2022年-年高中物理8.4《氣體熱現(xiàn)象的微觀意義》教案新人教版選修3-3

1、2021-2021 年高中物理 8.4 氣體熱現(xiàn)象的微觀意義教案新人教版選修 3-3教學目標1在物理學問方面的要求：（ 1）能用氣體分子動理論說明氣體壓強的微觀意義,并能知道氣體的壓強， 溫度，體積與所對應的微觀物理量間的相關聯(lián)系.（ 2）能用氣體分子動理論說明三個氣體試驗定律.2通過讓同學用氣體分子動理論說明有關的宏觀物理現(xiàn)象,培養(yǎng)同學的微觀想像 才能和規(guī)律推理才能,并滲透“統(tǒng)計物理”的思維方法. 3通過對宏觀物理現(xiàn)象與微觀粒子運動規(guī)律的分析,對同學滲透“透過現(xiàn)象看本 質(zhì)”的哲學思維方法.重點，難點分析1. 用氣體分子動理論來說明氣體試驗定律是重點,它是本節(jié)課的核心內(nèi)容.2. 氣體壓強的微觀

2、意義是本節(jié)課的難點,由于它需要同學對微觀粒子復雜的運動狀態(tài)有豐富的想像力.教學過程引入新課先設問：氣體分子運動的特點有哪些？ 答案：特點是：（ 1）氣體間的距離較大,分子間的相互作用力特別脆弱,可以認為氣體分子除相互碰撞及與器壁碰撞外不受力作用,每個分子都可以在空間自由移動,確定質(zhì)量的氣體的分子可以布滿整個容器空間.（ 2）分子間的碰撞頻繁,這些碰撞及氣體分子與器壁的碰撞都可看成是完全彈性碰撞.氣體通過這種碰撞可傳遞能量,其中任何一個分子運動方向和速率大小都是不斷變化的,這就是雜亂無章的氣體分子熱運動.（ 3）從總體上看氣體分子沿各個方向運動的機會均等,因此對大量分子而言,在任一時刻向容器各個

3、方向運動的分子數(shù)是均等的.（ 4）大量氣體分子的速率是按確定規(guī)律分布,呈“中間多,兩頭少”的分布規(guī)律, 且這個分布狀態(tài)與溫度有關,溫度上升時,平均速率會增大.今日我們就是要從氣體分子運動的這些特點和規(guī)律來說明氣體試驗定律.教學過程一關于氣體壓強微觀說明的教學第一通過設問和爭辯建立反映氣體宏觀物理狀態(tài)的溫度（T），體積（ V）與反映氣體分子運動的微觀狀態(tài)物理量間的聯(lián)系：溫度是分子熱運動平均動能的標志,對確定的氣體而言,溫度與分子運動的平均速率有關,溫度越高,反映氣體分子熱運動的平均速率體積影響到分子密度（即單位體積內(nèi)的分子數(shù)）,對確定的確定質(zhì)量的理想氣體而言,分子總數(shù)N 是確定的,當體積為V 時

4、,單位體積內(nèi)n 越小.然后再設問：氣體壓強大小反映了氣體分子運動的哪些特點呢？可編輯資料 - - - 歡迎下載這應從氣體對容器器壁壓強產(chǎn)生的機制來分析.看用運算機模擬氣體分子運動撞擊器壁產(chǎn)生壓強的機制： 顯示出如圖 1 所示的圖形：介紹：如以下圖是一個一端用活塞（此時表示活塞部分的線條閃爍3 5 次）封閉的氣缸,活塞用一彈簧與一固定物相連,活塞與氣缸壁摩擦不計,當氣缸內(nèi)為真空時,彈簧長為原長.假如在氣缸內(nèi)密封了確定質(zhì)量的理想氣體.由于在任一時刻氣體分子向各方向上運動的分子數(shù)相等,為簡化問題,我們僅爭辯向活塞方向運動的分子.大屏幕上顯示圖2,即圖中顯示的僅為總分子數(shù)的合, （圖中顯示的“分子”暫

