最新人教版高中物理选修33第八章《气体》教案doc.docx

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最新人教版高中物理选修33第八章《气体》教案doc

第八章气体

物理名言：

要推论宏观物质的表现，就必须采用统计物理方法，由对个体原子（分子）物理参量的适当统计平均，来得出支配宏观行为的规律——罗杰彭罗斯（1931-）。

英国数学家、物理学家，牛津大学教授。

8.1气体的等温变化玻意耳定律

三维教学目标

1、知识与技能

（1）知道什么是等温变化；

（2）知道玻意耳定律是实验定律，掌握玻意耳定律的内容和公式，知道定律的适用条件；

（3）理解气体等温变化的p--V图象的物理意义；

（4）知道用分子动理论对玻意耳定律的定性解释；

（5）会用玻意耳定律计算有关的问题。

2、过程与方法：

通过实验培养学生的观察、分析能力和从实验得出物理规律的能力。

3、情感、态度与价值观：

当需要研究两个以上物理量间的关系时，先保持某个或某几个物理量不变，从最简单的情况开始研究，得出某些规律，然后再进一步研究所涉及的各个物理量间的关系。

教学重点：

通过实验使学生知道并掌握一定质量的气体在等温变化时压强与体积的关系，理解p-V图象的物理意义，知道玻意耳定律的适用条件。

教学难点：

学生往往由于“状态”和“过程”分不清，造成抓不住头绪，不同过程间混淆不清的毛病，这是难点。

在目前这个阶段，有相当多学生尚不能正确确定密闭气体的压强。

教学教具：

定性演示一定质量的气体在温度保持不变时压强与体积的关系，橡皮膜（或气球皮）、直径为5cm左右两端开口的透明塑料筒（长约25cm左右）、与筒径匹配的自制活塞、20cm×6cm薄木板一块。

