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PAGE1-志向氣體的狀態(tài)方程一、教學(xué)目標(biāo) 1、學(xué)問目標(biāo):(1)理解“志向氣體”的概念。(2)駕馭運(yùn)用玻意耳定律和查理定律推導(dǎo)志向氣體狀態(tài)方程的過程,熟記志向氣體狀態(tài)方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式,并能正確運(yùn)用志向氣體狀態(tài)方程解答有關(guān)簡潔問題。2、實(shí)力目標(biāo)通過推導(dǎo)志向氣體狀態(tài)方程及由志向氣體狀態(tài)方程推導(dǎo)蓋·呂薩克定律的過程,培育學(xué)生嚴(yán)密的邏輯思維實(shí)力。3、情感目標(biāo)通過用試驗(yàn)驗(yàn)證蓋·呂薩克定律的教學(xué)過程,使學(xué)生學(xué)會用試驗(yàn)來驗(yàn)證成正比關(guān)系的物理定律的一種方法,并對學(xué)生進(jìn)行“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理唯一的標(biāo)準(zhǔn)”的教化。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析1、志向氣體的狀態(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)階段解答氣體問題所遵循的最重要的規(guī)律之一。2、對“志向氣體”這一概念的理解是本節(jié)課的一個(gè)難點(diǎn),因?yàn)檫@一概念對中學(xué)生來講非常抽象,而且在本節(jié)只能從宏觀現(xiàn)象對“志向氣體”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“志向氣體”賜予進(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)的改變也很抽象,學(xué)生理解上也有肯定難度。三、教具1、投影幻燈機(jī)四、主要教學(xué)過程(一)引入新課玻意耳定律是肯定質(zhì)量的氣體在溫度不變時(shí),壓強(qiáng)與體積改變所遵循的規(guī)律,而查理定律是肯定質(zhì)量的氣體在體積不變時(shí),壓強(qiáng)與溫度改變時(shí)所遵循的規(guī)律,即這兩個(gè)定律都是肯定質(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)參量改變所遵循的規(guī)律,若三個(gè)狀態(tài)參量都發(fā)生改變時(shí),應(yīng)遵循什么樣的規(guī)律呢?這就是我們今日這節(jié)課要學(xué)習(xí)的主要問題。(二)教學(xué)過程設(shè)計(jì)1、關(guān)于“志向氣體”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導(dǎo)出來的還是由試驗(yàn)總結(jié)歸納得出來的?答案是:由試驗(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試驗(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(shí),任何氣體都被液化了,當(dāng)然也不遵循反映氣體狀態(tài)改變的玻意耳定律和查理定律了。而且試驗(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,它們的試驗(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。出示投影片(1):p(Pa)pV值(PaL)空氣110020050010001.0001.06901.13801.35651.72001.0000.99411.04831.39002.06851.0000.92650.91401.15601.73551.0000.97301.01001.34001.9920說明講解:投影片(l)所示是在溫度為0℃,壓強(qiáng)為Pa的條件下取1L幾種常見實(shí)際氣體保持溫度不變時(shí),在不同壓強(qiáng)下用試驗(yàn)測出的pV乘積值。