高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册3 气体的等压变化和等容变化优秀第1课时教学设计

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册3 气体的等压变化和等容变化优秀第1课时教学设计，共13页。教案主要包含了气体的等压变化，气体的等容变化等内容，欢迎下载使用。
备课人
学科
物理
课题
气体的等压变化和等容变化
教学内容分析
本节介绍查理定律，要使学生了解一定质量的气体在保持体积不变时温度与压强的关系，知道通过对等容变化的P-T图线“外推”所得到气体在压强威灵时对应温度的意义。对于查理定律与盖.吕萨克定律，教学时只做一般了解，不要求用它去解决复杂的问题。
学情分析
学生知道控制变量法研究物理量与多个因素的关系，研究气体等压变化和等容变化用到了相同的物理思想。学生了解压强的产生和影响因素，从微观角度利用分子动理论解释气体的实验定律。
教学目标
物理观念：理解一定质量的气体，在压强不变的情况下气体体积和温度的关系；会用盖吕萨克定律解释一些自然现象，解决简单的实际问题；
理解一定质量的气体，在体积不变的情况下气体压强和温度的关系；会用查理定律解释一些自然现象，解决简单的实际问题。
科学思维：从有序设计的一系列问题和实验，通过模型建构和科学推理，得出等温变化的规律。
科学探究：能基于观察和实验提出问题、形成猜想，设计实验验证猜想并综合分析实验证据，得出气体等温变化的规律。
科学态度与责任：在实验过程中保持交流与合作，敢于发表自己对探究过程与实验结论的理解或想法，并且能正确表达自己的观点。
教学重难点
重点:气体的等温变化规律的探究；理解玻意耳定律，会用玻意耳定律解释一些自然现象，解决简单的实际问题。
难点:气体的等温变化规律的探究。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
问题：烧瓶上通过橡胶塞连接一根玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱。用手捂住烧瓶，会观察到水柱缓慢向外移动，这说明了什么?
液体因温度T升高而压强P增大，体积V膨胀。
用生活现象引入课题，激发学习兴趣，增加学生对本节课内容的亲近感，激发探究欲望，体验物理学科与生活紧密联系。
新课教学
一、气体的等压变化
1、等压变化：一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度的变化.
猜想：在等压变化中，气体的体积与温度可能存在着什么关系？
实验视频
等压图像：
法国科学家盖—吕萨克通过实验发现：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T之间呈线性关系，把它盖—吕萨克定律。
结论：当压强不太大，温度不太低时，一定质量的气体，在压强不变时，体积V和温度T成正比.
盖—吕萨克定律
2、盖—吕萨克定律内容
一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比。 即T T
3. 公式表述：
式中V1、T1表示气体在1（初态）、V2、T2表示2（末态）
4. 适用范围：①温度不太低（与室温相比）
压强不太大（与大气压相比）
②气体的质量和体积都不变。
推论：

