高中物理-理想氣體的狀態(tài)方程教學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)情分析教材分析課后反思

PAGE3教學(xué)設(shè)計(jì)【教學(xué)目標(biāo)】1．在物理知識(shí)方面的要求：（1）初步理解“理想氣體”的概念。（2）掌握運(yùn)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(guò)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(yùn)用理想氣體狀態(tài)方程解答有關(guān)簡(jiǎn)單問(wèn)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(lái)解答氣體等壓變化的有關(guān)問(wèn)題。2．通過(guò)推導(dǎo)理想氣體狀態(tài)方程及由理想氣體狀態(tài)方程，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯思維能力。3．通過(guò)理想氣體的狀態(tài)方程的教學(xué)過(guò)程，使學(xué)生學(xué)會(huì)用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證成正比關(guān)系的物理定律的一種方法，并對(duì)學(xué)生進(jìn)行“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理唯一的標(biāo)準(zhǔn)”的教育?！局攸c(diǎn)、難點(diǎn)分析】1．理想氣體的狀態(tài)方程是本節(jié)課的重點(diǎn)，因?yàn)樗粌H是本節(jié)課的核心內(nèi)容，還是中學(xué)階段解答氣體問(wèn)題所遵循的最重要的規(guī)律之一。2．對(duì)“理想氣體”這一概念的理解是本節(jié)課的一個(gè)難點(diǎn)，因?yàn)檫@一概念對(duì)中學(xué)生來(lái)講十分抽象，而且在本節(jié)只能從宏觀現(xiàn)象對(duì)“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(dòng)理論方面才能對(duì)“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(guò)程中用狀態(tài)參量來(lái)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。【教學(xué)過(guò)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(shí)，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(shí)，壓強(qiáng)與溫度變化時(shí)所遵循的規(guī)律，即這兩個(gè)定律都是一定質(zhì)量的氣體的體積、壓強(qiáng)、溫度三個(gè)狀態(tài)參量中都有一個(gè)參量不變，而另外兩個(gè)參量變化所遵循的規(guī)律，若三個(gè)狀態(tài)參量都發(fā)生變化時(shí)，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(wèn)題。（舉例學(xué)生討論）（二）教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)1．關(guān)于“理想氣體”概念的教學(xué)設(shè)問(wèn)：（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(dǎo)出來(lái)的還是由實(shí)驗(yàn)總結(jié)歸納得出來(lái)的？答案是：由實(shí)驗(yàn)總結(jié)歸納得出的。（2）這兩個(gè)定律是在什么條件下通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(guò)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(shuō)，當(dāng)溫度足夠低或壓強(qiáng)足夠大時(shí)，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(shí)驗(yàn)事實(shí)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也與玻意耳定律或查理定律計(jì)算出的數(shù)據(jù)有較大的誤差。出示表格（1）：P(×1.013×105Pa)pV值(×1.013×105PaL)H2N2O2空氣11.0001.0001.0001.0001001.06900.99410.92650.97302001.13801.04830.91401.01005001.35651.39001.15601.340010001.72002.06851.73551.9920

