2.3氣體的等壓變化和等容變化 教案

.3氣體的等壓變化和等容變化〖教材分析〗本課知識主要分為四部分，其中氣體的等壓、等容變化與前面學(xué)習(xí)的等溫變化，合為氣體的三變化。學(xué)生可能遇到的問題是氣體變化規(guī)律解決實(shí)際問題，產(chǎn)生這一問題的原因是不會判斷氣體變化是等溫、等容還是等壓變化。解決這一問題的方法就是多練，使學(xué)生掌握每一種變化情況。結(jié)合三個規(guī)律的局限性，建立了理想氣體模型，進(jìn)而從微觀上解釋了氣體實(shí)驗定律?！冀虒W(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念∶能建立等壓過程、等容過程的物理觀念，理解這兩個過程狀態(tài)參量的變化?？茖W(xué)思維∶知道理想氣體是一種理想化的物理模型，現(xiàn)實(shí)中并不存在，具有建構(gòu)“理想化的物理模型”的意識?？茖W(xué)探究：具有與他人交流成果，討論問題的意識?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任∶理解物理概念的建立的過程和規(guī)律；感悟自然界的統(tǒng)一、和諧美；認(rèn)識到氣體實(shí)驗的規(guī)律可以從微觀解釋，也可以從宏觀來感受?！冀虒W(xué)重難點(diǎn)〗教學(xué)重點(diǎn)：蓋—呂薩克和查理定律的理解和計算。教學(xué)難點(diǎn)：蓋—呂薩克和查理定律的理解和計算，以及圖像問題?！冀虒W(xué)準(zhǔn)備〗多媒體課件等?！冀虒W(xué)過程〗一、新課引入燒瓶上通過橡膠塞連接一根玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱。用手捂住燒瓶，會觀察到水柱緩慢向外移動，這說明了什么?實(shí)驗表明：溫度升高時，為了保持氣體的壓強(qiáng)不變的情況下，氣體的體積要隨溫度的升高而增大。二、新課教學(xué)（一）氣體的等壓變化1.等壓變化的概念溫度，壓強(qiáng)和體積是氣體的三個狀態(tài)參量，對于一定質(zhì)量的某種氣體，讓溫度不變，研究壓強(qiáng)與體積的變化關(guān)系，就是之前學(xué)習(xí)的等溫變化，那如果換成壓強(qiáng)不變，研究體積隨溫度的變化，那就是等壓變化。即一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變時，體積隨溫度變化的過程叫作氣體的等壓變化。實(shí)驗表面，在V—T圖像中，等壓線是一條過原點(diǎn)的直線。對于一定質(zhì)量的氣體，溫度不變時，壓強(qiáng)越大，體積就越小。2.蓋—呂薩克定律法國科學(xué)家蓋—呂薩克通過研究發(fā)現(xiàn)這一線性關(guān)系。得出結(jié)論：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，其體積與熱力學(xué)溫度成正比。V=CT或注意①公式的T是熱力學(xué)溫度。②適用條件：壓強(qiáng)不太大，溫度不太低；氣體的質(zhì)量和壓強(qiáng)都不變。③V1T1和V2T2分別表示一定質(zhì)量的氣體在等壓變化時，兩個不同狀態(tài)下的體積和熱力學(xué)溫度。課堂練習(xí)例1：一容器中裝有某種氣體，且容器上有一個小口與外界大氣相通，原來容器內(nèi)的溫度為27℃，若把它加熱到127℃，從容器中溢出的空氣質(zhì)量是原來質(zhì)量的多少倍呢？分析：圖中容器上有一個小口，與外界大氣相通，說明容器內(nèi)外壓強(qiáng)始終相同，可以看作是等壓變化。那咱根據(jù)這個公式，只要把V1T1和V2T2都搞清楚不就好了嗎。解：等壓變化過程初態(tài)：P1=P0V1=VT1=27+273=300K末態(tài)：P2=P0V2=？T2=127+273=400K根據(jù)：代入數(shù)據(jù)得：解得：這個體積怎么比容器還要大呢？