2021人教版高中物理選修(3-3)第八章《氣體》word教學設計

1、第八章 氣 體 物理名言:要推論宏觀物質的表現，就必須采用統(tǒng)計物理方法，由對個體原子(分子)物理參量的適當統(tǒng)計平均，來得出支配宏觀行為的規(guī)律羅杰 彭羅斯(1931-)。英國數學家、物理學家，牛津大學教授。8.1 氣體的等溫變化 玻意耳定律三維教學目標1、知識與技能(1)知道什么是等溫變化；(2)知道玻意耳定律是實驗定律，掌握玻意耳定律的內容和公式，知道定律的適用條件；(3)理解氣體等溫變化的 p-V 圖象的物理意義；(4)知道用分子動理論對玻意耳定律的定性解釋；(5)會用玻意耳定律計算有關的問題。2、過程與方法:通過實驗培養(yǎng)學生的觀察、分析能力和從實驗得出物理規(guī)律的能力。3、情感、態(tài)度與價值觀

2、:當需要研究兩個以上物理量間的關系時，先保持某個或某幾個物理量不變，從最簡單的情況開始研究，得出某些規(guī)律，然后再進一步研究所涉及的各個物理量間的關系。教學重點:通過實驗使學生知道并掌握一定質量的氣體在等溫變化時壓強與體積的關系，理解 p-V 圖象的物理意義，知道玻意耳定律的適用條件。教學難點:學生往往由于“狀態(tài)”和“過程”分不清，造成抓不住頭緒，不同過程間混淆不清的毛病，這是難點。在目前這個階段，有相當多學生尚不能正確確定密閉氣體的壓強。教學教具:定性演示一定質量的氣體在溫度保持不變時壓強與體積的關系，橡皮膜(或氣球皮)、直徑為5cm左右兩端開口的透明塑料筒(長約25cm左右)、與筒徑匹配的自

3、制活塞、20cm6cm薄木板一塊。較精確地演示一定質量的氣體在溫度保持不變時壓強與體積的關系實驗儀器。教學過程:第一節(jié) 氣體的等溫變化 玻意耳定律(一)引入新課對照牛頓第二定律的研究過程先m一定，aF；再F一定，a1/m，現在我們利用這種控制條件的研究方法，研究氣體狀態(tài)參量之間的關系。(二)新課教學1、一定質量的氣體保持溫度不變，壓強與體積的關系思考:怎樣保證氣體的質量是一定的？怎樣保證氣體的溫度是一定的？(密封好；緩慢移活塞，筒不與手接觸)2、較精確的研究一定質量的氣體溫度保持不變，壓強與體積的關系(1)介紹實驗裝置，觀察實驗裝置，并回答: 研究哪部分氣體？ A管中氣體體積怎樣表示？(lS)

4、 閥門a打開時，A管中氣體壓強多大？閥門a閉合時A管中氣體壓強多大？(p0) 欲使A管中氣體體積減小，壓強增大，B管應怎樣操作？寫出A管中氣體壓強的表達式(p=p0+h)。 欲使A管中氣體體積增大，壓強減小，B管應怎樣操作？寫出A管中氣體壓強的表達式(p=p0-h)。 實驗過程中的恒溫是什么溫度？為保證A管中氣體的溫度恒定，在操作B管時應注意什么？(緩慢)(2)實驗數據采集壓強單位:mmHg；體積表示:倍率法 環(huán)境溫度:室溫 大氣壓強:p0= mmHg A管中氣體體積減小時(基準體積為V)順序12345體積V壓強 A管中氣體體積增大時(基準體積為V)順序12345體積V2V3V壓強(3)實驗結

5、論:實驗數據表明:一定質量的氣體，在溫度不變的條件下，體積縮小到原來的幾分之一，它的壓強就增大到原來的幾倍；一定質量的氣體，在溫度不變的條件下，體積增大到原來的幾倍，它的壓強就減小為原來的幾分之一。改用其他氣體做這個實驗，結果相同。3、玻意耳定律(1)定律內容表述之一一定質量的氣體，在溫度不變的情況下，它的壓強跟體積成反比。數學表達式，設初態(tài)體積為V1，壓強為p1；末態(tài)體積為V2，壓強為p2。有:p1 V1 = p2 V2(2)定律內容表述之二一定質量的氣體，在溫度不變的情況下，它的壓強跟體積的乘積是不變的。數學表達式，pV=恒量(3)用圖象表述玻意耳定律縱軸代表氣體的壓強；橫軸代表氣體的體積

