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(xué)目標(biāo) 1 .在物理知識(shí)方面要求： (1)知道氣體的溫度、體積和壓強(qiáng)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(qiáng)的物理意義； (3)知道氣體的壓強(qiáng)是大量氣體分子頻繁碰撞器壁而產(chǎn)生的； (4)會(huì)用水銀壓強(qiáng)計(jì)測(cè)量密閉氣體的壓強(qiáng)； (5)會(huì)計(jì)算氣體的壓強(qiáng)。 2 .通過研究描述氣體狀態(tài)的三個(gè)參量，明確本章的中心課題和研究方法，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性。 二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析 1. 氣體的壓強(qiáng)是重 點(diǎn)，因?yàn)樗且院筮M(jìn)一步學(xué)習(xí)氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程的基礎(chǔ)。所以要讓學(xué)生 理 解

2、壓強(qiáng)概念的物理意義，知道壓強(qiáng)的單位，會(huì)計(jì)算氣體的壓強(qiáng)，會(huì)用水銀壓強(qiáng)計(jì)測(cè)定氣體的壓強(qiáng)。 2. 定確確定密閉氣體的壓強(qiáng)是難點(diǎn)，特別是U形管中氣體的壓強(qiáng)。受重力一壓力一 壓強(qiáng)這樣的推理邏輯的 影響，學(xué)生在理解氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生時(shí)會(huì)感到困惑。 三、教具 1 .演示氣體壓強(qiáng)的大小 水銀氣壓計(jì)(U形管的底部用乳膠管連接，B管為可活動(dòng)的)。 2 .氣體壓強(qiáng)的模擬實(shí)驗(yàn) 氣體分子運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)器。 四、主要教學(xué)過程 (一)引入新課 在研究機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的位置、速度確定了，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就確定了。當(dāng)研究對(duì)象轉(zhuǎn)換為氣體時(shí)，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(yīng)該用什么物理量來

3、描述氣體的狀態(tài)呢？ 舉例： 凹陷的乒乓球被熱水一澆，恢復(fù)原狀； 充好氣的氣球，放在暖氣片上會(huì)爆裂； 自行車內(nèi)胎在夏天時(shí)容易爆胎； 氣體被壓縮； 壓縮氣體突然膨脹； 通過學(xué)生舉出的眾多實(shí)例，分析得出：對(duì)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(qiáng)。 (二)教學(xué)過程設(shè)計(jì) 1 .溫度 (1)對(duì)溫度物理意義的認(rèn)識(shí) 宏觀：溫度表示物體的冷熱程度。 微觀：溫度標(biāo)志著物體內(nèi)部分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度；溫度是物體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。 (2)溫度與溫標(biāo) 溫標(biāo)即溫度的數(shù)值表示法。 攝氏溫標(biāo)攝氏溫度t 熱力學(xué)溫標(biāo)一一熱力學(xué)溫度 T 2 .氣體的體積 (1) 氣體體積

4、是指氣體分子充滿的空間，即容器的容積。 (2)這個(gè)容積不是氣體分子本身的體積之和，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(guó)際單位制單位 m3 dm3 cm3 1L=10-3m3=1dm3 3?氣體的壓強(qiáng) (1)用水銀壓強(qiáng)計(jì)測(cè)容器中氣體的壓強(qiáng)請(qǐng)同學(xué)們討論一下：若實(shí)驗(yàn)顯示的是圖甲所示的情況，那么容器中 的氣體壓強(qiáng)比外界大氣壓是大還是小？寫出數(shù)學(xué)表達(dá)式。若實(shí)驗(yàn)顯示的是圖乙所示的情況，那么容器中的氣體壓強(qiáng)比外界大氣壓是 大還是??？寫出數(shù)學(xué)表達(dá)式。 jPoPo 接 容 P1 乙 這里用p0表示大氣壓強(qiáng)，p表示容器中氣體的壓強(qiáng)，h表

5、示兩個(gè)水銀面的高度差，ph表示高度為h的水銀 柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)，引導(dǎo)學(xué)生寫出數(shù)學(xué)表達(dá)式： 圖甲p=pO+ph 圖乙P=pO_Ph (2)氣體的壓強(qiáng)是怎樣產(chǎn)生的？ 舉例 舉例 壁的壓強(qiáng)。 用一小把針刺手心，隨著針刺頻率的增加，手心的感覺會(huì)有什么變化？ 氣體分子運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)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(duì)器 大量密集的雨點(diǎn)接連不斷地打在雨傘上，對(duì)傘面產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)的壓力。 上述舉例討論、觀察后，引導(dǎo)學(xué)生歸納出氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生原因： (引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析、歸納) 大量氣體分子對(duì)器壁的頻繁碰撞，形成了對(duì)器壁的 (3)什么因素決定一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)的大小