別忘了這里有個小孔，氣體是一直在溢出的，所以你不能只考慮容器內(nèi)的氣體，咱可以假設(shè)在這里加了一層無形的膜。這部分就是溢出的氣體在容器內(nèi)的體積是立外面就還剩下1/3V。但你要當(dāng)心，最后求得是溢出的空氣質(zhì)量，這里溢出的氣體是1/3V，整個氣體體積是4/3V才對，所以溢出的部分只占總體及大1/4那質(zhì)量就也是1/4，這才是正確答案。（二）氣體的等容變化1.等容變化的概念一定質(zhì)量的某種氣體在體積不變時，壓強(qiáng)隨溫度變化的過程叫作氣體的等容變化。如圖氣體等容變化時壓強(qiáng)與溫度的關(guān)系圖像。法國科學(xué)家查理在分析了實(shí)驗事實(shí)后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一定質(zhì)量的氣體體積一定時，各種氣體的壓強(qiáng)與溫度之間都有線性關(guān)系，即壓強(qiáng)與溫度成正比。所以說，在P-T圖像中，一定質(zhì)量的某種氣體的等容線是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。2.查理定律一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)P與熱力學(xué)溫度T成正比。P=CT或注意①公式的T是熱力學(xué)溫度。②適用條件：壓強(qiáng)不太大，溫度不太低；氣體的質(zhì)量和體積都不變。③P1T1和P2T2分別表示一定質(zhì)量的氣體在等容變化時，兩個不同狀態(tài)下的壓強(qiáng)和熱力學(xué)溫度。課堂練習(xí)例2：某種氣體的壓強(qiáng)為2×105Pa，體積為1m3，溫度為200K。它經(jīng)過等溫過程后體積變?yōu)?m3。隨后又經(jīng)過等容過程，溫度變?yōu)?00K，求此時氣體的壓強(qiáng)？分析：分別按等溫變化和等容變化來求解。解：等溫變化過程初態(tài)：P1=2×105PaV1=1m3T1=200K末態(tài)：P2=?V2=2m3T2=200K根據(jù)：p1V1=p2V2代入數(shù)據(jù)得：2×105×1=P2×2解得：P2=105Pa等容變化過程初態(tài)：P2=105PaV2=2m3T2=200K末態(tài)：P3=？V3=2m3T3=300K根據(jù)∶代入數(shù)據(jù)得：解得：P3=1.5×105Pa思考：分別學(xué)習(xí)波意耳定律，查理定律和蓋—呂薩克定律分別都有等溫、等容和等壓變化，不知你是否還記得，三條定律都只在壓強(qiáng)不太大，溫度不太低時成立。但是當(dāng)壓強(qiáng)很大，或者溫度很低時，結(jié)果會怎樣呢？舉例子說明初態(tài)：P1=P0V1=1m3T1=273K令溫度不變，壓強(qiáng)增大末態(tài)：P2=500P0V2=？T2=273K根據(jù)：p1V1=p2V2代入數(shù)據(jù)得：但實(shí)際測量的結(jié)果并非如此，而是1.36/500m3。與實(shí)際有偏離，另外兩個定律也存在這樣的問題。疑惑：壓強(qiáng)很大、溫度很低，結(jié)果會偏離的問題，這不就給科學(xué)研究帶來了麻煩嗎？（三）理想氣體建立理想化模型：可以假設(shè)存在這樣一種氣體。在任何溫度，任何壓強(qiáng)下都遵從氣體實(shí)驗定律，就叫他理想氣體。從微觀角度來看看理想氣體，氣體分子被看成一個個質(zhì)點(diǎn)，忽略了分子的體積，也忽略他們之間的吸引和排斥，相當(dāng)于忽略了分子勢能。所以①理想氣體的內(nèi)能=分子動能之和（只與溫度有關(guān)）。②它是一種理想模型和實(shí)際氣體近似。③實(shí)際氣體壓強(qiáng)不太大，溫度不太低，就可以看做理想氣體。