教學(xué)：高中物理人教版選修3-3教案-《內(nèi)能》

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 內(nèi)能目標(biāo)導(dǎo)航(1)知道分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能跟溫度有關(guān)，知道溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志。(2)知道什么是分子的勢(shì)能；知道改變分子間的距離，分子勢(shì)能就發(fā)生變化；知道分子勢(shì)能跟物體體積有關(guān)。(3)知道什么是內(nèi)能，知道物體的內(nèi)能跟溫度和體積有關(guān)。(4)能夠區(qū)別內(nèi)能和機(jī)械能。誘思導(dǎo)學(xué)分子動(dòng)能（）分子平均動(dòng)能做熱運(yùn)動(dòng)的分子，都具有動(dòng)能，這就是分子動(dòng)能。由于分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)則性，若想研究單個(gè)分子的動(dòng)能是非常困難、也是沒有必要的。熱現(xiàn)象研究的是大量分子運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)，所以，重要的不是系統(tǒng)中某個(gè)分子的動(dòng)能大小，而是所有分子的動(dòng)能的平均值，即分子平均動(dòng)能。（）溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能

2、的標(biāo)志。說明：溫度是大量分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)，含有統(tǒng)計(jì)的意義，對(duì)于個(gè)別分子，溫度是沒有意義的。分子平均動(dòng)能的大小由溫度高低決定：溫度升高，分子的平均動(dòng)能增大；溫度降低，分子的平均動(dòng)能減??；溫度不變，分子的平均動(dòng)能不變。溫度升高，分子的平均動(dòng)能增大，但不是每一個(gè)分子的動(dòng)能都增大，可能有個(gè)別的分子動(dòng)能反而減小。分子的平均動(dòng)能大小只由溫度決定，與物質(zhì)的種類無(wú)關(guān)。也就是說，只要處于同一溫度下，任何物質(zhì)分子做熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能都相同。由于不同物質(zhì)分子的質(zhì)量不盡相同，因此，在同一溫度下，不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)的平均速率大小也不相同。 分子勢(shì)能（）分子勢(shì)能由于分子間存在著相互作用力，所以分子間也有相互作用的勢(shì)

3、能。這就是分子勢(shì)能。分子勢(shì)能的大小有分子間的相互位置決定。分子勢(shì)能的變化非常類似于長(zhǎng)度變化的彈簧中的彈性勢(shì)能的變化。（）影響分子勢(shì)能大小的因素分子勢(shì)能的大小與分子間的距離有關(guān)，即與物體的體積有關(guān)。分子勢(shì)能的變化與分子間的距離發(fā)生變化時(shí)分子力做正功還是負(fù)功有關(guān)。具體情況如下：當(dāng)分子間的距離時(shí)（此時(shí)類似于被拉伸的彈簧），分子間的作用力表現(xiàn)為引力，分子間的距離增大時(shí)，分子力做負(fù)功，因此分子勢(shì)能隨分子間距離的增大而增大。當(dāng)分子間的距離時(shí)（此時(shí)類似于被壓縮的彈簧），分子間的作用力表現(xiàn)為斥力，分子間的距離減小時(shí)，分子力做負(fù)功，因此分子勢(shì)能隨分子間距離的減小而增大。當(dāng)時(shí)（此時(shí)相當(dāng)于彈簧處于自由伸長(zhǎng)狀態(tài)），分

4、子勢(shì)能最小。（）分子勢(shì)能變化曲線如下圖751所示。751說明：由于物體分子距離變化的宏觀表現(xiàn)為物體的體積變化，所以微觀的分子勢(shì)能變化對(duì)應(yīng)于宏觀的物體體積變化。但是，同樣是物體體積增大（或減?。袝r(shí)體現(xiàn)為分子勢(shì)能增大（或減?。?在范圍內(nèi))；有時(shí)體現(xiàn)為分子勢(shì)能減小（或增大）(在范圍內(nèi))。分子勢(shì)能與物體體積有關(guān)，但不能簡(jiǎn)單理解成物體體積越大，分子勢(shì)能就越大；體積越小，分子勢(shì)能就越小。如0的水變成0的冰后，體積變大，但分子勢(shì)能減少。所以一般來說，物體體積變化了，其對(duì)應(yīng)的分子勢(shì)能也將發(fā)生變化。具體怎么變化，關(guān)鍵要看在變化過程中分子力做正功還是負(fù)功。分子勢(shì)能最小并不一定是分子勢(shì)能為零。內(nèi)能物體中所有分子

