物理人教版 (新课标)4 气体热现象的微观意义教案设计

这是一份物理人教版 (新课标)4 气体热现象的微观意义教案设计，共1页。教案主要包含了教学目标，课题引入，扩展与提高，重点难点分析，教学设计，巩固小结等内容，欢迎下载使用。

1．知道气体分子运动的特点. 知道气体分子间的距离较大，以及气体分子间碰撞频繁。
2．知道分子沿各方向运动的机会均等，分子速率按一定规律分布，这种规律是一种统计规律。
3．理解气体压强的微观解释。
4．知道气体实验定律的微观解释。
5．通过气体分子速率按统计规律分布的教学，使学生认识研究气体的物理方法，受到科学方法训练。
6．通过用气体分子动理论对气体压强解释，培养学生分析问题的能力和推理能力。
7．通过教学，使学生体验气体宏观性质、规律是由气体分子运动和相互作用的微观本质决定的，引起从宏观现象深入到微观本质的兴趣。培养学生热爱科学的志趣。
二、课题引入
1.前面是通过实验来研究气体的性质，从实验中归纳得到气体实验定律，进一步概括得到理想气体状态方程，引进摩尔气体常量R的概念后又进一步得到克拉珀龙方程pV = nRT.为了更深入认识气体的性质，我们提出问题：为什么气体状态变化遵从实验定律、克拉珀龙方程？这就要求我们从微观角度即从气体分子动理论的角度来认识气体实验定律.
2.我们知道：等温下压缩气体压强会增大，等容下升高气体温度压强也会增大，气体温度升高，同时体积增大压强可以不变，产生这些现象的原因是什么？我们这节课就要从气体分子动理论来揭露这些现象的微观本质。
三、扩展与提高
1.课本阅读材料“统计规律”，做伽耳顿板实验，说明在自然现象和社会现象中统计规律的意义。
2.课本阅读材料“气体压强的公式”，用统计规律、动量定理等导出压强公式。用压强公式定量解释气体实验定律，如玻意耳定律是T一定即E一定，，即p∝T，也就是p∝.
3.对气体做功为什么气体温度升高的解释可用活塞压缩气体说明，当活塞向下运动时，气体分子撞击活塞的速度为v而弹回的速度v′> v，分子运动速度增大，无规则运动更剧烈，所以温度升高。
四、重点难点分析
1.用气体分子动理论来解释气体实验定律是本节的重点，它是本节课的核心内容。
2.气体压强的微观意义是本节课的难点，因为它需要学生对微观粒子复杂的运动状态有丰富的想象力。
五、教学设计
1.关于气体压强微观解释的教学
首先通过设问和讨论建立反映气体宏观物理状态的温度（T）、体积（V）与反映气体分子运动的微观状态物理量间的联系：
温度是分子热运动平均动能的标志，对确定的气体而言，温度与分子运动的平均速率有关，温度越高，反映气体分子热运动的平均速率（）越大。
体积影响到分子密度（即单位体积内的分子数），对确定的一定质量的理想气体而言，分子总数N是一定的，当体积为V时，单位体积内的分子数与体积V成反比，即体积越大时，反映气体分子的密度n越小。
然后再设问：气体压强大小反映了气体分子运动的哪些特征呢？
这应从气体对容器器壁压强产生的机制来分析。
先让学生看用计算机模拟气体分子运动撞击器壁产生压强的机制：
首先用计算机软件在大屏幕上显示出如图1所示的图形：
向同学介绍：如图所示是一个一端用活塞（此时表示活塞部分的线条闪烁3～5次）封闭的气缸，活塞用一弹簧与一固定物相连，活塞与气缸壁摩擦不计，当气缸内为真空时，弹簧长为原长。如果在气缸内密封了一定质量的理想气体。由于任一时刻气体分子向各方向上运动的分子数相等。为简化问题，我们仅讨论向活塞方向运动的分子。大屏幕丰显示图2，即图中显示的仅为总分子数的，（图中显示的“分子” 暂呈静态）先看其中一个（图2 中涂黑的“分子”闪烁2～3次）分子与活塞碰撞情况，（图2中涂黑的“分子”与活塞碰撞且以原速率反弹回来，活塞也随之颤抖一下，这样反复演示3～5次）再看大量分子运动时与活塞的碰撞情况：
大屏幕上显示“分子”都向活塞方向运动，对活塞连续不断地碰撞，碰后的“分子”反弹回来，有的返回途中与别的“分子”相撞后改变方向，有的与活塞对面器壁相碰改变方向，但都只显示垂直于活塞表面的运动状态，而活塞被挤后有一个小的位移，且相对稳定，如图3所示的一个动态画面。时间上要显示15～30秒定格一次，再动态显示15～30秒，再定格。
得出结论：由此可见气体对容器壁的压强是大量分子对器壁连续不断地碰撞所产生的。
进一步分析：若每个分子的质量为m，平均速率为v，分子与活塞的碰撞是完全弹性碰撞，则在这一分子与活塞碰撞中，该分子的动量变化为2mv，即受的冲量为2mv，根据牛顿第三定律，该分子对活塞的冲量也是2mv，那么在一段时间内大量分子与活塞碰撞多少次，活塞受到的总冲量就是2mv的多少倍，单位时间内受到的总冲量就是压力，而单位面积上受到的压力就是压强。由此可推出：气体压强一方面与每次碰撞的平均冲量2mv有关，另一方面与单位时间内单位面积受到的碰撞次数有关。对确定的一定质量的理想气体而言，每次碰撞的平均冲量，2mv由平均速率v有关，v越大则平均冲量就越大，而单位时间内单位面积上碰撞的次数既与分子密度n有关，又与分子的平均速率有关，分子密度n越大，v也越大，则碰撞次数就越多，因此从气体分子动理论的观点看，气体压强的大小由分子的平均速率v和分子密度n共同决定，n越大，v也越大，则压强就越大.
2.用气体分子动理论解释实验三定律
（1）教师引导、示范，以解释玻意耳定律为例教会学生用气体分子动理论解释实验定律的基本思维方法和简易符号表述形式。
范例：用气体分子动理论解释玻意耳定律。
一定质量（m）的理想气体，其分子总数（N）是一个定值，当温度（T）保持不变时，则分子的平均速率（v）也保持不变，当其体积（V）增大几倍时，则单位体积的分子数（n）变为原来的几分之一，因此气体的压强也减为原来的几分之一；反之若体积减小为原来的几分之一，则压强增大几倍，即压强与体积成反比。这就是玻意耳定律。
书面符号简易表述方式：
T不变
v不变
m一定
N一定
V↑（或↓）
p↓（或↑）
n↓（或↑）