较精确地演示一定质量的气体在温度保持不变时压强与体积的关系实验仪器。

教学过程：

第一节气体的等温变化玻意耳定律

（一）引入新课

对照牛顿第二定律的研究过程先m一定，a∝F；再F一定，a∝1/m，现在我们利用这种控制条件的研究方法，研究气体状态参量之间的关系。

（二）新课教学

1、一定质量的气体保持温度不变，压强与体积的关系

思考：

怎样保证气体的质量是一定的？

怎样保证气体的温度是一定的？

（密封好；缓慢移活塞，筒不与手接触）

2、较精确的研究一定质量的气体温度保持不变，压强与体积的关系

（1）介绍实验装置，观察实验装置，并回答：

①研究哪部分气体？

②A管中气体体积怎样表示？

（l·S）

③阀门a打开时，A管中气体压强多大？

阀门a闭合时A管中气体压强多大？

（p0）

④欲使A管中气体体积减小，压强增大，B管应怎样操作？

写出A管中气体压强的表达式（p=p0+h）。

⑤欲使A管中气体体积增大，压强减小，B管应怎样操作？

写出A管中气体压强的表达式（p=p0-h）。

⑥实验过程中的恒温是什么温度？

为保证A管中气体的温度恒定，在操作B管时应注意什么？

（缓慢）

（2）实验数据采集

压强单位：

mmHg；体积表示：

倍率法环境温度：

室温大气压强：

p0=            mmHg

①A管中气体体积减小时（基准体积为V）

顺序

1

2

3

4

5

体积

V

…

…

压强

②A管中气体体积增大时（基准体积为V′）

顺序

1

2

3

4

5

体积

V′

2V′

3V′

…

…

压强

（3）实验结论：

实验数据表明：

一定质量的气体，在温度不变的条件下，体积缩小到原来的几分之一，它的压强就增大到原来的几倍；

一定质量的气体，在温度不变的条件下，体积增大到原来的几倍，它的压强就减小为原来的几分之一。

改用其他气体做这个实验，结果相同。

3、玻意耳定律

（1）定律内容表述之一

一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强跟体积成反比。

数学表达式，设初态体积为V1，压强为p1；末态体积为V2，压强为p2。

有：

p1V1=p2V2

（2）定律内容表述之二

一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强跟体积的乘积是不变的。

数学表达式，pV=恒量

（3）用图象表述玻意耳定律

纵轴代表气体的压强；横轴代表气体的体积；选取恰当的分度和单位。

讨论：

一下图线该是什么形状，并尝试把它画出来。

（等温线）

4、关于玻意耳定律的讨论

问题：

图象平面上的一个点代表什么？

曲线AB代表什么？

线段AB代表什么？

pV=恒量一式中的恒量是普适恒量吗？

（作出一定质量的气体，在不同温度下的几条等温线，比较后由学生得出结论：

恒量随温度升高而增大）

下面的数据说明什么？

一定质量的氦气

压强

1atm

500atm

1000atm

实测体积

1m3

1.36/500m3

2.0685/1000m3

计算体积

1/500m3

1/1000m3

适用条件：

压强不太大（和大气压比较）、温度不太低（和室温比较）的任何气体。

你能推导出用密度形式表达的玻意耳定律吗？

你能用分子动理论对玻意耳定律作出解释吗？

例1：

某个容器的容积是10L，所装气体的压强是20×105Pa。

如果温度保持不变，把容器的开关打开以后，容器里剩下的气体是原来的百分之几？

设大气压是1.0×105Pa。

解：

设容器原装气体为研究对象。

初态 p1=20×105PaV1=10LT1=T

末态 p2=1.0×105PaV2=？

LT2=T

由玻意耳定律 p1V1=p2V2得：

即剩下的气体为原来的5％。

8.2气体的等容变化和等压变化

三维教学目标

1、知识与技能

（1）知道什么是气体的等容变化过程；

（2）掌握查理定律的内容、数学表达式；理解p-t图象的物理意义；

（3）知道查理定律的适用条件；

（4）会用分子动理论解释查理定律。

2、过程与方法：

通过演示实验，培养学生的观察能力、分析能力和实验研究能力。

3、情感、态度与价值观：

培养学生运用数学方法解决物理问题的能力——由图象总结出查理定律。

教学重难点

（1）查理定律的内容、数学表达式、图象及适用条件是重点；

（2）气体压强和摄氏温度不成正比，压强增量和摄氏温度成正比；气体原来的压强、气体在零摄氏度的压强，这些内容易混淆。

教学教具：

带有橡皮塞的滴液瓶、加热装置。

查理定律演示器、水银气压计、搅棒、食盐和适量碎冰、温度计、保温套、容器。

教学过程：

第二节气体的等容变化和等压变化

（一）引入新课

演示实验：