5、的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和叫做物體的內(nèi)能。（）任何物體都具有內(nèi)能（）)內(nèi)能的決定因素物體的內(nèi)能跟物體的溫度和體積有關(guān)。溫度發(fā)生變化，分子的平均動(dòng)能發(fā)生變化；物體的體積發(fā)生變化，分子勢(shì)能發(fā)生變化。還要注意，物體的內(nèi)能還與物體所含的分子數(shù)有關(guān)，因?yàn)閮?nèi)能是物體內(nèi)所有分子的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和。（）內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別內(nèi)能與機(jī)械能是兩個(gè)不同的物理概念。內(nèi)能是由物體內(nèi)大量分子的熱運(yùn)動(dòng)和分子間的相對(duì)位置所決定的能；機(jī)械能是物體整體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)或物體形變所產(chǎn)生的能，它對(duì)物體的內(nèi)能沒有貢獻(xiàn)。在熱現(xiàn)象的研究中，一般不考慮物體的機(jī)械能。典例探究例有甲、乙兩個(gè)分子，甲分子固定不動(dòng)，乙分子由無(wú)窮遠(yuǎn)處逐漸向甲靠近，直到不

6、再靠近為止，在這整個(gè)過程中，分子勢(shì)能的變化情況是( )A不斷增大B不斷減小C先增大后減小D先減小后增大解析：分子力做功與分子勢(shì)能變化的關(guān)系和彈簧非常相似，即分子力做正功分子勢(shì)能減小，分子力做負(fù)功分子勢(shì)能增加。當(dāng)乙分子由無(wú)窮遠(yuǎn)處向r0移動(dòng)時(shí)，分子力做正功，分子勢(shì)能減小；當(dāng)乙分子由r0向甲分子繼續(xù)靠近時(shí)，要克服分子斥力做功，分子勢(shì)能增大。所以移動(dòng)的整個(gè)過程，分子勢(shì)能是先減小、后增大。也可知當(dāng)分子間的距離為r0時(shí)，分子勢(shì)能最小。本題的正確選項(xiàng)為D。友情提示：有關(guān)分子勢(shì)能隨分子間距離變化來判定分子勢(shì)能變化的問題，首先要明確是在rr0范圍內(nèi)，還是在rr0范圍內(nèi)變化的。例下列說法正確的是( )A分子的動(dòng)能

7、與分子的勢(shì)能的和叫做這個(gè)分子的內(nèi)能B物體內(nèi)分子勢(shì)能由物體的溫度和體積決定C物體的速度增大時(shí)，物體的內(nèi)能增大D物體的動(dòng)能減小時(shí)，物體的溫度可能增加分析：內(nèi)能是指物體的，一個(gè)分子無(wú)內(nèi)能可言，選項(xiàng)A是錯(cuò)誤的；物體的分子勢(shì)能由分子間距離決定，宏觀上反映為由物體的體積決定，所以選項(xiàng)B也是錯(cuò)誤的；物體的內(nèi)能與物體做宏觀的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度無(wú)關(guān)，故選項(xiàng)C也是錯(cuò)誤的；物體的溫度由分子的平均動(dòng)能決定，與物體宏觀運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能無(wú)關(guān)，因此選項(xiàng)D是正確的。答案：D。友情提示：分子動(dòng)能、勢(shì)能、內(nèi)能的變化特點(diǎn)及影響因素要非常熟練。例1 g 100 的水與1 g 100 的水蒸氣相比較，下述說法中正確的是( )A分子的平均動(dòng)能與分

