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1、最新人教版選修( 3-3 )《理想氣體的狀態(tài)方程》教案理想氣體
的狀態(tài)方程
【教學(xué)目標(biāo)】
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(dǎo)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(xué)表達(dá)式 , 并能正確運用理想氣體狀態(tài)方程解答有關(guān)簡單問題。
(3)熟記蓋?呂薩克定律及數(shù)學(xué)表達(dá)式 ,并能正確用它來解答氣體等壓變化的有關(guān)
問題。
2 .通過推導(dǎo)理想氣體狀態(tài)方程及由理想氣體狀態(tài)方程推導(dǎo)蓋?呂薩克定律的過程
培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)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(xué)過程 ,使學(xué)生學(xué)會用實驗來驗證成
2、正比關(guān)
系的物理定律的一種方法 , 并對學(xué)生進(jìn)行“實踐是檢驗真理唯一的標(biāo)準(zhǔn)”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(nèi)容 , 還是中
學(xué)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(xué)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(jìn)一步的論
述。另外在推導(dǎo)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(xué)生理解上也有一定難度。
【
3、教具】
1.氣體定律實驗器、燒杯、溫度計等。
【教學(xué)過程】
(一)引入新課
前面我們學(xué)習(xí)的玻意耳定律是一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時 , 壓強(qiáng)與體積變化
所遵循的規(guī)律 , 而查理定律是一定質(zhì)量的氣體在體積不變時 , 壓強(qiáng)與溫度變化時所遵
循的規(guī)律 , 即這兩個定律都是一定質(zhì)量的氣體的體積、壓強(qiáng)、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(yīng)遵循什么樣的規(guī)律呢?這就是我們今天這節(jié)課要學(xué)習(xí)的主要問題。
(二)教學(xué)過程設(shè)計
1 .關(guān)于“理想氣體”概念的教學(xué)
設(shè)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
4、導(dǎo)出來的還是由
實驗總結(jié)歸納得出來的?答案是:由實驗總結(jié)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(dǎo)學(xué)生知道是在溫度不
太低(與常溫比較)和壓強(qiáng)不太大(與大氣壓強(qiáng)相比)的條件得出的。
老師講解:在初中我們就學(xué)過使常溫常壓下呈氣態(tài)的物質(zhì)(如氧氣、氫氣等)
液化的方法是降低溫度和增大壓強(qiáng)。這就是說 ,當(dāng)溫度足夠低或壓強(qiáng)足夠大時,任何
氣體都被液化了,當(dāng)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(qiáng)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。
出示表格(1)
P
5、
(X 1. 013X 105Pa
)
pV 值(X 1.013 X 10 5PaL)
N2
Q
空氣
1
1.000
1.000
1.000
1.000
100
1.0690
0.994
1
0.9265
0.9730
200
1.1380
1.048
3
0.9140
1.0100
500
1.3565
1.390
0
1.1560
1.3400
1000
1.7200
2.068
5
1.7355
1.9920
說明講解:投影片
(1)所示是在溫度為 0C,壓強(qiáng)為1.013 x 105Pa的條件下取1L幾種常
6、見實際氣體
保持溫度不變時,在不同壓強(qiáng)下用實驗測出的 pV乘積值。從表中可看出在壓
強(qiáng)為1.013 x l05Pa至1.013 x 107Pa之間時,實驗結(jié)果與玻意耳定律計算值 ,近 似相等,當(dāng)壓強(qiáng)為1.013 x 108Pa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(qiáng)范圍內(nèi)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(qiáng)范圍也是各不相同的。為 了研究方便,我們假設(shè)這樣一種氣體,它在任何溫度和任何壓強(qiáng)下都能嚴(yán)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”。(板書“理想氣體” 概念意義。)
2 .推導(dǎo)理想氣體狀態(tài)方程
7、
前面已經(jīng)學(xué)過,對于一定質(zhì)量的理想氣體的^態(tài)可用三個狀態(tài)參量 p、V、T來
描述,且知道這三個狀態(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(zhì)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(zhì)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(shè)有兩種過程:
第一種:從(p1,V1,T1)先等溫并使其體積變?yōu)?V2,壓強(qiáng)隨之變?yōu)閜c,此中間狀 態(tài)為(p
8、c,V2,T1)再等容并使其溫度變?yōu)?T2,則其壓強(qiáng)一定變?yōu)閜2,則末狀態(tài)
—萬2)。
第二種:從(pr, V1,T1)先等容并使其溫度變?yōu)?T2,則壓強(qiáng)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)?V2,則壓強(qiáng)也一定變?yōu)?p2,也到末狀 態(tài)(p2,V2,T2)。
將全班同學(xué)分為兩大組,根據(jù)玻意耳定律和查理定律,分別按兩種過程,自己推 導(dǎo)理想氣體狀態(tài)過程。(即要求找出 p1、V1、「與p2、V T2間的等量關(guān)系。)
理想氣體狀態(tài)方程。它說明:一定質(zhì)量的理想氣體的壓強(qiáng)、體積的乘積與 熱力學(xué)溫度的比值是一個常數(shù)。
3 .推導(dǎo)并驗證蓋?呂薩
9、克定律
設(shè)問:(1 )若上述理想氣體狀態(tài)方程中 ,p 1 = p2,方程形式變化成怎樣的形式?