說(shuō)明講解：投影片（1）所示是在溫度為0℃，壓強(qiáng)為1.013×105Pa的條件下取1L幾種常見(jiàn)實(shí)際氣體保持溫度不變時(shí)，在不同壓強(qiáng)下用實(shí)驗(yàn)測(cè)出的pV乘積值。從表中可看出在壓強(qiáng)為1.013×105Pa至1.013×107Pa之間時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與玻意耳定律計(jì)算值，近似相等，當(dāng)壓強(qiáng)為1.013×108Pa時(shí)，玻意耳定律就完全不適用了。這說(shuō)明實(shí)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(shí)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(shū)“理想氣體”概念意義。）2．推導(dǎo)理想氣體狀態(tài)方程前面已經(jīng)學(xué)過(guò)，對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)可用三個(gè)狀態(tài)參量p、V、T來(lái)描述，且知道這三個(gè)狀態(tài)參量中只有一個(gè)變而另外兩個(gè)參量保持不變的情況是不會(huì)發(fā)生的。換句話說(shuō)：若其中任意兩個(gè)參量確定之后，第三個(gè)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(gè)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(kāi)始狀態(tài)時(shí)各狀態(tài)參量為（p1，V1，T1），經(jīng)過(guò)某變化過(guò)程，到末狀態(tài)時(shí)各狀態(tài)參量變?yōu)椋╬2，V2，T2），這中間的變化過(guò)程可以是各種各樣的，現(xiàn)假設(shè)有兩種過(guò)程：第一種：從（p1，V1，T1）先等溫并使其體積變?yōu)閂2，壓強(qiáng)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(qiáng)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(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)閂2，則壓強(qiáng)也一定變?yōu)閜2，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(guò)程，自己推導(dǎo)理想氣體狀態(tài)過(guò)程。（即要求找出p1、V1、T1與p2、V2、T2間的等量關(guān)系。）理想氣體狀態(tài)方程。它說(shuō)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(gè)常數(shù)。教師引導(dǎo)學(xué)生按以下步驟解答此題：（1）該題研究對(duì)象是什么？（2）畫(huà)出該題兩個(gè)狀態(tài)的示意圖：（3）分別寫(xiě)出兩個(gè)狀態(tài)的狀態(tài)參量：（4）將數(shù)據(jù)代入，解得考試動(dòng)向[典例1]使一定質(zhì)量的理想氣體按圖8－3－4甲中箭頭所示的順序變化，圖中BC段是以縱軸和橫軸為漸近線的雙曲線。(1)已知?dú)怏w在狀態(tài)A的溫度TA＝300K，求氣體在狀態(tài)B、C和D的溫度各是多少。(2)將上述狀態(tài)變化過(guò)程在圖乙中畫(huà)成用體積V和溫度T表示的圖線(圖中要標(biāo)明A、B、C、D四點(diǎn)，并且要畫(huà)箭頭表示變化的方向)，且說(shuō)明每段圖線各表示什么過(guò)程。[跟蹤訓(xùn)練1]在如圖8－3－5所示的p－T圖中畫(huà)出A→B→C→D狀態(tài)變化圖像。[典例2]房間的容積為20m3，在溫度為7℃、大氣壓強(qiáng)為9.8×104Pa時(shí)，室內(nèi)空氣質(zhì)量是25kg。當(dāng)溫度升高到27℃，大氣壓強(qiáng)變?yōu)?.0×105Pa時(shí)，室內(nèi)空氣的質(zhì)量是多少？[跟蹤訓(xùn)練2]．鋼筒內(nèi)裝有3kg氣體，當(dāng)溫度為－23℃時(shí)，壓強(qiáng)為4atm，如果用掉1kg氣體后溫度升高到27℃，求筒內(nèi)氣體壓強(qiáng)？