8、子的總動(dòng)能都相同B分子的平均動(dòng)能相同，分子的總動(dòng)能不同 C內(nèi)能相同D1 g 100 的水的內(nèi)能小于1 g 100 的水蒸氣的內(nèi)能解析：溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，因而在相同的溫度下，分子的平均動(dòng)能相同，又1 g水與1 g水蒸氣的分子數(shù)相同，因而分子總動(dòng)能相同，選項(xiàng)A正確。當(dāng)從100 的水變成100 的水蒸氣的過程中，分子距離變大，分子要克服分子引力做功，因而分子勢(shì)能增加，所以100 的水的內(nèi)能小于100 水蒸氣的內(nèi)能，選項(xiàng)D正確。故本題答案為：A D。友情提示： 解決該題的關(guān)鍵是搞清物體的內(nèi)能與哪些因素有關(guān)(從宏觀、微觀兩個(gè)角度)。例氫氣和氧氣的質(zhì)量、溫度都相同，在不計(jì)分子勢(shì)能的情況下，下列說法

9、正確的是( )A氧氣的內(nèi)能較大B氫氣的內(nèi)能較大C兩者的內(nèi)能相等D氫氣分子的平均速率較大解析：氫氣與氧氣的溫度相同，分子的平均動(dòng)能相同，由于氧分子質(zhì)量比氫分子質(zhì)量大，所以氫分子的平均速率更大。又因?yàn)閮煞N氣體的總質(zhì)量相等，氫分子質(zhì)量比氧分子質(zhì)量小，所以氫分子數(shù)大于氧分子數(shù)，氫氣的分子動(dòng)能總和大于氧氣的分子動(dòng)能總和，由于氣體分子間距離比較大，不計(jì)分子勢(shì)能，所以氫氣的內(nèi)能更大。答案：BD。友情提示：本題在不考慮分子間勢(shì)能的條件下，物體的內(nèi)能等于所有的分子動(dòng)能之和，僅由溫度決定。課后問題與練習(xí)點(diǎn)擊解析：（）彈簧處于自然長(zhǎng)度時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)的彈性勢(shì)能最?。唬ǎ┤绻褟椈衫L(zhǎng)，放開時(shí)小球的運(yùn)動(dòng)使系統(tǒng)的勢(shì)能減??；

10、如果把彈簧壓縮，結(jié)論相同。如果系統(tǒng)不受外力，處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)勢(shì)能取最小值。正值，變??；負(fù)值，變小解析：如果以無(wú)窮遠(yuǎn)處的電勢(shì)能為，當(dāng)兩個(gè)同號(hào)電荷由無(wú)窮遠(yuǎn)處逐漸靠近的過程中，電荷要克服兩者間斥力做功，電勢(shì)能逐漸增大，因此，當(dāng)兩個(gè)同號(hào)電荷的距離為r時(shí)，電勢(shì)能是正值；由于同號(hào)電荷之間具有斥力，它們具有相互遠(yuǎn)離的趨勢(shì)，它們運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)將使系統(tǒng)的勢(shì)能變小。如果以無(wú)窮遠(yuǎn)處的電勢(shì)能為，當(dāng)兩個(gè)異號(hào)電荷由無(wú)窮遠(yuǎn)處逐漸靠近的過程中，兩電荷間引力要做功，電勢(shì)能逐漸變小，因此，當(dāng)兩個(gè)異號(hào)電荷的距離為r時(shí)，電勢(shì)能是負(fù)值；由于異號(hào)電荷之間具有引力，它們具有相互靠近的趨勢(shì)，它們運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)將使系統(tǒng)的勢(shì)能變小。這種說法是錯(cuò)誤的。解析

11、：在這段時(shí)間內(nèi)，飛機(jī)中乘客的勢(shì)能、動(dòng)能確實(shí)都增大了，但他的所有分子的動(dòng)能和勢(shì)能并沒有變化。這是因?yàn)?，首先人的體溫基本是恒定的，每個(gè)分子的動(dòng)能基本不變，并不因飛機(jī)高速航行而改變；其次，乘客的體積無(wú)論在地面上還是在飛機(jī)中也基本相同，他的分子間距離基本不變，分子勢(shì)能也不變?；A(chǔ)訓(xùn)練一、選擇題 1關(guān)于分子勢(shì)能，下列說法正確的是( )A分子間表現(xiàn)為引力時(shí)，分子間距離越小，分子勢(shì)能越大B分子間表現(xiàn)為斥力時(shí)，分子間距離越小，分子勢(shì)能越小C物體在熱脹冷縮時(shí)，分子勢(shì)能發(fā)生變化D物體在做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，分子勢(shì)能越來越小2關(guān)于物體內(nèi)能的下述說法中，正確的是( )A每一個(gè)分子的動(dòng)能與分子勢(shì)能的和叫物體的內(nèi)能B物體所有