6、；選取恰當的分度和單位。討論:一下圖線該是什么形狀，并嘗試把它畫出來。(等溫線)4、關于玻意耳定律的討論問題:圖象平面上的一個點代表什么？曲線AB代表什么？線段AB代表什么？pV=恒量一式中的恒量是普適恒量嗎？(作出一定質量的氣體，在不同溫度下的幾條等溫線，比較后由學生得出結論:恒量隨溫度升高而增大) 下面的數據說明什么？一定質量的氦氣壓強1atm500atm1000 atm實測體積1m31.36/500m32.068 5/1 000m3計算體積1/500m31/1 000m3適用條件:壓強不太大(和大氣壓比較)、溫度不太低(和室溫比較)的任何氣體。你能推導出用密度形式表達的玻意耳定律嗎？你能

7、用分子動理論對玻意耳定律作出解釋嗎？例1:某個容器的容積是10L，所裝氣體的壓強是20105Pa。如果溫度保持不變，把容器的開關打開以后，容器里剩下的氣體是原來的百分之幾？設大氣壓是1.0105Pa。解:設容器原裝氣體為研究對象。初態(tài) p1=20105Pa V1=10L T1=T末態(tài) p2=1.0105Pa V2=？L T2=T由玻意耳定律 p1V1=p2V2 得:即剩下的氣體為原來的5。8.2 氣體的等容變化和等壓變化三維教學目標1、知識與技能(1)知道什么是氣體的等容變化過程；(2)掌握查理定律的內容、數學表達式；理解p-t圖象的物理意義；(3)知道查理定律的適用條件；(4)會用分子動理論

8、解釋查理定律。2、過程與方法:通過演示實驗，培養(yǎng)學生的觀察能力、分析能力和實驗研究能力。3、情感、態(tài)度與價值觀:培養(yǎng)學生運用數學方法解決物理問題的能力由圖象總結出查理定律。教學重難點(1)查理定律的內容、數學表達式、圖象及適用條件是重點；(2)氣體壓強和攝氏溫度不成正比，壓強增量和攝氏溫度成正比；氣體原來的壓強、氣體在零攝氏度的壓強，這些內容易混淆。教學教具:帶有橡皮塞的滴液瓶、加熱裝置。查理定律演示器、水銀氣壓計、攪棒、食鹽和適量碎冰、溫度計、保溫套、容器。教學過程:第二節(jié) 氣體的等容變化和等壓變化(一)引入新課演示實驗:滴液瓶中裝有干燥的空氣，用涂有少量潤滑油的橡皮塞蓋住瓶口，把瓶子放入熱

9、水中，會看到塞子飛出；把瓶子放在冰水混合物中，拔掉塞子時會比平時費力。這個實驗告訴我們:一定質量的氣體，保持體積不變，當溫度升高時，氣體的壓強增大；當溫度降低時，氣體的壓強減小。請學生舉一些生活中的實例。下面我們進一步研究一定質量的氣體保持體積不變，氣體的壓強隨溫度變化的規(guī)律。(二)新課教學1、氣體的等容變化氣體在體積不變的情況下所發(fā)生的狀態(tài)變化叫做等體積變化，也叫做等容變化。2、一定質量的氣體在等容變化過程中，壓強隨溫度變化的實驗研究(1)實驗裝置查理定律演示器請學生觀察實物。請學生結合實物演示，弄明白如下問題:研究對象在哪兒？當A管向上運動時，B管中的水銀面怎樣變化？當A管向下運動時，B管

10、中的水銀面怎樣變化？怎樣保證瓶中氣體的體積不變？ 瓶中氣體的壓強怎樣表示？(當B管中水銀面比A管中水銀面低時；當B管中水銀面比A管中水銀面高時)(2)用氣壓計測量大氣壓強p0= mmHg(注意水銀氣壓計的讀數方法。)請兩位學生讀出當時的大氣壓強值。(3)實驗條件:一定質量的氣體、一定的氣體體積。請學生討論:怎樣保證實驗條件？(燒瓶用膠塞塞好，與水銀壓強計B管連接處密封好。使水銀壓強計的A管水銀面與B管水銀面一樣高，并將B管水銀面的位置記下來)(4)實驗過程 第一、將燒瓶置于食鹽加碎冰溶化的混合物中，燒瓶要完全沒入。(請學生估測發(fā)生的現象)現象:燒瓶中氣體體積減小，B管中水銀面上升，A管中水銀面

