高中物理-氣體的等溫變化教學設計學情分析教材分析課后反思

[目標定位]1.知道什么是等溫變化.2.掌握玻意耳定律的內容，并能應用公式解決實際問題.3.理解等溫變化的p－V圖象和p－eq\f(1,V)圖象．一、封閉氣體壓強的計算[問題設計]1．在圖1中，C、D兩處液面水平且等高，液體密度為ρ，其他條件已標于圖上，試求封閉氣體A的壓強．答案同一水平液面C、D處壓強相同，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，活塞質量為m，設大氣壓為p0，試求封閉氣體的壓強．答案以活塞為研究對象，受力分析如圖，由平衡條件得mg＋p0S＝pS則p＝p0＋eq\f(mg,S)[要點提煉]封閉氣體壓強的計算方法主要有：1．取等壓面法根據(jù)同種液體在同一水平液面處壓強相等，在連通器內靈活選取等壓面，由兩側壓強相等列方程求氣體壓強．2．力平衡法對于平衡態(tài)下用液柱、活塞等封閉的氣體壓強，可對液柱、活塞等進行受力分析，由F合＝0列式求氣體壓強．3．牛頓第二定律法當封閉氣體所在的系統(tǒng)處于力學非平衡態(tài)時通常選擇與封閉氣體相關聯(lián)的液柱、活塞等作為研究對象，進行受力分析，由F合＝ma列式求氣體壓強．二、玻意耳定律【實驗探究】利用壓強傳感器研究“一定質量的氣體，溫度不變時，壓強和體積的關系”（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會如何變化？猜想：這種變化大致是怎樣的規(guī)律呢？（二）設計實驗（使用壓強傳感器）（三）數(shù)據(jù)V(ml)P（kPa）(四)數(shù)據(jù)處理（五）結論：1．等溫變化一定質量的氣體，在溫度不變的條件下其壓強與體積發(fā)生的變化叫等溫變化．2．玻意耳定律(1)內容：一定質量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強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是實驗定律，只有在氣體質量一定、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、質量、溫度有關，對一定質量的氣體，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解題時只要同一物理量使用同一單位即可，不必(填“一定”或“不必”)轉化成國際單位制中的單位．三、p－V圖象1．p－V圖象：一定質量的氣體等溫變化的p－V圖象是雙曲線的一支，雙曲線上的每一個點均表示氣體在該溫度下的一個狀態(tài)．而且同一條等溫線上每個點對應的p、V坐標的乘積是相等的．一定質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：一定質量氣體的等溫變化過程，也可以用p－eq\f(1,V)圖象來表示，如圖4所示．等溫線是過原點的傾斜直線，由于氣體的體積不能無窮大，所以原點附近等溫線應用虛線表示，該直線的斜率k＝pV，故斜率越大，溫度越高，圖中T2＞T1.一、封閉氣體壓強的計算例1如圖5所示，活塞的質量為m，氣缸缸套的質量為M.通過彈簧吊在天花板上，氣缸內封有一定質量的氣體．缸套和活塞間無摩擦，活塞面積為S，大氣壓強為p0.則封閉氣體的壓強為()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)解析對氣缸缸套進行受力分析，如圖所示．由平衡條件可得：p0S＝Mg＋pS所以p＝p0－eq\f(Mg,S)故C項正確．答案C二、玻意耳定律的應用例2如圖6所示，一根一端封閉的粗細均勻的細玻璃管，有一段h＝19cm的水銀柱將一部分空氣封閉在細玻璃管里．當玻璃管開口向上豎直放置時(如圖甲)，管內空氣柱長L1＝15cm，當時的大氣壓強p0＝76cmHg.那么，當玻璃管開口向下豎直放置時(如圖乙，水銀沒有流出)，管內空氣柱的長度是多少？解析設細玻璃管橫截面積為S，開口向下豎直放置時空氣柱的長度為L2.開口向上豎直放置時：空氣柱的體積V1＝L1S壓強p1＝p0＋ph＝(76＋19)cmHg＝95cmHg開口向下豎直放置時空氣柱的體積V2＝L2S壓強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，一粗細均勻、導熱良好、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l1＝20cm氣柱，兩管中水銀面等高．現(xiàn)將右端與一低壓艙(未畫出)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p0＝75cmHg，求穩(wěn)定后低壓艙內的壓強(用“cmHg”作單位)．解析設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)其壓強為p0.當右管水銀面高出左管10cm時，左管水銀面下降5cm，氣柱長度增加5cm，此時氣柱體積可記為V2＝(l1＋5cm)S，右管低壓艙內的壓強記為p，則左管氣柱壓強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．由于離原點越遠的等溫線溫度越高，如圖所示，所以從狀態(tài)A到狀態(tài)B，氣體溫度應先升高后降低，分子平均速率先增大后減?。