一、教材分析
气体的压强、体积和温度是研究气体的重要参量。气体的物理性质和气体的状态参量有着直接的关系。分析清楚气体的状态参量是气体实验定律应用的基础。
初中课本对温度这个概念的教学只是从冷热程度的角度来进行描述,没有揭示其实质;而气体的压强同样也是从液体有压强从而引出气体也有压强的结论,对气体的压强究竟是如何产生的只字未提,更没有提及气体的三个状态参量之间存在着怎样的关系。但高中课本中在气体的三个实验定律里面必然要有三个状态参量关系的定量描述,因此学生在接受起来肯定要存在很大的疑惑,对基础较好的学生来讲,要思考气体的状态参量之间为什么存在这种关系,这个是教材中不得不提及的话题。
本节课就是在这种背景下提出的。但是教材中对三个参量的描述也是语焉不详,不能用简短的篇幅来具体阐述这个问题,并且知识点显得十分凌乱,因而学生接受起来仍然有相当难度。课本的实验可操作性不强,实验结果也不是很显著,使学生对气体压强产生的理解不到位,因此也需要在现有的条件下进行进一步改进。
二、学情分析
教材中对气体的三个实验定律中的玻意耳定律进行解释,但还是不够详细,学生难以理解前后的连贯性。只有对气体压强的产生原因十分清楚的基础上才能很好的理解。因此本节实验显得更加重要。这也是本节课的重点和难点,同时还是高考频繁出现的考查点,因此引导学生对气体的三个实验定律进行详细解释显得尤其重要。
三、教学目标
(一)知识与技能
1. 初步了解统计规律在生产生活中的应用并能用它解释热现象的微观意义
2.通过实验探索,培养学生动手能力、实验观察、收集和处理信息的能力
3.会从微观上理解并解释气体温度、压强和体积三个参量,并能解释气体的三个实验定律,培养学生分析问题和解决问题的能力
(二)过程与方法
1.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。
2.让学生通过设计实验、观察实验现象、记录结果、分析论证得出结论、运用类比的思路,体验科学探究的方法
3.运用所得结论解决实际问题
(三)情感态度与价值观
1.通过亲身的探究活动,使学生获得成功的乐趣,培养学生学习物理的兴趣。
2.培养学生对科学的求知欲,乐于参与观察,敢于实验,勇于创新、体会实验在探索物理规律中的作用和方法。
3.培养学生实事求是、尊重客观规律的科学态度,养成严谨、细致、耐心的实验修养。
4.让学生认识“从个性中发现共性,再从共性中理解个性,从现象认识本质及事物有普遍联系”的辩证唯物主义观点
四、教学重点和难点
1.教学重点:从微观上理解并解释气体温度、压强和体积三个参量,并能解释气体的三个实验定律
2.教学难点:气体压强的微观意义是本节课的难点
突破方法:运用实验进行科学探究,一环扣一环,利用类比的方法,让学生探索微观世界的奥秘,建立和宏观现象的联系。
五、学习方式
设置情景,提出问题,实验研究,合作交流,解决问题
六、教具准备
礼物一份(譬如一本介绍统计学规律的书)、小钢珠若干,铁架台,漏斗,电子秤、秒表、刻度尺、塑料盆、塑料片、多媒体配套设施和课件
七、教学过程
(1) 导入新课,提出问题
教师手拿礼物(譬如一本书),对学生们说:“老师有一个礼物要送给咱们班的某个同学,究竟谁能得到这个礼物呢?下面请班长从这个写有咱班全体同学名字的一叠纸条中抽出这个幸运儿!”
教师高声宣布得到礼物同学的名字边说:“请列举这个事件中哪些是必然事件、不可能事件和随机事件,回答的好的同学还有奖励呦!”
【设计意图】:让学生的情绪一下高涨起来,活跃了课堂气氛,同时为引出统计学规律的几个术语:必然事件、不可能事件和随机事件
(2) 抛出问题,引发思考
提出问题:随机事件是否就没有规律呢?下面请同学们做下面实验:
实验:掷币实验
教师投影实验要求,学生分组实验,教师巡视,指导学生实验。学生小组内分工合作得出实验数据,组长到前台汇总到预设的Eexl表格中(表格可以预先设置好函数关系式,学生填入实验数据直接生成累计数据)。
教师进行数据的图表处理(Eexl表格中的柱状图),能直接显示各种结果出现的几率大小。
引导学生观察数据,得出实验结论:个别随机事件的出现具有偶然性,大量随机事件的整体会表现出一定的规律性,这种规律就是统计规律。
教师:谁还能列举哪些事件中有着怎样的统计学规律?
学生回答,教师进行点评。
【设计意图】:培养学生的动手、合作能力。并对统计规律进一步理解
(3)提出问题:气体由大量分子组成,那么热现象与大量分子热运动的统计规律存在怎样的关系呢?请同学们看课本(时间1分钟):气体分子运动特点
请学生回答:气体分子运动有怎样的特点?看哪个组总结的更全面、更准确!
