生的？ 舉例1用一小把針刺手心，隨著針刺頻率的增加，手心的感覺會有什么變化？ 舉例2氣體分子運動模擬實驗器，定性模擬大量氣體分子頻繁地碰撞器壁產(chǎn)生持續(xù)的均勻壓力，形成對器壁的壓強。 舉例3大量密集的雨點接連不斷地打在雨傘上，對傘面產(chǎn)生一個持續(xù)的壓力。在對上述舉例討論、觀察后，引導學生歸納出氣體壓強的產(chǎn)生原因：大量氣體分子對器壁的頻繁碰撞，形成了對器壁的壓強。 (3) 什么因素決定一定質(zhì)量的氣體壓強的大??？(引導學生進行分析、歸納) ① 分子的密度（單位體積內(nèi)的分子數(shù)）一一分子密度越大，在單位時間內(nèi)器壁的單位面積上受到的分子撞擊次數(shù)就越多，產(chǎn)生的壓強也

6、就越大。 而氣體的分子密度由氣體的摩爾數(shù)和氣體的體積所決定。 ② 分子的平均速率一一分子運動越劇烈，平均速率越大，那么在單位時間內(nèi)器壁單位面積上受到分子撞擊的次數(shù)越多，而且每次撞擊的作用也越大，氣體的壓強也就越大。 而氣體分子的平均速率是由氣體的溫度反映的。結(jié)論：對于一定質(zhì)量的氣體，體積和溫度是決定氣體壓強的因素。 （4）大氣壓強是怎樣產(chǎn)生的？ 實驗和理論證明： ① 大氣層中的氣體，其單位體積內(nèi)的分子數(shù)是隨高度而遞減的； ② 大氣層中不同高度的氣體，分子密度不同和溫度不同，產(chǎn)生的大氣壓強也就不同； ③ 分子的頻繁碰撞——大氣壓強產(chǎn)生的原因。 舉例一只空杯子，在杯口輕輕地蓋上一

7、張小紙片，說明你將會看到的現(xiàn)象并說明其原因。4．氣體的狀態(tài)與狀態(tài)的變化 （1）對于一定質(zhì)量的氣體，如果溫度、體積和壓強都不變，就說氣體處于一定的狀態(tài)中。 （2）如果三個量都變了，或其中兩個量變了，就說氣體的狀態(tài)變了。 （3）三個量中只有一個量改變而其他兩個量不改變的情況不會發(fā)生。 5．研究方法 （1）通過實驗； （2）先研究一定質(zhì)量的氣體溫度保持不變時，壓強和體積的關系；體積保持不變時壓強與溫度的關系； （3）在上述研究的基礎上，歸納出三個量都發(fā)生變化時遵循的規(guī)律。 （三）課堂小結(jié) 1．氣體的溫度、體積和壓強是描述氣體狀態(tài)的狀態(tài)參量； 2．氣體的壓強是大量氣體分子頻繁地碰撞

8、器壁而產(chǎn)生的； 3．一定質(zhì)量的氣體的壓強是由氣體的體積和溫度決定的；4．用實驗的方法和歸納法研究三個狀態(tài)參量變化時的互相關聯(lián)。 五、說明 1．教材中提到“對一定質(zhì)量的氣體來說，如果溫度、體積和壓強這三個量都不改變，我們就說氣體處于一定的狀態(tài)中”。這個“狀態(tài)”指的是熱動平衡態(tài)。當一定質(zhì)量的氣體處在外界條件不變的情況下，表征它的宏觀狀態(tài)的物理量，如溫度、體積、壓強等，保持不變，可被測定，氣體就處于熱動平衡態(tài)。 2．若沒有“氣體分子運動模擬實驗器”，可改用托盤天平來演示（具體操作請參考甲種本第二冊教參p．79）。3．若學生基礎較差，請選配有關壓強計算的示范例題。 2019-2020年高中物

9、理《氣體分子動理論》教案魯科版選修3-3 教學目標知識目標 1、知道氣體分子運動的特點． 2、知道分子沿各個方向運動的機會均等，分子速率按一定規(guī)律分布，這種規(guī)律是一種統(tǒng)計規(guī)律． 3、知道氣體壓強的微觀解釋以及氣體實驗定律的微觀解釋． 能力目標通過用微觀解釋宏觀，提出統(tǒng)計規(guī)律，滲透統(tǒng)計觀點，以提高學生分析、綜合、歸納能力． 情感目標通過對氣體分子定律以及氣體實驗定律的微觀解釋，尤其是統(tǒng)計規(guī)律的滲透，讓學生體會其在科學研究中的作用．培養(yǎng)學生樹立科學的探究精神． 教學建議用微觀的方法解釋宏觀現(xiàn)象，對學生來說，這是第一次接觸，應從實際出發(fā)，通過模擬和舉例來幫助學生理解統(tǒng)計規(guī)律的意義．理解