5、呈靜態(tài)）先看其中一個（圖2 中涂黑的“分子”閃爍 23 次）分子與活塞碰撞情形,（圖2 中涂黑的“分子”與活塞碰撞且以原速率反彈回來,活塞也隨之顫抖一下,這樣反復演示3 5 次）再看大量分子運動時與活塞的碰撞情形：大屏幕顯示“分子”都向活塞方向運動,對活塞連續(xù)不斷地碰撞,碰后的“分子” 反彈回來,有的返回途中與別的“分子”相撞后轉(zhuǎn)變方向,有的與活塞對面器壁相碰 轉(zhuǎn)變方向,但都只顯示垂直于活塞表面的運動狀態(tài),而活塞被擠后有一個小的位移,且相對穩(wěn)固,如圖3 所示的一個動態(tài)畫面.時間上要顯示15 30 秒定格一次,再動態(tài)顯示 15 30 秒,再定格.結(jié)論：由此可見氣體對容器壁的壓強是大量分子對器壁連

6、續(xù)不斷地碰撞所產(chǎn)生的.進一步分析：如每個分子的質(zhì)量為m,平均速率為 v,分子與活塞的碰撞是完全彈性碰撞,就在這一分子與活塞碰撞中,該分子的動量變化為2mv,即受的沖量為2mv, 依據(jù)牛頓第三定律, 該分子對活塞的沖量也是2mv,那么在一段時間內(nèi)大量分子與活塞 碰撞多少次,活塞受到的總沖量就是2mv的多少倍,單位時間內(nèi)受到的總沖量就是壓力,而單位面積上受到的壓力就是壓強.由此可推出：氣體壓強一方面與每次碰撞的平均沖量 2mv有關,另一方面與單位時間內(nèi)單位面積受到的碰撞次數(shù)有關.對確定的確定質(zhì)量的理想氣體而言,每次碰撞的平均沖量,2mv 由平均速率 v 有關, v 越大就平均沖量就越大,而單位時間

7、內(nèi)單位面積上碰撞的次數(shù)既與分子密度n 有關,又與分子的平均速率有關,分子密度n 越大, v 也越大,就碰撞次數(shù)就越多,因此從氣體分子動理論的觀點看,氣體壓強的大小由分子的平均速率v 和分子密度 n 共同準備, n 越大,v 也越大,就壓強就越大.二用氣體分子動理論說明試驗三定律（ 1）引導，示范,以說明玻意耳定律為例教會同學用氣體分子動理論說明試驗定律的基本思維方法和簡易符號表述形式.范例：用氣體分子動理論說明玻意耳定律.確定質(zhì)量（ m）的理想氣體,其分子總數(shù)（N）是一個定值,當溫度（T）保持不變時,就分子的平均速率（v）也保持不變,當其體積（V）增大幾倍時,就單位體積內(nèi)的分子數(shù)（ n）變?yōu)樵?/p>

8、先的幾分之一,因此氣體的壓強也減為原先的幾分之一.反之如體積減小為原先的幾分之一,就壓強增大幾倍,即壓強與體積成反比.這就是玻意耳定律.書面符號簡易表述方式：小結(jié)： 基本思維方法 （詳細文字表述格式） 是：依據(jù)描述氣體狀態(tài)的宏觀物理量（ m，p，V，T）與表示氣體分子運動狀態(tài)的微觀物理量（N，n，v）間的相關關系,從氣體試驗定律成立的條件所述的宏觀物理量（如m確定和 T 不變）推可編輯資料 - - - 歡迎下載出相關不變的微觀物理量（如N 確定和 v 不變）,再依據(jù)宏觀自變量（如V）的變化推出有關的微觀量（如n）的變化,再依據(jù)推出的有關微觀量（如v 和 n）的變與不變的情形推出宏觀因變量（如p

9、）的變化情形,結(jié)論是否與試驗定律的結(jié)論相吻合.如吻合就試驗定律得到了微觀說明.（ 2）表達：確定質(zhì)量（ m）的氣體的總分子數(shù)（N）是確定的,體積（ V）保持不變時,其單位體積內(nèi)的分子數(shù)（n）也保持不變,當溫度（T）上升時,其分子運動的平均速率（ v）也增大,就氣體壓強（p）也增大.反之當溫度（T）降低時,氣體壓強（ p） 也減小.這與查理定律的結(jié)論一樣.用符號簡易表示為：（ 3）再次練習,用氣體分子動理論說明蓋呂薩克定律.再用更短的時間讓同學練習詳細表述和符號表示,然后讓物理成果為中等的或較差的同學口述自己的練習, 與下面標準答案核對.確定質(zhì)量（ m）的理想氣體的總分子數(shù)（N）是確定的,要保持

