高中物理選修“氣體的壓強(qiáng)”教學(xué)難點(diǎn)分析與突破

“氣體的壓強(qiáng)”教學(xué)難點(diǎn)分析與突破

氣體的壓強(qiáng)在高中物理熱學(xué)中是一個(gè)重要的概念，也是一個(gè)難點(diǎn).正確理解壓強(qiáng)的物理意義，熟練掌握計(jì)算封閉氣體壓強(qiáng)的方法是進(jìn)一步學(xué)習(xí)氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程的基礎(chǔ).教學(xué)中有效地突破這一難點(diǎn)，就能為學(xué)生以后的學(xué)習(xí)掃清一大障礙。

1

難點(diǎn)分析

1.1從學(xué)生對(duì)壓強(qiáng)概念的理解上來(lái)看，氣體壓強(qiáng)是個(gè)難點(diǎn).根據(jù)發(fā)生認(rèn)識(shí)論，人們總是用自己已有的圖式去認(rèn)識(shí)事物，如果一個(gè)事物能納入已有圖式，即為同化，不能納入已有圖式，需要調(diào)整改造已有的圖式，即為順應(yīng).高一學(xué)生對(duì)物理概念的認(rèn)識(shí)過(guò)程中，思維能力還比較低，很難達(dá)到“同化—順應(yīng)”的平衡，在感知活動(dòng)中易出現(xiàn)思維定勢(shì)而進(jìn)行錯(cuò)誤的推理.對(duì)氣體壓強(qiáng)的理解過(guò)程中，學(xué)生頭腦中往往出現(xiàn)這樣一種推理：重力—壓力—壓強(qiáng)，因?yàn)樗麄冊(cè)诔踔袑W(xué)過(guò)固體產(chǎn)生的壓強(qiáng)，公式p=F/S中的F在初中往往是由于物體受到重力而來(lái)，液體的壓強(qiáng)公式p=ρgh也是因?yàn)橐后w受到重力，所以對(duì)容器底部產(chǎn)生壓強(qiáng)，那么到了高中他們很自然地想把這個(gè)概念納入已有的圖式，從而進(jìn)行了錯(cuò)誤的推理.而要正確理解氣體壓強(qiáng)的概念，必須用分子動(dòng)理論對(duì)氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生進(jìn)行微觀上的解釋?zhuān)@就需要學(xué)生在物理觀念上有所更新，學(xué)會(huì)構(gòu)建新的圖式，解決新問(wèn)題。

1.2從計(jì)算氣體壓強(qiáng)的方法學(xué)習(xí)上來(lái)看，氣體壓強(qiáng)的計(jì)算是一個(gè)難點(diǎn)。物理教學(xué)論告訴我們，物理問(wèn)題解決的過(guò)程要經(jīng)歷讀審、建構(gòu)、求解和驗(yàn)討四個(gè)環(huán)節(jié)。物理問(wèn)題解決的關(guān)鍵在于建構(gòu)物理情景，要通過(guò)科學(xué)的抽象、模式的再認(rèn)、合理的想象，根據(jù)模式的特征搜索出必要的物理概念和規(guī)律，確定解題的方向。這就需要有較強(qiáng)的思維能力，這也是學(xué)生感到解物理題難的癥結(jié)所在。在計(jì)算壓強(qiáng)的物理問(wèn)題中，需要認(rèn)真審題，建構(gòu)力學(xué)模型，選取合適研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，列方程求解。而受力分析本身是高中力學(xué)的難點(diǎn)，同時(shí)要把力學(xué)中的基本分析方法運(yùn)用到熱學(xué)問(wèn)題中，學(xué)生普遍感到思想認(rèn)識(shí)和方法上的不適應(yīng)，也就使氣體壓強(qiáng)

的計(jì)算成為難點(diǎn)。

2

難點(diǎn)突破

2.1引入新課，作好鋪墊

引入新課是課堂教學(xué)的首要環(huán)節(jié)。通過(guò)引入新課，豐富學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，可以引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，活躍學(xué)生的思維。為此，先復(fù)習(xí)初中學(xué)習(xí)過(guò)的壓強(qiáng)知識(shí)，設(shè)計(jì)一些思考題讓學(xué)生思考：(1)氣體的壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是什么?(2)是否也像液體一樣是由于重力呢?(3)一只打足了氣的氣球內(nèi)，氣體的壓強(qiáng)可以大于大氣壓，為什么這么一點(diǎn)兒氣體能產(chǎn)生這么大的壓強(qiáng)呢?(4)玻璃管內(nèi)封閉了一段空氣，封閉氣體的壓強(qiáng)如何計(jì)算呢?這樣學(xué)生明確了課堂需要解決的問(wèn)題，也有了調(diào)整原有知識(shí)結(jié)構(gòu)，建構(gòu)新知識(shí)的愿望。

