《物理（醫(yī)藥衛(wèi)生類）》教案 高職 6.3驗證理想氣體狀態(tài)方程 教案

教案名稱：6.3驗證理想氣體狀態(tài)方程教學(xué)目標(biāo)：1.學(xué)生能夠清晰闡述理想氣體狀態(tài)方程（P1V1T1=P22.通過實驗操作，幫助學(xué)生構(gòu)建理想氣體模型的思維框架，理解理想氣體與實際氣體的區(qū)別，以及理想氣體狀態(tài)方程在簡化條件下的適用性。（科學(xué)思維與創(chuàng)新）3.培養(yǎng)學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象、記錄實驗數(shù)據(jù)的能力，學(xué)會使用科學(xué)方法（如圖表法、比較法等）分析實驗數(shù)據(jù)，驗證理想氣體狀態(tài)方程的正確性。（科學(xué)探究與實踐）4.鼓勵學(xué)生分組進(jìn)行實驗，培養(yǎng)團(tuán)隊合作精神和良好的溝通能力，學(xué)會在團(tuán)隊中分工合作，共同完成任務(wù)。（科學(xué)態(tài)度與責(zé)任）教學(xué)重點：理想氣體狀態(tài)方程的理解與應(yīng)用教學(xué)難點：氣壓計的使用與大氣壓強的測量教學(xué)方法：講授法、討論法、實驗法教學(xué)準(zhǔn)備：多媒體材料：PPT課件，動畫、案例視頻。教學(xué)過程：一、導(dǎo)入新課：在之前的學(xué)習(xí)中，我們就已經(jīng)學(xué)習(xí)過了理想氣體狀態(tài)方程，它告訴我們,一定質(zhì)量的理想氣體,它的壓強和體積的乘積與熱力學(xué)溫度之比,在狀態(tài)變化過程中保持不變。下面我們通過實驗來研究一定質(zhì)量的氣體在溫度變化時,壓強、體積和溫度三者的關(guān)系所符合的規(guī)律。二、新課講解：（一）實驗?zāi)康谋敬螌嶒灥膶嶒災(zāi)康挠袃蓚€，分別是(1)驗證理想氣體狀態(tài)方程。(2)學(xué)會使用氣壓計測量大氣壓強。（二）實驗器材在本次實驗中，采用的實驗器材有:氣壓計(公用)、溫度計、燒杯、小型水銀氣壓計(它是固定在刻度尺上的一端封閉的U形均勻玻璃管,其一端有一段用水銀封在里面的氣柱)。（三）實驗方案當(dāng)一定質(zhì)量的氣體在壓強不太大、溫度不太低的情況下狀態(tài)發(fā)生變化時,能近似遵循理想氣體狀態(tài)方程,即它的壓強跟體積的乘積與熱力學(xué)溫度之比保持不變,用公式表示為P本實驗是讓氣體在均勻玻璃管中改變狀態(tài)。氣體的體積變化完全取決于氣柱長l的變化,因此上述方程可寫為P測出氣體在每一個狀態(tài)下的壓強p、氣柱長度l和熱力學(xué)溫度T,即可進(jìn)行驗證。（四）實驗步驟(1)從公用氣壓計上讀出大氣壓p0(用毫米水銀柱高表示)。(2)把U形玻璃管豎直插入冷水中,水銀封閉的氣柱全部沒入水中(圖6.3.1)。讀出刻度尺尺上所示的氣柱長度l和U形管兩側(cè)水銀面的高度差h0(毫米水銀柱高)。(3)用溫度計測出燒杯內(nèi)的水溫t,它就是封閉端內(nèi)氣體的溫度。(4)向燒杯內(nèi)注入適量熱水改變水溫,使封閉端氣體狀態(tài)發(fā)生變化,重復(fù)上述步驟(2)、(3)進(jìn)行測量。(5)再向燒杯內(nèi)注入熱水改變水溫,重復(fù)步驟(2)、(3)進(jìn)行測量。（五）數(shù)據(jù)記錄與處理完成實驗操作后，將數(shù)據(jù)填寫在表格中，并得出實驗結(jié)論交流與評價：1.結(jié)果與分析通過實驗發(fā)現(xiàn),一定質(zhì)量的理想氣體,其壓強和體積的乘積與熱力學(xué)溫度之比,在狀態(tài)變化過程中保持不變,符合理想氣體狀態(tài)方程。2.交流與討論實驗中得到的氣體壓強和體積的乘積與熱力學(xué)溫度之比實際上并不嚴(yán)格相等,向?qū)W生提問：簡要分析產(chǎn)生這一誤差的原因。DIS拓展實驗：本實驗也可以利用ESP32開發(fā)板、BMP180數(shù)字氣壓傳感器和Phyphox專用實驗軟件搭建數(shù)字化實驗平臺來探究。ESP32開發(fā)板是一系列低成本、低功耗的單片機微控制器,集成了Wi-Fi和雙模藍(lán)牙,可作藍(lán)牙外接設(shè)備與手機建立連接。基于ESP32搭建的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),利用ArduinoIDE編程軟件將測量所需的代碼上傳燒錄進(jìn)開發(fā)板中,與BMP180數(shù)字氣壓傳感器連接,測量外界的溫度與氣壓。搭建流程圖如下:通過編寫程序,連接計算機和開發(fā)板,再通過計算機USB端口將ArduinoIDE中的程序上傳燒錄進(jìn)ESP32中。組裝好實驗儀器,打開Phyphox專用實驗軟件,通過藍(lán)牙建立連接,單擊“開始實驗”即可實時采集數(shù)據(jù)。繪制壓強隨溫度變化的圖像,利用平移和縮放功能、選取數(shù)據(jù)功能,記錄各時間點壓強與溫度的數(shù)據(jù),導(dǎo)出到計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。三、課堂小結(jié)：知識梳理：進(jìn)行了驗證理想氣體狀態(tài)方程的實驗重點強調(diào)：準(zhǔn)確使用氣壓計測量壓強四、課后作業(yè)：1.本實驗采用了水銀液封U形管內(nèi)氣體的方法。液封的例子在生活中還有很多,比如喝可樂時就利用可