氣體分子動(dòng)理論_0

1、氣體分子動(dòng)理論氣體分子動(dòng)理論氣體分子動(dòng)理論教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、知道氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn).2、知道分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)均等，分子速率按一定規(guī)律分布，這種規(guī)律是一種統(tǒng)計(jì)規(guī)律.3、知道氣體壓強(qiáng)的微觀解釋以及氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋.能力目標(biāo)通過(guò)用微觀解釋宏觀，提出統(tǒng)計(jì)規(guī)律，滲透統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)，以提高學(xué)生分析、綜合、歸納能力.情感目標(biāo)通過(guò)對(duì)氣體分子定律以及氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋，尤其是統(tǒng)計(jì)規(guī)律的滲透，讓學(xué)生體會(huì)其在科學(xué)研究中的作用.培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立科學(xué)的探究精神.教學(xué)建議用微觀的方法解釋宏觀現(xiàn)象，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，這是第一次接觸，應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，通過(guò)模擬和舉例來(lái)幫助學(xué)生理解統(tǒng)計(jì)規(guī)律的意義.理解氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生并解釋氣體的

2、實(shí)驗(yàn)定律是本節(jié)的重要內(nèi)容，也是提高學(xué)生分析、綜合、歸納能力的有效途徑.教學(xué)設(shè)計(jì)示例（一）教學(xué)總體設(shè)計(jì)1、教師應(yīng)借助物理規(guī)律和展示，準(zhǔn)確講解，注意啟發(fā)點(diǎn)撥，以學(xué)生自己討論歸納.2、學(xué)生應(yīng)積極思考、認(rèn)真觀察、參與討論、總結(jié)規(guī)律、解釋現(xiàn)象.教師通過(guò)動(dòng)畫(huà)模擬引入微觀對(duì)宏觀的解釋、滲透統(tǒng)計(jì)思維，指導(dǎo)學(xué)生觀察動(dòng)畫(huà)、分析特點(diǎn)，總結(jié)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，解釋有關(guān)現(xiàn)象.（二）重點(diǎn)難點(diǎn)疑點(diǎn)及解決辦法1、重點(diǎn)：氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生和氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋.2、難點(diǎn)：用統(tǒng)計(jì)的方法分析氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn).3、疑點(diǎn)（1）氣體分子運(yùn)動(dòng)與固體、液體分子運(yùn)動(dòng)有什么區(qū)別.（2）氣體的壓強(qiáng)是怎樣產(chǎn)生的？它的大小由什么因素決定.4、解決辦法用小球模擬

3、分子碰撞器壁，聯(lián)系實(shí)際，從實(shí)例出發(fā)理解氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生機(jī)理，并分析影響氣體壓強(qiáng)的因素.（三）教學(xué)過(guò)程1、氣體分子運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)（條件允許，可以播放動(dòng)畫(huà)進(jìn)行模擬演示）在教師引導(dǎo)下得出結(jié)論：氣體分子間距較大氣體分子充滿整個(gè)容器空間氣體分子運(yùn)動(dòng)頻繁碰撞氣體分子向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)均等分析氣體分子運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及聯(lián)系實(shí)驗(yàn)得出：氣體分子間距大，作用力?。烧J(rèn)為沒(méi)有），所以氣體沒(méi)有一定的形態(tài)和體積（由容器決定）.分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)均等.速率分布是中間大兩頭小的規(guī)律.其速率分布與分子數(shù)的關(guān)系如圖所示.2、氣體壓強(qiáng)的微觀解釋大量氣體分子對(duì)器壁頻繁碰撞，就對(duì)器壁產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)的均勻的壓強(qiáng).器壁單位面積上受到的壓力，就是氣

