飽和器和飽和氣壓

1、南京一中高中物理 人教版選修3-3科學(xué)探究的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)方案課題名稱 飽和汽與飽和汽壓課型探究課設(shè)計(jì)者單位南京市第一中學(xué)姓名孫志華教學(xué)設(shè)計(jì)思路1教學(xué)內(nèi)容的選擇科學(xué)探究有實(shí)驗(yàn)探究與理論探究兩種方式實(shí)驗(yàn)探究是用實(shí)驗(yàn)的手段在一定的程序下對未知規(guī)律的探索理論探究是根據(jù)物理現(xiàn)象，應(yīng)用已知的理論知識(shí)推理得到新的規(guī)律理論探究與實(shí)驗(yàn)探究類似，也有一定的探究程序與探究方法選擇本節(jié)課，其主要目的是幫助學(xué)生進(jìn)一步明確理論探究的基本方法，掌握理論探究的基本要點(diǎn)2重點(diǎn)分析新課標(biāo)指出：“一個(gè)課題究竟需要強(qiáng)化哪一個(gè)要素，應(yīng)該根據(jù)探究課題的特征、學(xué)生循序漸進(jìn)的要求進(jìn)行合理和全面規(guī)劃，看起來一節(jié)課似乎只突出了某一兩個(gè)要素，而實(shí)

2、際上不同的課題分別突出了不同的要素，學(xué)生所得到的是深入和全面的發(fā)展”，因此我們的課堂教學(xué)并不要求把科學(xué)探究的所有要素在每堂課中一一呈現(xiàn)，而是根據(jù)課題的特點(diǎn)有所側(cè)重“教學(xué)中對學(xué)生探究行為的設(shè)計(jì)是提高探究能力的關(guān)鍵要提高猜想與假設(shè)的能力，就要讓學(xué)生去假定、去解釋”，“猜想與假設(shè)是科學(xué)結(jié)論的先導(dǎo)，如果猜想與假設(shè)一旦能得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的支持，它就可能發(fā)展成為科學(xué)結(jié)論”， 影響飽和汽壓的因素可以從微觀角度加以分析因此，本節(jié)課的重點(diǎn)是：科學(xué)猜想與假設(shè)方法的指導(dǎo)；理論探究過程的體驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能1知道汽化及汽化的兩種方式及其特點(diǎn)2理解飽和汽與飽和汽壓，能從分子動(dòng)理論的角度解釋有關(guān)現(xiàn)象3理解空氣的絕對濕

3、度和相對濕度4了解濕度計(jì)的原理，并學(xué)會(huì)讀數(shù)（二）過程與方法1學(xué)習(xí)科學(xué)猜想與假設(shè)的基本方法2體驗(yàn)理論探究的物理過程3體驗(yàn)人對濕度的感受4嘗試用所學(xué)知識(shí)解釋有關(guān)現(xiàn)象（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀1通過探究過程學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法，激發(fā)探究熱情，體驗(yàn)獲得成功的快樂2通過本節(jié)課學(xué)習(xí)，感知人和自然的和諧統(tǒng)一，培養(yǎng)人與自然的情感教學(xué)重點(diǎn)科學(xué)探究的猜想與假設(shè)，理論探究的過程教學(xué)難點(diǎn)理論探究的方法，從分子動(dòng)理論的角度解釋有關(guān)飽和汽問題教 具長頸燒瓶、熱水、抽氣機(jī)、干濕泡濕度計(jì)教學(xué)流程圖例師生共同活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)教師活動(dòng)教學(xué)過程教學(xué)進(jìn)程教學(xué)過程與師生互動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)思想汽化現(xiàn)象師：前兩天接連下雨，人的心情很糟糕，今天終于放晴了，

4、心情也舒暢了，誰知道今天的天氣怎樣？生：多云，最高溫度27左右?guī)煟禾鞖忸A(yù)報(bào)除了會(huì)預(yù)報(bào)氣溫之外，有的還會(huì)預(yù)報(bào)哪些天氣指標(biāo)？生：紫外線指數(shù)，空氣濕度等師：這些指標(biāo)都會(huì)對我們?nèi)梭w產(chǎn)生相應(yīng)的影響，與我們的生活是密切相關(guān)的比如：冬天，我們都會(huì)擦護(hù)手霜來防止手開裂，夏天手不會(huì)開裂，那為什么冬天我們的手容易開裂呢？生：天氣干燥師：天氣的干燥與潮濕跟空氣中所含水蒸氣的多少有關(guān)，在物理學(xué)上我們用空氣的濕度來反映天氣的干燥與潮濕程度，在學(xué)完這一節(jié)之后，我們將對空氣的濕度有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)既然天氣的干燥與潮濕跟空氣中所含水蒸氣的多少有關(guān)，那么空氣中的水蒸氣是從哪里來的呢？生：蒸發(fā)來的師：蒸發(fā)現(xiàn)象是我們學(xué)過的物態(tài)變化中