[典例3]如圖8－3－3所示，粗細(xì)均勻一端封閉一端開(kāi)口的U形玻璃管，當(dāng)t1＝31℃，大氣壓強(qiáng)p0＝76cmHg時(shí)，兩管水銀面相平，這時(shí)左管被封閉的氣柱長(zhǎng)L1＝8cm，則：(1)當(dāng)溫度t2是多少時(shí)，左管氣柱L2為9cm?(2)當(dāng)溫度達(dá)到上問(wèn)中的溫度t2時(shí)，為使左管氣柱長(zhǎng)L為8cm，應(yīng)在右管中加入多長(zhǎng)的水銀柱？[跟蹤訓(xùn)練3]．為了測(cè)定湖的深度，將一根試管開(kāi)口向下緩緩壓至湖底，測(cè)得進(jìn)入管中的水的高度為管長(zhǎng)的3/4，湖底水溫為4℃，湖面水溫為10℃，大氣壓強(qiáng)76cmHg。求湖深多少？（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(shí)驗(yàn)定律的氣體叫理想氣體。2.理想氣體狀態(tài)方程3.理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用板書(shū)設(shè)計(jì)一、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(shí)驗(yàn)定律的氣體。（2）理想氣體是從實(shí)際中抽象出來(lái)的物理模型，實(shí)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(shí)際氣體看作是理想氣體。二、理想氣體的狀態(tài)方程：(a）狀態(tài)方程：＝或＝C(b）氣體實(shí)驗(yàn)定律可看作是狀態(tài)方程的特例：當(dāng)m不變，T1＝T2時(shí)p1V1＝p2V2玻意耳定律當(dāng)m不變，V1＝V2時(shí)＝查理定律當(dāng)m不變，p1＝p2時(shí)＝蓋·呂薩克定律學(xué)情分析前面已經(jīng)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(shí)，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(shí)，壓強(qiáng)與溫度變化時(shí)所遵循的規(guī)律，即這兩個(gè)定律都是一定質(zhì)量的氣體的體積、壓強(qiáng)、溫度三個(gè)狀態(tài)參量中都有一個(gè)參量不變，而另外兩個(gè)參量變化所遵循的規(guī)律，若三個(gè)狀態(tài)參量都發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)遵循什么樣的規(guī)律呢？這就是這節(jié)課要學(xué)習(xí)的主要問(wèn)題。理想氣體是為了研究問(wèn)題方便而提出的一種理想模型，是實(shí)際氣體的一種近似，就像質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷等模型一樣。這種方法突出問(wèn)題的主要方面，忽略次要方面，從而認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象的本質(zhì)，是物理學(xué)一種常用的方法。學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)知識(shí)時(shí)，前面有一定的知識(shí)基礎(chǔ)。已經(jīng)處理了等溫、等容、等壓三種情況的情形，現(xiàn)在處理溫度、壓強(qiáng)、體積都變化的情景應(yīng)該問(wèn)題不大。應(yīng)把主要的精力放到建模上。注意理想氣體的一些特點(diǎn)及相關(guān)問(wèn)題.效果分析本課教學(xué)體現(xiàn)了新授課的課程性質(zhì)，關(guān)注了每一個(gè)學(xué)生的發(fā)展。充滿個(gè)性化的教學(xué)設(shè)計(jì)，促進(jìn)了不同個(gè)體的思維發(fā)展。一、創(chuàng)設(shè)情境，主動(dòng)探求，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在新課導(dǎo)入中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)問(wèn)答的形式，創(chuàng)設(shè)了貼近學(xué)生生活實(shí)際的學(xué)習(xí)情境，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。在具體指導(dǎo)中，注重引導(dǎo)學(xué)生觀察身邊的和熱學(xué)現(xiàn)象有關(guān)的例子，體會(huì)溫度、壓強(qiáng)、體積都發(fā)生變化的情景，并從中增強(qiáng)感悟能力，從而形成對(duì)理想氣體的獨(dú)到的見(jiàn)解和認(rèn)識(shí)①借助影、音、圖片等多媒體手段，激發(fā)學(xué)生的興趣。