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(guò)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)生理解壓強(qiáng)概念的物理意義，知道壓

2、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．正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—壓力—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(guò)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(lái)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(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(guò)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(guò)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(wú)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)熱力學(xué)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(gè)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(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?。繉?xiě)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(xiě)出數(shù)學(xué)表達(dá)式。 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(xiě)出數(shù)學(xué)表達(dá)式： 圖甲p=p0+ph 圖乙p=p0-ph

5、 (2) 氣體的壓強(qiáng)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(jué)會(huì)有什么變化？ 舉例2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)器壁的壓強(qiáng)。 舉例3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。在對(duì)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：大量氣體分子對(duì)器壁的頻繁碰撞，形成了對(duì)器壁的壓強(qiáng)。 (3) 什么因素決定一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)的大??？(引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)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(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

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(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，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(qiáng)也就不同； ③ 分子的頻繁碰撞——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

7、張小紙片，說(shuō)明你將會(huì)看到的現(xiàn)象并說(shuō)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(shuō)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(shuō)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(guò)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； （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

8、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(shuō)明 1．教材中提到“對(duì)一定質(zhì)量的氣體來(lái)說(shuō)，如果溫度、體積和壓強(qiáng)這三個(gè)量都不改變，我們就說(shuō)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，氣體就處于熱動(dòng)平衡態(tài)。 2．若沒(méi)有“氣體分子運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)器”，可改用托盤天平來(lái)演示（具體操作請(qǐng)參考甲種本第二冊(cè)教參p．79）。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

9、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(guò)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(guò)對(duì)氣體分子定律以及氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋，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(shù)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(lái)說(shuō)，這是第一次接觸，應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，通過(guò)模擬和舉例來(lái)幫助學(xué)生理解統(tǒng)計(jì)規(guī)律的意義．理解

10、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(guò)動(dòng)畫(huà)模擬引入微觀對(duì)宏觀的解釋、滲透統(tǒng)計(jì)思維，指導(dǎo)學(xué)生觀察動(dòng)畫(huà)、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．

11、（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(guò)程 1、氣體分子運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)（條件允許，可以播放動(dòng)畫(huà)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 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： ① 氣體分子間距大，作用力小（可認(rèn)為沒(méi)有），所以氣體沒(méi)有一定的形態(tài)和體積（由容器決定）． ② 分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)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(guān)系如圖所示． 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(jué)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(qiáng)與氣體的密度和氣體分子的平均功能有關(guān)．經(jīng)過(guò)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 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(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(shū)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) ① ② ③ 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 氣體實(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

14、、能力目標(biāo)：通過(guò)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(guò)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(guò)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、用氣體分子動(dòng)理論來(lái)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(guò)程 （一）引入新課 先設(shè)問(wèn)：氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)有哪些？ 答案

15、：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全彈性碰撞．氣體通過(guò)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(wú)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)

16、，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(lái)解釋氣體實(shí)驗(yàn)定律．（二）教學(xué)過(guò)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(guò)設(shè)問(wèn)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(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越小. 然后再設(shè)問(wèn)：氣體壓強(qiáng)大小

17、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(lái)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)密封了一定質(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(wèn)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(lái)，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(lái)，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(huà)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．