滴液瓶中装有干燥的空气，用涂有少量润滑油的橡皮塞盖住瓶口，把瓶子放入热水中，会看到塞子飞出；把瓶子放在冰水混合物中，拔掉塞子时会比平时费力。

这个实验告诉我们：

一定质量的气体，保持体积不变，当温度升高时，气体的压强增大；当温度降低时，气体的压强减小。

请学生举一些生活中的实例。

下面我们进一步研究一定质量的气体保持体积不变，气体的压强随温度变化的规律。

（二）新课教学

1、气体的等容变化

气体在体积不变的情况下所发生的状态变化叫做等体积变化，也叫做等容变化。

2、一定质量的气体在等容变化过程中，压强随温度变化的实验研究

（1）实验装置——查理定律演示器

请学生观察实物。

请学生结合实物演示，弄明白如下问题：

①研究对象在哪儿？

②当A管向上运动时，B管中的水银面怎样变化？

③当A管向下运动时，B管中的水银面怎样变化？

④怎样保证瓶中气体的体积不变？

⑤瓶中气体的压强怎样表示？

（当B管中水银面比A管中水银面低时；当B管中水银面比A管中水银面高时）

（2）用气压计测量大气压强

p0=              mmHg（注意水银气压计的读数方法。

）请两位学生读出当时的大气压强值。

（3）实验条件：

一定质量的气体、一定的气体体积。

请学生讨论：

怎样保证实验条件？

（烧瓶用胶塞塞好，与水银压强计B管连接处密封好。

使水银压强计的A管水银面与B管水银面一样高，并将B管水银面的位置记下来）

（4）实验过程

第一、将烧瓶置于食盐加碎冰溶化的混合物中，烧瓶要完全没入。

（请学生估测发生的现象）

现象：

烧瓶中气体体积减小，B管中水银面上升，A管中水银面下降。

气体压强减小。

措施：

请学生讨论此时怎样移动A管才能使B管中水银面恢复到初始的标记位置。

记下此时A、B管中水银面的高度差。

第二、将烧瓶完全置于冰水混合物中。

（请学生估测发生的现象）

现象：

烧瓶中气体体积仍小于室温时的标记体积，B管中水银面仍高于A管中水银面，但A、B两管中水银面高度差减少。

措施：

仍请学生回答此时怎样移动A管才能使B管中水银面恢复到初始的标记位置。

记下此时A、B管中水银面的高度差。

第四、将烧瓶完全置于30℃的温水中。

（请学生估测发生的现象）

现象：

B管中水银面低于标记位置，A管中水银面高于标记位置。

措施：

请学生讨论应怎样移动A管，才能使B管中的水银面恢复到初始标记位置。

记下此时A、B管中水银面的高度差。

第五、将烧瓶再分别完全置于45℃的温水中，60℃、75℃的热水中，重复上述过程。

（5）实验数据表格

实验次数

1

2

3

4

5

6

气体温度（℃）

－20

0

30

45

60

75

气体压强mmHg

p0=          mmHg          室温          ℃

请学生计算：

（1）以0℃气体压强为参照，气体温度每升高1℃，增加的压强值是0℃时气体压强值的多少分之一。

（2）以0℃气体压强为参照，气体温度每降低1℃，减少的压强值是0℃时气体压强值的多少分之一。

（6）图象（以实际实验数据为准，此处仅为示意图）

由此图象，可写出如下方程：

p=p0+kt其中k为斜率，精确的实验指出t外推=-273℃。

3、实验结论——查理定律

1787年法国科学家查理通过实验研究，发现所有气体都遵从查理定律。

（1）适用条件：

①温度不太低；②压强不太大。

微观解释：

请学生自学课本。

4、查理定律的应用

例1：

一定质量的气体，保持体积不变，温度从1℃升高到5℃，压强的增量为2.0×103Pa，则（C）

A.它从5℃升高到10℃，压强增量为2.0×103Pa

B.它从15℃升高到20℃，压强增量为2.0×103Pa

C.它在0℃时，压强约为1.4×105Pa

8.3 气体理想气体的状态方程

三维教学目标

1、知识与技能

（1）初步理解“理想气体”的概念；

（2）掌握运用玻意耳定律和查理定律推导理想气体状态方程的过程，熟记理想气体状态方程的数学表达式，并能正确运用理想气体状态方程解答有关简单问题；

（3）熟记盖·吕萨克定律及数学表达式，并能正确用它来解答气体等压变化的有关问题。

2、过程与方法：

通过推导理想气体状态方程及由理想气体状态方程推导盖·吕萨克定律的过程，培养学生严密的逻辑思维能力。

3、情感、态度与价值观：

通过用实验验证盖·吕萨克定律的教学过程，使学生学会用实验来验证成正比关系的物理定律的一种方法，并对学生进行“实践是检验真理唯一的标准”的教育。

教学重点：

理想气体的状态方程是本节课的重点，因为它不仅是本节课的核心内容，还是中学阶段解答气体问题所遵循的最重要的规律之一；

教学难点：

对“理想气体”这一概念的理解是本节课的一个难点，因为这一概念对中学生来讲十分抽象，而且在本节只能从宏观现象对“理想气体”给出初步概念定义，只有到后两节从微观的气体分子动理论方面才能对“理想气体”给予进一步的论述。