5、的哪一類呢？生：汽化師：下面我們來回顧一下初中學(xué)過的有關(guān)汽化方面的知識(shí)（教師在課件上顯示如下問題：1、什么樣的過程是汽化？ 2、汽化的兩種方式 ）（教師板書： 一、汽化：蒸發(fā)與沸騰）師：請大家對照表格回想一下蒸發(fā)與沸騰這兩個(gè)汽化過程有哪些相同點(diǎn)？又有哪些不同點(diǎn)呢？（教師在課件上顯示如下表格：）學(xué)生對照表格逐一回答（教師在課件上顯示答案：）（學(xué)生在回答上述問題時(shí)，教師穿插著再引導(dǎo)學(xué)生回答下列問題）師：誰來描述一下水沸騰時(shí)你看到的現(xiàn)象？生：水沸騰時(shí)，在水的表面和內(nèi)部都發(fā)生著汽化現(xiàn)象，并且看到水中有大量的氣泡從水的內(nèi)部升到水面，最終破裂 師：液體沸騰現(xiàn)象的發(fā)生需要達(dá)到沸點(diǎn)，液體的沸點(diǎn)會(huì)變化嗎？生：會(huì)

6、的會(huì)隨著液體上方的氣壓變化而變化師：我手邊有一個(gè)燒瓶，向里面倒入適量的熱水，待水面平靜后，你看到水沸騰了嗎？生：沒有師：你的依據(jù)是什么？生：沒有看到氣泡產(chǎn)生師：我這邊還有一個(gè)裝置，當(dāng)我把它接通電源，將其靠近一張紙片，請注意觀察現(xiàn)象（教師演示）學(xué)生觀察師：你們看到了什么現(xiàn)象？生：紙被吸上來了師：這個(gè)現(xiàn)象說明了這個(gè)裝置有怎樣的功能？生：能吸氣師：現(xiàn)在將這個(gè)裝置通過細(xì)管連接到燒瓶，并且將燒瓶的塞子塞緊，接通電源，請大家注意水中發(fā)生的現(xiàn)象 （教師演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生注意觀察長頸燒瓶中的熱水）師：你們看到什么現(xiàn)象？生：水沸騰了師：你看到我給水加熱了嗎？生：沒有師：水怎么會(huì)沸騰呢？這個(gè)現(xiàn)象說明了什么呢？生：這說

7、明了水的沸點(diǎn)跟水面上方的氣壓有關(guān)當(dāng)水面上方的氣壓減小時(shí)，水的沸點(diǎn)降低，這時(shí)水的實(shí)際溫度高于沸點(diǎn)，于是水便重新沸騰了師：很好，請大家看教材42頁圖9.3-1，根據(jù)這張圖我們可以很清楚的看出水的沸點(diǎn)與水面上方氣壓的關(guān)系，即隨著水面上方氣壓的升高，水的沸點(diǎn)也逐漸升高，成非線性變化由身邊的現(xiàn)象引入課題，生動(dòng)、真實(shí)，引發(fā)學(xué)生對生活的關(guān)注，體會(huì)物理與生活的緊密聯(lián)系溫故知新，復(fù)習(xí)的同時(shí)為后面對宏觀現(xiàn)象的微觀解釋做鋪墊觀察與思考能力的培養(yǎng)為后面從飽和汽壓的角度解釋埋下伏筆敞開容器中水的蒸發(fā)現(xiàn)象微觀解釋所有這一切都是我們從宏觀角度認(rèn)識(shí)的蒸發(fā)和沸騰現(xiàn)象，那它們發(fā)生的微觀本質(zhì)又是怎樣的呢？下面我們就以蒸發(fā)為例來探尋