12、分子的動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和叫物體的內(nèi)能C一個(gè)物體當(dāng)它的機(jī)械能發(fā)生變化時(shí)，其內(nèi)能也一定發(fā)生變化D一個(gè)物體的內(nèi)能，與它的機(jī)械能多少有關(guān)3一定質(zhì)量的0 的水在凝結(jié)成0 的冰的過程中，體積變大，它內(nèi)能的變化是( )A分子平均動(dòng)能增加，分子勢(shì)能減少B分子平均動(dòng)能減小，分子勢(shì)能增加C分子平均動(dòng)能不變，分子勢(shì)能增加D分子平均動(dòng)能不變，分子勢(shì)能減少4兩分子相距為r，當(dāng)r稍增大些( )A分子力一定減小，分子勢(shì)能一定增大B分子力一定增大，分子勢(shì)能一定減小C分子力可能增大也可能減小，分子勢(shì)能一定減小D因?yàn)椴恢纑大小，對(duì)分子力和分子勢(shì)能的變化都無(wú)法判定5對(duì)溫度的描述，正確的是( )A溫度的高低是由人的感覺決定的B物

13、體的內(nèi)能越大，則溫度越高C分子的平均速率大的物體的溫度比分子平均速率小的物體的溫度高D分子的平均動(dòng)能越大，物體的溫度越高6 以下說法正確的是( )A物體的機(jī)械能可以為零，而內(nèi)能不可能為零B溫度相同且質(zhì)量也相同的物體具有相同的內(nèi)能C溫度越高，物體的內(nèi)能越大D0的冰的內(nèi)能比等質(zhì)量的0的水的內(nèi)能大7關(guān)于溫度的概念，下述說法中正確的是( )A溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，物質(zhì)溫度高，則分子的平均動(dòng)能大B溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度升高，則物體內(nèi)每一個(gè)分子的動(dòng)能都增大C當(dāng)某物體內(nèi)能增大時(shí)，則該物體的溫度一定升高D甲物體的溫度比乙物體高，則甲物體分子平均速率比乙物體分子平均速率大8關(guān)于內(nèi)能和機(jī)械能的說法正確

14、的是( )A物體有內(nèi)能，必有機(jī)械能B物體的內(nèi)能為零時(shí)，機(jī)械能可以不為零C物體的機(jī)械能可以為零，內(nèi)能卻不能為零D光滑水平面上加速運(yùn)行的物體，由于速度增大，每個(gè)分子速度也增大了，所以分子的平均動(dòng)能增大，內(nèi)能和機(jī)械能都增大9溫度相同的氧氣和氫氣，它們的分子平均動(dòng)能之比為( )A11 B81 C18 D無(wú)法確定10由分子間作用力和分子間距離的關(guān)系可知( )A當(dāng)rr0時(shí)，r越小，則Ep越小B當(dāng)rr0時(shí)，r越小，則Ep越大C當(dāng)rr0時(shí)，Ep最小D當(dāng)r時(shí)，Ep最小11關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說法正確的是( )A相同質(zhì)量的兩種物體，升高相同的溫度，內(nèi)能增量一定相同B一定量0的水結(jié)成0的冰，內(nèi)能一定增大C一定量氣體

15、體積增大，但既不吸熱也不放熱，內(nèi)能一定減少D一定量氣體吸收熱量而保持體積不變，內(nèi)能一定減少12下列說法正確的是( )。A物體內(nèi)所有分子的動(dòng)能之和叫做這個(gè)物體的動(dòng)能B物體的分子勢(shì)能由物體的溫度和體積決定C自行車輪胎充氣后輪胎膨脹，主要原因是由于氣體分子間有斥力D物體的內(nèi)能和其機(jī)械能沒有必然聯(lián)系，但兩者可以相互轉(zhuǎn)化13關(guān)于溫度的概念下列說法正確的是( )A某物體的溫度為0，則其中每個(gè)分子的溫度都為0B溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率的標(biāo)志C溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志D溫度可從高溫物體傳遞到低溫物體，達(dá)到熱平衡時(shí)，兩物體溫度相等14下列關(guān)于溫度、熱量和內(nèi)能的說法正確的是( )A溫度是分子動(dòng)能的