鸢窪學生分析探究實驗能力：由于前面學習過程中“探究式”實驗多次經(jīng)歷過，已經(jīng)對探究式教學有一定的基礎，并了解了科學探究的一般方法和探究程序，故本節(jié)的“等溫變化”過程的實驗可以放手給學生，在老師的引導下，鼓勵學生自主完成實驗過程，從而培養(yǎng)學生的科學探究能力和創(chuàng)新精神。由于高中物理學習過程中還未涉及壓強的問題，雖然學生初中初步學習了相關知識，但涉及綜合的受力分析，再求解壓強關系，還不是很清楚，故在課堂教學過程中設置了這一問題，以“液柱”、“活塞”為代表，初步形成概念和技能，以保證后續(xù)教學的順利進行。由于學生對熱學知識掌握較少，故應通過小的演示實驗和生活事例，啟發(fā)學生思考，明確物理現(xiàn)象，進一步形成知識和能力。效果分析1.實驗效果比較好，既調動了學生參與的積極性，又強化了學生“探究”能力，同時，實驗應用了信息技術手段，提高了探究問題和分析問題的效率。2.補充“求解壓強關系”的內容，合理而又非常必要，既引起學生對已學知識的回顧，又結合高中力學的知識進行了拓展應用，同時也為后面氣體實驗定律的應用解決實際問題做好了鋪墊。3.例題選擇典型，圍繞本節(jié)重點，突出知識特點，同時強化了解題的一般思路，并通過板書例題，為學生做好了示范，后面學生對習題的板書規(guī)范就是這一作用的體現(xiàn)。4.授課過程思維嚴密，特別注重思維邏輯和知識邏輯，整堂課下來，使學生形成了完整的知識鏈條，當然，這也加重了學生的思維負擔，但從最后習題的效果來看，這種高強度的思維還是很有效果的。教材分析本節(jié)課的教學要求是“探究氣體等溫變化的規(guī)律”，這是課程目標中嘗試用科學探究的方法研究物理問題的一個具體實施過程。在教學過程中，引導學生進行試驗探究，經(jīng)過“猜想”、“設計實驗”、“實驗操作”、“獲取數(shù)據(jù)”、“處理數(shù)據(jù)”“得出結論”必要環(huán)節(jié)，形成對規(guī)律的真切認識，體驗科學活動的具體過程，以實現(xiàn)教學目標的三個維度。由于本節(jié)練習中涉及壓強的求解問題，學生初中已初步掌握壓強的概念和液體產(chǎn)生的壓強計算公式，但關于壓強關系的計算涉及太少，為掃除障礙，本節(jié)課應設置“液柱”、“活塞”相關的壓強關系的求解問題，以保證課堂教學過程的順利進行?！菊n堂自我檢測】1．(氣體壓強的計算)如圖9所示，豎直放置的U形管，左端開口右端封閉，管內有a、b兩段水銀柱，將A、B兩段空氣柱封閉在管內．已知水銀柱a長h1為10cm，水銀柱b兩個液面間的高度差h2為5cm，大氣壓強為75cmHg，求空氣柱A、B的壓強分別是多少？答案65cmHg60cmHg解析設管的橫截面積為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)處于靜止狀態(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．(玻意耳定律的應用)一定質量的氣體，壓強為3atm，保持溫度不變，當壓強減小了2atm，體積變化了4L，則該氣體原來的體積為()A.eq\f(4,3)LB．2LC.eq\f(8,3)LD．3L答案B解析設該氣體原來的體積為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表示一定質量的某種氣體狀態(tài)變化的一個過程，則下列說法正確的是()圖10A．D→A是一個等溫過程B．A→B是一個等溫過程C．A與B的狀態(tài)參量相同D．B→C體積減小，壓強減小，溫度不變答案A解析D→A是一個等溫過程，A對；A、B兩狀態(tài)溫度不同，A→B的過程中eq\f(1,V)不變，則體積V不變，此過程中氣體的壓強、溫度會發(fā)生變化，B、C錯；B→C是一個等溫過程，V增大，p減小，D錯．4．(玻意耳定律的應用)如圖11所示，橫截面積為0.01m2的氣缸內被重力G＝200N的活塞封閉了高30cm的氣體．已知大氣壓p0＝1.0×105Pa，現(xiàn)將氣缸倒轉豎直放置，設溫度不變，求此時活塞到缸底的高度．圖11答案45cm甲解析選活塞為研究對象初狀態(tài)：氣缸開口向上時，受力分析如圖甲所示p1＝p0＋eq\f(G,S)＝1.2×105PaV1＝30S末狀態(tài)：氣缸倒轉開口向下時，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)課教學設計完整嚴密，實現(xiàn)了教學的三維目標。教學過程突出重點，始終圍繞“玻意耳”定律展開：開始復習回顧，目的是前后建立知識聯(lián)系，從而體現(xiàn)本節(jié)知識在整個物理知識中的位置和作用。接著補充了壓強關系的問題，以“活塞”和“液柱”為代表，既復習了初中物理壓強的相關概念和規(guī)律，同時結合高中力學知識，解決了新問題，這為應用“玻意耳”定律做好了鋪墊。探究實驗環(huán)節(jié)，放手讓學生操作，既體現(xiàn)科學規(guī)律的客觀性，也增加了學生動手的機會。例題選擇也針對所學規(guī)律，并且逐個遞進，一個題以前面知識為基礎，又為后面的問題做了鋪墊。不足：引入新知識的事例和演示實驗和本節(jié)知識聯(lián)系不是太緊密，應該使用后面實驗裝置做一下演示，可能效果更好。例題處理的有些匆忙，需要強調的地方?jīng)]有深入，規(guī)律總結和方法總結，有些生硬，而且應該由學生自己歸納。課堂內容設計的太多，太滿，造成學生掌握起來可能會有些難度。課標分析本章學習氣體的性質，是對氣體宏觀性質和微觀結構特點的認知，為后續(xù)知識的學習具有一定的基礎性，課程標準對氣體的教學要求比原有的教學大綱有一定的提高，本章教材通過對氣體的實驗定律