高中物理-氣體的等溫變化教學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)情分析教材分析課后反思

[目標(biāo)定位]1.知道什么是等溫變化.2.掌握玻意耳定律的內(nèi)容，并能應(yīng)用公式解決實(shí)際問(wèn)題.3.理解等溫變化的p－V圖象和p－eq\f(1,V)圖象．一、封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算[問(wèn)題設(shè)計(jì)]1．在圖1中，C、D兩處液面水平且等高，液體密度為ρ，其他條件已標(biāo)于圖上，試求封閉氣體A的壓強(qiáng)．答案同一水平液面C、D處壓強(qiáng)相同，可得pA＝p0＋ρgh.2．在圖2中，氣缸置于水平地面上，氣缸截面積為S，活塞質(zhì)量為m，設(shè)大氣壓為p0，試求封閉氣體的壓強(qiáng)．答案以活塞為研究對(duì)象，受力分析如圖，由平衡條件得mg＋p0S＝pS則p＝p0＋eq\f(mg,S)[要點(diǎn)提煉]封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算方法主要有：1．取等壓面法根據(jù)同種液體在同一水平液面處壓強(qiáng)相等，在連通器內(nèi)靈活選取等壓面，由兩側(cè)壓強(qiáng)相等列方程求氣體壓強(qiáng)．2．力平衡法對(duì)于平衡態(tài)下用液柱、活塞等封閉的氣體壓強(qiáng)，可對(duì)液柱、活塞等進(jìn)行受力分析，由F合＝0列式求氣體壓強(qiáng)．3．牛頓第二定律法當(dāng)封閉氣體所在的系統(tǒng)處于力學(xué)非平衡態(tài)時(shí)通常選擇與封閉氣體相關(guān)聯(lián)的液柱、活塞等作為研究對(duì)象，進(jìn)行受力分析，由F合＝ma列式求氣體壓強(qiáng)．二、玻意耳定律【實(shí)驗(yàn)探究】利用壓強(qiáng)傳感器研究“一定質(zhì)量的氣體，溫度不變時(shí)，壓強(qiáng)和體積的關(guān)系”（一）猜想：根據(jù)生活中的事例去猜想，一定氣體如果壓縮體積壓強(qiáng)會(huì)如何變化？猜想：這種變化大致是怎樣的規(guī)律呢？（二）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（使用壓強(qiáng)傳感器）（三）數(shù)據(jù)V(ml)P（kPa）(四)數(shù)據(jù)處理（五）結(jié)論：1．等溫變化一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下其壓強(qiáng)與體積發(fā)生的變化叫等溫變化．2．玻意耳定律(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)p與體積V成反比．(2)公式：pV＝C或者p1V1＝p2V2.3．成立條件玻意耳定律p1V1＝p2V2是實(shí)驗(yàn)定律，只有在氣體質(zhì)量一定、溫度不變的條件下才成立．4．常量的意義p1V1＝p2V2＝常量C該常量C與氣體的種類、質(zhì)量、溫度有關(guān)，對(duì)一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，該常量C越大(填“大”或“小”)．5．利用玻意耳定律解題的基本思路(1)明確研究對(duì)象，并判斷是否滿足玻意耳定律的條件．(2)明確初、末狀態(tài)及狀態(tài)參量(p1、V1；p2、V2)(3)根據(jù)玻意耳定律列方程求解．注意：用p1V1＝p2V2解題時(shí)只要同一物理量使用同一單位即可，不必(填“一定”或“不必”)轉(zhuǎn)化成國(guó)際單位制中的單位．三、p－V圖象1．p－V圖象：一定質(zhì)量的氣體等溫變化的p－V圖象是雙曲線的一支，雙曲線上的每一個(gè)點(diǎn)均表示氣體在該溫度下的一個(gè)狀態(tài)．而且同一條等溫線上每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的p、V坐標(biāo)的乘積是相等的．一定質(zhì)量的氣體在不同溫度下的等溫線是不同的雙曲線，且pV乘積越大，溫度就越高，圖3中T2＞T1.2．p－eq\f(1,V)圖象：一定質(zhì)量氣體的等溫變化過(guò)程，也可以用p－eq\f(1,V)圖象來(lái)表示，如圖4所示．等溫線是過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，由于氣體的體積不能無(wú)窮大，所以原點(diǎn)附近等溫線應(yīng)用虛線表示，該直線的斜率k＝pV，故斜率越大，溫度越高，圖中T2＞T1.