16、標(biāo)志，動(dòng)能越大的分子其溫度也就越高B靜止的物體沒有內(nèi)能C溫度高的物體比溫度低的物體含有的熱量多D分子的勢(shì)能跟物體的體積有關(guān)15關(guān)于物體的內(nèi)能的下列敘述中，正確的是( )A物體運(yùn)動(dòng)速度越大，其內(nèi)能就越大B物體被舉得越高，其內(nèi)能就越大C物體的溫度越高，其內(nèi)能就越大D以上說法都不對(duì)16關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說法正確的是( )A一定質(zhì)量的氧氣（不計(jì)其分子間引力和斥力），其溫度不變時(shí)，它的內(nèi)能就不變B兩杯溫度相同的水，它們的內(nèi)能一定相等C0的物體內(nèi)能為零D物體的內(nèi)能是由它的溫度和體積決定的二、填空題17通常情況下的固體被壓縮時(shí)，其分子勢(shì)能將_；若膨脹時(shí)，其分子勢(shì)能又將_。18晶體在熔解過程中，溫度 ，分子

17、平均動(dòng)能 ，其內(nèi)能 。19兩個(gè)分子相距為r0時(shí)，分子勢(shì)能為零。當(dāng)分子距離由r0增大時(shí)，分子勢(shì)能 ；當(dāng)分子距離由r0減小時(shí)，分子勢(shì)能 。20三個(gè)瓶子分別盛有質(zhì)量相同的氫氣、氧氣和氮?dú)猓鼈兊臏囟认嗤?，則分子平均速率最大的是_；在不計(jì)分子勢(shì)能的情況下氣體內(nèi)能最大的是_。三、回答、計(jì)算題21在一列火車上放一杯水，火車靜止和勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，水的內(nèi)能是否變化?試簡(jiǎn)要說明理由。22某同學(xué)為測(cè)量地球表面植物吸收太陽(yáng)能的本領(lǐng)，做了如下實(shí)驗(yàn)：用一面積為0.1m2的面盆盛6kg的水，經(jīng)太陽(yáng)垂直照射15min，溫度升高5，若地表植物接收太陽(yáng)能的能力與水相等，試計(jì)算：(1)每平方米綠色植物每秒接收的太陽(yáng)能為多少焦耳?(2

18、)若綠色植物在光合作用下每吸收1kJ的太陽(yáng)能可以放出0.05L的氧氣，則每公頃綠地每秒可放出多少升的氧氣。(1公頃=104m2)多維鏈接1.內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別內(nèi)能和機(jī)械能是兩種不同形式的能量。內(nèi)能是由物體內(nèi)大量分子的熱運(yùn)動(dòng)和分子間的相對(duì)位置決定的能量，這與物體的溫度、體積等因素有關(guān)，而機(jī)械能是由物體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)和物體形變決定的能量，它是對(duì)宏觀物體整體來說的，物體具有內(nèi)能的同時(shí)又可以具有機(jī)械能。一個(gè)靜止在地面上的物體，如果以地面作為零電勢(shì)點(diǎn)，那么這個(gè)物體的機(jī)械能為零，但是這個(gè)物體里的分子卻始終處在永不停息的熱運(yùn)動(dòng)中，所以它的內(nèi)能絕不為零，內(nèi)能和機(jī)械能在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)化。2.一般氣體分子間距

19、約為10-9m，分子力可以忽略不計(jì).這樣，在改變氣體體積時(shí)分子勢(shì)能如何變化？這樣的氣體的內(nèi)能與哪些因素有關(guān)？提示：分子勢(shì)能將不改變（為零），這樣的氣體可視為理想氣體，其內(nèi)能只與溫度有關(guān)。3.課本P17頁(yè)思考與討論提示：兩分子靠近過程，先引力做正功，后斥力做負(fù)功，則分子勢(shì)能是先減小后增大.這樣在平衡位置時(shí)分子勢(shì)能最小，不為零是負(fù)值。 以下為贈(zèng)送文檔：氣體熱現(xiàn)象的微觀意義 一、教學(xué)目標(biāo)1在物理知識(shí)方面的要求：（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通過讓學(xué)生用氣體分子動(dòng)

