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2019-2020年高中物理 8.3《理想氣體的狀態(tài)方程》教案 新人教版選修3-3 教學目標 1．在物理知識方面的要求： （1）初步理解“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．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．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法，并對學生進行“實踐是檢驗真理唯一的標準”的教育。 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。 教學過程 引入新課 玻意耳定律是一定質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？ 教學過程設計 一．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歸納得出來的？答案是：由實驗總結歸納得出的。 （2）這兩個定律是在什么條件下通過實驗得到的？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。 講解：在初中學過使常溫常壓下呈氣態(tài)的物質（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。 P (1.013105Pa) pV值(1.013105PaL) H2 N2 O2 空氣 1 1.000 1.000 1.000 1.000 100 1.0690 0.9941 0.9265 0.9730 200 1.1380 1.0483 0.9140 1.0100 500 1.3565 1.3900 1.1560 1.3400 1000 1.7200 2.0685 1.7355 1.9920 出示表格（1）： （1）所示是在溫度為0℃，壓強為1.013105Pa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1.013105Pa至1.013107Pa之間時，實驗結果與玻意耳定律計算值，近似相等，當壓強為1.013108Pa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”。 二．推導理想氣體狀態(tài)方程 對于一定質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，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，我們假定一定質量的理想氣體在開始狀態(tài)時各狀態(tài)參量為（p1，V1，T1），經(jīng)過某變化過程，到末狀態(tài)時各狀態(tài)參量變?yōu)椋╬2，V2，T2），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（p1，V1，T1）先等溫并使其體積變?yōu)閂2，壓強隨之變?yōu)閜c，此中間狀態(tài)為（pc，V2，T1）再等容并使其溫度變?yōu)門2，則其壓強一定變?yōu)閜2，則末狀態(tài)（p2，V2，T2）。 第二種：從（p1；V1，T1）先等容并使其溫度變?yōu)門2，則壓強隨之變?yōu)閜′c，此中間狀態(tài)為（p′c，V1，T2），再等溫并使其體積變?yōu)閂2，則壓強也一定變?yōu)閜2，也到末狀態(tài)（p2，V2，T2）。 結論：一定質量的理想氣體的壓強、體積的乘積與熱力學溫度的比值是一個常數(shù)。 三．推導并驗證蓋呂薩克定律（法國） 設問：（1）若上述理想氣體狀態(tài)方程中，p1=p2，方程形式變化成怎樣的形式？ （2）p1=p2 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） 由此可得出結論：當壓強不變時，一定質量的理想氣體的體積與熱力學溫度成正比。 演示實驗：實驗裝置如圖所示，此實驗保持壓強不變，只是利用改變燒杯中的水溫來確定三個溫度狀態(tài)t1、t2、t3，這可從溫度計上讀出，再分別換算成熱力學溫度T1、T2、T3，再利用氣體實驗器上的刻度值作為達熱平衡時，被封閉氣體的體積值，分別為V1、V2、V3，填入下表： 出示投影幻燈片（3）： t1 t2 t3 T1 T2 T3 V1 V2 V3 這幾個值會近似相等，從而證明了蓋呂薩克定律。 課堂練習 例題 一水銀氣壓計中混進了空氣，因而在27℃，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-3℃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汞柱？ 解：分別寫出兩個狀態(tài)的狀態(tài)參量： p1=758-738=20mmHg V1=80Smm3（S是管的橫截面積）。T1=273+27=300 K p2=p-743mmHg V2=（738+80）S-743S=75Smm3 T2=273+（-3）=270K 解得 p=762.2 mmHg 來源：