一、封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算例1如圖5所示，活塞的質(zhì)量為m，氣缸缸套的質(zhì)量為M.通過(guò)彈簧吊在天花板上，氣缸內(nèi)封有一定質(zhì)量的氣體．缸套和活塞間無(wú)摩擦，活塞面積為S，大氣壓強(qiáng)為p0.則封閉氣體的壓強(qiáng)為()A．p＝p0＋eq\f(mg,S)B．p＝p0＋eq\f(M＋mg,S)C．p＝p0－eq\f(Mg,S)D．p＝eq\f(mg,S)解析對(duì)氣缸缸套進(jìn)行受力分析，如圖所示．由平衡條件可得：p0S＝Mg＋pS所以p＝p0－eq\f(Mg,S)故C項(xiàng)正確．答案C二、玻意耳定律的應(yīng)用例2如圖6所示，一根一端封閉的粗細(xì)均勻的細(xì)玻璃管，有一段h＝19cm的水銀柱將一部分空氣封閉在細(xì)玻璃管里．當(dāng)玻璃管開(kāi)口向上豎直放置時(shí)(如圖甲)，管內(nèi)空氣柱長(zhǎng)L1＝15cm，當(dāng)時(shí)的大氣壓強(qiáng)p0＝76cmHg.那么，當(dāng)玻璃管開(kāi)口向下豎直放置時(shí)(如圖乙，水銀沒(méi)有流出)，管內(nèi)空氣柱的長(zhǎng)度是多少？解析設(shè)細(xì)玻璃管橫截面積為S，開(kāi)口向下豎直放置時(shí)空氣柱的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2.開(kāi)口向上豎直放置時(shí)：空氣柱的體積V1＝L1S壓強(qiáng)p1＝p0＋ph＝(76＋19)cmHg＝95cmHg開(kāi)口向下豎直放置時(shí)空氣柱的體積V2＝L2S壓強(qiáng)p2＝p0－ph＝(76－19)cmHg＝57cmHg根據(jù)玻意耳定律，有p1V1＝p2V2代入數(shù)值可得L2＝25cm例3如圖7所示，一粗細(xì)均勻、導(dǎo)熱良好、裝有適量水銀的U形管豎直放置，右端與大氣相通，左端封閉長(zhǎng)l1＝20cm氣柱，兩管中水銀面等高．現(xiàn)將右端與一低壓艙(未畫(huà)出)接通，穩(wěn)定后右管水銀面高出左管水銀面h＝10cm.環(huán)境溫度不變，大氣壓強(qiáng)p0＝75cmHg，求穩(wěn)定后低壓艙內(nèi)的壓強(qiáng)(用“cmHg”作單位)．解析設(shè)U形管橫截面積為S，則初始狀態(tài)左端封閉氣柱體積可記為V1＝l1S，由兩管中水銀面等高，可知初始狀態(tài)其壓強(qiáng)為p0.當(dāng)右管水銀面高出左管10cm時(shí)，左管水銀面下降5cm，氣柱長(zhǎng)度增加5cm，此時(shí)氣柱體積可記為V2＝(l1＋5cm)S，右管低壓艙內(nèi)的壓強(qiáng)記為p，則左管氣柱壓強(qiáng)p2＝p＋10cmHg，根據(jù)玻意耳定律得：p0V1＝p2V2即p0l1S＝(p＋10cmHg)(l1＋5cm)S代入數(shù)據(jù)，解得：p＝50cmHg.答案50cmHg三、p－V圖象例4如圖8所示，是一定質(zhì)量的某種氣體狀態(tài)變化的p－V圖象，氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過(guò)程中，氣體分子平均速率的變化情況是()A．一直保持不變B．一直增大C．先減小后增大D．先增大后減小解析由題圖可知，pAVA＝pBVB，所以A、B兩狀態(tài)的溫度相等，在同一等溫線上．由于離原點(diǎn)越遠(yuǎn)的等溫線溫度越高，如圖所示，所以從狀態(tài)A到狀態(tài)B，氣體溫度應(yīng)先升高后降低，分子平均速率先增大后減?。鸢窪學(xué)生分析探究實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ河捎谇懊鎸W(xué)習(xí)過(guò)程中“探究式”實(shí)驗(yàn)多次經(jīng)歷過(guò)，已經(jīng)對(duì)探究式教學(xué)有一定的基礎(chǔ)，并了解了科學(xué)探究的一般方法和探究程序，故本節(jié)的“等溫變化”過(guò)程的實(shí)驗(yàn)可以放手給學(xué)生，在老師的引導(dǎo)下，鼓勵(lì)學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新精神。