10、氣體壓強的產(chǎn)生并解釋氣體的實驗定律是本節(jié)的重要內(nèi)容，也是提高學生分析、綜合、歸納能力的有效途徑． 教學設計示例 （一）教學總體設計 1、教師應借助物理規(guī)律和課件展示，準確講解，注意啟發(fā)點撥，以學生自己討論歸納 2、學生應積極思考、認真觀察、參與討論、總結(jié)規(guī)律、解釋現(xiàn)象． 教師通過動畫模擬引入微觀對宏觀的解釋、滲透統(tǒng)計思維，指導學生觀察動畫、分析特點，總結(jié)統(tǒng)計規(guī)律，解釋有關現(xiàn)象． （二）重點?難點?疑點及解決辦法 1、重點：氣體壓強的產(chǎn)生和氣體實驗定律的微觀解釋． 2、難點：用統(tǒng)計的方法分析氣體分子運動的特點． 3、疑點 （1）氣體分子運動與固體、液體分子運動有什么區(qū)別．

11、（2）氣體的壓強是怎樣產(chǎn)生的？它的大小由什么因素決定． 4、解決辦法 用小球模擬分子碰撞器壁，聯(lián)系實際，從實例出發(fā)理解氣體壓強的產(chǎn)生機理，并分析影響氣體壓強的因素． （三）教學過程 1、氣體分子運動特點（條件允許，可以播放動畫進行模擬演示）在教師引導下得出結(jié)論： ① 氣體分子間距較大 ② 氣體分子充滿整個容器空間 ③ 氣體分子運動頻繁碰撞 ④ 氣體分子向各個方向運動的機會均等分析氣體分子運動特點及聯(lián)系實驗得出： ① 氣體分子間距大，作用力?。烧J為沒有），所以氣體沒有一定的形態(tài)和體積（由容器決定）． ② 分子沿各個方向運動的機會均等． ③ 速率分布是中間大兩頭小的規(guī)律．其

12、速率分布與分子數(shù)的關系如圖所示． 2、氣體壓強的微觀解釋 大量氣體分子對器壁頻繁碰撞，就對器壁產(chǎn)生一個持續(xù)的均勻的壓強．器壁單位面積上受到的壓力，就是氣體的壓強． 例如：雨滴撞擊雨傘的例子． 再比如：用一小把針刺手心，當針刺的頻率很高時，手心的感覺就不是痛一下，而是成為一種連續(xù)的均勻的痛感了． 氣體的壓強與氣體的密度和氣體分子的平均功能有關．經(jīng)過實驗和理論計算得出：為氣體單位體積內(nèi)的分子數(shù)，E為氣體分子的平均動能. 3、對氣體實驗定律的微觀解釋 (1) 玻意耳定律 (2) 查理定律 畑、F淀("■定\ T4—*￡|—p4 (3) 蓋?呂薩克定律 產(chǎn)F'"

13、n*-pt E、尸--定*p不變 +-E一p* 4、總結(jié)、擴展 (1) 氣體分子運動有什么特點？ (2) 氣體的壓強是怎樣產(chǎn)生的？它的大小由什么因素決定？ (3) 怎樣從微觀的方法解釋氣體三實驗定律？ 5、板書設計 五、氣體分子動理論 1、氣體分子運動特點 ① ② ③ 2、對氣體壓強的微觀解釋 3、對氣體實驗定律的微觀解釋教學設計示例參考 氣體實驗定律的微觀解釋 一、教學目標 1、知識目標： （1）能用氣體分子動理論解釋氣體壓強的微觀意義，并能知道氣體的壓強、溫度、體積與所對應的微觀物理量間的相關聯(lián)系． （2）能用氣體分子動理論解釋三個氣體實驗定律． 2