4、體的壓強(qiáng).例如：雨滴撞擊雨傘的例子.再比如：用一小把針刺手心，當(dāng)針刺的頻率很高時(shí)，手心的感覺(jué)就不是痛一下，而是成為一種連續(xù)的均勻的痛感了.氣體的壓強(qiáng)與氣體的密度和氣體分子的平均功能有關(guān).經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算得出：為氣體單位體積內(nèi)的分子數(shù)，E為氣體分子的平均動(dòng)能.3、對(duì)氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋（1）玻意耳定律（2）查理定律（3）蓋呂薩克定律4、總結(jié)、擴(kuò)展（1）氣體分子運(yùn)動(dòng)有什么特點(diǎn)？（2）氣體的壓強(qiáng)是怎樣產(chǎn)生的？它的大小由什么因素決定？（3）怎樣從微觀的方法解釋氣體三實(shí)驗(yàn)定律？5、板書(shū)設(shè)計(jì)五、1、氣體分子運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)2、對(duì)氣體壓強(qiáng)的微觀解釋3、對(duì)氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋教學(xué)設(shè)計(jì)示例參考?xì)怏w實(shí)驗(yàn)定律的微觀解

5、釋一、教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)目標(biāo)：（1）能用解釋氣體壓強(qiáng)的微觀意義，并能知道氣體的壓強(qiáng)、溫度、體積與所對(duì)應(yīng)的微觀物理量間的相關(guān)聯(lián)系.（2）能用解釋三個(gè)氣體實(shí)驗(yàn)定律.2、能力目標(biāo)：通過(guò)讓學(xué)生用解釋有關(guān)的宏觀物理現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的微觀想象能力和邏輯推理能力，并滲透“統(tǒng)計(jì)物理”的思維方法.3、情感目標(biāo)：通過(guò)對(duì)宏觀物理現(xiàn)象與微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分析，對(duì)學(xué)生滲透“透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)”的哲學(xué)思維方法.二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析1、用來(lái)解釋氣體實(shí)驗(yàn)定律是本節(jié)課的重點(diǎn)，它是本節(jié)課的核心內(nèi)容.2、氣體壓強(qiáng)的微觀意義是本節(jié)課的難點(diǎn)，因?yàn)樗枰獙W(xué)生對(duì)微觀粒子復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有豐富的想象力.三、教具計(jì)算機(jī)控制的大屏幕顯示儀；自制的顯示氣體壓

6、強(qiáng)微觀解釋的計(jì)算機(jī)軟件.四、主要教學(xué)過(guò)程（一）引入新課先設(shè)問(wèn)：氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)有哪些？答案：特點(diǎn)是：（1）氣體間的距離較大，分子間的相互作用力十分微弱，可以認(rèn)為氣體分子除相互碰撞及與器壁碰撞外不受力作用，每個(gè)分子都可以在空間自由移動(dòng)，一定質(zhì)量的氣體的分子可以充滿整個(gè)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(guò)這種碰撞可傳遞能量，其中任何一個(gè)分子運(yùn)動(dòng)方向和速率大小都是不斷變化的，這就是雜亂無(wú)章的氣體分子熱運(yùn)動(dòng).（3）從總體上看氣體分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)均等，因此對(duì)大量分子而言，在任一時(shí)刻向容器各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子數(shù)是均等的.（4）大量氣體分子

7、的速率是按一定規(guī)律分布，呈“中間多，兩頭少”的分布規(guī)律，且這個(gè)分布狀態(tài)與溫度有關(guān)，溫度升高時(shí)，平均速率會(huì)增大.今天我們就是要從氣體分子運(yùn)動(dòng)的這些特點(diǎn)和規(guī)律來(lái)解釋氣體實(shí)驗(yàn)定律.（二）教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)1、關(guān)于氣體壓強(qiáng)微觀解釋的教學(xué)首先通過(guò)設(shè)問(wèn)和討論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(yùn)動(dòng)的微觀狀態(tài)物理量間的聯(lián)系：溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志，對(duì)確定的氣體而言，溫度與分子運(yùn)動(dòng)的平均速率有關(guān)，溫度越高，反映氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率（）越大.體積影響到分子密度（即單位體積內(nèi)的分子數(shù)），對(duì)確定的一定質(zhì)量的理想氣體而言，分子總數(shù)N是一定的，當(dāng)體積為V時(shí)，單位體積內(nèi)的分子數(shù)與體積V成反