拓展學(xué)習(xí)理想氣體的狀態(tài)方程：描述一定質(zhì)量的某種理想氣，體狀態(tài)的參量有三個，即壓強(qiáng)p、體積V和溫度T。課本例題的解法：初態(tài)：P1=2×105PaV1=1m3T2=200K末態(tài)：P2=？V2=2m3T3=300K根據(jù)：解得：P2=1.5×105Pa結(jié)果也是一樣的，而且更快，省去了很多中間環(huán)節(jié)。（五）氣體實(shí)驗定律的微觀解釋①波意耳定律：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)P與體積V成反比溫度不變→不變那么V↓→分子密集程度↑→P↑。②蓋—呂薩克定律：一定質(zhì)量的某種氣體,在壓強(qiáng)不變的情況下,其體積V與熱力學(xué)溫度T成正比。T↑→↑→P↑。為了抑制壓強(qiáng)的增大，只能減少分子密集程度→V↑③查理定律：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)P與熱力學(xué)溫度T成正比。體積不變→分子密集程度不變。T↑→↑→P↑。從微觀角度解釋了這三個氣體定律，它給了咱新的分析問題的視角，你理解就行，不要死記硬背?？茖W(xué)方法：理想模型課堂練習(xí)例3：如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A，沿平行于縱軸的直線變化到狀態(tài)B，則它的狀態(tài)變化過程是（）氣體溫度不變氣體的內(nèi)能增加氣體分子的平均速率減小氣體分子在單位時間與器壁單位面積碰撞的次數(shù)不變解析：這是一個壓強(qiáng)體積圖，那平行于縱軸的直線，就意味著體積不變。從A到B壓強(qiáng)增大，所以這也是一個等容升壓的過程。根據(jù)查理定律，此時壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比，所以壓強(qiáng)增大，溫度應(yīng)該升高啦。哪A選項說的氣體的溫度不變就是錯誤的?？碆選項，氣體的內(nèi)能增加，因為理想氣體的內(nèi)能等于分子動能，溫度升高，氣體分子的平均速率增大，所以平均動能增大，內(nèi)能當(dāng)然也增大，所以B是正確，C選項錯的。最后看D選項，氣體分子在單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的次數(shù)不變，剛才說了氣體分子的平均速率增大，在分子密集程度不變的情況下，單位時間內(nèi)與器壁的碰撞次數(shù)肯定增大，那這樣的話地也是錯的。綜上所述，正確答案選B。例4：盛有氧氣的鋼瓶，在17℃的室內(nèi)測得氧氣的壓強(qiáng)是9.31×106Pa。當(dāng)鋼瓶到-13℃的工地上時，瓶內(nèi)氧氣的壓強(qiáng)變?yōu)?.15×106Pa。鋼瓶是不是漏氣?為什么？解：以鋼瓶內(nèi)氣體為研究對象，等容變化過程。初態(tài)：P1=9.31×106PaV1=VT1=17+273.15=290.15K末態(tài)：P2=？V2=VT2=-13+273.15=260.15K根據(jù)：代入數(shù)據(jù)得：解得：P2=8.35×106Pa比測量值大，說明漏氣了。〖板書設(shè)計〗2.3氣體的等壓變化和等容變化一、氣體的等壓變化蓋—呂薩克定律∶一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，其體積V與熱力學(xué)溫度T成正比。二、氣體的等容變化查理定律∶一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)P與熱力學(xué)溫度T成正比。三、理想氣體：在任何溫度，任何壓強(qiáng)下都遵從氣體實(shí)驗定律。①理想氣體的內(nèi)能=分子動能之和（只與溫度有關(guān)）②它是一種理想模型和實(shí)際氣體近似③實(shí)際氣體壓強(qiáng)不太大，溫度不太低，就可以看做理想氣體