10、壓強（p）不變,當 溫度（ T）上升時,全體分子運動的平均速率v 會增加,那么單位體積內(nèi)的分子數(shù)（n） 確定要減?。ǚ窬蛪簭姴恍心懿蛔儯?因此氣體體積（V）確定增大.反之當溫度降低時,同理可推出氣體體積確定減小.這與蓋呂薩克定律的結(jié)論是一樣的.用符號簡易表示為：2021-2021 年高中物理 8.5.動量守恒定律的應用教案新人教版必修 1一，教學目標1. 學會分析動量守恒的條件.2. 學會選擇正方向,化一維矢量運算為代數(shù)運算.3. 會應用動量守恒定律解決碰撞， 反沖等物體相互作用的問題 僅限于一維情形 ,知道應用動量守恒定律解決實際問題的基本思路和方法.二，重點，難點分析1. 應用動量守恒定律

11、解決實際問題的基本思路和方法是本節(jié)重點.2. 難點是矢量性問題與參照系的選擇對初學者感到不適應.三，教具可編輯資料 - - - 歡迎下載1. 碰撞球系統(tǒng) 兩球和多球 .2. 反沖小車.四，教學過程本節(jié)是繼動量守恒定律理論課之后的習題課.1. 爭辯動量守恒的基本條件例 1在光滑水平面上有一個彈簧振子系統(tǒng),如以下圖,兩振子的質(zhì)量分別為 m1 和 m2 .爭辯此系統(tǒng)在振動時動量是否守恒？分析：由于水平面上無摩擦,故振動系統(tǒng)不受外力 豎直方向重力與支持力平穩(wěn) ,所以此系統(tǒng)振動時動量守恒,即向左的動量與向右的動量大小相等.例 2承上題,但水平地面不光滑,與兩振子的動摩擦因數(shù)相同,爭辯m1 m2 和 m1

12、 m2 兩種情形下振動系統(tǒng)的動量是否守恒.分析： m1 和 m2 所受摩擦力分別為 f 1 m1g 和 f 2 m2g.由于振動時兩振子的運動方向總是相反的,所以 f 1 和 f 2 的方向總是相反的.板書畫圖：對 m1 和 m2 振動系統(tǒng)來說合外力 F 外 f 1+f 2,但留意是矢量合.實際運算時為板書： F 外 m1g- m2 g明顯,如 m1 m2 ,就 F 外0,就動量守恒.如 m1 m2 ,就 F 外 0,就動量不守恒.向同學提出問題：(1) m 1m2 時動量守恒,那么動量是多少？可編輯資料 - - - 歡迎下載(2) m 1m2 時動量不守恒,那么振動情形可能是怎樣的？與同學共

13、同分析：(1) m 1m2 時動量守恒, 系統(tǒng)的總動量為零. 開頭時 釋放振子時 p 0,此后振動時,當 p1 和 p2 均不為零時,它們的大小是相等的,但方向是相反的,所以總動量仍為零.數(shù)學表達式可寫成m1v1 m2 v2(2) m 1m2 時 F 外 m1 -m2g .其方向取決于 m1 和 m2 的大小以及運動方向.比如 m1m2,一開頭 m1 向右m2 向左 運動,結(jié)果系統(tǒng)所受合外力 F 外 方向向左 f 1向左,f 2 向右,而且 f 1 f 2 .結(jié)果是在前半個周期里整個系統(tǒng)一邊振動一邊向左 移動.進一步提出問題：在 m1 m2 的情形下,振動系統(tǒng)的動量守恒,其機械能是否守恒？分析

14、：振動是動能和彈性勢能間的能量轉(zhuǎn)化. 但由于有摩擦存在, 在動能和彈性勢能往復轉(zhuǎn)化的過程中勢必有一部分能量變?yōu)闊釗p耗,直至把全部原有的機械能都轉(zhuǎn)化為熱,振動停止.所以雖然動量守恒p 0 ,但機械能不守恒. 從振動到不振動 2. 學習設置正方向,變一維矢量運算為代數(shù)運算例 3拋出的手雷在最高點時水平速度為10m/s,這時突然炸成兩塊,其中大塊質(zhì)量 300g 仍按原方向飛行,其速度測得為 50m/s,另一小塊質(zhì)量為 200g, 求它的速度的大小和方向.分析：手雷在空中爆炸時所受合外力應是它受到的重力 G m1+m2g ,可見系統(tǒng)的動量并不守恒. 但在水平方向上可以認為系統(tǒng)不受外力, 所以在水平方向

