13氣體分子運動速率分布教學設(shè)計-高二下學期物理人教版選擇性

分子運動速率分布規(guī)律一、教學內(nèi)容分析《分子運動速率分布規(guī)律》是《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》選擇性必修三中，3.1“固體、液體和氣體”主題下3.1.2部分的內(nèi)容。內(nèi)容要求為：“了解分子運動速率分布的統(tǒng)計規(guī)律，知道分子運動速率分布圖像的物理意義?！碧岢龅南嚓P(guān)活動建議為：“通過調(diào)查，了解生活中表現(xiàn)統(tǒng)計規(guī)律的實例?！薄斗肿舆\動速率分布規(guī)律》是2019年人教版選擇性必修三第一章《分子動理論》的第三節(jié)，內(nèi)容包括氣體分子運動的特點、分子運動速率分布圖像、氣體壓強的微觀解釋三個部分。教材利用伽爾頓板實驗分布遵從一定規(guī)律入手，利用對事件出現(xiàn)情況的判斷，引出對統(tǒng)計規(guī)律這一概念的定義。再利用對分子模型的抽象、近似討論，總結(jié)出氣體分子運動的特點：氣體分子除了相互碰撞或跟器壁碰撞外不受力做勻速直線運動；在某一時刻向任意方向運動分子都有且數(shù)目幾乎相等。再給出分子運動不同速率分布情況的圖表，由此進行進一步分析討論。最終在上述基礎(chǔ)上，做出氣體壓強的微觀解釋，并使用一個演示實驗解釋單個分子撞擊間斷、但大量分子顯示均勻的現(xiàn)象。二、學情分析在生活經(jīng)驗與前概念上，分子動理論區(qū)別于之前的宏觀狀態(tài)下可直接觀察到的、與日常生活更加貼近的宏觀層面的研究，屬于較為脫離生活實際的微觀理論。對于學生而言，從生活經(jīng)驗中直接獲取認識的概率較低，難度較大。在原有知識、技能與能力發(fā)展水平上，學生在之前學習中，已經(jīng)了解分子動理論的相關(guān)內(nèi)容，具備對微觀分子運動的相關(guān)知識的分析、了解能力。在思維與能力上，學生已經(jīng)接觸完必修內(nèi)容與選擇性必修的大部分內(nèi)容，物理思維得到形成、物理能力得到提升，具備了對微觀狀態(tài)的構(gòu)建思維與感知能力，但是由于微觀世界本身的抽象性，仍對高中生的想象力提出考驗。三、教學目標結(jié)合物理學科核心素養(yǎng)目標，提出如下教學目標：在物理觀念上：1.結(jié)合隨機事件條件，初步知道什么是統(tǒng)計規(guī)律。2.知道氣體分子運動的特點：分子沿各個方向運動的機會均等，分子速率按一定規(guī)律分布。3.知道氣體分子運動速率分布圖像及其特征。4.知道氣體壓強的微觀解釋。在科學思維方面：1.了解分子運動速率分布的統(tǒng)計規(guī)律，知道分子運動速率分布圖像的物理意義。2.能用氣體分子動理論解釋氣體壓強與所對應(yīng)的微觀物理量間的聯(lián)系。在科學探究中：1.能在觀察伽爾頓板的實驗現(xiàn)象中提出物理問題，形成猜想與假設(shè)，并對實驗結(jié)果進行交流并做出解釋。2.能由氣體分子撞擊不連續(xù)與器壁受力均勻間的矛盾，利用豆粒進行模擬實驗，體驗設(shè)計實驗與制定方案的科學探究過程。在科學態(tài)度與責任里：1.能在實驗的基礎(chǔ)上，形成實事求是的實驗態(tài)度與嚴謹細致的科學態(tài)度。2.能由實驗中體會到物理的學科魅力。3.體會古人由生活現(xiàn)象總結(jié)出統(tǒng)計規(guī)律的毅力與才華，激發(fā)學生留心生活現(xiàn)象、探究物理知識的興趣。四、教學重難點教學重點：了解統(tǒng)計規(guī)律和分子運動速率分布的特點教學難點：氣體壓強的微觀解釋教學方法：演示法、講授法、探究法、討論法、多媒體輔助教學用具：伽爾頓板、豌豆、硬幣。