由于高中物理學(xué)習(xí)過(guò)程中還未涉及壓強(qiáng)的問(wèn)題，雖然學(xué)生初中初步學(xué)習(xí)了相關(guān)知識(shí)，但涉及綜合的受力分析，再求解壓強(qiáng)關(guān)系，還不是很清楚，故在課堂教學(xué)過(guò)程中設(shè)置了這一問(wèn)題，以“液柱”、“活塞”為代表，初步形成概念和技能，以保證后續(xù)教學(xué)的順利進(jìn)行。由于學(xué)生對(duì)熱學(xué)知識(shí)掌握較少，故應(yīng)通過(guò)小的演示實(shí)驗(yàn)和生活事例，啟發(fā)學(xué)生思考，明確物理現(xiàn)象，進(jìn)一步形成知識(shí)和能力。效果分析1.實(shí)驗(yàn)效果比較好，既調(diào)動(dòng)了學(xué)生參與的積極性，又強(qiáng)化了學(xué)生“探究”能力，同時(shí)，實(shí)驗(yàn)應(yīng)用了信息技術(shù)手段，提高了探究問(wèn)題和分析問(wèn)題的效率。2.補(bǔ)充“求解壓強(qiáng)關(guān)系”的內(nèi)容，合理而又非常必要，既引起學(xué)生對(duì)已學(xué)知識(shí)的回顧，又結(jié)合高中力學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了拓展應(yīng)用，同時(shí)也為后面氣體實(shí)驗(yàn)定律的應(yīng)用解決實(shí)際問(wèn)題做好了鋪墊。3.例題選擇典型，圍繞本節(jié)重點(diǎn)，突出知識(shí)特點(diǎn)，同時(shí)強(qiáng)化了解題的一般思路，并通過(guò)板書(shū)例題，為學(xué)生做好了示范，后面學(xué)生對(duì)習(xí)題的板書(shū)規(guī)范就是這一作用的體現(xiàn)。4.授課過(guò)程思維嚴(yán)密，特別注重思維邏輯和知識(shí)邏輯，整堂課下來(lái)，使學(xué)生形成了完整的知識(shí)鏈條，當(dāng)然，這也加重了學(xué)生的思維負(fù)擔(dān)，但從最后習(xí)題的效果來(lái)看，這種高強(qiáng)度的思維還是很有效果的。教材分析本節(jié)課的教學(xué)要求是“探究氣體等溫變化的規(guī)律”，這是課程目標(biāo)中嘗試用科學(xué)探究的方法研究物理問(wèn)題的一個(gè)具體實(shí)施過(guò)程。在教學(xué)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行試驗(yàn)探究，經(jīng)過(guò)“猜想”、“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”、“實(shí)驗(yàn)操作”、“獲取數(shù)據(jù)”、“處理數(shù)據(jù)”“得出結(jié)論”必要環(huán)節(jié)，形成對(duì)規(guī)律的真切認(rèn)識(shí)，體驗(yàn)科學(xué)活動(dòng)的具體過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的三個(gè)維度。由于本節(jié)練習(xí)中涉及壓強(qiáng)的求解問(wèn)題，學(xué)生初中已初步掌握壓強(qiáng)的概念和液體產(chǎn)生的壓強(qiáng)計(jì)算公式，但關(guān)于壓強(qiáng)關(guān)系的計(jì)算涉及太少，為掃除障礙，本節(jié)課應(yīng)設(shè)置“液柱”、“活塞”相關(guān)的壓強(qiáng)關(guān)系的求解問(wèn)題，以保證課堂教學(xué)過(guò)程的順利進(jìn)行。【課堂自我檢測(cè)】1．(氣體壓強(qiáng)的計(jì)算)如圖9所示，豎直放置的U形管，左端開(kāi)口右端封閉，管內(nèi)有a、b兩段水銀柱，將A、B兩段空氣柱封閉在管內(nèi)．已知水銀柱a長(zhǎng)h1為10cm，水銀柱b兩個(gè)液面間的高度差h2為5cm，大氣壓強(qiáng)為75cmHg，求空氣柱A、B的壓強(qiáng)分別是多少？答案65cmHg60cmHg解析設(shè)管的橫截面積為S，選a的下端面為參考液面，它受向下的壓力為(pA＋ph1)S，受向上的大氣壓力為p0S，由于系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，則(pA＋ph1)S＝p0S，所以pA＝p0－ph1＝(75－10)cmHg＝65cmHg，再選b的左下端面為參考液面，由連通器原理知：液柱h2的上表面處的壓強(qiáng)等于pB，則(pB＋ph2)S＝pAS，所以pB＝pA－ph2＝(65－5)cmHg＝60cmHg.2．