20、理論解釋有關(guān)的宏觀物理現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的微觀想像能力和邏輯推理能力，并滲透“統(tǒng)計(jì)物理”的思維方法。3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)有豐富的想像力。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

21、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)，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

22、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）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)n越小。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)軟件在大屏幕上顯示出如圖1所示的圖形：

23、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(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)的合，（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23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35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

24、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1530秒定格一次，再動(dòng)態(tài)顯示1530秒，再定格。得出結(jié)論：由此可見氣體對(duì)容器壁的壓強(qiáng)是大量分子對(duì)器壁連續(xù)不斷地碰撞所產(chǎn)生的。進(jìn)一步分析：若每個(gè)分子的質(zhì)量為m，平均速率為v，分子與活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(dòng)量變化為2mv，即受的沖量為2mv，根據(jù)牛頓第三定律，該分子對(duì)活塞的沖量也是2mv，那么在一段時(shí)間內(nèi)大量分子與活塞碰

25、撞多少次，活塞受到的總沖量就是2mv的多少倍，單位時(shí)間內(nèi)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(qiáng)。由此可推出：氣體壓強(qiáng)一方面與每次碰撞的平均沖量2mv有關(guān)，另一方面與單位時(shí)間內(nèi)單位面積受到的碰撞次數(shù)有關(guān)。對(duì)確定的一定質(zhì)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(guān)，v越大則平均沖量就越大，而單位時(shí)間內(nèi)單位面積上碰撞的次數(shù)既與分子密度n有關(guān)，又與分子的平均速率有關(guān)，分子密度n越大，v也越大，則碰撞次數(shù)就越多，因此從氣體分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)看，氣體壓強(qiáng)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(qiáng)就越大。2用氣體分子動(dòng)理論解釋實(shí)驗(yàn)三定律（1）教師引導(dǎo)、

26、示范，以解釋玻意耳定律為例教會(huì)學(xué)生用氣體分子動(dòng)理論解釋實(shí)驗(yàn)定律的基本思維方法和簡(jiǎn)易符號(hào)表述形式。范例：用氣體分子動(dòng)理論解釋玻意耳定律。一定質(zhì)量（m）的理想氣體，其分子總數(shù)（N）是一個(gè)定值，當(dāng)溫度（T）保持不變時(shí)，則分子的平均速率（v）也保持不變，當(dāng)其體積（V）增大幾倍時(shí)，則單位體積內(nèi)的分子數(shù)（n）變?yōu)樵瓉淼膸追种唬虼藲怏w的壓強(qiáng)也減為原來的幾分之一；反之若體積減小為原來的幾分之一，則壓強(qiáng)增大幾倍，即壓強(qiáng)與體積成反比。這就是玻意耳定律。書面符號(hào)簡(jiǎn)易表述方式：小結(jié)：基本思維方法（詳細(xì)文字表述格式）是：依據(jù)描述氣體狀態(tài)的宏觀物理量（m、p、V、T）與表示氣體分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的微觀物理量（N、n、v）間的相關(guān)關(guān)系，從氣體實(shí)驗(yàn)定律成立的條件所述的宏觀物理量（如m一定和T不變）推出相關(guān)不變的微觀物理量（如N一定和v不變），再根據(jù)宏觀自變量（如V）的變化推出有關(guān)的微觀量（如n）的變化，再依據(jù)推出的有關(guān)微觀量（如v和n）的變與不變的情況推出宏觀因變量（如p）的變化情況，結(jié)論是否與實(shí)驗(yàn)定律的結(jié)論相吻合。若吻合則實(shí)驗(yàn)定律得到了微觀解釋。（2）讓學(xué)生體驗(yàn)上述思維方法：每個(gè)人都獨(dú)立地用書面詳細(xì)文字?jǐn)⑹龊陀梅?hào)簡(jiǎn)易表述的方法來對(duì)查理定律進(jìn)行微觀解釋，然后由平時(shí)物理成績(jī)較好的學(xué)生口述，與下面正確答案核對(duì)。書面或口頭敘述為：一定質(zhì)量（m）的氣體的總分子數(shù)（N）是一定的，體積