五、教學流程環(huán)節(jié)一:引入新課利用復習前一節(jié)課的相關(guān)知識，并提出意料之外的問題，引出事件。環(huán)節(jié)二：概念感知根據(jù)事件，引出隨機事件、統(tǒng)計規(guī)律相關(guān)概念。環(huán)節(jié)三：認識特點認識氣體分子運動具備的相關(guān)特點環(huán)節(jié)四：分析圖象利用分子運動速率相關(guān)數(shù)據(jù)的表格與圖像，對其分析，了解微觀統(tǒng)計規(guī)律，圖像意義。環(huán)節(jié)五：微觀解釋結(jié)合分子動理論，對氣體壓強進行微觀解釋，并利用實驗體會微觀不連續(xù)、宏觀連續(xù)穩(wěn)定。環(huán)節(jié)六：總結(jié)歸納總結(jié)課上內(nèi)容，歸納相關(guān)知識，梳理學習脈絡(luò)。六、教學過程（見表格）七、板書設(shè)計八、教學反思1.強調(diào)與生活實際聯(lián)系，激發(fā)學生興趣通過演示實驗，展示生活中的實際現(xiàn)象，貼近學生生活，強調(diào)情景化教學，促進學生從生活實際出發(fā)，積極思考生活中物理現(xiàn)象與物理問題。本節(jié)課設(shè)置了多個演示實驗與學生自主實驗，將抽象枯燥的概念轉(zhuǎn)化為生動具體的現(xiàn)象，給予學生有趣的學習體驗，鍛煉學生由現(xiàn)象中抽象規(guī)律，收集現(xiàn)象，做出解釋的思維邏輯。2.以學生為主體，注重啟發(fā)式學習利用現(xiàn)象，啟發(fā)學生自主思考。教師處于引導地位，基于充分提示后，鼓勵學生結(jié)合相關(guān)知識自主探究物體沉浮的條件。與以教師為主體的教學模式不同，鼓勵學生自主推導、自主思考，營造良好學習氛圍。 六、教學過程環(huán)節(jié)情境設(shè)置問題提出教師活動學生活動設(shè)計意圖學生發(fā)展引入新課回顧前一節(jié)課“使用油膜法估測分子直徑”中，使用的實驗方法與物理思維，展示部分問題，并宣告即將提問學生，然后提出問題“那天是否下雨”油酸分子可以被歸納為什么模型？怎樣得到一滴油酸的體積？如何得到油膜的面積？使用了什么樣的測量方法？“那天是否下雨”1.簡單復習“用油膜法估測分子直徑”中所學內(nèi)容2.展示部分問題，引導學生自主檢測、回顧、反思；3.出其不意提出問題“那天是否下雨”，利用這一問題引入后續(xù)部分講授1．跟隨老師思路，自主回顧、檢測、反思對“用油膜法估測分子直徑”的掌握情況2.思考教師提出的問題。利用學生回顧復習知識的思維慣性，出其不意的提出對當天天氣的討論，引入對“事件“這一觀念的引入，效果新穎有趣，給學生留下深刻印象，課堂氣氛活躍學生復習、強化之前掌握內(nèi)容，并提起對后續(xù)內(nèi)容的興趣。概念感知在“一天是否下雨”這一事件中，提出“必然事件”、“不可能事件”、“隨機事件”這幾個相關(guān)概念。隨后利用生活中熟知的“雨季”“旱季”相關(guān)知識，古詩詞中名句“清明時節(jié)雨紛紛”、“春潮帶雨晚來急”，指出隨機事件整體會表現(xiàn)出規(guī)律性，引出“統(tǒng)計規(guī)律”概念。先利用“二十四節(jié)氣”給予學生一個“統(tǒng)計概念”的實際應(yīng)用實例。隨后進行伽爾頓板演示實驗，給予學生隨機事件與統(tǒng)計規(guī)律的直觀感受，加深其對概念的理解、記憶。最后再舉例“擲硬幣”，利用生活常見現(xiàn)象，進一步強化統(tǒng)計規(guī)律的實際應(yīng)用概念/實驗：伽爾頓板演示器材：自制伽爾頓板、豌豆實驗內(nèi)容：將一粒豌豆投入伽爾頓板中，觀察其最終下落到的隔板位置；再將一把（足夠多）豌豆投入伽爾頓板中，觀察其統(tǒng)計規(guī)律。