另外在推导气体状态方程的过程中用状态参量来表示气体状态的变化也很抽象，学生理解上也有一定难度。

教学教具：

气体定律实验器、烧杯、温度计等。

教学过程：

第三节气体·理想气体的状态方程

（一）引入新课

前面我们学习的玻意耳定律是一定质量的气体在温度不变时，压强与体积变化所遵循的规律，而查理定律是一定质量的气体在体积不变时，压强与温度变化时所遵循的规律，即这两个定律都是一定质量的气体的体积、压强、温度三个状态参量中都有一个参量不变，而另外两个参量变化所遵循的规律，若三个状态参量都发生变化时，应遵循什么样的规律呢？

这就是我们今天这节课要学习的主要问题。

（二）新课教学

1、关于“理想气体”概念的教学

提问：

（1）玻意耳定律和查理定律是如何得出的？

即它们是物理理论推导出来的还是由实验总结归纳得出来的？

（由实验总结归纳得出的）

（2）这两个定律是在什么条件下通过实验得到的？

（温度不太低（与常温比较）和压强不太大（与大气压强相比）的条件得出的）

在初中我们就学过使常温常压下呈气态的物质（如氧气、氢气等）液化的方法是降低温度和增大压强。

这就是说，当温度足够低或压强足够大时，任何气体都被液化了，当然也不遵循反映气体状态变化的玻意耳定律和查理定律了。

而且实验事实也证明：

在较低温度或较大压强下，气体即使未被液化，它们的实验数据也与玻意耳定律或查理定律计算出的数据有较大的误差。

表格

（1）

P

（×1.013×105Pa）

pV值（×1.013×105PaL）

H2

N2

O2

空气

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

说明：

（1）所示是在温度为0℃，压强为1.013×105Pa的条件下取1L几种常见实际气体保持温度不变时，在不同压强下用实验测出的pV乘积值。

从表中可看出在压强为1.013×105Pa至1.013×107Pa之间时，实验结果与玻意耳定律计算值，近似相等，当压强为1.013×108Pa时，玻意耳定律就完全不适用了。

这说明实际气体只有在一定温度和一定压强范围内才能近似地遵循玻意耳定律和查理定律。

而且不同的实际气体适用的温度范围和压强范围也是各不相同的。

为了研究方便，我们假设这样一种气体，它在任何温度和任何压强下都能严格地遵循玻意耳定律和查理定律。

我们把这样的气体叫做“理想气体”。

（2）推导理想气体状态方程

前面已经学过，对于一定质量的理想气体的状态可用三个状态参量p、V、T来描述，且知道这三个状态参量中只有一个变而另外两个参量保持不变的情况是不会发生的。

换句话说：

若其中任意两个参量确定之后，第三个参量一定有唯一确定的值。

它们共同表征一定质量理想气体的唯一确定的一个状态。

根据这一思想，我们假定一定质量的理想气体在开始状态时各状态参量为（p1，V1，T1），经过某变化过程，到末状态时各状态参量变为（p2，V2，T2），这中间的变化过程可以是各种各样的，现假设有两种过程：

第一种：

从（p1，V1，T1）先等温并使其体积变为V2，压强随之变为pc，此中间状态为（pc，V2，T1）再等容并使其温度变为T2，则其压强一定变为p2，则末状态（p2，V2，T2）。

第二种：

从（p1；V1，T1）先等容并使其温度变为T2，则压强随之变为p′c，此中间状态为（p′c，V1，T2），再等温并使其体积变为V2，则压强也一定变为p2，也到末状态（p2，V2，T2）。

将全班同学分为两大组，根据玻意耳定律和查理定律，分别按两种过程，自己推导理想气体状态过程。

（即要求找出p1、V1、T1与p2、V2、T2间的等量关系。

）

理想气体状态方程。

它说明：

一定质量的理想气体的压强、体积的乘积与热力学温度的比值是一个常数。

2、推导并验证盖·吕萨克定律

设问：

（1）若上述理想气体状态方程中，p1=p2，方程形式变化成怎样的形式？

（2）p1=p2本身说明气体状态变化有什么特点？

（说明等效地看作气体做等压变化，即压强保持不变的变化）

由此可得出结论：

当压强不变时，一定质量的理想气体的体积与热力学温度成正比。

这个结论最初是法国科学家盖·吕萨克在研究气体膨胀的实验中得到的，也叫盖·吕萨克定律。

它也属于实验定律。

当今可以设计多种实验方法来验证这一结论。

今天我们利用在验证玻意耳定律中用过的气体定律实验器来验证这一定律。

演示实验：

实验装置如图所示，此实验保持压强不变，只是利用改变烧杯中的水温来确定三个温度状态t1、t2、t3，这可从温度计上读出，再分别换算成热力学温度T1、T2、T3，再利用气体实验器上的刻度值作为达热平衡时，被封闭气体的体积值，分别为V1、V2、V3，填入下表：