11、下降。氣體壓強減小。措施:請學生討論此時怎樣移動A管才能使B管中水銀面恢復到初始的標記位置。記下此時A、B管中水銀面的高度差。 第二、將燒瓶完全置于冰水混合物中。(請學生估測發(fā)生的現象)現象:燒瓶中氣體體積仍小于室溫時的標記體積，B管中水銀面仍高于A管中水銀面，但A、B兩管中水銀面高度差減少。措施:仍請學生回答此時怎樣移動A管才能使B管中水銀面恢復到初始的標記位置。記下此時A、B管中水銀面的高度差。 第四、將燒瓶完全置于30 的溫水中。(請學生估測發(fā)生的現象)現象:B管中水銀面低于標記位置，A管中水銀面高于標記位置。措施:請學生討論應怎樣移動A管，才能使B管中的水銀面恢復到初始標記位置。記下此

12、時A、B管中水銀面的高度差。 第五、將燒瓶再分別完全置于45的溫水中，60、75的熱水中，重復上述過程。(5)實驗數據表格實驗次數123456氣體溫度()20030456075氣體壓強mmHgp0=mmHg 室溫 請學生計算: (1)以0氣體壓強為參照，氣體溫度每升高1，增加的壓強值是0時氣體壓強值的多少分之一。 (2)以0氣體壓強為參照，氣體溫度每降低1，減少的壓強值是0時氣體壓強值的多少分之一。(6)圖象(以實際實驗數據為準，此處僅為示意圖)由此圖象，可寫出如下方程: p = p0 + kt 其中k為斜率，精確的實驗指出t外推=-273。3、實驗結論查理定律1787年法國科學家查理通過實驗

13、研究，發(fā)現所有氣體都遵從查理定律。(1)適用條件:溫度不太低；壓強不太大。微觀解釋:請學生自學課本。4、查理定律的應用例1:一定質量的氣體，保持體積不變，溫度從1升高到5，壓強的增量為 2.0103 Pa，則( C )A.它從5升高到10，壓強增量為2.0103PaB.它從15升高到20，壓強增量為2.0103PaC.它在0時，壓強約為1.4105Pa8.3 氣體 理想氣體的狀態(tài)方程三維教學目標1、知識與技能(1)初步理解“理想氣體”的概念；(2)掌握運用玻意耳定律和查理定律推導理想氣體狀態(tài)方程的過程，熟記理想氣體狀態(tài)方程的數學表達式，并能正確運用理想氣體狀態(tài)方程解答有關簡單問題；(3)熟記蓋

14、呂薩克定律及數學表達式，并能正確用它來解答氣體等壓變化的有關問題。2、過程與方法:通過推導理想氣體狀態(tài)方程及由理想氣體狀態(tài)方程推導蓋呂薩克定律的過程，培養(yǎng)學生嚴密的邏輯思維能力。3、情感、態(tài)度與價值觀:通過用實驗驗證蓋呂薩克定律的教學過程，使學生學會用實驗來驗證成正比關系的物理定律的一種方法，并對學生進行“實踐是檢驗真理唯一的標準”的教育。教學重點:理想氣體的狀態(tài)方程是本節(jié)課的重點，因為它不僅是本節(jié)課的核心內容，還是中學階段解答氣體問題所遵循的最重要的規(guī)律之一；教學難點:對“理想氣體”這一概念的理解是本節(jié)課的一個難點，因為這一概念對中學生來講十分抽象，而且在本節(jié)只能從宏觀現象對“理想氣體”給出

15、初步概念定義，只有到后兩節(jié)從微觀的氣體分子動理論方面才能對“理想氣體”給予進一步的論述。另外在推導氣體狀態(tài)方程的過程中用狀態(tài)參量來表示氣體狀態(tài)的變化也很抽象，學生理解上也有一定難度。教學教具:氣體定律實驗器、燒杯、溫度計等。教學過程:第三節(jié) 氣體理想氣體的狀態(tài)方程(一)引入新課 前面我們學習的玻意耳定律是一定質量的氣體在溫度不變時，壓強與體積變化所遵循的規(guī)律，而查理定律是一定質量的氣體在體積不變時，壓強與溫度變化時所遵循的規(guī)律，即這兩個定律都是一定質量的氣體的體積、壓強、溫度三個狀態(tài)參量中都有一個參量不變，而另外兩個參量變化所遵循的規(guī)律，若三個狀態(tài)參量都發(fā)生變化時，應遵循什么樣的規(guī)律呢？這就是