6、？ (乙〕振動(dòng)活塞，鋼 球 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(shí)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(qiáng)也就越大。 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(yùn)動(dòng)越劇烈，平均速率越大，那么在單位時(shí)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(qiáng)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(duì)于一定質(zhì)量的氣體，體積和溫度是決定氣體壓強(qiáng)的因素。 (4) 大氣壓強(qiáng)是怎樣產(chǎn)生的？ 實(shí)驗(yàn)和理論證明： ① 大氣層中的氣體，具單位體積內(nèi)的分子數(shù)是隨

7、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(qiáng)也就不同； ③ 分子的頻繁碰撞一一大氣壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因。 舉例一只空杯子，在杯口輕輕地蓋上一張小紙片，說明你將會(huì)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(duì)于一定質(zhì)量的氣體，如果溫度、體積和壓強(qiáng)都不變，就說氣體處于一定的狀態(tài)中。 (2)如果三個(gè)量都變了，或其中兩個(gè)量變了，就說氣體的狀態(tài)變了。 (3)三個(gè)量中只有一個(gè)量改變而其他兩個(gè)量不改變的情況不會(huì)發(fā)生。 5?研究方法 (1)通過實(shí)驗(yàn)； (2)先研究一定質(zhì)量的氣體溫度保持不變時(shí)，壓強(qiáng)和體積的關(guān)系；體積保持不變時(shí)壓強(qiáng)與溫度的關(guān)系

8、； (3)在上述研究的基礎(chǔ)上，歸納出三個(gè)量都發(fā)生變化時(shí)遵循的規(guī)律。 (三)課堂小結(jié) 1?氣體的溫度、體積和壓強(qiáng)是描述氣體狀態(tài)的狀態(tài)參量； 2?氣體的壓強(qiáng)是大量氣體分子頻繁地碰撞器壁而產(chǎn)生的； 3?一定質(zhì)量的氣體的壓強(qiáng)是由氣體的體積和溫度決定的； 4?用實(shí)驗(yàn)的方法和歸納法研究三個(gè)狀態(tài)參量變化時(shí)的互相關(guān)聯(lián)。 五、說明 1 ?教材中提到“對(duì)一定質(zhì)量的氣體來說，如果溫度、體積和壓強(qiáng)這三個(gè)量都不改變，我們就說氣體處于一定的狀態(tài)中”。這 個(gè)“狀態(tài)”指的是熱動(dòng)平衡態(tài)。當(dāng)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(qiáng) 等，保持不變，可被測(cè)定，氣體就處于

9、熱動(dòng)平衡態(tài)。 2 .若沒有 “氣體分子運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)器”，可改用托盤天平來演示(具體操作請(qǐng)參考甲種本第二冊(cè)教參p .79 )0 3?若學(xué)生基礎(chǔ)較差，請(qǐng)選配有關(guān)壓強(qiáng)計(jì)算的示范例題。 2019-2020年高中物理 《氣體分子動(dòng)理論》教案魯科版選修3-3 教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo) 1、知道氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn). 2、知道分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)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(jì)規(guī)律． 3、知道氣體壓強(qiáng)的微觀解釋以及氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋． 能力目標(biāo)通過用微觀解釋宏觀，提出統(tǒng)計(jì)規(guī)律，滲透統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)，以提高學(xué)生分析、綜合、歸納能 力． 情感目標(biāo)通過對(duì)氣體分子定律以及氣體實(shí)驗(yàn)定律的微