從表中可看出在壓強(qiáng)為Pa至Pa之間時(shí),試驗(yàn)結(jié)果與玻意耳定律計(jì)算值,近似相等,當(dāng)壓強(qiáng)為Pa時(shí),玻意耳定律就完全不適用了。這說明實(shí)際氣體只有在肯定溫度和肯定壓強(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。為了探討便利,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“志向氣體”。(板書“志向氣體”概念意義。)2.推導(dǎo)志向氣體狀態(tài)方程前面已經(jīng)學(xué)過,對于肯定質(zhì)量的志向氣體的狀態(tài)可用三個(gè)狀態(tài)參量p、V、T來描述,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)參量保持不變的狀況是不會發(fā)生的。換句話說:若其中隨意兩個(gè)參量確定之后,第三個(gè)參量肯定有唯一確定的值。它們共同表征肯定質(zhì)量志向氣體的唯一確定的一個(gè)狀態(tài)。依據(jù)這一思想,我們假定肯定質(zhì)量的志向氣體在起先狀態(tài)時(shí)各狀態(tài)參量為(),經(jīng)過某改變過程,到末狀態(tài)時(shí)各狀態(tài)參量變?yōu)椋ǎ?,這中間的改變過程可以是各種各樣的,現(xiàn)假設(shè)有兩種過程:第一種:從()先等溫并使其體積變?yōu)?,壓?qiáng)隨之變?yōu)?,此中間狀態(tài)為()再等容并使其溫度變?yōu)?,則其壓強(qiáng)肯定變?yōu)?,則末狀態(tài)()。其次種:從()先等容并使其溫度變?yōu)?,則壓強(qiáng)隨之變?yōu)?,此中間狀態(tài)為(),再等溫并使其體積變?yōu)?,則壓強(qiáng)也肯定變?yōu)椋驳侥顟B(tài)(),如投影片所示。出示投影片(2):將全班同學(xué)分為兩大組,依據(jù)玻意耳定律和查理定律,分別按兩種過程,自己推導(dǎo)志向氣體狀態(tài)過程。(即要求找出與間的等量關(guān)系。)基本方法是:解聯(lián)立方程或消去中間狀態(tài)參量或均可得到:這就是志向氣體狀態(tài)方程。它說明:肯定質(zhì)量的志向氣體的壓強(qiáng)、體積的乘積與熱力學(xué)溫度的比值是一個(gè)常數(shù)。4.課堂練習(xí)出示投影幻燈片(4),顯示例題(1):例題
一水銀氣壓計(jì)中混進(jìn)了空氣,因而在27℃,外界大氣壓為758毫米汞柱時(shí),這個(gè)水銀氣壓計(jì)的讀數(shù)為738毫米汞柱,此時(shí)管中水銀面距管頂80毫米,當(dāng)溫度降至-3℃時(shí),這個(gè)氣壓計(jì)的讀數(shù)為743毫米汞柱,求此時(shí)的實(shí)際大氣壓值為多少毫米汞柱?老師引導(dǎo)學(xué)生按以下步驟解答此題:(1)該題探討對象是什么?答案:混入水銀氣壓計(jì)中的空氣。
(2)畫出該題兩個(gè)狀態(tài)的示意圖:(3)分別寫出兩個(gè)狀態(tài)的狀態(tài)參量:(S是管的橫截面積)。
(4)將數(shù)據(jù)代入志向氣體狀態(tài)方程:得
解得
(三)課堂小結(jié)1.在任何溫度和任何壓強(qiáng)下都能嚴(yán)格遵循氣體試驗(yàn)定律的氣體叫志向氣體。2.志向氣體狀態(tài)方程為:3.蓋·呂薩克定律是指:肯定質(zhì)量的氣體在壓強(qiáng)不變的條件下,它的體積與熱力學(xué)溫度成正比。五、說明1.“志向氣體”猶如力學(xué)中的“質(zhì)點(diǎn)”、“彈簧振子”一樣,是一種志向的物理模型,是一種重要的物理探討方法。對“志向氣體”探討得出的規(guī)律在很大溫度范圍和壓強(qiáng)范圍內(nèi)都能適用于實(shí)際氣體,因此它是有很大實(shí)際意義的。2.本節(jié)課設(shè)計(jì)的驗(yàn)證蓋·呂薩克定律的試驗(yàn)用的是溫州師院教學(xué)儀器廠制造的J2261型氣體定律試驗(yàn)器;試驗(yàn)中確定的三個(gè)溫度狀態(tài)應(yīng)相對較穩(wěn)定(即改變不能太快)以便于被探討氣體與燒杯中的水
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