②引導(dǎo)學(xué)生細(xì)致地觀察物理過(guò)程，訓(xùn)練學(xué)生的建模能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力?？傊?，從學(xué)生的需要層次、認(rèn)知特點(diǎn)和學(xué)習(xí)風(fēng)格出發(fā)，采取多樣的教學(xué)方法和形式，使學(xué)生樂(lè)學(xué)、會(huì)學(xué)、主動(dòng)學(xué)，效果很好。二、重視知識(shí)方法形成與發(fā)展過(guò)程，質(zhì)疑問(wèn)難，主體參與。課的展開(kāi)階段，通過(guò)小組討論，激發(fā)學(xué)生，參與動(dòng)機(jī)，然后指導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究，分類整理再合作交流，從而為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)寬松和諧的學(xué)習(xí)環(huán)境，使動(dòng)手實(shí)踐、自主探索、合作交流真正成為學(xué)生學(xué)習(xí)的重要方式。教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了問(wèn)題的情景，設(shè)計(jì)了問(wèn)題的焦點(diǎn)，提供了問(wèn)題的角度，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表自己的見(jiàn)解，學(xué)生人人參與并在小組內(nèi)及全班互相交流。強(qiáng)化學(xué)習(xí)過(guò)程中的體驗(yàn)與感受，培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。最后通過(guò)師生互動(dòng)，深入研究，效果很好。教師在進(jìn)行個(gè)性化教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，要重視學(xué)生的主體性活動(dòng)，注意引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)腦、動(dòng)口、動(dòng)手，積極參與教學(xué)過(guò)程，親自體驗(yàn)、感受教學(xué)內(nèi)容以及師生間和學(xué)生間的情感、信息交流，讓他們真正成為認(rèn)識(shí)事物的主體、學(xué)習(xí)的主人。教材分析學(xué)生在第七章中學(xué)習(xí)了分子動(dòng)理論的基本知識(shí)，將以此為基礎(chǔ)，學(xué)生將了解溫度和氣體壓強(qiáng)的微觀意義，進(jìn)而理解氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋。本章的學(xué)習(xí)內(nèi)容，是分子動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)的一次具體應(yīng)用。本章學(xué)習(xí)氣體的性質(zhì)，下一章將學(xué)習(xí)固體和液體的性質(zhì)。本章對(duì)氣體的宏觀性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，將為下一張學(xué)習(xí)固體和液體的宏觀性質(zhì)和微觀解釋帶來(lái)很好的借錢。本章學(xué)習(xí)氣體的實(shí)驗(yàn)定律，為下一章學(xué)習(xí)飽和汽奠定了一定的知識(shí)基礎(chǔ)。教材先通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解氣體的實(shí)驗(yàn)定律，在引出理想氣體的狀態(tài)方程，最后用分子動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)對(duì)氣體的實(shí)驗(yàn)定律進(jìn)行具體和比較詳細(xì)的解釋。先精力探究實(shí)驗(yàn)、后介紹物理結(jié)論；先探討有一個(gè)狀態(tài)參量不變的特殊情況、后推導(dǎo)三個(gè)狀態(tài)參量都變的普遍情況；先用公式概括相關(guān)物理規(guī)律，再用圖像描述這些規(guī)律。符合認(rèn)知規(guī)律，有利于實(shí)現(xiàn)課標(biāo)的要求。重點(diǎn)讓學(xué)生學(xué)會(huì)在自主解決問(wèn)題中建構(gòu)新知識(shí)。評(píng)測(cè)練習(xí)1.下列說(shuō)法正確的是（）玻意耳定律對(duì)任何壓強(qiáng)都適用蓋·呂薩克定律對(duì)任意溫度都適用常溫、常壓下的各種氣體，可以當(dāng)做理想氣體一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，它的體積跟溫度成正比2.