15、上動量是守恒的.強調(diào)：正是由于動量是矢量,所以動量守恒定律可在某個方向上應用.那么手雷在以 10m/s 飛行時空氣阻力 水平方向 是不是應當考慮呢？ 上述問題同學可能會提出,猶如學不提出,老師應向同學提出此問題.一般說當 v10m/s 時空氣阻力是應考慮,但爆炸力 內(nèi)力 比這一阻力大的多,所以這一瞬時空氣阻力可以不計.即當內(nèi)力遠大于外力時,外力可以不計, 系統(tǒng)的動量近似守恒.可編輯資料 - - - 歡迎下載板書：F 內(nèi) F外 時 p p.解題過程：設手雷原飛行方向為正方向,就v0 10m/s,m1 的速度 v1 50m/s, m2 的速度方向不清,暫設為正方向.板書：設原飛行方向為正方向,就

16、v010m/s, v1 50m/s. m10.3kg ,m2 0.2kg .系統(tǒng)動量守恒：m1+m2v 0 m1v1+m2v2此結(jié)果說明, 質(zhì)量為 200 克的部分以 50m/s 的速度向反方向運動, 其中負號表示與所設正方向相反.例 4機關槍重 8kg,射出的子彈質(zhì)量為 20 克,如子彈的出口速度是 1 000m/s,就機槍的后退速度是多少？分析：在水平方向火藥的爆炸力遠大于此瞬時機槍受的外力 槍手的依靠力 ,故可認為在水平方向動量守恒.即子彈向前的動量等于機槍向后的動量, 總動量保護“零”值不變.板書：設子彈速度 v,質(zhì)量 m.機槍后退速度 V,質(zhì)量 M.就由動量守恒有MV mv小結(jié)：上述

17、兩例都屬于“反沖”和“爆炸”一類的問題,其特點是F 內(nèi)F外 , 系統(tǒng)近似動量守恒.演示試驗：反沖小車試驗可編輯資料 - - - 歡迎下載點燃酒精, 將水燒成蒸汽, 氣壓增大后將試管塞彈出, 與此同時, 小車后退.與爆炸和反沖一類問題相像的仍有碰撞類問題.演示小球碰撞 兩個 試驗.說明在碰撞時水平方向外力為零 豎直方向有向心力 ,因此水平方向動量守恒.結(jié)論：碰撞時兩球交換動量 mA mB ,系統(tǒng)的總動量保持不變.例 5爭辯質(zhì)量為 mA的球以速度 v0 去碰撞靜止的質(zhì)量為 mB的球后, 兩球的速度各是多少？設碰撞過程中沒有能量缺失,水平面光滑.設 A 球的初速度 v0 的方向為正方向. 由動量守恒

18、和能量守恒可列出下述方程：可編輯資料 - - - 歡迎下載mAvA+mBvBmAv0可編輯資料 - - - 歡迎下載解方程和可以得到引導同學爭辯：可編輯資料 - - - 歡迎下載(1) 由 vB 表達式可知 vB 恒大于零,即 B 球確定是向前運動的,這與生活中觀看到的各種現(xiàn)象是吻合的.(2) 由 vA 表達式可知當 mAmB 時, vA0,即碰后 A球照舊向前即碰后 A 球反彈,且一般情形下速度也小于v0 了.當 mA mB 時, vA 0, vBv0,這就是剛才看到的試驗,即 A，B 兩球互換動量的情形.(3) 爭辯極端情形：如 mB時, vA-v 0 ,即原速反彈.而 vB0,即幾乎不動.這就好像是生活中的小皮球撞墻的情形. 在熱學部分中氣體分子與器壁碰撞的模型就屬于這種情形.(4) 由于 vA 總是小于 v0 的,所以通過碰撞可以使一個物體減速,在核反應堆中利用中子與碳原子 石墨或重水 的碰撞將快中子變?yōu)槁凶?3. 動量守恒定律是對同一個慣性參照系成立的.例 6質(zhì)量為 M的平板車靜止在水平路面上,車與路面間的摩擦不計.質(zhì)量為 m的人從車的左端走到右端,已知車長為L,求在此期間車行的距離？分析：由動