小结：基本思维方法（详细文字表述格式）是：依据描述气体状态的宏观物理量（m、p、V、T）与表示气体分子运动状态的微观物理量（N、n、v）间的相关关系，从气体实验定律成立的条件所述的宏观物理量（如m一定和T不变）推出相关不变的微观物理量（如N一定和v不变），再根据宏观自变量（如V）的变化推出有关的微观量（如n）的变化，再依据推出的有关微观量（如v与n）的变与不变的情况推出宏观因变量（如p）的变化，结论是否与实验定律的结论相吻合。若吻合则实验定律得到了微观解释。
（2）让学生体验上述思维方法：每个为都独立地用书面详细文字叙述和用符号简易表述的方法来对查理定律进行微观解释，然后由平时物理成绩较好的学生口述，与下面正确答案核对。
书面或口头叙述为：一定质量（m）的气体的总分子数（N）是一定的，体积（V）保持不变时，其单位体积内的分子数（n）也保持不变，当温度（T）升高时，其分子运动的平均速率（v）也增大，则气体压强（p）也增大；反之当温度（T）降低时，气体压强（p）也减小。这与查理定律的结论一致。
用符号简易表示为：
m一定
N一定
p↓（或↑）
n不变
v↑（或↓）
T↑（或↓）
V不变



（3）让学生再次练习，用气体分子动理论解释盖·吕萨克定律。再用更短的时间让学生练习详细表述和符号表示，然后让物理成绩为中等的或较差的学生口述自己练习，与下面标准答案核对。
一定质量（m）的理想气体的总分子数（N）是一定的，要保持压强（p）不变，当温度（T）升高时，全体分子运动的平均速率v会增加，那么单位体积内的分子数（n）一定要减小（否则压强不可能不变），因此气体体积（V）一定增大；反之当温度降低时，同理可推出气体体积一定减小。这与盖·吕萨克定律的结论是一致的。
用符号简易表示为：
V↑（或↓）
n↓（或↑）
N一定
m一定
p不变
v↑（或↓）
T↑（或↓）

六、巩固小结
1.本节课我们首先明确了气体状态参量与相关的气体分子运动的微观物理量间的关系着重从气体分子动理论的观点认识到气体对容器壁的压强是大量分子连续不断地对器壁碰撞产生的，且由分子的平均速率和分子密度共同决定其大小。
2.本节课我们重点学习了用气体分子动理论的观点来解释气体三个实验定律的方法。