16、我們今天這節(jié)課要學習的主要問題。(二)新課教學1、關于“理想氣體”概念的教學提問:(1)玻意耳定律和查理定律是如何得出的？即它們是物理理論推導出來的還是由實驗總結歸納得出來的？(由實驗總結歸納得出的)(2)這兩個定律是在什么條件下通過實驗得到的？(溫度不太低(與常溫比較)和壓強不太大(與大氣壓強相比)的條件得出的) 在初中我們就學過使常溫常壓下呈氣態(tài)的物質(如氧氣、氫氣等)液化的方法是降低溫度和增大壓強。這就是說，當溫度足夠低或壓強足夠大時，任何氣體都被液化了，當然也不遵循反映氣體狀態(tài)變化的玻意耳定律和查理定律了。而且實驗事實也證明:在較低溫度或較大壓強下，氣體即使未被液化，它們的實驗數據也與

17、玻意耳定律或查理定律計算出的數據有較大的誤差。表格(1)P(1.013105Pa)pV值(1.013105PaL)H2N2O2空氣11.0001.0001.0001.0001001.06900.99410.92650.97302001.13801.04830.91401.01005001.35651.39001.15601.340010001.72002.06851.73551.9920說明:(1)所示是在溫度為0，壓強為1.013105Pa的條件下取1L幾種常見實際氣體保持溫度不變時，在不同壓強下用實驗測出的pV乘積值。從表中可看出在壓強為1.013105Pa至1.013107Pa之間時，實

18、驗結果與玻意耳定律計算值，近似相等，當壓強為1.013108Pa時，玻意耳定律就完全不適用了。 這說明實際氣體只有在一定溫度和一定壓強范圍內才能近似地遵循玻意耳定律和查理定律。而且不同的實際氣體適用的溫度范圍和壓強范圍也是各不相同的。為了研究方便，我們假設這樣一種氣體，它在任何溫度和任何壓強下都能嚴格地遵循玻意耳定律和查理定律。我們把這樣的氣體叫做“理想氣體”。(2)推導理想氣體狀態(tài)方程 前面已經學過，對于一定質量的理想氣體的狀態(tài)可用三個狀態(tài)參量p、V、T來描述，且知道這三個狀態(tài)參量中只有一個變而另外兩個參量保持不變的情況是不會發(fā)生的。換句話說:若其中任意兩個參量確定之后，第三個參量一定有唯一

19、確定的值。它們共同表征一定質量理想氣體的唯一確定的一個狀態(tài)。根據這一思想，我們假定一定質量的理想氣體在開始狀態(tài)時各狀態(tài)參量為(p1，V1，T1)，經過某變化過程，到末狀態(tài)時各狀態(tài)參量變?yōu)?p2，V2，T2)，這中間的變化過程可以是各種各樣的，現假設有兩種過程: 第一種:從(p1，V1，T1)先等溫并使其體積變?yōu)閂2，壓強隨之變?yōu)閜c，此中間狀態(tài)為(pc，V2，T1)再等容并使其溫度變?yōu)門2，則其壓強一定變?yōu)閜2，則末狀態(tài)(p2，V2，T2)。 第二種:從(p1；V1，T1)先等容并使其溫度變?yōu)門2，則壓強隨之變?yōu)閜c，此中間狀態(tài)為(pc，V1，T2)，再等溫并使其體積變?yōu)閂2，則壓強也一定變?yōu)?/p>

20、p2，也到末狀態(tài)(p2，V2，T2)。 將全班同學分為兩大組，根據玻意耳定律和查理定律，分別按兩種過程，自己推導理想氣體狀態(tài)過程。(即要求找出p1、V1、T1與p2、V2、T2間的等量關系。) 理想氣體狀態(tài)方程。它說明:一定質量的理想氣體的壓強、體積的乘積與熱力學溫度的比值是一個常數。2、推導并驗證蓋呂薩克定律設問:(1)若上述理想氣體狀態(tài)方程中，p1=p2，方程形式變化成怎樣的形式？(2)p1=p2 本身說明氣體狀態(tài)變化有什么特點？(說明等效地看作氣體做等壓變化，即壓強保持不變的變化)由此可得出結論:當壓強不變時，一定質量的理想氣體的體積與熱力學溫度成正比。 這個結論最初是法國科學家蓋呂薩克

