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2019-2020年高中物理 《氣體 氣體的狀態(tài)和狀態(tài)參量》教案 滬科版選修3-3 一、教學(xué)目標(biāo) 1．在物理知識(shí)方面要求： （1）知道氣體的溫度、體積和壓強(qiáng)是描述氣體狀態(tài)的狀態(tài)參量； （2）理解氣體的溫度、體積和壓強(qiáng)的物理意義； （3）知道氣體的壓強(qiáng)是大量氣體分子頻繁碰撞器壁而產(chǎn)生的； （4）會(huì)用水銀壓強(qiáng)計(jì)測(cè)量密閉氣體的壓強(qiáng)； （5）會(huì)計(jì)算氣體的壓強(qiáng)。 2．通過研究描述氣體狀態(tài)的三個(gè)參量，明確本章的中心課題和研究方法，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性。 二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析 1．氣體的壓強(qiáng)是重點(diǎn)，因?yàn)樗且院筮M(jìn)一步學(xué)習(xí)氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程的基礎(chǔ)。所以要讓學(xué)生理解壓強(qiáng)概念的物理意義，知道壓強(qiáng)的單位，會(huì)計(jì)算氣體的壓強(qiáng)，會(huì)用水銀壓強(qiáng)計(jì)測(cè)定氣體的壓強(qiáng)。 2．正確確定密閉氣體的壓強(qiáng)是難點(diǎn)，特別是U形管中氣體的壓強(qiáng)。受重力—壓力—壓強(qiáng)這樣的推理邏輯的影響，學(xué)生在理解氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生時(shí)會(huì)感到困惑。 三、教具 1．演示氣體壓強(qiáng)的大小 水銀氣壓計(jì)（U形管的底部用乳膠管連接，B管為可活動(dòng)的）。 2．氣體壓強(qiáng)的模擬實(shí)驗(yàn) 氣體分子運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)器。 四、主要教學(xué)過程 （一）引入新課 在研究機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的位置、速度確定了，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就確定了。當(dāng)研究對(duì)象轉(zhuǎn)換為氣體時(shí)，描述氣體的狀態(tài)，顯然不能再用位置、速度這樣的物理量了。那么應(yīng)該用什么物理量來描述氣體的狀態(tài)呢？ 舉例： 凹陷的乒乓球被熱水一澆，恢復(fù)原狀； 充好氣的氣球，放在暖氣片上會(huì)爆裂； 自行車內(nèi)胎在夏天時(shí)容易爆胎； 氣體被壓縮； 壓縮氣體突然膨脹； 通過學(xué)生舉出的眾多實(shí)例，分析得出：對(duì)于一定質(zhì)量的某種氣體，描述其狀態(tài)的物理量有溫度、體積和壓強(qiáng)。 （二）教學(xué)過程設(shè)計(jì) 1．溫度 （1）對(duì)溫度物理意義的認(rèn)識(shí) 宏觀：溫度表示物體的冷熱程度。 微觀：溫度標(biāo)志著物體內(nèi)部分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度；溫度是物體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。 （2）溫度與溫標(biāo) 溫標(biāo)即溫度的數(shù)值表示法。 攝氏溫標(biāo)——攝氏溫度t 熱力學(xué)溫標(biāo)——熱力學(xué)溫度T 2．氣體的體積 （1）氣體體積是指氣體分子充滿的空間，即容器的容積。 （2）這個(gè)容積不是氣體分子本身的體積之和，氣體分子之間是有空隙的。 （3）氣體的體積用字母V表示。 （4）國(guó)際單位制單位m3、dm3、cm3 1L=10-3m3=1dm3 3．氣體的壓強(qiáng) （1）用水銀壓強(qiáng)計(jì)測(cè)容器中氣體的壓強(qiáng)請(qǐng)同學(xué)們討論一下：若實(shí)驗(yàn)顯示的是圖甲所示的情況，那么容器中的氣體壓強(qiáng)比外界大氣壓是大還是??？寫出數(shù)學(xué)表達(dá)式。若實(shí)驗(yàn)顯示的是圖乙所示的情況，那么容器中的氣體壓強(qiáng)比外界大氣壓是大還是??？寫出數(shù)學(xué)表達(dá)式。 這里用p0表示大氣壓強(qiáng)，p表示容器中氣體的壓強(qiáng)，h表示兩個(gè)水銀面的高度差，ph表示高度為h的水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)，引導(dǎo)學(xué)生寫出數(shù)學(xué)表達(dá)式： 圖甲 p=p0+ph 圖乙 p=p0-ph （2）氣體的壓強(qiáng)是怎樣產(chǎn)生的？ 