投影幻灯片（3）：

t1

t2

t3

T1

T2

T3

V1

V2

V3

这几个值会近似相等，从而证明了盖·吕萨克定律。

课堂练习

例1：

一水银气压计中混进了空气，因而在27℃，外界大气压为758毫米汞柱时，这个水银气压计的读数为738毫米汞柱，此时管中水银面距管顶80毫米，当温度降至-3℃时，这个气压计的读数为743毫米汞柱，求此时的实际大气压值为多少毫米汞柱？

（1）该题研究对象是什么？

（混入水银气压计中的空气）

（2）画出该题两个状态的示意图：

（3）分别写出两个状态的状态参量：

p1=758-738=20mmHg V1=80Smm3（S是管的横截面积）。

T1=273+27=300K

p2=p-743mmHgV2=（738+80）S-743S=75Smm3

T2=273+（-3）=270K

解得 p=762.2mmHg

8.4气体实验定律的微观解释

三维教学目标

1、知识与技能

（1）能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义，并能知道气体的压强、温度、体积与所对应的微观物理量间的相关联系；

（2）能用气体分子动理论解释三个气体实验定律。

2、过程与方法：

通过让学生用气体分子动理论解释有关的宏观物理现象，培养学生的微观想像能力和逻辑推理能力，并渗透“统计物理”的思维方法。

3、情感、态度与价值观：

通过对宏观物理现象与微观粒子运动规律的分析，对学生渗透“透过现象看本质”的哲学思维方法。

教学重点：

用气体分子动理论来解释气体实验定律是本节课的重点，它是本节课的核心内容。

教学难点：

气体压强的微观意义是本节课的难点，因为它需要学生对微观粒子复杂的运动状态有丰富的想像力。

教学教具：

计算机控制的大屏幕显示仪；自制的显示气体压强微观解释的计算机软件。

教学过程：

第四节气体实验定律的微观解释

（一）引入新课

问提：

气体分子运动的特点有哪些？

（1）气体间的距离较大，分子间的相互作用力十分微弱，可以认为气体分子除相互碰撞及与器壁碰撞外不受力作用，每个分子都可以在空间自由移动，一定质量的气体的分子可以充满整个容器空间。

（2）分子间的碰撞频繁，这些碰撞及气体分子与器壁的碰撞都可看成是完全弹性碰撞。

气体通过这种碰撞可传递能量，其中任何一个分子运动方向和速率大小都是不断变化的，这就是杂乱无章的气体分子热运动。

（3）从总体上看气体分子沿各个方向运动的机会均等，因此对大量分子而言，在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。

（4）大量气体分子的速率是按一定规律分布，呈“中间多，两头少”的分布规律，且这个分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大。

今天我们就是要从气体分子运动的这些特点和规律来解释气体实验定律。

（二）新课教学

1、关于气体压强微观解释的教学

首先通过设问和讨论建立反映气体宏观物理状态的温度（T）、体积（V）与反映气体分子运动的微观状态物理量间的联系：

温度是分子热运动平均动能的标志，对确定的气体而言，温度与分子运动的平均速率有关，温度越高，反映气体分子热运动的平均速率体积影响到分子密度（即单位体积内的分子数），对确定的一定质量的理想气体而言，分子总数N是一定的，当体积为V时，单位体积内的分子数n=N/V与体积成反比，即体积越大时，反映气体的分子数密度n越小。

