理想氣體狀態(tài)方程(1)

1、理想氣體狀態(tài)方程（1） 理想氣體狀態(tài)方程（1）理想氣體狀態(tài)方程（1）理想氣體的狀 態(tài)方程一、教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)目標(biāo)： （1 ）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、能力目標(biāo) 通 過(guò)推導(dǎo)理想氣體狀態(tài)方程及由理想氣體狀態(tài)方程推導(dǎo)蓋呂薩克定律 的過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯思維能力。3、情感目標(biāo) 通過(guò)用實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證蓋呂薩克定律的教學(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

2、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。二、重點(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。三、教具1、投影幻燈機(jī)、 書寫用投影片。2、氣體定律實(shí)驗(yàn)器、燒杯、溫度計(jì)等。四

3、、主要教 學(xué)過(guò)程（一）引入新課 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。 （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

4、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。 出示投影片（1）： p （Pa） pV 值（PaL） 空氣 1 100 200 500 1000 1.000 1.0690 1.1380 1.

5、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 說(shuō)明講解：投影片（I）所示是在溫度為0C,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)下用實(shí)驗(yàn) 測(cè)出的pV乘積值。從表中可看出在壓強(qiáng)為 Pa至Pa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Pa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

6、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“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)量的理想氣體在開始狀態(tài)時(shí)各 狀態(tài)參量為（），經(jīng)過(guò)某變化過(guò)程，到末

7、狀態(tài)時(shí)各狀態(tài)參量變?yōu)椋ǎ? 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（）先等溫并使其體積變?yōu)椋瑝簭?qiáng)隨之變?yōu)?，此中間狀態(tài)為（） 再等容并使其溫度變?yōu)椋瑒t其壓強(qiáng)一定變?yōu)?，則末狀態(tài)（）。第 二種：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)椋瑒t壓強(qiáng)也一定變?yōu)?，也到?狀態(tài)（），如投影片所示。出示投影片（2）：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 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： 這就是理想氣體狀態(tài)方程。它說(shuō)明：一定質(zhì)量

8、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)。3 .推導(dǎo)并驗(yàn)證 蓋呂薩克定律設(shè)問(wèn)：（1 ）若上述理想氣體狀態(tài)方程中，方程形 式變化成怎樣的形式？ 答案：或 （2）本身說(shuō)明氣體狀態(tài)變化有 什么特點(diǎn)？答案：說(shuō)明等效地看作氣體做等壓變化。（即壓強(qiáng)保持不 變的變化） 由此可得出結(jié)論：當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，一定質(zhì)量的理想氣體 的體積與熱力學(xué)溫度成正比。這個(gè)結(jié)論最初是法國(guó)科學(xué)家蓋呂薩克 在研究氣體膨脹的實(shí)驗(yàn)中得到的，也叫蓋呂薩克定律。它也屬于實(shí) 驗(yàn)定律。當(dāng)今可以設(shè)計(jì)多種實(shí)驗(yàn)方法來(lái)驗(yàn)證這一結(jié)論。 今天我們利用 在驗(yàn)證玻意耳定律中用過(guò)的氣體定律實(shí)驗(yàn)器來(lái)驗(yàn)證這一定律。演示 實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，此實(shí)驗(yàn)保

9、持壓強(qiáng)不變，只是利用改變燒杯 中的水溫來(lái)確定三個(gè)溫度狀態(tài) ，這可從溫度計(jì)上讀出，再分別換算 成熱力學(xué)溫度，再利用氣體實(shí)驗(yàn)器上的刻度值作為達(dá)熱平衡時(shí)，被 圭寸閉氣體的體積值，分別為，填入下表：出示投影幻燈片（3）: 然后讓學(xué)生用計(jì)算器迅速算出 、，只要讀數(shù)精確，則這幾 個(gè)值會(huì)近似相等，從而證明了蓋呂薩克定律。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 C,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 3C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

10、汞柱？ 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？ 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)代入理想氣體狀態(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 實(shí)驗(yàn)定律的氣體叫理想氣體。2 .理想氣體狀態(tài)方程為：3 .蓋呂 薩克定律是指：一定質(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(shuō)明1.“理想氣體”如同力學(xué)中的“質(zhì)點(diǎn)”、 “彈簧振子”一樣，是一種理想的物理模型，是一種重要的物理研究 方法。對(duì)“理想氣體”研究得出的規(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)證蓋呂薩克定律的實(shí)驗(yàn)用的是溫州師院教學(xué)儀器廠制造的 J2261型氣體定律實(shí)驗(yàn)器；實(shí)驗(yàn)中確定的三個(gè)溫度狀態(tài)應(yīng)相對(duì)較穩(wěn)定 （即變化不能太快）