8、其中的奧秘承上啟下師：一個(gè)敞開的容器中盛有適量的水，水是會(huì)發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象的，而蒸發(fā)是水從液態(tài)變成氣態(tài)的過程，你從微觀角度如何解釋這一過程是怎么發(fā)生的呢？生：液體表面的分子克服內(nèi)部分子的束縛沖入空氣，成為氣體分子師：是不是液體表面所有的分子都沖出來了？生：不是的只有那些分子動(dòng)能較大的液體分子才能沖出師：隨著氣體分子數(shù)的增多，液體中所有分子的平均動(dòng)能會(huì)變嗎？生：會(huì)的，會(huì)變小師：隨著液體中所有分子的平均動(dòng)能減小，從宏觀上看蒸發(fā)的液體溫度會(huì)怎么變？生：液體溫度降低師：如果用n出代表單位時(shí)間內(nèi)從液體中沖出的分子數(shù)，請比較初溫分別是20和70的水開始蒸發(fā)時(shí)n出的大小生：70的大因?yàn)槌鯗馗叩?，液體表面動(dòng)能大的

9、分子數(shù)就較多，沖出的分子數(shù)也就多，所以n出就大用問題引領(lǐng)教學(xué)過程由此可以看出n出的大小由液體的溫度T決定（教師板書：）及時(shí)小結(jié)師：蒸發(fā)現(xiàn)象開始階段，有少量的氣體分子進(jìn)入空氣，這時(shí)會(huì)不會(huì)有一些氣體分子又進(jìn)入液體表面呢？生：有比如由于它靠液面比較近，受液體內(nèi)分子的吸引而進(jìn)入液體，甚至是被其他氣體分子撞進(jìn)去的師：隨著時(shí)間的推移，上面的氣體分子數(shù)越來越多，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入液體的分子數(shù)是多了還是少了？生：多了師：如果用n入代表單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入液體中的分子數(shù)，你覺得這個(gè)值的大小主要跟什么有關(guān)？生：氣體分子數(shù)密度隨著氣體分子數(shù)密度的變大而變大層層設(shè)問，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律（教師板書：）小結(jié)師：如果蒸發(fā)進(jìn)行到某個(gè)狀態(tài)

10、時(shí)，我用手給水面上方扇扇小風(fēng)，假設(shè)將氣體分子全部趕走，這時(shí)宏觀表現(xiàn)的蒸發(fā)現(xiàn)象是變快了，還是變慢了？生：變快了因?yàn)楹暧^上的蒸發(fā)現(xiàn)象更關(guān)注的是液態(tài)變成氣態(tài)，即單位時(shí)間內(nèi)變成氣體分子的凈個(gè)數(shù)，即n凈=n出n入，當(dāng)在某個(gè)狀態(tài)趕走所有氣體分子時(shí)，n凈增大，宏觀表現(xiàn)為蒸發(fā)加快自主探究飽和汽與飽和汽壓概念的建立師：如果在容器上方加個(gè)蓋子，水的蒸發(fā)又會(huì)呈現(xiàn)怎樣的特點(diǎn)呢？生：開始時(shí)n入 n出，隨著氣體分子數(shù)的增加，氣體分子數(shù)密度也變大了，最終n入= n出師：這個(gè)時(shí)候單位時(shí)間內(nèi)沖出到空氣中的分子數(shù)與從空氣中進(jìn)入到液體中的分子數(shù)相等，這就很像中午12點(diǎn)到必勝客吃飯，外面排了很長的隊(duì)，當(dāng)從里面出來一桌人時(shí)才會(huì)再放進(jìn)去

11、一桌人，這樣做的原因是因?yàn)榈陜?nèi)只能容納下一定數(shù)量的人，即人數(shù)達(dá)到了飽和同樣的，這時(shí)上方的氣體也達(dá)到了飽和狀態(tài)，我們把這樣的氣體稱為飽和汽，沒有飽和的氣體稱為未飽和汽（教師板書： 二、飽和汽與飽和汽壓1、未飽和汽飽和汽）師：根據(jù)剛才的分析，隨著氣體的狀態(tài)越來越接近飽和狀態(tài)，宏觀表現(xiàn)出的蒸發(fā)速度是如何變化的？生：越來越慢師：到了飽和狀態(tài)時(shí)，n入= n出，我們說這時(shí)達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，從宏觀角度看，蒸發(fā)停止了由舊知獲取新知，教師引導(dǎo)學(xué)生自主分析猜想與假設(shè)影響飽和汽壓的因素，并進(jìn)行理論探究師：結(jié)合前面的學(xué)習(xí)請大家從微觀的角度思考一下影響飽和汽壓的因素會(huì)是哪些呢？（教師板書： 2、影響飽和汽壓的因素）生：1