10、觀解釋，尤其是統(tǒng)計(jì)規(guī)律的滲透， 讓學(xué)生體 會(huì)其在科學(xué)研究中的 作用．培養(yǎng)學(xué)生樹立科學(xué)的探究精神． 教學(xué) 建議 用微觀的方法解釋宏觀現(xiàn)象，對(duì)學(xué)生來說，這是第一次接觸， 應(yīng)從實(shí)際出發(fā)， 通過模擬 和舉例來幫助學(xué)生理解 統(tǒng)計(jì)規(guī)律的意義． 理解氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生并解釋氣體的實(shí)驗(yàn)定律是本節(jié) 的重要內(nèi)容，也是提高學(xué)生分析、綜合、歸納能 力的有效途徑． 教學(xué) 設(shè)計(jì)示例 （一） 教學(xué) 總體設(shè)計(jì) 1、教師 應(yīng)借助物理規(guī)律和課件展示， 準(zhǔn)確講解，注意啟發(fā)點(diǎn)撥，以學(xué)生自己討論歸納．2、學(xué)生應(yīng)積極思考、 認(rèn)真觀察、參與討論、總結(jié)規(guī)律、解釋現(xiàn)象． 教師 通過動(dòng)畫模擬引入微觀對(duì)宏觀的解釋、 滲透統(tǒng)計(jì)思維，

11、 指導(dǎo)學(xué)生觀察動(dòng)畫、 分析特 點(diǎn)，總結(jié)統(tǒng)計(jì)規(guī)律， 解釋有關(guān)現(xiàn)象． （二） 重點(diǎn)?難點(diǎn)?疑點(diǎn)及解決辦法 1、 重點(diǎn)：氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生和氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋． 2、 難點(diǎn)：用統(tǒng)計(jì)的方法分析氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)． 3、 疑點(diǎn) （1）氣體分子運(yùn)動(dòng)與固體、液體分子運(yùn)動(dòng)有什么區(qū)別． （2）氣體的壓強(qiáng)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(shí)際， 從實(shí)例出發(fā)理解氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生機(jī)理， 并分析影 響氣體壓強(qiáng)的因素． （三） 教學(xué)過程 1、氣體分子運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)（條件允許，可以播放動(dòng)畫進(jìn)行模擬演示） 在教師 引導(dǎo)下得出結(jié)論： ① 氣體分子間距較大 ②

12、氣體分子充滿整個(gè)容器空間 ③ 氣體分子運(yùn)動(dòng)頻繁碰撞 ④ 氣體分子向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)均等分析氣體分子運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及聯(lián)系實(shí)驗(yàn)得出： ⑤ 氣體分子間距大，作用力?。烧J(rèn)為沒有） ，所以氣體沒有一定的形態(tài)和體積（由容 器決定）． ⑥ 分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)均等． ⑦ 速率分布是中間大兩頭小的規(guī)律．其速率分布與分子數(shù)的關(guān)系如圖所示． n （■時(shí) fit.） 2、氣體壓強(qiáng)的微觀解釋 大量氣體分子對(duì)器壁頻繁碰撞，就對(duì)器壁產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)的均勻的壓強(qiáng).器壁單位面積上 受到的壓力，就是氣體的壓強(qiáng). 例如：雨滴撞擊雨傘的例子. 再比如：用一小把針刺手心，當(dāng)針刺的頻率很高時(shí)，手心的感覺就不

13、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(qiáng)與氣體的密度和氣體分子的平均功能有關(guān) ？經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)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(dòng)能. 3、對(duì)氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋 (1)玻意耳定律 (2)查理定律 E J -定(修?定 T , * E，-* p， (3) 蓋？呂薩克定律 Z 一定/不變 T* * E f - p 率 4、總結(jié)、擴(kuò)展 (1)氣體分子運(yùn)動(dòng)有什么特點(diǎn)？ (2)氣體的壓強(qiáng)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(shí)驗(yàn)定律？ 5、板書設(shè)計(jì) 五、氣體分子動(dòng)理論 1、氣體分子運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)

14、 ① 2、對(duì)氣體壓強(qiáng)的微觀解釋 3、對(duì)氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋教學(xué) 設(shè)計(jì)示例參考?xì)怏w實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋 一、 教學(xué) 目標(biāo) 1、知識(shí)目標(biāo)： （ 1 ）能用氣體分子動(dòng)理論解釋氣體壓強(qiáng)的微觀意義，并能知道氣體的壓強(qiáng)、溫度、體 積與所對(duì)應(yīng)的微觀物理量間的相關(guān)聯(lián)系． （ 2）能用氣體分子動(dòng)理論解釋三個(gè)氣體實(shí)驗(yàn)定律．2、能力目標(biāo)：通過讓學(xué)生用氣體分子動(dòng)理論解釋 有關(guān)的宏觀物理現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的微觀想象能力和邏輯推理能力，并滲透“統(tǒng)計(jì)物理”的思維方法． 3、情感目標(biāo)：通過對(duì)宏觀物理現(xiàn)象與微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分析，對(duì)學(xué)生滲透“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”的 哲學(xué)思維方法． 二、 重點(diǎn)、 難點(diǎn)分析 1、 用氣體