舉例1 用一小把針刺手心，隨著針刺頻率的增加，手心的感覺會(huì)有什么變化？ 舉例2 氣體分子運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)器，定性模擬大量氣體分子頻繁地碰撞器壁產(chǎn)生持續(xù)的均勻壓力，形成對(duì)器壁的壓強(qiáng)。 舉例3 大量密集的雨點(diǎn)接連不斷地打在雨傘上，對(duì)傘面產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)的壓力。 在對(duì)上述舉例討論、觀察后，引導(dǎo)學(xué)生歸納出氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生原因： 大量氣體分子對(duì)器壁的頻繁碰撞，形成了對(duì)器壁的壓強(qiáng)。 （3）什么因素決定一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)的大??？（引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析、歸納） ①分子的密度（單位體積內(nèi)的分子數(shù)）——分子密度越大，在單位時(shí)間內(nèi)器壁的單位面積上受到的分子撞擊次數(shù)就越多，產(chǎn)生的壓強(qiáng)也就越大。 而氣體的分子密度由氣體的摩爾數(shù)和氣體的體積所決定。 ②分子的平均速率——分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，平均速率越大，那么在單位時(shí)間內(nèi)器壁單位面積上受到分子撞擊的次數(shù)越多，而且每次撞擊的作用也越大，氣體的壓強(qiáng)也就越大。 而氣體分子的平均速率是由氣體的溫度反映的。 結(jié)論：對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，體積和溫度是決定氣體壓強(qiáng)的因素。 （4）大氣壓強(qiáng)是怎樣產(chǎn)生的？ 實(shí)驗(yàn)和理論證明： ①大氣層中的氣體，其單位體積內(nèi)的分子數(shù)是隨高度而遞減的； ②大氣層中不同高度的氣體，分子密度不同和溫度不同，產(chǎn)生的大氣壓強(qiáng)也就不同； ③分子的頻繁碰撞——大氣壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因。 舉例 一只空杯子，在杯口輕輕地蓋上一張小紙片，說明你將會(huì)看到的現(xiàn)象并說明其原因。 4．氣體的狀態(tài)與狀態(tài)的變化 （1）對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，如果溫度、體積和壓強(qiáng)都不變，就說氣體處于一定的狀態(tài)中。 （2）如果三個(gè)量都變了，或其中兩個(gè)量變了，就說氣體的狀態(tài)變了。 （3）三個(gè)量中只有一個(gè)量改變而其他兩個(gè)量不改變的情況不會(huì)發(fā)生。 5．研究方法 （1）通過實(shí)驗(yàn)； （2）先研究一定質(zhì)量的氣體溫度保持不變時(shí)，壓強(qiáng)和體積的關(guān)系；體積保持不變時(shí)壓強(qiáng)與溫度的關(guān)系； （3）在上述研究的基礎(chǔ)上，歸納出三個(gè)量都發(fā)生變化時(shí)遵循的規(guī)律。 （三）課堂小結(jié) 1．氣體的溫度、體積和壓強(qiáng)是描述氣體狀態(tài)的狀態(tài)參量； 2．氣體的壓強(qiáng)是大量氣體分子頻繁地碰撞器壁而產(chǎn)生的； 3．一定質(zhì)量的氣體的壓強(qiáng)是由氣體的體積和溫度決定的； 4．用實(shí)驗(yàn)的方法和歸納法研究三個(gè)狀態(tài)參量變化時(shí)的互相關(guān)聯(lián)。 五、說明 1．教材中提到“對(duì)一定質(zhì)量的氣體來說，如果溫度、體積和壓強(qiáng)這三個(gè)量都不改變，我們就說氣體處于一定的狀態(tài)中”。這個(gè)“狀態(tài)”指的是熱動(dòng)平衡態(tài)。當(dāng)一定質(zhì)量的氣體處在外界條件不變的情況下，表征它的宏觀狀態(tài)的物理量，如溫度、體積、壓強(qiáng)等，保持不變，可被測(cè)定，氣體就處于熱動(dòng)平衡態(tài)。 2．若沒有“氣體分子運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)器”，可改用托盤天平來演示（具體操作請(qǐng)參考甲種本第二冊(cè)教參 p．79）。 3．若學(xué)生基礎(chǔ)較差，請(qǐng)選配有關(guān)壓強(qiáng)計(jì)算的示范例題。