8、比，即體積越大時(shí)，反映氣體分子的密度n越小.然后再設(shè)問(wèn)：氣體壓強(qiáng)大小反映了氣體分子運(yùn)動(dòng)的哪些特征呢？這應(yīng)從氣體對(duì)容器器壁壓強(qiáng)產(chǎn)生的機(jī)制來(lái)分析.先讓學(xué)生看用計(jì)算機(jī)模擬氣體分子運(yùn)動(dòng)撞擊器壁產(chǎn)生壓強(qiáng)的機(jī)制：首先用計(jì)算機(jī)軟件在大屏幕上顯示出如圖1所示的圖形：向同學(xué)介紹：如圖所示是一個(gè)一端用活塞（此時(shí)表示活塞部分的線條閃爍35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(jì)，當(dāng)氣缸內(nèi)為真空時(shí)，彈簧長(zhǎng)為原長(zhǎng).如果在氣缸內(nèi)密封了一定質(zhì)量的理想氣體.由于在任一時(shí)刻氣體分子向各方向上運(yùn)動(dòng)的分子數(shù)相等，為簡(jiǎn)化問(wèn)題，我們僅討論向活塞方向運(yùn)動(dòng)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，（圖中

9、顯示的“分子”暫呈靜態(tài)）先看其中一個(gè)（圖2中涂黑的“分子”閃爍23次）分子與活塞碰撞情況，（圖2中涂黑的“分子”與活塞碰撞且以原速率反彈回來(lái)，活塞也隨之顫抖一下，這樣反復(fù)演示35次）再看大量分子運(yùn)動(dòng)時(shí)與活塞的碰撞情況：大屏幕上顯示“分子”都向活塞方向運(yùn)動(dòng)，對(duì)活塞連續(xù)不斷地碰撞，碰后的“分子”反彈回來(lái)，有的返回途中與別的“分子”相撞后改變方向，有的與活塞對(duì)面器壁相碰改變方向，但都只顯示垂直于活塞表面的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而活塞被擠后有一個(gè)小的位移，且相對(duì)穩(wěn)定，如圖3所示的一個(gè)動(dòng)態(tài)畫(huà)面.時(shí)間上要顯示1530秒定格一次，再動(dòng)態(tài)顯示1530秒，再定格.得出結(jié)論：由此可見(jiàn)氣體對(duì)容器壁的壓強(qiáng)是大量分子對(duì)器壁連續(xù)不斷

10、地碰撞所產(chǎn)生的.進(jìn)一步分析：若每個(gè)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，則在這一分子與活塞碰撞中，該分子的動(dòng)量變化為2mv,即受的沖量為2mv,根據(jù)牛頓第三定律，該分子對(duì)活塞的沖量也是2mv,那么在一段時(shí)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(shí)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(qiáng).由此可推出：氣體壓強(qiáng)一方面與每次碰撞的平均沖量2mv有關(guān)，另一方面與單位時(shí)間內(nèi)單位面積受到的碰撞次數(shù)有關(guān).對(duì)確定的一定質(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(guān)，v越大則平均沖量就越大，而單位時(shí)間內(nèi)單位面積上碰撞的次數(shù)既與

11、分子密度n有關(guān)，又與分子的平均速率有關(guān)，分子密度n越大,v也越大，則碰撞次數(shù)就越多，因此從的觀點(diǎn)看，氣體壓強(qiáng)的大小由分子的平均速率v和分子密度n共同決定，n越大，v也越大，則壓強(qiáng)就越大.2、用解釋實(shí)驗(yàn)三定律（1）教師引導(dǎo)、示范，以解釋玻意耳定律為例教會(huì)學(xué)生用解釋實(shí)驗(yàn)定律的基本思維方法和簡(jiǎn)易符號(hào)表述形式.范例：用解釋玻意耳定律.一定質(zhì)量（m）的理想氣體，其分子總數(shù)（N）是一個(gè)定值，當(dāng)溫度（T）保持不變時(shí)，則分子的平均速率（v）也保持不變，當(dāng)其體積（V）增大幾倍時(shí)，則單位體積內(nèi)的分子數(shù)（n）變?yōu)樵瓉?lái)的幾分之一，因此氣體的壓強(qiáng)也減為原來(lái)的幾分之一；反之若體積減小為原來(lái)的幾分之一，則壓強(qiáng)增大幾倍，即壓