15、分子動(dòng)理論來解釋氣體實(shí)驗(yàn)定律是本節(jié)課的重點(diǎn)， 它是本節(jié)課的核心內(nèi)容． 2、 氣體壓強(qiáng)的微觀意義是本節(jié)課的難點(diǎn)，因?yàn)樗枰獙W(xué)生對(duì)微觀粒子復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 有豐富的想象力． 三、教具計(jì)算機(jī)控制的大屏幕顯示儀；自制的顯示氣體壓強(qiáng)微觀解釋的計(jì)算機(jī)軟件． 四、主要教學(xué)過程 （一）引入新課先設(shè)問：氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)有哪些？ 答案：特點(diǎn)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(rèn)為氣體分子除相互碰撞及與器壁碰撞外不受力作用， 每個(gè)分子都可以在空 間自由移動(dòng)， 一定質(zhì)量的 氣體的分子可以充滿整個(gè)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

16、全彈性碰撞． 氣體通過這種碰撞可傳遞能量， 其中任何一個(gè)分子運(yùn)動(dòng) 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(yùn)動(dòng)． （3）從總體上看氣體分子沿各 個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)均等， 因此對(duì)大量分子而言， 在任一時(shí)刻向容器各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)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(gè)分布狀態(tài)與 溫度有關(guān)，溫度升高時(shí)，平均速率會(huì)增大． 今天我們就是要從氣體分子運(yùn)動(dòng)的這些特點(diǎn)和規(guī)律來解釋氣體實(shí)驗(yàn)定律． （二） 教學(xué)過程 設(shè)計(jì) 1、關(guān)于氣體壓強(qiáng)微觀解釋的 教學(xué) 首先通過設(shè)問和討論建立反映氣體宏觀物理狀態(tài) 的溫度（T）、體積（V）

17、與反映氣體分 子運(yùn)動(dòng)的微觀狀態(tài)物理量間的聯(lián)系： 溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志， 對(duì)確定的氣體而言， 溫度與分子運(yùn)動(dòng)的平均速率有關(guān)， 溫度越 高，反映氣體分子熱運(yùn)動(dòng)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(duì)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(dāng)體積為 V 時(shí)，單位體積內(nèi)的分子數(shù)與體積 V 成反比，即體積越大 時(shí)，反映氣體分子的密度 n 越?。?然后再設(shè)問：氣體壓強(qiáng)大小反映了氣體分子運(yùn)動(dòng)的哪些特征呢？ 這應(yīng)從氣體對(duì)容器器壁壓強(qiáng)產(chǎn)生的機(jī) 制來分析． 先讓學(xué)生看用計(jì)算機(jī)模擬氣體分子運(yùn)動(dòng)撞擊器壁產(chǎn)生壓強(qiáng)的機(jī)制： 首先用計(jì)算機(jī)軟件在大屏幕上

18、顯示出如圖1所示的圖形： 向同學(xué)介紹：如圖所示是一個(gè)一端用活塞（此時(shí)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(jì)，當(dāng)氣缸內(nèi)為真空時(shí)，彈簧長(zhǎng)為原長(zhǎng).如 果在氣缸內(nèi)密圭寸了一定質(zhì)量的理想氣體.由于在任一時(shí)刻氣體分子向各方向 上運(yùn)動(dòng)的分子數(shù)相等，為簡(jiǎn)化問題，我們僅討論向活塞方向運(yùn)動(dòng)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(gè)（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(fù)演示3? 5次）再看大量分子運(yùn)動(dòng)時(shí)與活 塞的碰撞情況： 大屏幕上顯示“分子”都向活塞方向運(yùn)動(dòng)，對(duì)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(duì)面器壁相碰改變方向，但都只顯示垂直于活塞表面 的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而活塞被擠后有一個(gè)小的位移，且相對(duì)穩(wěn)定，如圖 3所示的一個(gè)動(dòng)態(tài)畫面.時(shí)間上要顯示15? 30秒定格一次，再動(dòng)態(tài)顯示15? 30秒，再定格.