一定质量的气体，在压强不变的条件下，体积的变化量V与热力学温度的变化量∆T （等于摄氏温度变化量t ）成正比。
注意：V与热力学温度T成正比，不与摄氏温度t成正比，但体积的变化V与摄氏温度t的变化成正比。V  t(T)
盖·吕萨克生平介绍：
盖·吕萨克1778年9月6日生于圣·莱昂特。1800年毕业于巴黎理工学校. 1850年5月9日，病逝于巴黎，享年72岁.
1802年，盖·吕萨克发现气体热膨胀定律(即盖·吕萨克定律)压强不变时，一定质量气体的体积跟热力学温度成正比.即V1/T1=V2/T2=……=C恒量.
其实查理早就发现压强与温度的关系，只是当时未发表，也未被人注意。直到盖-吕萨克重新提出后，才受到重视。早年都称“查理定律”，但为表彰盖-吕萨克的贡献而称为“查理-盖吕萨克定律”。
5．图像------等压线
（1）等压线：一定质量的某种气体在等压变化过程中，体积随温度变化关系的直线，叫做等压线。
(2)等压线的特点：一定质量的气体的V—T图线其延长线过坐标原点（过原点的倾斜直线）。
想一想：为什么Ｏ点附近用虚线？
答：热力学绝对零度不可能达到。
（3）V－T和V－t图像：
特点:
①一定质量的气体的V—T图线其延长线过坐标原点（过原点的倾斜直线），斜率反映压强大小。
②图线上每一个点表示气体一个确定的状态，同一根等压线上各状态的压强相同。
③不同压强下的等压线，斜率越大，压强越小（同一温度下，体积大的压强小）。
④V－t图象：在等压变化过程中，体积V与摄氏温度t是一次函数关系，不是简单的正比例关系，如图乙所示，等压线是一条延长线通过横轴上－273.15 ℃的倾斜直线，且斜率越大，压强越小.图象纵轴的截距V0是气体在0 ℃时的体积.
⑤盖—吕萨克定律的微观解释: ——实验定律
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。
注意：
条件中的“温度不太低（与室温相比），压强不太大（与大气压相比）”的含义： 相当于大气压几倍的压强都可以算作“压强不太大”，零下几十摄氏度的温度也可以算作“温度不太低”。
典例分析：
【例题1】一容器中装有某种气体，且容器上有一个小口与外界大气相通，原来容器内的温度为27℃，若把它加热到127℃，从容器中溢出的空气质量是原来质量的多少倍呢？
分析：容器上有一个小口与外界大气相通，即气体的压强始终等于外界大气压，气体状态变化可以看作是等压变化。本题解题的关键不是气体状态的确定，而是研究对象的选取。
法一：就容器而言，里面气体质量变了，但可视容器中气体出而不走，以原来容器中的气体为研究对象，就可以运用气体的等压变化规律求解。气体状态变化如图所示。
解析：初态 T1=300K V1=V P1=P
末态 T2=400K V2=？ P2=P
由盖-吕萨克定律 :

法二：以后来容器中的气体为研究对象。气体状态变化如图所示。
解析：初态 T1=400K V1=V P1=P
末态 T2=300K V2=？ P2=P
由盖-吕萨克定律 :

小试牛刀
【例题】1、如图所示，两个水平固定的汽缸由管道连通．活塞a、b用刚性杆相连，可在汽缸内无摩擦地移动，缸内及管中封有一定质量的理想气体．整个系统处于平衡状态，大气压强不变．现令缸内气体的温度缓慢升高一点，则系统再次达到平衡状态时( A )
A．活塞向左移动一点，缸内气体压强不变
B．活塞向左移动一点，缸内气体压强增大
C．活塞向右移动一点，缸内气体压强不变
D．活塞的位置没有改变，缸内气体压强增大
解析：因左、右汽缸中的气体的压强相等，若缸内气体的温度缓慢升高一点时，则气体体积变大，因右侧汽缸横截面积较大，则活塞向左移动一点，故选A.
2. 如图甲所示，质量M＝10 kg的导热汽缸置于水平地面上，用质量和厚度均不计的水平导热活塞密封一定质量的理想气体，气体温度为300 K．一质量m＝1 kg的重物用轻绳经光滑滑轮与汽缸中活塞竖直相连接，重物和活塞均处于静止状态，这时活塞离缸底的高度L0＝10 cm，不计活塞与汽缸间的摩擦，且汽缸不漏气．已知大气压强p0＝1×105 Pa，活塞的横截面积为S＝10－2 m2，g取10 m/s2，下列两种情况中，活塞均未脱离汽缸．
(1)若将图甲中环境温度缓慢降低至240 K，求此时活塞离汽缸底的高度；
(2)若保持图甲中环境温度为300 K不变，将汽缸从图甲状态变为图乙状态，用轻绳将汽缸和活塞竖直悬挂在天花板上，稳定后处于静止状态，求稳定后活塞离汽缸底的高度。

解析：(1) 缸内气体做等压变化，由盖－吕萨克定律得eq \f(V1,T1)＝eq \f(V2,T2)，V1＝L0S，V2＝L2S，
代入数据解得L2＝8 cm.
(2) 由题意可知p甲＝p0－eq \f(mg,S)＝9.9×104 Pa，
p乙＝p0－eq \f(Mg,S)＝9×104 Pa，
缸内气体做等温变化，由玻意耳定律得p甲V甲＝p乙V乙，V甲＝V1，V乙＝L乙S
解得L乙＝11 cm.
观看演示视频。
思考T、t、Δt的区别。
读相关材料。
能利用等压线特点判断不同等压线压强的高低。
观看演示视频
完成练习。
小组讨论完成探究，并总结实验规律。
为易错点。帮助学生区分热力学温度和摄氏温度。
关注物理学史，增强学生对物理学历史的了解，激发学生对学习物理的兴趣。
巩固新知识，提高学生分析问题的能力。
结合生活中常见的实例，发现生活中现象蕴含的物理知识，并将物理知识应用与生活。
二、气体的等容变化
新课导入：
想一想：为什么夏天汽车轮胎打气太足，容易爆胎。
利用高压锅可以很快把饭煮熟
轮胎和高压锅都是气体体积不变，温度升高，压强增大。
相传三国时期著名的军事家、政治家诸葛亮被司马懿困于平阳,无法派兵出城求救。就在此关键时刻,诸葛亮发明了一种可以升空的信号灯——孔明灯,并成功进行了信号联络,其后终于顺利脱险。你知道孔明灯为什么能够升空吗?
简答:孔明灯是利用火焰的热量使容器内的气体膨胀,使部分气体从孔明灯内溢出,进而使孔明灯内气体的质量减少,当大气对孔明灯的浮力恰好等于孔明灯的重力时,即达到孔明灯升空的临界条件,若继续升温,孔明灯就能升空了。
1．等容变化：一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度的变化叫做等容变化．
猜想：在等容变化中，气体的压强与温度可能存在着什么关系？
查理定律：
法国科学家查理在分析了实验事实后发现：当气体的体积一定时，各种气体的压强与温度之间都有线性关系，把它叫做查理定律。