12、強(qiáng)與體積成反比.這就是玻意耳定律.書(shū)面符號(hào)簡(jiǎn)易表述方式：小結(jié)：基本思維方法（詳細(xì)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)的微觀物理量（N、n、v）間的相關(guān)關(guān)系，從氣體實(shí)驗(yàn)定律成立的條件所述的宏觀物理量（如m定和T不變）推出相關(guān)不變的微觀物理量（如N一定和v不變）,再根據(jù)宏觀自變量（如V）的變化推出有關(guān)的微觀量（如n）的變化，再依據(jù)推出的有關(guān)微觀量（如v和n）的變與不變的情況推出宏觀因變量（如p）的變化情況，結(jié)論是否與實(shí)驗(yàn)定律的結(jié)論相吻合.若吻合則實(shí)驗(yàn)定律得到了微觀解釋.（2）讓學(xué)生體驗(yàn)上述思維方法：每個(gè)人都獨(dú)立地用書(shū)面詳細(xì)文字?jǐn)⑹龊陀梅?hào)簡(jiǎn)易表述的

13、方法來(lái)對(duì)查理定律進(jìn)行微觀解釋，然后由平時(shí)物理成績(jī)較好的學(xué)生口述，與下面正確答案核對(duì).書(shū)面或口頭敘述為：一定質(zhì)量（m）的氣體的總分子數(shù)（N）是一定的，體積（V）保持不變時(shí)，其單位體積內(nèi)的分子數(shù)（n）也保持不變，當(dāng)溫度（T）升高時(shí)，其分子運(yùn)動(dòng)的平均速率（v）也增大，則氣體壓強(qiáng)（p）也增大；反之當(dāng)溫度（T）降低時(shí)，氣體壓強(qiáng)（p）也減小.這與查理定律的結(jié)論一致.用符號(hào)簡(jiǎn)易表示為：（3）讓學(xué)生再次練習(xí)，用解釋蓋呂薩克定律.再用更短的時(shí)間讓學(xué)生練習(xí)詳細(xì)表述和符號(hào)表示，然后讓物理成績(jī)?yōu)橹械鹊幕蜉^差的學(xué)生口述自己的練習(xí)，與下面標(biāo)準(zhǔn)答案核對(duì).一定質(zhì)量（m）的理想氣體的總分子數(shù)（N）是一定的，要保持壓強(qiáng)（p）不變

14、，當(dāng)溫度（T）升高時(shí)，全體分子運(yùn)動(dòng)的平均速率v會(huì)增加，那么單位體積內(nèi)的分子數(shù)（n）定要減?。ǚ駝t壓強(qiáng)不可能不變），因此氣體體積（V）一定增大；反之當(dāng)溫度降低時(shí)，同理可推出氣體體積一定減小.這與蓋呂薩克定律的結(jié)論是一致的.用符號(hào)簡(jiǎn)易表示為：（三）課堂小結(jié)1、本節(jié)課我們首先明確了氣體狀態(tài)參量與相關(guān)的氣體分子運(yùn)動(dòng)的微觀物理量間的關(guān)系著重從的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)到氣體對(duì)容器壁的壓強(qiáng)是大量分子連續(xù)不斷地對(duì)器壁碰撞產(chǎn)生的，且由分子的平均速率和分子密度共同決定其大小.2、本節(jié)課我們重點(diǎn)學(xué)習(xí)了用的觀點(diǎn)來(lái)解釋氣體三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律的方法.五、說(shuō)明1、本節(jié)課設(shè)計(jì)用計(jì)算機(jī)模擬氣體分子對(duì)器壁碰撞而產(chǎn)生壓強(qiáng)是為了使學(xué)生有一點(diǎn)感性認(rèn)識(shí)，幫助學(xué)生想象，其中有兩點(diǎn)需要說(shuō)明，一是彈簧的形變（活塞的位移）說(shuō)明活塞受到了壓力，二是圖中所示的“分子”數(shù)只是示意圖，其“大量”的含義是無(wú)法（也沒(méi)必要）用具體圖形表示.2、本節(jié)課用解釋實(shí)驗(yàn)定律的側(cè)重