效案也』或叢一工
口菜,T] T2 " va T2
(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(qiáng)保持不變的變化)
由此可得出結(jié)論:當(dāng)壓強(qiáng)不變時 ,一定質(zhì)量的理想氣體的體積與熱力學(xué)溫度成
正比。
這個結(jié)論最初是法 國科學(xué)家蓋?呂薩克在
研究氣體膨脹的實驗中得到的 ,也叫蓋?呂薩克定律。它也屬于實驗定律。當(dāng)今可 以設(shè)計多種實驗方法來驗證這一結(jié)論。今天我們利用在驗證玻意耳定律中用過的氣 體定律實驗器來驗證這一定律。
演示
10、實驗:實驗裝置如圖所示 ,此實驗保持壓強(qiáng)不變,只是利用改變燒杯中的水 溫來確定三個溫度狀態(tài) tl、t2、t3,這可從溫度計上讀出,再分別換算成熱力學(xué)溫度 Ti、T2、T3,再利用氣體實驗器上的刻度值作為達(dá)熱平衡時 ,被封閉氣體的體積值,分
別為V V V3,填入下表:
出示投影幻燈片(3):
tl
t 2
t3
Ti
T2
T3
Vi
V2
V3
V
1
T
1
為一 T -
Q
t3 -
然后讓學(xué)生用計算器迅速算出M M 只要讀數(shù)精確,則
h 力 4
這幾個值會近似相等,從而證明了蓋?呂薩克定律。
VYuP
酩BT幣一定MH由的理想氣體由狀
11、態(tài)通變?yōu)闋顟B(tài)Q,具有 關(guān)數(shù)據(jù)如圖比3-2所示4若狀態(tài)。的壓強(qiáng)凝:lo'p% 狀態(tài)八的壓強(qiáng) 是多少?
陶次3 2 :t£態(tài)7
的鷹強(qiáng)能群 少?
解 從題目所給的條件可以有出.4。兩個狀態(tài)中共有5 個狀態(tài)參抗是已知的
匕=1 m\ 7; = 100k,
VfJ=3 m\ 7;, =400 k, 巴尸 H『Pa
待求的默態(tài)舂量是以
根據(jù)題意,研究的對象是理想氣體.而且質(zhì)地是一定的,由 現(xiàn)融氣體狀態(tài)方程把這些狀態(tài)參質(zhì)聯(lián)系起來,即
7 / 7
由此解出
八一匕丁門
代人數(shù)值后得到狀態(tài)小的壓洌 ”
U>Jx 3 x IQQ
1 x4
12、00
Ph =7.5 x 10, Pa
從這個例逸可以看出. 一定質(zhì)值的理機(jī)氣體的狀態(tài)方程只給
出了兩個狀態(tài)間的聯(lián)系,并不涉及氣體從一個狀態(tài)變到另一個狀
態(tài)的具體方式:。
4 .課堂練習(xí)
顯示例題(1)
例題 一水銀氣壓計中混進(jìn)了空氣,因而在27C,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(dāng)溫度
降至-3 C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?
教師引導(dǎo)學(xué)生按以下步驟解答此題:
(1)該題研究對象是什么?
答案:混入水銀氣壓計中的空氣。
(2)畫出該題兩個狀
13、態(tài)的示意圖:
(3)分別寫出兩個狀態(tài)的狀態(tài)參量:
pi=758-738=20mmHg Vi=80Smm3(S是管的橫截面積)。 Ti=273+27=300 K
P2=p-743mmHg V2= (738+80) S-743S=75Smrh
T2=273+ (-3 ) =270K
(4)將數(shù)據(jù)代入理想氣體狀態(tài)方程;空=*
俎 20 x 82S (p -743) x75S 1 ,
d寸 =
300 270
解得 p=762.2 mmHg
(三)課堂小結(jié)
1 .在任何溫度和任何壓強(qiáng)下都能嚴(yán)格遵循氣體實驗定律的氣體叫理想氣
體。
2 .理想氣體狀態(tài)方程為:畢二畢
14、
,它的體積與
3 .蓋?呂薩克定律是指:一定質(zhì)量人氣體在內(nèi)強(qiáng)不變的條件下 熱力學(xué)溫度成正比。
板書設(shè)計
一i、理想氣體:
(1)定義:在任何溫度、壓強(qiáng)下都嚴(yán)格遵守氣體實驗定律的氣
(2)理想氣體是從實際中抽象出來的物理模型 ,實際中不存
在。但在溫度不太低,壓強(qiáng)不太大的情況下,可把實際氣體 看作是理想氣體。
、理想氣體的狀態(tài)方程:
(a)狀態(tài)方程:處=處或pV =c Ti T2 T
(b)氣體實驗定律可看作是狀態(tài)方程的特例:
當(dāng)m不變,T i = F時 p iVi = p2V2 玻意耳定律
Ti T2
Vi V2
一=—
Ti T2
當(dāng)m不變,p i=住時
蓋?呂薩克定律
當(dāng)m不變,Vi=U時 旦=三 查理定律
(c)推廣:氣體密度與狀態(tài)參 互二包 量的關(guān)系;
由此可知,氣體的密度與壓強(qiáng)成正比,與熱力學(xué)溫度成反比