12、、氣體分子的平均動(dòng)能 2、氣體分子數(shù)密度師：與之相對應(yīng)的宏觀量分別又是什么？生：溫度、體積師：下面我們就從微觀的角度來看看這兩個(gè)宏觀量對飽和汽壓有什么樣的影響由于可能影響的因素是兩個(gè)，要研究這兩個(gè)因素分別對飽和汽壓的影響作用時(shí)，我們要采用怎樣的研究方法？生：控制變量法師：當(dāng)氣體達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，保持氣體體積不變，升高液體溫度，這時(shí)n出怎么變？生：變大了師：原來的平衡還能維持下去？生：破壞了平衡師：隨著氣體分子數(shù)的增加，氣體分子數(shù)密度如何變化？生：變大師：這會(huì)導(dǎo)致n入怎么變？生：也變大師：最終的結(jié)果會(huì)是怎樣？生：恢復(fù)平衡師：這時(shí)氣體達(dá)到了新的飽和狀態(tài)，氣體的分子平均動(dòng)能與初始狀態(tài)比變得怎樣了？生：

13、因?yàn)闇囟壬吡?，所以氣體的分子平均動(dòng)能變大了師：氣體的分子數(shù)密度呢？生：也變大了師：這時(shí)氣體的飽和汽壓與剛才相比如何變化？生：變大了理論探究的引導(dǎo)（教師板書：（1）小結(jié)師：當(dāng)氣體達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，保持液體溫度不變，增大氣體體積，這時(shí)n出和n入的變化情況怎樣？生：n出不變，n入這時(shí)變小，平衡被破壞師：這勢必導(dǎo)致氣體分子數(shù)會(huì)逐漸增加，增加的最終結(jié)果會(huì)是怎樣的？生：n入逐漸變大，最終恢復(fù)平衡師：這時(shí)氣體達(dá)到了新的飽和狀態(tài)，氣體的分子平均動(dòng)能與初始狀態(tài)比變得怎樣了？生：不變，是一定值師：氣體的分子數(shù)密度呢？生：不變因?yàn)闇囟纫欢?，這就決定了n出一定，考慮到最終達(dá)到新的平衡時(shí)n入=n出，所以n入和初始飽和狀

14、態(tài)時(shí)的相等，這也就反映出氣體的分子數(shù)密度也和初始的飽和汽狀態(tài)的氣體分子數(shù)密度相同，即溫度一定時(shí)，氣體分子的平均動(dòng)能一定，氣體的分子數(shù)密度也一定師：這時(shí)氣體的飽和汽壓與剛才相比如何變化？生：不變學(xué)生自主理論探究（教師板書：）小結(jié)由此可知：飽和汽壓與飽和汽體積無關(guān)，只與溫度有關(guān)，隨溫度的升高而變大總結(jié)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)剛才我們是從微觀理論的角度進(jìn)行了分析，推理的正確與否需要實(shí)驗(yàn)來說明，考慮到水銀有毒，所以我們把前人研究的實(shí)驗(yàn)?zāi)脕碜鳛闄z驗(yàn)邏輯推理正確與否的依據(jù)（教師板書：（2）實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)），學(xué)生結(jié)合課件中展示的前人所做實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析加深學(xué)生對“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的認(rèn)識(shí)探究水沸騰時(shí)沸點(diǎn)隨水面上方氣壓變化

15、的原因師：現(xiàn)在我們知道了飽和汽壓只與溫度有關(guān)，是線性關(guān)系嗎？請大家看教材43頁圖9.3-3，從圖中我們可以看出水的飽和汽壓隨溫度的升高而變大，是一種非線性的單調(diào)關(guān)系請大家找出圖中溫度為100時(shí)水的飽和汽壓生：105Pa師：我們再對照著教材42頁圖9.3-1找出水沸騰時(shí)當(dāng)沸點(diǎn)為100時(shí)水面上方的氣壓生：也是105Pa師：它們之間有聯(lián)系嗎？大家還記得水沸騰時(shí)的現(xiàn)象嗎？生：大量的氣泡從水中出來到達(dá)水面破裂師：其實(shí)氣泡中的水蒸氣已經(jīng)飽和了，從這兩幅圖來看，反映出要想使氣泡在水面破裂必須使氣泡內(nèi)水蒸汽的飽和汽壓等于水面上方的外界氣壓，因此我們可以得出水發(fā)生沸騰時(shí)的壓強(qiáng)條件是水的飽和汽壓等于水面上方的氣壓