问提：

气体压强大小反映了气体分子运动的哪些特征呢？

从气体对容器器壁压强产生的机制来分析，显示出如图1所示的图形：

如图所示是一个一端用活塞（此时表示活塞部分的线条闪烁3～5次）封闭的气缸，活塞用一弹簧与一固定物相连，活塞与气缸壁摩擦不计，当气缸内为真空时，弹簧长为原长。

如果在气缸内密封了一定质量的理想气体。

由于在任一时刻气体分子向各方向上运动的分子数相等，为简化问题，我们仅讨论向活塞方向运动的分子。

大屏幕上显示图2，即图中显示的仅为总分子数的合，（图中显示的“分子”暂呈静态）先看其中一个（图2中涂黑的“分子”闪烁2～3次）分子与活塞碰撞情况，（图2中涂黑的“分子”与活塞碰撞且以原速率反弹回来，活塞也随之颤抖一下，这样反复演示3～5次）再看大量分子运动时与活塞的碰撞情况：

大屏幕上显示“分子”都向活塞方向运动，对活塞连续不断地碰撞，碰后的“分子”反弹回来，有的返回途中与别的“分子”相撞后改变方向，有的与活塞对面器壁相碰改变方向，但都只显示垂直于活塞表面的运动状态，而活塞被挤后有一个小的位移，且相对稳定，如图3所示的一个动态画面。

时间上要显示15～30秒定格一次，再动态显示15～30秒，再定格。

结论：

由此可见气体对容器壁的压强是大量分子对器壁连续不断地碰撞所产生的。

进一步分析：

若每个分子的质量为m，平均速率为v，分子与活塞的碰撞是完全弹性碰撞，则在这一分子与活塞碰撞中，该分子的动量变化为2mv，即受的冲量为2mv，根据牛顿第三定律，该分子对活塞的冲量也是2mv，那么在一段时间内大量分子与活塞碰撞多少次，活塞受到的总冲量就是2mv的多少倍，单位时间内受到的总冲量就是压力，而单位面积上受到的压力就是压强。

由此可推出：

气体压强一方面与每次碰撞的平均冲量2mv有关，另一方面与单位时间内单位面积受到的碰撞次数有关。

对确定的一定质量的理想气体而言，每次碰撞的平均冲量，2mv由平均速率v有关，v越大则平均冲量就越大，而单位时间内单位面积上碰撞的次数既与分子密度n有关，又与分子的平均速率有关，分子密度n越大，v也越大，则碰撞次数就越多，因此从气体分子动理论的观点看，气体压强的大小由分子的平均速率v和分子密度n共同决定，n越大，v也越大，则压强就越大。

2、用气体分子动理论解释实验三定律

（1）范例：

用气体分子动理论解释玻意耳定律。

一定质量（m）的理想气体，其分子总数（N）是一个定值，当温度（T）保持不变时，则分子的平均速率（v）也保持不变，当其体积（V）增大几倍时，则单位体积内的分子数（n）变为原来的几分之一，因此气体的压强也减为原来的几分之一；反之若体积减小为原来的几分之一，则压强增大几倍，即压强与体积成反比。

这就是玻意耳定律。

书面符号简易表述方式：

小结：

基本思维方法（详细文字表述格式）是：

依据描述气体状态的宏观物理量（m、p、V、T）与表示气体分子运动状态的微观物理量（N、n、v）间的相关关系，从气体实验定律成立的条件所述的宏观物理量（如m一定和T不变）推出相关不变的微观物理量（如N一定和v不变），再根据宏观自变量（如V）的变化推出有关的微观量（如n）的变化，再依据推出的有关微观量（如v和n）的变与不变的情况推出宏观因变量（如p）的变化情况，结论是否与实验定律的结论相吻合。

若吻合则实验定律得到了微观解释。

（2）让学生体验上述思维方法：

每个人都独立地用书面详细文字叙述和用符号简易表述的方法来对查理定律进行微观解释，然后由平时物理成绩较好的学生口述，与下面正确答案核对。

一定质量（m）的气体的总分子数（N）是一定的，体积（V）保持不变时，其单位体积内的分子数（n）也保持不变，当温度（T）升高时