(玻意耳定律的應(yīng)用)一定質(zhì)量的氣體，壓強(qiáng)為3atm，保持溫度不變，當(dāng)壓強(qiáng)減小了2atm，體積變化了4L，則該氣體原來(lái)的體積為()A.eq\f(4,3)LB．2LC.eq\f(8,3)LD．3L答案B解析設(shè)該氣體原來(lái)的體積為V1，由玻意耳定律得3V1＝(3－2)·(V1＋4)，解得V1＝2L.3．(p－V圖象的考查)如圖10所示，D→A→B→C表示一定質(zhì)量的某種氣體狀態(tài)變化的一個(gè)過(guò)程，則下列說(shuō)法正確的是()圖10A．D→A是一個(gè)等溫過(guò)程B．A→B是一個(gè)等溫過(guò)程C．A與B的狀態(tài)參量相同D．B→C體積減小，壓強(qiáng)減小，溫度不變答案A解析D→A是一個(gè)等溫過(guò)程，A對(duì)；A、B兩狀態(tài)溫度不同，A→B的過(guò)程中eq\f(1,V)不變，則體積V不變，此過(guò)程中氣體的壓強(qiáng)、溫度會(huì)發(fā)生變化，B、C錯(cuò)；B→C是一個(gè)等溫過(guò)程，V增大，p減小，D錯(cuò)．4．(玻意耳定律的應(yīng)用)如圖11所示，橫截面積為0.01m2的氣缸內(nèi)被重力G＝200N的活塞封閉了高30cm的氣體．已知大氣壓p0＝1.0×105Pa，現(xiàn)將氣缸倒轉(zhuǎn)豎直放置，設(shè)溫度不變，求此時(shí)活塞到缸底的高度．圖11答案45cm甲解析選活塞為研究對(duì)象初狀態(tài)：氣缸開(kāi)口向上時(shí)，受力分析如圖甲所示p1＝p0＋eq\f(G,S)＝1.2×105PaV1＝30S末狀態(tài)：氣缸倒轉(zhuǎn)開(kāi)口向下時(shí)，受力分析如圖乙所示乙p2＝p0－eq\f(G,S)＝0.8×105PaV2＝L2S由玻意耳定律得p1V1＝p2V2，解得L2＝45cm.課后反思本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)完整嚴(yán)密，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)的三維目標(biāo)。教學(xué)過(guò)程突出重點(diǎn)，始終圍繞“玻意耳”定律展開(kāi)：開(kāi)始復(fù)習(xí)回顧，目的是前后建立知識(shí)聯(lián)系，從而體現(xiàn)本節(jié)知識(shí)在整個(gè)物理知識(shí)中的位置和作用。接著補(bǔ)充了壓強(qiáng)關(guān)系的問(wèn)題，以“活塞”和“液柱”為代表，既復(fù)習(xí)了初中物理壓強(qiáng)的相關(guān)概念和規(guī)律，同時(shí)結(jié)合高中力學(xué)知識(shí)，解決了新問(wèn)題，這為應(yīng)用“玻意耳”定律做好了鋪墊。探究實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，放手讓學(xué)生操作，既體現(xiàn)科學(xué)規(guī)律的客觀性，也增加了學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì)。例題選擇也針對(duì)所學(xué)規(guī)律，并且逐個(gè)遞進(jìn)，一個(gè)題以前面知識(shí)為基礎(chǔ)，又為后面的問(wèn)題做了鋪墊。不足：引入新知識(shí)的事例和演示實(shí)驗(yàn)和本節(jié)知識(shí)聯(lián)系不是太緊密，應(yīng)該使用后面實(shí)驗(yàn)裝置做一下演示，可能效果更好。例題處理的有些匆忙，需要強(qiáng)調(diào)的地方?jīng)]有深入，規(guī)律總結(jié)和方法總結(jié)，有些生硬，而且應(yīng)該由學(xué)生自己歸納。課堂內(nèi)容設(shè)計(jì)的太多，太滿，造成學(xué)生掌握起來(lái)可能會(huì)有些難度。課標(biāo)分析本章學(xué)習(xí)氣體的性質(zhì)，是對(duì)氣體宏觀性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的認(rèn)知，為后續(xù)知識(shí)的學(xué)習(xí)具有一定的基礎(chǔ)性，課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氣體的教學(xué)要求比原有的教學(xué)大綱有一定的提高，本章教材通過(guò)對(duì)氣體的實(shí)驗(yàn)定律