伽爾頓板中一粒豌豆是否表現(xiàn)為隨機事件？一把豌豆呢？要證明伽爾頓板中投入大量豌豆展現(xiàn)出的分布情況是一種統(tǒng)計規(guī)律，應(yīng)該怎么辦？1.利用是否下雨這一事件，提出相關(guān)概念——“必然事件”、“隨機事件”。2.利用下雨為一個隨機事件，同時日常生活中存在“旱季”“雨季”觀念、存在“清明時節(jié)雨紛紛”的詩句，引出“統(tǒng)計規(guī)律”概念。3.介紹“二十四節(jié)氣”這一中國古代人民對統(tǒng)計規(guī)律的應(yīng)用，突出其貢獻，增進民族自豪感與物理觀念與責任感。4.利用伽爾頓板實驗，展示一粒、兩粒豆子位置的隨機性與足夠多豆子位置呈現(xiàn)的分布規(guī)律——中間多、兩邊少，形成一個倒鐘型的事實，給予學生對“統(tǒng)計規(guī)律”這一概念直觀的感受。并提出疑問，一次投入大量豆子形成的分布規(guī)律是隨機事件還是統(tǒng)計規(guī)律？引導學生課下進行自主探究。5.利用“擲硬幣”，強調(diào)統(tǒng)計規(guī)律的重要意義與實際廣泛應(yīng)用。1.學生了解不同事件的相關(guān)概念。2.學生思考“下雨為一隨機事件”與“人們知道某段時間更容易下雨”這兩個實際情況間的沖突，了解、接受、掌握“統(tǒng)計規(guī)律”相關(guān)概念。3.感受“二十四節(jié)氣”的時代進步性與突出貢獻，增進民族自豪感，形成利用物理知識來提升生產(chǎn)水平的觀念。4.學生認真觀察教師進行的伽爾頓板演示實驗，思考一粒豆子下落位置與足夠多豆子下落位置的不同，對“統(tǒng)計規(guī)律”形成直觀的認知。4.形成相關(guān)疑問，提升探究興趣。結(jié)合具體事件，形成“隨機事件”的物理觀念，為課堂后續(xù)內(nèi)容做好理論鋪墊，給出推導前提條件。給予學生對于“統(tǒng)計規(guī)律”的直觀感受，印象深刻。同時激發(fā)學生對“統(tǒng)計規(guī)律”的深層次探究。學生通過討論，鍛煉了與人交流、分享觀點的能力；形成了從現(xiàn)象思考原理及解決問題的思維方向?qū)W生建立對物理觀念進行探究的興趣與觀念。認識特點利用“分子動理論”、“油膜法估測油酸分子大小”中已知的部分知識，逐步進行理論上的模型建構(gòu)與推導，總結(jié)歸納得出氣體分子運動的特點：分子沿各個方向運動的機會均等，分子速率按一定規(guī)律分布。氣體分子的模型應(yīng)該是什么樣子？分子間作用力如何？分子運動方向如何？運動速率如何？1.利用學生已知的液體分子模型，結(jié)合氣體分子間距更大，引導學生建構(gòu)出氣體分子的模型。2.由“力是改變物體運動狀態(tài)的原因”，引導學生研究分子運動情況先要分析分子受力情況；再結(jié)合相關(guān)圖像，得出氣體分子除碰撞外保持勻速直線運動的結(jié)論。3.再給出氣體分子數(shù)目的量級，強調(diào)雖然氣體分子間距較液體分子更大，但由于氣體分子數(shù)目眾多，單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)也多，引導學得到分子間碰撞頻繁的結(jié)論。從而得出氣體分子運動方向隨機且均等、分子速率分布按一定規(guī)律分布的結(jié)論。1.回憶液體分子模型，根據(jù)教師引導，猜測、推測、思考并構(gòu)建出氣體分子模型——相距較遠的小球。2.根據(jù)老師的引導，分析氣體分子運動情況，并理解氣體分子除碰撞外保持勻速直線運動。3.依照教師給出的數(shù)據(jù)，理解n的作用，理解氣體分子碰撞頻繁，推導氣體分子運動方向均等，運動速率分布按一定規(guī)律。