21、在研究氣體膨脹的實驗中得到的，也叫蓋呂薩克定律。它也屬于實驗定律。當今可以設計多種實驗方法來驗證這一結論。今天我們利用在驗證玻意耳定律中用過的氣體定律實驗器來驗證這一定律。演示實驗:實驗裝置如圖所示，此實驗保持壓強不變，只是利用改變燒杯中的水溫來確定三個溫度狀態(tài)t1、t2、t3，這可從溫度計上讀出，再分別換算成熱力學溫度T1、T2、T3，再利用氣體實驗器上的刻度值作為達熱平衡時，被封閉氣體的體積值，分別為V1、V2、V3，填入下表:投影幻燈片(3):t1t2t3T1T2T3V1V2V3 這幾個值會近似相等，從而證明了蓋呂薩克定律。課堂練習例1:一水銀氣壓計中混進了空氣，因而在27，外界大氣壓為

22、758毫米汞柱時，這個水銀氣壓計的讀數為738毫米汞柱，此時管中水銀面距管頂80毫米，當溫度降至-3時，這個氣壓計的讀數為743毫米汞柱，求此時的實際大氣壓值為多少毫米汞柱？(1)該題研究對象是什么？(混入水銀氣壓計中的空氣)(2)畫出該題兩個狀態(tài)的示意圖:(3)分別寫出兩個狀態(tài)的狀態(tài)參量:p1=758-738=20mmHg V1=80Smm3(S是管的橫截面積)。T1=273+27=300 Kp2=p-743mmHg V2=(738+80)S-743S=75Smm3T2=273+(-3)=270K解得 p=762.2 mmHg8.4氣體實驗定律的微觀解釋三維教學目標1、知識與技能(1)能用氣

23、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系；(2)能用氣體分子動理論解釋三個氣體實驗定律。2、過程與方法:通過讓學生用氣體分子動理論解釋有關的宏觀物理現象，培養(yǎng)學生的微觀想像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、態(tài)度與價值觀:通過對宏觀物理現象與微觀粒子運動規(guī)律的分析，對學生滲透“透過現象看本質”的哲學思維方法。教學重點: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)課的核心內容。教學難點: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)有豐富的想像力。教學教具:計算機控制的大屏幕

24、顯示儀；自制的顯示氣體壓強微觀解釋的計算機軟件。教學過程:第四節(jié) 氣體實驗定律的微觀解釋(一)引入新課問提:氣體分子運動的特點有哪些？(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

25、子數是均等的。(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，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)新課教學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體積影響到分子密度(即單位體積內的分子數)，對確定的一定質量的理想氣體而言，分子總數N是一定的，當體積為V時，單位體

26、積內的分子數n=N/V與體積成反比，即體積越大時，反映氣體的分子數密度n越小。問提:氣體壓強大小反映了氣體分子運動的哪些特征呢？從氣體對容器器壁壓強產生的機制來分析，顯示出如圖1所示的圖形: 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35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，當氣缸內為真空時，彈簧長為原長。如果在氣缸內密封了一定質量的理想氣體。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的合，(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23次

27、)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35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1530秒定格一次，再動態(tài)顯示1530秒，再定格。結論:由此可見氣體對容器壁的壓強是大量分子對器壁連續(xù)不斷地碰撞所產生的。進一步分析:若每個分子的質量為m，平均速率為v，分子與活

28、塞的碰撞是完全彈性碰撞，則在這一分子與活塞碰撞中，該分子的動量變化為2mv，即受的沖量為2mv，根據牛頓第三定律，該分子對活塞的沖量也是2mv，那么在一段時間內大量分子與活塞碰撞多少次，活塞受到的總沖量就是2mv的多少倍，單位時間內受到的總沖量就是壓力，而單位面積上受到的壓力就是壓強。由此可推出:氣體壓強一方面與每次碰撞的平均沖量2mv有關，另一方面與單位時間內單位面積受到的碰撞次數有關。對確定的一定質量的理想氣體而言，每次碰撞的平均沖量，2mv由平均速率v有關，v越大則平均沖量就越大，而單位時間內單位面積上碰撞的次數既與分子密度n有關，又與分子的平均速率有關，分子密度n越大，v也越大，則碰撞次數就越多，因此從氣體分子動理論的觀點看，氣體壓強的大小由分子的平均速率v和分子密度n共同決定，n越大，v也越大，則壓強就越大。2、用氣體分子動理論解釋實驗三定律(1)范例:用氣體分子動理論解釋玻意耳定律。 一定質量(m)的理想氣體，其分子總數(N)是一個定值，當溫度(T)保持不變時，則分子的平均速