学生回答,教师引导,进行概括总结(最好是学生能独立完成):四大两小两相同
四大:气体分子间距离比固体和液体大:分子间距大约是分子直径10倍(10r0)
气体分子运动速率大:速率可以达到几百米每秒,和子弹的速度相当,因而会充满它能达到的整个空间
会对器壁产生较大冲击力
气体分子数密度大:碰撞十分频繁,运动杂乱无章,任何一个方向运动的气体分子都有
两小:分子力小(可以忽略);分子小
两相同:气体体积等于容纳它的容积;同一时刻向各个方向运动的分子数目基本相等。
【设计意图】:锻炼学生概括总结能力,方便学生记忆。进一步了解气体分子热运动的特点,同时解决了气体体积这个参量
(4)提出问题:尽管大量气体分子做无规则运动,速率有大有小,但分子的速率却按照统计学规律分布,请同学们看课本:气体温度的微观意义,时间1分钟。
投影同一部分氧气在0℃和100℃时的表格和图像,进行说明和解释后,引发学生对图像的观察与思考
问题1、 0℃和100℃氧气分子速率分布有什么相同的统计规律?
问题2、 对比0℃和100℃氧气分子速率分布图像,有什么不同?
问题3、请尝试在课本图8.4-2上大体画出200℃氧气分子速率分布图像,要体现它的基本特征。
通过学生回答和对图像的分析得出图像特点:中间多两头少,弯腰低头向右跑
给出结论:通过定量分析得出:理想气体的热力学温度T与分子的平均动能成正比。
T=AEK ɑ为比例常数
上式再一次表明:温度是分子平均动能的标志
【设计意图】:让学生充分讨论交流,大胆猜想,勇于发表自己的见解并进行投影展示,使学生有成就感;培养学生识图象并且能从图像中获取信息的能力;概括总结图像的特点方便学生记忆。
(5)提出问题:前面我们研究了气体的体积、温度,现在我们来研究气体压强的微观意义
提出问题:从微观角度看,联系雨中打伞的体验,思考讨论:
1.气体对容器的压强是如何产生的?
2.压强的大小可能和什么因素有关?
师:我们用实验来模拟气体分子对器壁冲击而产生压强的实验。
介绍实验器材使用和实验要求及步骤
实验步骤:
1、把电子秤放入塑料盆内,将漏斗竖直固定在铁架台上,使漏斗口距离电子秤正中上方15cm,打开电子秤电源开关。2、用手指堵住漏斗口,把小钢珠装入漏斗内。松开手指,让小钢珠落下,同时按下秒表计时,读出电子秤示数比较稳定时的示数,钢珠完全漏出停止计时,将数据记入表格。3、在漏斗口切开的窄缝中横着插入塑料片,遮挡部分出口,重复步骤24、将漏斗口离电子秤距离加大到25cm,重复步骤2
学生进行分组实验,记录实验数据并填表,对最先完成的三个组进行投影展示、说明
教师引导学生对实验数据进行分析,得出实验结论:高度相同,倾倒时间越短,电子秤的示数越大;倾倒时间相同,高度越高,电子秤的示数越大;
教师引导学生对实验现象的分析思考:
如果只有一个小钢珠落到秤盘上,它对秤盘的作用力与哪些物理量有关?
你认为本实验中电子秤受到的冲击力还与哪个因素有关?
假设在某一时刻落到秤盘上的小钢珠总数为N, 每个小钢珠落下时对秤盘的作用力平均为F,秤盘面积为S,你能表达出秤盘受到的压强吗?
教师进行类比引导:你能把气体分子类比成实验中的小钢珠,说说气体压强与哪些因素有关吗?
类比:
气体分子平均动能越大,平均每个气体分子对器壁的压力越大,气体压强越大
气体分子越密集,单位时间内对器壁单位面积撞击次数越多,气体压强越大
实验结论:
一定质量的气体压强的大小跟两个因素有关:
气体分子的平均动能(温度)
气体分子的密集程度(体积)
【设计意图】:学生对气体的微观世界不能有直观的认识,对其中的规律更谈不上理解。因此根据学生的认知水平,在这里加入模拟实验,合理运用类比的方法,能帮助学生直观认识气体压强的产生原因,帮助学生有效突破难点。而本实验的成败直接影响本节课的效果,因此这个实验是本节课要着力打造的重点。
师:我们从微观上揭示了气体的体积、温度和压强,让我们一起来解释一下气体的三个实验定律吧!
师生一起解释玻意耳定律
一定质量的气体,在温度不变的情况下,压强p与体积V成反比
解释: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,平均每个分子对器壁的冲击力不变;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,同一时刻撞击器壁单位面积上的分子个数也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:
学生独立完成对查理定律和盖﹒吕萨克定律,展示其成果。
【设计意图】:学生有了上述实验的认知基础,结合玻意耳定律的内容,可以分析出来在温度一定的情况下,气体压强和体积的关系的。通过对查理定律和盖﹒吕萨克定律的独立完成,进一步巩固其成果,高度达成本节课的教学目标。
八、学生独立进行课堂小结:
九、布置作业
十、板书设计
第四节 气体热现象的微观意义
一、随机性与统计规律:
二、气体分子的运动特点:
三、气体热现象的微观意义
1、温度:T=AEK ɑ为比例常数
2、压强:
3、气体实验定律: