人教版 (2019)选择性必修 第三册3 分子运动速率分布规律优质课教学设计及反思

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册3 分子运动速率分布规律优质课教学设计及反思，共9页。教案主要包含了气体分子运动的特点，分子运动速率分布图像，气体压强的微观解释等内容，欢迎下载使用。
备课人
学科
物理
课题
1.3分子运动速率分布规律
教学内容分析
《分子运动速率分布规律》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》选择性必修第3册“固体、液体和气体”主题下的内容。课程标准要求为：了解分子运动速率分布的统计规律，知道分子运动速率分布图像的物理意义。能用分子动理论和统计观点解释气体压强。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程标准的解读为：要求学生了解分子运动速率的统计分布规律。例如通过了解某种气体分子在一定的温度下速率分布的情况，体会尽管每个分子的速率有大有小，但从大量分子的整体来说，分子的速率是按照一定的规律分布的。这种大量分子的整体会表现出一定的规律性，这种规律性称为统计规律。学生要知道分子运动速率分布图像的物理意义。学生应该知道“温度是分子平均动能的标志”。要知道气体分子的速率分布规律与温度有关，能解释为什么分子的平均动能随温度的变化而变化。要求学生能从微观角度用分子动理论解释气体压强产生的原因，也能从宏观角度应用力学知识和统计的观点分析气体压强的大小。这里不要求学生推导气体压强的表达式。。
学情分析
从知识层面，学生在数学课上已学习统计规律内容，知道单个事件的随机性和大量事件表现出统计规律。学生了解阿伏伽德罗常数的重要意义，从宏观量计算微观量，教学中可让学生估算标准状态下分子的间距，利用分子间作用力图像建立分子运动模型。学生初中学习过压强的定义，理解动量定律的含义，这为学生从微观上解释压强的产生奠定知识基础。高二学生仍依赖于形象思维，抽象逻辑思维进一步发展。教学中利用现代教育技术模拟气体分子的运动，增强教学的直观性和可视性，帮助学生建立气体分子热运动的物理图像。
教学目标
物理观念∶理解分子的统计规律、速率分布、气体压强。
科学思维∶通过比较不同温度下的分子速率分布图，以及气体压强的微观解释，体会它们的本质是分子热运动的相互作用的结果。
科学探究：模拟气体压强产生的机理实验，通过类比发现气体压强的作用的本质。
科学态度与责任∶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，培养学生热爱科学的志趣。
教学重难点
教学重点：气体压强的产生机理。
教学难点：气体压强的微观解释。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
伽尔顿板的上部规则地钉有铁钉，下部用竖直隔板隔成等宽的狭槽，从顶部入口投入一个小球时，小球落入某个狭槽是偶然的。
如果投入大量的小球，就可以看到，最后落入各狭槽的小球数目是不相等的。靠近入口的狭槽内的小球数目多，远离入口的狭槽内小球的数目少。PPT课件展示视频
提问：重复几次实验你会发现，其分布情况遵从一定的规律。由此你能得到什么启发吗？
实验启示：
1.个别事件的出现有其偶然性
2.大量随机事件的整体会表现出一定的规律---统计规律（statistical regularity）
①必然事件:在一定条件下，若某事件必然出现
②不可能事件:若在一定条件下某件事不可能出现
③随机事件:在一定条件下某事件可能出现，也可能不出现
学生观看课件并思考
理解什么是必然事件、不可能事件、偶然事件。体会什么叫统计规律。
引入新课内容，激发学生好奇心
对理解气体分子的统计规律加强知识储备，便于学生下一步学习气体分子的运动特点。
新课教学
一、气体分子运动的特点
提问大量分子的热运动服从统计规律，那么从统计学角度看，气体分子的热运动有些什么特点呢？
气体分子运动的特点
（1）运动的自由性：气体很容易被压缩,说明气体分子之间的距离很大,分子间作用力很弱.因此除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外,气体分子不受力在空间内自由移动.所以气体没有确定的形状和体积,其体积等于容器的体积.（气体分子不受力而做匀速直线运动，因而气体会充满它能达到的整个空间。 ）
（2）运动的无序性：大量气体分子永不停息地做无规则运动.就某一个分子而言,在某一时刻它向哪一个方向运动,完全是随机的.因此，在任一时刻分子沿各个方向运动的机会(概率)是均等的.
（3）大量分子运动的规律性：在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。 分子之间频繁地碰撞，每个分子的速度大小和方向频繁地改变，分子的运动杂乱无章。从统计规律上看气体分子沿各个方向运动的机会均等，因此对大量分子而言，在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。
小试牛刀：
【例题】(多选)对于气体分子的运动，下列说法正确的是(BD)
A．一定温度下某理想气体的分子的碰撞虽然十分频繁，但同一时刻，每个分子的速率都相等
B．一定温度下某理想气体的分子速率一般不相等，但速率很大和速率很小的分子数目相对较少
C．一定温度下某理想气体的分子做杂乱无章的运动，可能会出现某一时刻所有分子都朝同一方向运动的情况
D．一定温度下的某理想气体，当温度升高时，其中某10个分子的平均速率可能减小
【例题】在一定温度下，某种气体的分子速率分布应该是( B )
A．每个气体分子速率都相等
B．每个气体分子速率一般都不相等，速率很大和速率很小的分子数目很少
C．每个气体分子速率一般都不相等，但在不同速率范围内，分子数的分布是均匀的
D．每个气体分子速率一般不相等，速率很大和速率很小的分子数目很多
阅读教材，讨论问题并回答。
总结气体分子运动的特点。
学生思考作答，完成课堂练习
提高学生的自主学习能力。
通过这部分的学习，让学生对气体分子的运动特点有一个基本认识
加深学生对新知识点的理解，强化记忆。
二、分子运动速率分布图像
提问：大量气体分子做无规则运动,速率有大有小,那么分子的速率是按怎样的规律分布？
尽管大量气体分子做无规则运动,速率有大有小,但分子的速率却是按一定的规律分布。下表是氧气分子在0°C和100°C两种不同情况下的速率分布情况。
总结：
①在任意温度下，所有气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布。
②当温度升高时，“中间多”这一高峰向速率大的一方移动。
③温度越高，分子热运动越剧烈
注意：温度升高，气体分子的平均速率变大，但是具体到某一个气体分子，其速率可能变大也可能变小，无法确定。
【特别提醒】单个或少量分子的运动是“个性行为”，具有不确定性。大量分子运动是“集体行为”，具有规律性即遵守统计规律。
小试牛刀
【例题】 某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示，图中 f(v) 表示 v 处单位速率区间内的分子数百分率，所对应的温度分别为TⅠ、TⅡ、TⅢ，则( B )
A．TⅠ>TⅡ>TⅢ
B．TⅢ>TⅡ>TⅠ
C．TⅡ>TⅠ，TⅡ>TⅢ
D．TⅠ＝TⅡ＝TⅢ
【例题】(多选)如图所示是氧气分子在不同温度下的速率分布规律图,横坐标表示分子速率v,纵坐标表示速率v对应的分子数百分率,图线1、2对应的温度分别为t1、t2,由图可知( AD )
A.温度t1低于温度t2
B.图线中的峰值对应的横坐标数值为氧气分子平均速率
C.温度升高,每一个氧气分子的速率都增大
D.温度升高,氧气分子中速率小于400 m/s的分子所占的比例减小
观察表格和图像，找出规律，让学生总结分子运动速率的分布特点。
学生思考作答，完成课堂练习
帮助学生更好的理解和记忆，培养科学思维和科学探究的核心素养。
加深学生对气体分子运动特点的理解，强化记忆。
三、气体压强的微观解释
从分子动理论的观点来看，气体对容器的压强源于气体分子的热运动，那气体压强究竟是怎样产生的呢？
大量气体分子频繁的作用在器壁单位面积上，产生的平均作用力。
从分子动理论的观点来看，气体对容器的压强源于气体分子的热运动，当它们飞到器壁时，就会跟器壁发生碰撞（可视为弹性碰撞），就是这个撞击对器壁产生了作用力，从而产生了压强。
选择一个与器壁发生正碰的气体分子为研究对象
气体分子受到的作用力为
根据牛顿第三定律，器壁受到的作用力为
【演示实验】从分子动理论的观点来看，气体对容器的压强是大量气体分子不断撞击器壁的结果。或许有人会问，这种撞击是不连续的，为什么器壁受到的作用力却是均匀不变的呢?