16、知識(shí)的延伸與拓展由此我們也不難看出如果外界氣壓升高，則水要發(fā)生沸騰必須提高水的飽和汽壓，要提高水的飽和汽壓就必須提高水的溫度，因此這就不難解釋為什么水面上方的氣壓升高，水發(fā)生沸騰的溫度（沸點(diǎn)）會(huì)升高了與前面水的沸點(diǎn)實(shí)驗(yàn)呼應(yīng)當(dāng)然飽和汽壓還跟液體種類有關(guān)，例如20時(shí)，乙醚的飽和汽壓為5.87104Pa，水為2.34104Pa，水銀為1.6010-1Pa，所以水銀氣壓計(jì)中水銀柱上方的空間可以看成是真空（教師板書： 溫度、液體種類）在這里需要說明的是在實(shí)際問題中，水面上方不只有水分子，還有空氣中其他各種氣體的分子，這里說的飽和汽壓指的只是空氣中水蒸氣的分氣壓空氣的濕度師：前面我們提到空氣中水蒸氣的含量

17、會(huì)影響到空氣濕度，那空氣濕度如何表示呢？在我們物理學(xué)上用空氣中所含水蒸氣的壓強(qiáng)來表示空氣的絕對濕度（教師板書： 三、空氣的濕度 1、絕對濕度）師：白天的溫度是20，水蒸氣的壓強(qiáng)為1.1103 Pa；夜間的溫度是10 ，水蒸氣的壓強(qiáng)為1.1103 Pa按照定義這兩種情況下空氣的絕對濕度是一樣的，在你的印象當(dāng)中，你覺得白天和夜間哪個(gè)更顯得潮濕些？生：夜間師：說明絕對濕度與我們?nèi)梭w對周圍環(huán)境的感受并不相符，為了尋求一致，這就需要引入一個(gè)新的物理量來表示空氣的濕度按照我們平常的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)你體內(nèi)的水分蒸發(fā)很快時(shí)，你感覺周圍環(huán)境是干燥的，還是潮濕的？生：干燥師：剛才我們對密閉容器內(nèi)的水蒸發(fā)現(xiàn)象進(jìn)行了分析，我

18、們知道當(dāng)氣體狀態(tài)越遠(yuǎn)離飽和狀態(tài)則蒸發(fā)越快，氣體壓強(qiáng)也越小如果只告訴你某時(shí)周圍空氣中的水蒸氣壓強(qiáng)是多少的話，你能判斷出此時(shí)你體內(nèi)水分的蒸發(fā)是快還是慢呢？生：不知道師：你還需要知道什么條件才能判斷？生：在該時(shí)刻的水的飽和汽壓師：假設(shè)白天20水蒸氣的飽和汽壓是2.3103Pa，夜晚10 水蒸氣的飽和汽壓是1.2103Pa，這時(shí)你判斷的結(jié)果是什么？生：白天干燥，夜晚潮濕師：因此影響人們對干爽與潮濕感受的主要因素不在于空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)，而在于這一壓強(qiáng)與同溫時(shí)水的飽和汽壓的差距來反映的，于是人們定義了一個(gè)新的物理量相對濕度，即，相對濕度越大，人感覺越潮濕（教師板書： 2、相對濕度）師：前面我們提到過氣體

19、的壓強(qiáng)跟氣體分子的平均動(dòng)能和氣體分子數(shù)密度有關(guān)，在同溫下，氣體分子的平均動(dòng)能相同，這時(shí)相對濕度的表達(dá)式又可以理解為實(shí)際的水蒸氣分子數(shù)密度與同溫下水的飽和汽分子數(shù)密度的比值（教師在課件上呈現(xiàn)下列問題，要求學(xué)生結(jié)合這節(jié)課所學(xué)知識(shí)回答：問題： 1、夏天快要下雷陣雨前，我們總是感到身上粘粘的，這是什么原因造成的？ 2、連綿的陰雨天，洗了的衣服不容易干，為什么？）學(xué)生思考并回答問題由學(xué)生的切身感受引出新的問題，激發(fā)學(xué)生的注意讓學(xué)生運(yùn)用本節(jié)課所學(xué)的知識(shí)解釋身邊的現(xiàn)象，再次感受物理與生活的聯(lián)系濕度計(jì)師：剛才空氣的濕度都是通過人的主觀判斷得到的，人的判斷往往帶有主觀性，怎樣做到客觀呢？有沒有什么工具可以測量空氣濕度呢？這就是我下面要介紹給大家的測量空氣相對