對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體，下列四種狀態(tài)變化中，哪些是可能實(shí)現(xiàn)的（）增大壓強(qiáng)時(shí)，壓強(qiáng)增大，體積減小升高溫度時(shí)，壓強(qiáng)增大，體積減小降低溫度時(shí)，壓強(qiáng)增大，體積不變降低溫度時(shí)，壓強(qiáng)減小，體積增大3.向固定容器內(nèi)充氣，當(dāng)氣體壓強(qiáng)為p，溫度為27℃時(shí)氣體的密度為ρ，當(dāng)溫度為327℃，氣體壓強(qiáng)為1.5P時(shí)，氣體的密度為（）A.0.25ρB.0.5ρC.0.75ρD.ρ4.對(duì)于理想氣體方程pV/T=恒量，下列敘述正確的是（）質(zhì)量相同的不同種氣體，恒量一定相同質(zhì)量不同的不同種氣體，恒量一定不相同摩爾數(shù)相同的任何氣體，恒量一定相等標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體，恒量一定相同5.如圖所示，一導(dǎo)熱性能良好的氣缸吊在彈簧下，缸內(nèi)被活塞封住一定質(zhì)量的氣體（不計(jì)活塞與缸壁摩擦），當(dāng)溫度升高到某一數(shù)值時(shí)，變化了的量有（）A.活塞高度hB.缸體高度HC.氣體壓強(qiáng)pD.彈簧長(zhǎng)度L6.將一根質(zhì)量可忽略的一端封閉的塑料管子插入液體中，在力F作用下保持平衡，在圖中H值的大小將與下列哪個(gè)量無(wú)關(guān)（）A.管子的半徑B.大氣壓強(qiáng)C.液體的密度D.力F7.如圖所示，開(kāi)口向下的豎直玻璃管的末端有一段水銀柱，當(dāng)玻璃管從豎直位置轉(zhuǎn)過(guò)45。時(shí)，開(kāi)口端的水銀柱將（）A.從管的開(kāi)口端流出一部分B.不發(fā)生變化C.沿著管子向上移動(dòng)一段距離D.無(wú)法確定其變化8.定質(zhì)量的理想氣體，由狀態(tài)A（1，3）沿直線AB變化到C（3，1），如圖所示，氣體在A、B、C三個(gè)狀態(tài)中的溫度之比是（）A.1：1：1B.1：2：3C.3：4：3D.4：3：49.一定質(zhì)量的理想氣體，其狀態(tài)變化如圖中箭頭所示順序進(jìn)行，則AB段是______過(guò)程，遵守_________定律，BC段是__________過(guò)程，遵守_______定律，若CA段是以縱軸和橫軸為漸近線的雙曲線的一部分，則CA段是________過(guò)程，遵守__________定律。課后反思“理想氣體”是中學(xué)物理3-3的核心概念，學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)知識(shí)時(shí)，前面有一定的知識(shí)基礎(chǔ)。已經(jīng)處理了等溫、等容、等壓三種情況的情形，現(xiàn)在處理溫度、壓強(qiáng)、體積都變化的情景的綜合運(yùn)用，有一定的思維難度。通過(guò)教學(xué)及反饋有以下幾點(diǎn)感悟：一、收獲1．突出本模塊教學(xué)特點(diǎn)學(xué)習(xí)《氣體》章節(jié)的學(xué)生不是所有高中學(xué)生，而是對(duì)物理感興趣并將升入大學(xué)學(xué)習(xí)理科的部分學(xué)生，因此對(duì)本模塊的教學(xué)定位要高于必修模塊教材和其他一些選修模塊教材。本模塊更突出學(xué)科思想，是對(duì)紛繁復(fù)雜的物理現(xiàn)象背后的共同規(guī)律、普遍原理的認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到不同物理現(xiàn)象后面的統(tǒng)一性，對(duì)思維要求高。因此這堂課的教學(xué)設(shè)計(jì)始終想引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地思維。2．突出本節(jié)的學(xué)科思想本節(jié)的標(biāo)題為“理想氣體的狀態(tài)方程”，其主要問(wèn)題是理想氣體的模型以及三個(gè)狀態(tài)參量都變化的情景。所以本課的處理力圖圍繞這一核心。突出這一核心之后，前后知識(shí)便易于貫穿了。突出本節(jié)學(xué)習(xí)的過(guò)程與方法，突出學(xué)生活動(dòng)。讓學(xué)生暴露思維過(guò)程是本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)。在思維的沖突碰撞過(guò)程中，學(xué)生既體驗(yàn)到了分析思考的樂(lè)趣，也體會(huì)到了新舊知識(shí)的關(guān)聯(lián)，同時(shí)在傾聽(tīng)他人意見(jiàn)的過(guò)程中，真