2.2啟發(fā)引導(dǎo)，形成概念

建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論指出，學(xué)習(xí)過(guò)程不是學(xué)習(xí)者機(jī)械地被動(dòng)地接受知識(shí)，而是主動(dòng)地建構(gòu)知識(shí)的過(guò)程。教學(xué)過(guò)程中要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，通過(guò)教師的啟發(fā)引導(dǎo)，積極主動(dòng)地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，搜索有關(guān)信息和資料，進(jìn)行合理的推理，形成概念。因此，在本節(jié)課教學(xué)中通過(guò)新課引入中提出的問(wèn)題，教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，尋找解決問(wèn)題的方法，得出問(wèn)題的答案。課文中明確指出了用分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)解釋氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生是大量分子的頻繁碰撞。然后提出問(wèn)題：為什么大量分子對(duì)器壁的頻繁碰撞會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的壓力呢？通過(guò)雨滴撞擊傘面的例子讓學(xué)生類(lèi)比聯(lián)想，可這樣啟發(fā)學(xué)生：(1)假如雨滴撞擊傘面是一滴一滴的，傘受到的力是斷斷續(xù)續(xù)的，不是持續(xù)的。(2)大量的雨滴不停地打在傘上，產(chǎn)生的壓力是持續(xù)的。強(qiáng)調(diào)“大量”和“頻繁”兩詞，進(jìn)而由壓強(qiáng)的定義引導(dǎo)學(xué)生理解氣體壓強(qiáng)的大小等于器壁單位面積上受到的壓力，而氣體重力對(duì)壓強(qiáng)的影響很小，故氣體對(duì)各個(gè)方向的壓強(qiáng)大小相等。正確理解了氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生原因后，再讓學(xué)生討論下列思考題：(1)單位體積內(nèi)的分子數(shù)越多，產(chǎn)生的壓強(qiáng)越大還是越??？(2)分子的平均速率越大，產(chǎn)生壓強(qiáng)是越大還是越小通過(guò)啟發(fā)引導(dǎo)。歸納氣體壓強(qiáng)大小的兩個(gè)決定因素。這樣的討論有利于學(xué)生形成概念，深刻理解概念。

2.3實(shí)例分析，掌握方法

氣體壓強(qiáng)大小的計(jì)算屬于物理問(wèn)題解決活動(dòng)。在教學(xué)中，要引導(dǎo)學(xué)生分析題意，明確問(wèn)題的實(shí)質(zhì)涵義，抽象出物理對(duì)象的本質(zhì)特征，啟發(fā)學(xué)生將自己已有的各種模型與問(wèn)題情景中抽象出的物理對(duì)象的特征比較，鑒別出適當(dāng)?shù)哪Ｊ?，找到解決問(wèn)題的方法。

在氣體壓強(qiáng)大小計(jì)算的具體教學(xué)過(guò)程中，首先讓學(xué)生明確用公式p=F/S求壓強(qiáng)關(guān)鍵在于求力F，如何求力呢?然后通過(guò)對(duì)精選的例題分類(lèi)進(jìn)行分析，歸納出方法。

(1)用液體封閉在靜止容器中的氣體壓強(qiáng)

例1.已知大氣壓強(qiáng)p0，求圖1所示各裝置中封閉氣體的壓強(qiáng)。（圖表見(jiàn)年第九期物理通報(bào)）

分析：選取h高的液柱作為研究對(duì)象，結(jié)合初中講的連通器原理對(duì)它受力分析，列出平衡方

程如下

mg+p0S=p1S

(1)

得

p1=p0+ρgh

mg+p2S=p0S

(2)

得

p2=p0-ρgh

mg+p3S=p0S

(3)

得

p3=p0-ρgh

mgsinθ+p0S=p4S

(4)

得

p4=p0+ρghsinθ

這里有幾點(diǎn)要強(qiáng)調(diào)：一是學(xué)生在受力分析時(shí)往往不分析大氣產(chǎn)生的壓力，因?yàn)樵诔踔杏?xùn)練的是求“液體對(duì)容器底部產(chǎn)生的壓強(qiáng)”，教學(xué)中需要向?qū)W生講清.二是對(duì)情況(b)可以作一引伸，如果封閉端是真空，液柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)就等于大氣壓，講清水銀氣壓計(jì)的原理，有利于學(xué)生理解和掌握求壓強(qiáng)的方法。

(2)用活塞封閉在靜止容器中的氣體壓強(qiáng)

例2，如圖2所示，用繩將氣缸懸掛起來(lái)，氣缸的質(zhì)量為M，活塞質(zhì)量為m，截面積為S，大氣壓強(qiáng)為p0，摩擦不計(jì)，求封閉氣體的壓強(qiáng)。

分析：先取整體為研究對(duì)象受力分析，列出平衡方程

T=(M+m)g

再取活塞為研究對(duì)象受力分析，列出平衡方程

T+pS=mg+p0S

由兩式可求得

p=p0-Mg/S

當(dāng)然還可以直接取氣缸為研究對(duì)象受力分析，由pS=p0S-Mg求出p

可見(jiàn)，求氣體壓強(qiáng)的基本策略仍然是選取合適的研究對(duì)象(液柱、活塞或氣缸等)，對(duì)其進(jìn)行受力分析(注意考慮氣體對(duì)研究對(duì)象的壓力)，由平衡條件列方程求解。

(3)容器加速運(yùn)動(dòng)時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng)

例3，如圖3所示，在光滑水平面上放一質(zhì)量為M、內(nèi)外壁光滑的氣缸，活塞質(zhì)量為m，截面積

為S，外界大氣壓為p0，現(xiàn)對(duì)活塞施一水平恒力F，當(dāng)活塞與氣缸無(wú)相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，氣缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)是多少