理想氣體狀態(tài)方程(1)

1、理想氣體狀態(tài)方程（1） 理想氣體狀態(tài)方程（1）理想氣體狀態(tài)方程（1）理想氣體的狀 態(tài)方程一、教學目標 1、知識目標： （1 ）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(shù)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）熟記蓋呂薩克定律及數(shù)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、能力目標 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、情感目標 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

2、法，并對學生進行“實踐是檢驗真理唯一的標 準”的教育。二、重點、難點分析1、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(nèi)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。 2、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(xiàn)象對“理想氣體”給出初步概念定義，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。三、教具1、投影幻燈機、 書寫用投影片。2、氣體定律實驗器、燒杯、溫度計等。四

3、、主要教 學過程（一）引入新課 玻意耳定律是一定質(zhì)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(zhì)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(zhì) 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？這就是我們今天這節(jié)課要學習的主要問題。 （二）教學過程設計1、關于“理想氣體”概念的教學設問：（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(jié)歸納得出來的？答案是：由實驗總結(jié)歸納得出的。 （2）這兩個定律是在什么條件下通

4、過實驗得到的？老師引導學生知 道是在溫度不太低（與常溫比較）和壓強不太大（與大氣壓強相比） 的條件得出的。 老師講解：在初中我們就學過使常溫常壓下呈氣態(tài) 的物質(zhì)（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(shù)據(jù)也與玻意耳定律或查理定律計算出的數(shù)據(jù)有較大的誤差。 出示投影片（1）： p （Pa） pV 值（PaL） 空氣 1 100 200 500 1000 1.000 1.0690 1.1380 1.

5、3565 1.7200 1.000 0.9941 1.0483 1.3900 2.0685 1.000 0.9265 0.9140 1.1560 1.7355 1.000 0.9730 1.0100 1.3400 1.9920 說明講解：投影片（I）所示是在溫度為0C,壓強為Pa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 Pa至Pa之間時，實驗 結(jié)果與玻意耳定律計算值，近似相等，當壓強為Pa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(nèi)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

6、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”。（板書“理想氣體” 概念意義。）2 .推導理想氣體狀態(tài)方程 前面已經(jīng)學過，對于一定質(zhì) 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 有唯一確定的值。它們共同表征一定質(zhì)量理想氣體的唯一確定的一個 狀態(tài)。根據(jù)這一思想，我們假定一定質(zhì)量的理想氣體在開始狀態(tài)時各 狀態(tài)參量為（），經(jīng)過某變化過程，到末

7、狀態(tài)時各狀態(tài)參量變?yōu)椋ǎ? 這中間的變化過程可以是各種各樣的， 現(xiàn)假設有兩種過程： 第一種： 從（）先等溫并使其體積變?yōu)?，壓強隨之變?yōu)?，此中間狀態(tài)為（） 再等容并使其溫度變?yōu)椋瑒t其壓強一定變?yōu)椋瑒t末狀態(tài)（）。第 二種：從（）先等容并使其溫度變?yōu)?，則壓強隨之變?yōu)?，此中間 狀態(tài)為（），再等溫并使其體積變?yōu)?，則壓強也一定變?yōu)?，也到?狀態(tài)（），如投影片所示。出示投影片（2）：將全班同學分為兩大 組，根據(jù)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 與 間的等量關系。）基本方法是：解聯(lián) 立方程 或 消去中間狀態(tài)參量或均可得到： 這就是理想氣體狀態(tài)方程。它說明：一定質(zhì)量

8、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(shù)。3 .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，方程形 式變化成怎樣的形式？ 答案：或 （2）本身說明氣體狀態(tài)變化有 什么特點？答案：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(jié)論：當壓強不變時，一定質(zhì)量的理想氣體 的體積與熱力學溫度成正比。這個結(jié)論最初是法國科學家蓋呂薩克 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(jié)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

9、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) ，這可從溫度計上讀出，再分別換算 成熱力學溫度，再利用氣體實驗器上的刻度值作為達熱平衡時，被 圭寸閉氣體的體積值，分別為，填入下表：出示投影幻燈片（3）: 然后讓學生用計算器迅速算出 、，只要讀數(shù)精確，則這幾 個值會近似相等，從而證明了蓋呂薩克定律。4 .課堂練習 出示投 影幻燈片（4），顯示例題（1 ）:例題一水銀氣壓計中混進了空氣， 因而在27 C,外界大氣壓為758毫米汞柱時，這個水銀氣壓計的讀 數(shù)為738毫米汞柱，此時管中水銀面距管頂80毫米，當溫度降至 3C時，這個氣壓計的讀數(shù)為743毫米汞柱，求此時的實際大氣壓值 為多少毫米

10、汞柱？ 教師引導學生按以下步驟解答此題：（1）該題 研究對象是什么？ 答案：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：（S 是管的橫截面積）。（4）將數(shù)據(jù)代入理想氣體狀態(tài)方程：得 解 得（三）課堂小結(jié)1 .在任何溫度和任何壓強下都能嚴格遵循氣體 實驗定律的氣體叫理想氣體。2 .理想氣體狀態(tài)方程為：3 .蓋呂 薩克定律是指：一定質(zhì)量的氣體在壓強不變的條件下， 它的體積與熱 力學溫度成正比。五、說明1.“理想氣體”如同力學中的“質(zhì)點”、 “彈簧振子”一樣，是一種理想的物理模型，是一種重要的物理研究 方法。對“理想氣體”研究得出的規(guī)律在很大溫度范圍和壓強范圍內(nèi) 都能適用于實際氣體，因此它是有很大實際意義的。 2 .本節(jié)課設計 的驗證蓋呂薩克定律的實驗用的是溫州師院教學儀器廠制造的 J2261型氣體定律實驗器；實驗中確定的三個溫度狀態(tài)應相對較穩(wěn)定 （即變化不能太快）