结论：当压强不太大，温度不太低时，一定质量的气体，在体积不变时，压强p和温度T成正比.
查理定律
2、查理定律内容：
一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强P与热力学温度T成正比。 即p T
3. 公式表述：
式中p1、T1表示气体在1（初态）、p2、T2表示2（末态）
4. 适用范围：①温度不太低，压强不太大
②气体的质量和体积都不变。
推论：
一定质量的气体，在体积不变的条件下，压强的变化量与热力学温度的变化量（等于摄氏温度变化量t ）成正比。
注意：p与热力学温度T成正比，不与摄氏温度t成正比，但压强的变化P与摄氏温度t的变化成正比。P  t(T)
5．图像------等容线
（1）等容线：一定质量的某种气体在等容变化过程中，压强随温度变化关系的直线，叫做等容线。
(2)等容线的特点：一定质量的气体的p—T图线其延长线过坐标原点（过原点的倾斜直线）。
想一想：为什么Ｏ点附近用虚线？
答：热力学绝对零度不可能达到。
P-t图象变化为P-T图象
在等容变化过程中，p-t是一次函数关系，不是简单的正比例关系。
如果把直线AB延长至与横轴相交，交点坐标是－273.150C
把交点作为坐标原点，建立新的坐标系，那么，这时的压强与温度的关系就是正比例关系了。
（3）p－T和p－t图像：
特点：
①一定质量的气体的P—T图线其延长线过坐标原点（过原点的倾斜直线），斜率反映体积大小。
②图线上每一个点表示气体一个确定的状态，同一根等容线上各状态的体积相同。
③不同体积下的等容线，斜率越大，体积越小（同一温度下，压强大的体积小）。
④p－t图象：在等容变化过程中，压强p与摄氏温度t是一次函数关系，不是简单的正比例关系，如图乙所示，等容线是一条延长线通过横轴上－273.15 ℃的倾斜直线，且斜率越大，体积越小.图象纵轴的截距p0是气体在0 ℃时的压强。
微观解释
⑤查理定律的微观解释: ——实验定律
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。
注意：
条件中的“温度不太低（与室温相比），压强不太大（与大气压相比）”的含义： 相当于大气压几倍的压强都可以算作“压强不太大”，零下几十摄氏度的温度也可以算作“温度不太低”。
6、生活应用
（1）高压锅内的食物易熟；
（2）打足了气的车胎在阳光下曝晒会胀破；
（3）热水使凹进的乒乓球恢复原状。
想一想：
我国民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，即用一个小罐，将纸燃烧后放入罐内，然后迅速将火罐开口端紧压在人体的皮肤上，待火罐冷却后，火罐就被紧紧地“吸”在皮肤上。你知道其中的道理吗？
答案：火罐内的气体体积一定，冷却后气体的温度降低，压强减小，故在大气压力作用下被“吸”在皮肤上。
典例分析：
【例题】某种气体在状态A时压强2×105Pa，体积为1m3，温度为200K，
(1)它在等温过程中由状态A变为状态B，状态B的体积为2m3，求状态B的压强。
(2)随后，又由状态B在等容过程中变为状态C，状态C的温度为300K，求状态C的压强。
解题步骤归纳
总结：利用查理定律解题的一般步骤
(1)确定研究对象，即被封闭的气体。
(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律成立的条件，即是否是质量和体积保持不变。
(3)确定初、末两个状态的温度、压强。
(4)按查理定律公式列式求解，并对结果进行讨论。
小试牛刀：
【例题】1．(湖北武汉2022高二下期中)民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会被紧紧地“吸”在皮肤上．其原因是当火罐内的气体( B )
A．温度不变时，体积减小，压强增大
B．体积不变时，温度降低，压强减小
C．压强不变时，温度降低，体积减小
D．质量不变时，压强增大，体积减小
解析：把火罐扣在皮肤上，罐内空气的体积等于火罐的容积，之后罐内气体温度不断降低，气体发生等容变化，由查理定律可知，气体压强减小，火罐内气体压强小于外界大气压强，压强差就将火罐紧紧地压在皮肤上．故选B.
【例题】
如图所示，A、B两容器容积相等，用粗细均匀的细玻璃管连接，两容器内装有不同气体，细管中央有一段水银柱，在两边气体作用下保持平衡时，A中气体的温度为273 K，B中气体的温度为293 K，如果将它们的温度都降低10 K，则水银柱将( A )
A．向A移动
B．向B移动
C．不动
D．不能确定
解析： 假定两个容器的体积不变，即V1、V2不变，所装气体温度分别为273 K和293 K，当温度降低ΔT时，由查理定律可知eq \f(p,T)＝eq \f(Δp,ΔT)，可得Δp＝eq \f(p,T)ΔT，因为p2＝p1，T2>T1，所以Δp1>Δp2，即A内压强减小得更多，所以最终A内压强更小，水银柱应向A移动，故选A。
观看演示视频并思考相关问题
阅读相关材料。
观看演示视频
观看演示视频
完成课堂练习。
整理解题步骤，明确解题思路。
完成本节课拓展提高
结合生活中常见的实例，发现生活中现象蕴含的物理知识，并将物理知识应用与生活。
了
通过等容线更好的理解查理定律的内容。
了解物理知识在生活中的应用
炼解决实际问题的能力。
整理解题步骤，明确解题思路。
巩固本节课所学知识
课堂总结
查理定律与盖·吕萨克定律的比较
气体实验规律




这些定律的适用范围：压强不太大(相对大气压)
温度不太低(相对室温)
学生总结本节课知识点
课堂小结由学生完成，能帮助学生形成知识框架，更好的理解和应用知识。
板书设计
一、气体的等压变化
盖—吕萨克定律∶一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比。

二、气体的等容变化
查理定律∶一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强P与热力学温度T成正比。

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
气体的等压和等容变化，它们基本上介于宏观喝微观之间，可以从微观去解释，又可以从宏观上直接感受。这对于学生的学习是由一定的帮助的，但是也可能使学生对知识变得更加模糊。理想气体的转态方程作为一个拓展学习内容，但是在课本的例题又出现了理想气体的转态方程，那么这个内容的讲解可以把例题的讲解的方法放到拓展学习再讲。例题的讲解还是按老办法分两个过程去讲解就好了。