模拟气体压强产生的机理
一颗豆子:类似于一个分子撞击容器壁的过程.
多颗豆子:模拟了气体分子连续不断的撞击容器壁产生了持续稳定的压强的过程.
器壁单位面积上受到的压力，就是气体的压强。
观看视频
总结：决定气体压强大小的因素
【微观角度】
⑴气体分子的密集程度
若容器中气体分子的数密度大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多，平均作用力也会较大。
⑵气体分子的平均动能
若某容器中气体分子的平均速率越大，单位时间内、单位面积上气体分子与器壁的碰撞对器壁的作用力就越大。
【宏观角度】
①与温度有关：温度越高，气体的压强越大；
②与体积有关：体积越小，气体的压强越大。
★注意：气体压强与大气压强不同
大气压强由重力而产生，随高度增大而减小。
气体压强是由大量分子撞击器壁产生的，大小不随高度而变化。
所以，气体压强P的大小与气体的体积V和温度T都有关。
小试牛刀
【例题】下面关于气体压强的说法正确的是（ ABC ）
A．气体对器壁产生的压强是由于大量气体分子频繁碰撞器壁而产生的
B．气体对器壁产生的压强等于作用在器壁单位面积上的平均作用力
C．从微观角度看，气体压强的大小跟气体分子的平均动能和分子密集程度有关
D．从宏观角度看，气体压强的大小只跟气体的温度有关
【例题】封闭在气缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时（ BD ）
A.气体的密度增大
B. 气体的压强增大
C.气体分子的平均动能减小
D.气体分子每秒撞击单位面积器壁的数目增多
观察图片，思考器壁受到的作用力。
观看视频，思考总结。
学生和老师一起总结
类比气体压强和大气压强。
学生思考作答，完成课堂练习
定量研究，培养科学思维和科学探究的核心素养。
通过观看视频，让学生更直观的理解大量气体分子频繁的撞击容器壁，会对器比产生持续均匀的压力。
提高学生分析、总结能力，锻炼学生的科学思维。
区别易易混概念
深化理解影响气体压强的因素。
课堂总结
学生总结本节课知识点
帮助学生形成知识框架，便于理解记忆。
板书设计
一、气体分子运动的特点
（1）运动的自由性
（2）运动的无序性
（3）大量分子运动的规律性
二、分子速率分布图像
①在任意温度下，呈“中间多、两头少”的分布。
②当温度升高时，“中间多”这一高峰向速率大的一方移动。
③温度越高，分子热运动越剧烈
三、气体压强微观解释
1.气体压强的产生:大量气体分子频繁的作用在器壁单位面积上，产生的平均作用力。
2.器壁的作用力大小：器壁单位面积上受到的压力，就是气体的压强。
2.决定气体压强大小的因素
①微观上：密集程度和平均动能
②宏观上：体积和温度
作业设计
作业分为两块，一是课堂练习，旨在对本堂课学习中基础知识进行检测，二是分层练习，分层次的训练学生对知识的掌握情况。
教学反思与评价
本课内容属于实验分析类的，做好本节的实验是上好这节课的关键。对于气体分子是看不见摸不着的，通过运用动态图的形式形象的展示了气体分子运动的特点。模拟气体压强产生的机理，由于课堂上做这个实验，不好操作，所以用视频来代替。