14、、能力目標：通過讓學生用氣體分子動理論解釋有關的宏觀物理現(xiàn)象，培養(yǎng)學生的微觀想象能力和邏輯推理能力，并滲透“統(tǒng)計物理”的思維方法． 3、情感目標：通過對宏觀物理現(xiàn)象與微觀粒子運動規(guī)律的分析，對學生滲透“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”的哲學思維方法． 二、重點、難點分析 1、用氣體分子動理論來解釋氣體實驗定律是本節(jié)課的重點，它是本節(jié)課的核心內(nèi)容． 2、氣體壓強的微觀意義是本節(jié)課的難點，因為它需要學生對微觀粒子復雜的運動狀態(tài)有豐富的想象力． 三、教具 計算機控制的大屏幕顯示儀；自制的顯示氣體壓強微觀解釋的計算機軟件． 四、主要教學過程 （一）引入新課 先設問：氣體分子運動的特點有哪些？ 答案

15、：特點是：（1）氣體間的距離較大，分子間的相互作用力十分微弱，可以認為氣體分子除相互碰撞及與器壁碰撞外不受力作用，每個分子都可以在空間自由移動，一定質(zhì)量的氣體的分子可以充滿整個容器空間．（2）分子間的碰撞頻繁，這些碰撞及氣體分子與器壁的碰撞都可看成是完全彈性碰撞．氣體通過這種碰撞可傳遞能量，其中任何一個分子運動方向和速率大小都是不斷變化的，這就是雜亂無章的氣體分子熱運動．（3）從總體上看氣體分子沿各個方向運動的機會均等，因此對大量分子而言，在任一時刻向容器各個方向運動的分子數(shù)是均等的．（4）大量氣體分子的速率是按一定規(guī)律分布，呈“中間多，兩頭少”的分布規(guī)律，且這個分布狀態(tài)與溫度有關，溫度升高時

16、，平均速率會增大． 今天我們就是要從氣體分子運動的這些特點和規(guī)律來解釋氣體實驗定律．（二）教學過程設計 1、關于氣體壓強微觀解釋的教學 首先通過設問和討論建立反映氣體宏觀物理狀態(tài)的溫度（T）、體積（V）與反映氣體分子運動的微觀狀態(tài)物理量間的聯(lián)系： 溫度是分子熱運動平均動能的標志，對確定的氣體而言，溫度與分子運動的平均速率有關，溫度越高，反映氣體分子熱運動的平均速率（）越大． 體積影響到分子密度（即單位體積內(nèi)的分子數(shù)），對確定的一定質(zhì)量的理想氣體而言，分子總數(shù)N是一定的，當體積為V時，單位體積內(nèi)的分子數(shù)與體積V成反比，即體積越大時，反映氣體分子的密度n越小. 然后再設問：氣體壓強大小

17、反映了氣體分子運動的哪些特征呢？這應從氣體對容器器壁壓強產(chǎn)生的機制來分析． 先讓學生看用計算機模擬氣體分子運動撞擊器壁產(chǎn)生壓強的機制： 首先用計算機軟件在大屏幕上顯示出如圖1所示的圖形： 向同學介紹：如圖所示是一個一端用活塞（此時表示活塞部分的線條閃爍3?5次）封閉的氣缸，活塞用一彈簧與一固定物相連，活塞與氣缸壁摩擦不計，當氣缸內(nèi)為真空時，彈簧長為原長．如果在氣缸內(nèi)密封了一定質(zhì)量的理想氣體．由于在任一時刻氣體分子向各方向上運動的分子數(shù)相等，為簡化問題，我們僅討論向活塞方向運動的分子．大屏幕上顯示圖2，即圖中顯示的僅為總分子數(shù)的，（圖中顯示的“分子”暫呈靜態(tài)）先看其中一個（圖2中涂黑的“分子”閃爍2?3次）分子與活塞碰撞情況，（圖2中涂黑的“分子”與活塞碰撞且以原速率反彈回來，活塞也隨之顫抖一下，這樣反復演示3?5次）再看大量分子運動時與活塞的碰撞情況： 大屏幕上顯示“分子”都向活塞方向運動，對活塞連續(xù)不斷地碰撞，碰后的“分子”反彈回來，有的返回途中與別的“分子”相撞后改變方向，有的與活塞對面器壁相碰改變方向，但都只顯示垂直于活塞表面的運動狀態(tài)，而活塞被擠后有一個小的位移，且相對穩(wěn)定，如圖3所示的一個動態(tài)畫面．時間上要顯示15?30秒定格一次，再動態(tài)顯示15?30秒，再定格．