利用已知物理模型，通過兩分子區(qū)別，促使學生自主構(gòu)建出氣體分子的模型，加深其對知識點的印象，發(fā)展其科學思維能力。學生自主分析，提升自主探究能力，激發(fā)對科學的熱情和興趣；學生分享觀點與討論，加強了與人交流的能力與分享觀點的能力。分析圖象給出氧氣分子在0℃和100℃下的速率分布情況數(shù)據(jù)的表格，讓學生思考表格中數(shù)據(jù)具備特點。再給出依據(jù)表格數(shù)據(jù)做出的圖像，讓學生依據(jù)圖像，分析分布規(guī)律，并提出對圖像和表格數(shù)據(jù)分析的區(qū)別，強調(diào)圖像的直觀作用。學生分析圖像，自行總結(jié)出速率分布的規(guī)律?；仡欀皩Α皽囟仍礁叻肿訜徇\動越劇烈”，形成更直觀的體會。不同溫度下同種物質(zhì)分子運動速率分布有何特點？表格與圖表在反應(yīng)規(guī)律性上各有什么優(yōu)劣？氣體分子速率分布規(guī)律？1.展示氧氣分子0℃和100℃下不同速率的出現(xiàn)概率表格，提問學生能觀察出什么特點？2.再給出上述數(shù)據(jù)對應(yīng)的條形統(tǒng)計圖，再提問學生能觀察出什么特點，分析具有什么規(guī)律？3.提問學生，表格和圖像有什么優(yōu)劣點，更喜歡哪種數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式。4.回顧并加深對“溫度越高分子運動越劇烈”的理解、體會。1.觀察教師給出的數(shù)據(jù)表格，思考數(shù)據(jù)具備的特點及規(guī)律；2.再觀察教師給出的條形統(tǒng)計圖，思考數(shù)據(jù)具備的特點及規(guī)律；3.總結(jié)出氣體分子運動速率分布規(guī)律；4.在教師引導下比較上述兩種數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式，分析其優(yōu)缺點；5.根據(jù)教師的回顧，深化對“溫度越高分子運動越劇烈”的認識。學生從數(shù)據(jù)表、條形圖兩種方式下觀察、尋找速率分布規(guī)律，提升學生課堂參與度、以學生為主體；加深學生對“溫度越高氣體分子運動越劇烈”的理解。學生自主分析，提升自主探究能力，建立比較的科學思維，提升物理感知能力。微觀解釋由分子間碰撞轉(zhuǎn)向分析分子與容器壁的碰撞，選取最簡單模型“正碰”“彈性碰撞”，讓學生自主分析器壁收到的單個分子的作用力；再使模型復雜化，讓學生小組討論分析非正碰情況下的容器壁受力情況。再給出模擬氣體壓強產(chǎn)生的機理演示實驗，讓學生體會單個分子撞擊間斷、不均勻，而大量分子總體上體現(xiàn)為連續(xù)、平均的實際情況，加深對氣體壓強的微觀解釋的理解，并能進行一定程度上的應(yīng)用。實驗：模擬氣體壓強產(chǎn)生機理器材：電子秤、豆子實驗內(nèi)容：將一粒豆子從一高度釋放落在電子稱上，觀察示數(shù)變化；再將大量豆子從袋口中緩慢傾倒在電子秤上，觀察示數(shù)變化。容器壁受力情況？宏觀上氣體壓強穩(wěn)定連續(xù)的原因？模擬實驗中示數(shù)出現(xiàn)明顯區(qū)別的原因？1.選取正碰模型，引導學生自主推導作用力；2.將情況進一步復雜化，引導學生小組討論完成非正碰時作用力表現(xiàn)情況。3.提出疑問：為什么分子時單個分立碰撞在容器壁上，但是分子壓強卻是穩(wěn)定、連續(xù)的？4.完成演示實驗，解釋單個分子分立、大量分子連續(xù)的實際情況。1.在教師引導下完成正碰模型下，單個氣體分子對容器壁的作用力推導；2.在教師引導下，小組合作討論完成非正碰模型下的單個氣體分子對容器壁的作用力。3.思考單個分子作用力分立但是宏觀上氣體壓強均勻連續(xù)間的矛盾，并提出可能的解釋。4.觀察教師演示實驗，建立宏觀連續(xù)的觀念。學生自主