高中物理理想气体状态方程教学设计学情分析教材分析课后反思.docx

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高中物理理想气体状态方程教学设计学情分析教材分析课后反思

理想气体状态方程

一、教学目标

　　1、知识目标：

（1）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、能力目标

　　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、情感目标

　　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。

二、重点、难点分析

　　1、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。

　　2、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。

三、教具

　　1、投影幻灯机、书写用投影片。

　　2、气体定律实验器、烧杯、温度计等。

四、主要教学过程

（一）引入新课

　　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）教学过程设计

　　1、关于“理想气体”概念的教学

设问：

（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？

答案是：

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？

老师引导学生知道是在温度不太低（与常温比较）和压强不太大（与大气压强相比）的条件得出的。

　　老师讲解：

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。

出示投影片

（1）：

p

（ Pa）

pV值（ PaL）

空气

1

100

200

500

1000

1.000

1.0690

1.1380

1.3565

1.7200

1.000

0.9941

1.0483

1.3900

2.0685

1.000

0.9265

0.9140

1.1560

1.7355

1.000

0.9730

1.0100

1.3400

1.9920

　　说明讲解：

投影片（l）所示是在温度为0℃，压强为 Pa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 Pa至 Pa之间时，实验结果与玻意耳定律计算值，近似相等，当压强为 Pa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”。

（板书“理想气体”概念意义。

）

　　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（ ），经过某变化过程，到末状态时各状态参量变为（ ），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（ ）先等温并使其体积变为 ，压强随之变为 ，此中间状态为（ ）再等容并使其温度变为 ，则其压强一定变为 ，则末状态（ ）。

　　第二种：

从（ ）先等容并使其温度变为 ，则压强随之变为 ，此中间状态为（ ），再等温并使其体积变为 ，则压强也一定变为 ，也到末状态（ ），如投影片所示。

　　出示投影片

（2）：

　　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 与 间的等量关系。

）

　　基本方法是：

解联立方程 或 消去中间状态参量或均可得到：

　　这就是理想气体状态方程。

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。

　　3．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， ，方程形式变化成怎样的形式？

　　答案：

 或

（2） 本身说明气体状态变化有什么特点？

　　答案：

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 ，这可从温度计上读出，再分别换算成热力学温度 ，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 ，填入下表：

出示投影幻灯片（3）：

　　然后让学生用计算器迅速算出 、 、 ，只要读数精确，则这几个值会近似相等，从而证明了盖·吕萨克定律。

　　4．课堂练习

　　出示投影幻灯片（4），显示例题

（1）：

　　例题 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？

　　教师引导学生按以下步骤解答此题：

（1）该题研究对象是什么？

　　答案：

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：

（S是管的横截面积）。

　　（4）将数据代入理想气体状态方程：

　　得   

　　解得   

（三）课堂小结

　　1．在任何温度和任何压强下都能严格遵循气体实验定律的气体叫理想气体。

　　2．理想气体状态方程为：

　　3．盖·吕萨克定律是指：

一定质量的气体在压强不变的条件下，它的体积与热力学温度成正比。

第3讲　理想气体的状态方程

[目标定位]　1.了解理想气体的概念，并知道实际气体在什么情况下可以看成理想气体.2.掌握理想气体状态方程的内容和表达式，并能应用方程解决实际问题.

一、理想气体

1．定义：

在任何温度、任何压强下都严格遵从的气体．

2．实际气体在压强（相对大气压）、温度（相对室温）时可当成理想气体处理．

3．理想气体是一种的模型，是对实际气体的．

二、理想气体的状态方程

1．内容：

一定的某种理想气体，在从一个状态（p1、V1、T1）变化到另一个状态（p2、V2、T2）时，尽管p、V、T都可能改变，但是的乘积与的比值保持不变．

2．理想气体状态方程表达式：

＝

或

＝C（常量）．3．推导方法：

（1）控制变量法．

（2）选定状态变化法．4．成立条件：

质量一定的理想气体．

一、理想气体状态方程

1．理想气体

（1）理解：

理想气体是为了研究问题方便提出的一种理想化模型，是实际气体的一种近似．

（2）特点：

①严格遵守气体实验定律及理想气体状态方程．

②理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可以忽略不计，分子可视为质点．

③理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力，故无分子势能，理想气体的内能等于所有分子热运动动能之和，一定质量的理想气体内能只与温度有关．

2．理想气体状态方程与气体实验定律

＝

⇒

3．应用状态方程解题的一般步骤

（1）明确研究对象，即一定质量的理想气体；

（2）确定气体在初、末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2；

（3）由状态方程列式求解；（4）讨论结果的合理性．

例1

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

针对训练　内径均匀的L形直角细玻璃管，一端封闭，一端开口竖直向上，用水银柱将一定质量空气封存在封闭端内，空气柱长4cm，水银柱高58cm，进入封闭端长2cm，如图1所示，温度是87℃，大气压强为75cmHg，求：

图1

（1）在图示位置空气柱的压强p1；

（2）在图示位置，要使空气柱的长度变为3cm，温度必须降低到多少度？

二、理想气体状态方程与气体图象

1．一定质量的理想气体的各种图象

类别

图线

特　点

举　例

pV

pV＝CT（其中C为恒量），即pV之乘积越大的等温线温度越高，线离原点越远

p

p＝CT

，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高

pT

p＝

T，斜率k＝

，即斜率越大，体积越小

VT

V＝

T，斜率k＝

，即斜率越大，压强越小

2.理想气体状态方程与一般状态变化图象

基本方法：

化“一般”为“特殊”，如图2是一定质量的某种理想气体的状态变化过程A→B→C→A.

在VT图线上，等压线是一簇延长线过原点的直线，过A、B、C三点作三条等压线分别表示三个等压过程，因pA′

例2

　一定质量的理想气体的p-t图象如图3所示，在从状态A变到状态B的过程中，体积（　　）

A．一定不变B．一定减小

C．一定增大D．不能判定怎样变化

针对训练　如图4所示，A、B两点代表一定质量理想气体的两个不同的状态，状态A的温度为TA，状态B的温度为TB.由图可知（　　）

A．TA＝2TBB．TB＝4TA

C．TB＝6TAD．TB＝8TA

1．对于一定质量的理想气体，下列状态变化中可能实现的是（　　）

A．使气体体积增加而同时温度降低

B．使气体温度升高，体积不变、压强减小

C．使气体温度不变，而压强、体积同时增大

D．使气体温度升高，压强减小，体积减小

2．一定质量的理想气体，初始状态为p、V、T，经过一系列状态变化后，压强仍为p，则下列过程中可以实现的是（　　）

A．先等温膨胀，再等容降温B．先等温压缩，再等容降温

C．先等容升温，再等温压缩D．先等容降温，再等温压缩

3．如图5所示，在p-T坐标系