气体的等温变化.doc

“气体的等温变化 玻意耳定律”优化教学设计 王志宏（青神中学校 四川 620460）教学设计说明：玻意耳定律是高中热学中的重要内容。本课教学，采用控制变量的研究方法和从实验入手，通过分析处理实验数据，进行科学猜想，来探求物理规律，得出科学结论，这两个中学物理实验定律的重要的研究方法。在形成知识，巩固知识和应用知识这三个教学环节中，应以形成知识为重。目前的物理教学中，有轻视知识形成偏重知识应用过程（重在解题）的倾向，这种倾向影响学生知识结构的完整性和系统性。本节课将演示实验改为分组实验，目的是让学生都积极参与到教学活动中，通过自己动手实验，在老师引导下积极思维，分析处理实验数据，探究物理规律，重视知识形成过程。另外，精心安排教师主导内容，精选例题，精讲内容，通过个别例题概括出一般思路，训练学生推理、判断能力。因此，本课教学过程主线设计为 ：学生分组实验分析实验数据、得出定律练习巩固概括对定律的应用和求解实际问题的思路。本节课通过学生动手实验，分析数据，得出定律，培养学生的科学态度和科学唯物主义的思想方法；通过实例剖析来掌握定律的应用，由此概括出分析实际问题的基本思路，提高学生的概括能力和推理能力。教学过程设计： 一、复习提问，引入新课（用投影仪映出下列两题，让学生回答）1求如图1所示的各种情况下用水银封闭在玻璃容器中的氧气的压强相当于多高水银柱产生的压强？已知大气压强相当于76cm水银柱产生的压强。 甲 乙 丙 丁 图12描述气体状态的参量有哪几个？气体状态发生变化有哪几种情况？肯定学生回答正确后，引入新课：我们今天就来研究一定质量的气体，在温度不变时，气体的压强随着它的体积变化而变化的规律，这种变化叫等温变化。怎么研究呢？下面就通过同学们自己动手，动脑来发现这一规律。二、分组实验，得出规律（每四名同学共用一套实验装置）1研究方法介绍：在科学研究中，当需要研究两个以上物理量之间关系时，我们往往用控制变量的方法，即先研究两个物理量之间的关系，在研究的过程中控制其它物理量不变，这样可以使研究问题简化。本课我们控制气体温度不变，研究气体压强和体积的关系。要使气体温度保持不变并不困难，因为我们实验室就是一个很好的恒温环境，只要在实验过程中让实验气体和外界环境有足够时间进行热交换，就可以认为实验气体的温度是保持不变的，即气体发生的是等温变化。2实验装置介绍：（教师手持一套实验装置，向学生作简要说明）如图2所示, 玻璃管A和B通过一条橡皮管连在一起，A管上端有一阀门a，B管上端是开口的，A管固定在有刻度的竖直板上，B管可上下移动，实验开始时，打开阀门a，从B管注入水银，然后关闭阀门，把一定质量空气封闭地A管里，当两管中的水银面一样高时, A管里空气的压强等于作用在B管水银面上的大气压。 图2 3实验方法：实验研究的对象是左端被封闭气体。方法是通过上下移动右侧玻璃管，改变被封气体的长度，即改变被封闭气体体积，记下对应每一个气柱的压强值。请各组测量6组P、V值，并填入表格中。实验中要注意，不能用手摸左侧玻璃管，以保持管中气体温度不变；要始终保持装置竖直；注意正确读数。请一名学生观察室内气压计和温度计，将读数告诉全班同学，并记于表格上方。4分组实验：学生分组实验，教师巡视指导，帮助学生纠正操作，读数，记录中出现的错误。并注意发现哪些组测得的数据比较准确，然后请两名学生将测量的6组P、V数据分别填到黑板上表格中，如下表是一实验小组测得的数据：（因为A 管粗细均匀，所以可以用气柱的长度表示它的体积） P_ t_压强P（mmhg）7548239051130696624565气体长度L（cm）1211108.01314.5165分析处理实验数据请各组同学自己分析实验数据，找出P随V变化的规律（计算允许有误差，但不要急于在教材中找结论，要自己动脑去发现）各组议论，计算、发表结论，有的组发现P与V之积近似相等，有的组从V增大，P减小的变化中进一步猜想，通过计算验证，P与V成反比。请在黑板上填实验数据的小组将自己计算的P与V之积填到表格的第三行上。（注意两个前提条件）教师提示：也可用图象法来研究P与V之间关系，请同学们用横轴表示V，纵轴表示P，作出PV图看一看。如图3是一组同学作出的PV图线，将之与熟悉的函数图线比较，估计P和V成反比关系。平滑的曲线是双曲线的一只，反映了在等温情况下，一定质量的气体压强跟体积成反比的规律。曲线上的一个点，代表一定质量的气体的一个状态，曲线表示了一定质量的气体由一个状态变化到另一个状态的过程是等温过程，这条曲线叫做等温线。 图36得出结论：一定质量的气体在温度不变情况下，它的压强跟体积成反比，这个结论叫玻意耳定律。 如果一定质量的气体在等温变化中，体积为V1时，压强为P1 ；体积为V2时，压强为P2 。 定律用公式表示为： 用图线表示为：7追根寻源：（配合幻灯片）同学们有没有人知道当初玻意耳是怎样研究气体压强和体积之间关系的？在17世纪60年代，玻意耳利用水银气压计，详细地研究了气体压强（当时称为气体弹性）和体积之间的关系。玻意耳研究气体压缩过程时实验装置如图4所示：在其短端贴上一张纸条，纸上标出12个间隔，每间隔长1英寸，英寸再分4等分，长端有数英尺长，上面也贴上纸，同样分隔，在长端的开口处慢慢地加入水银，不断地记录封闭在短端的气体压强和体积。玻意耳研究空气的膨胀过程时的实验装置如图5所示：由一根长约6英尺的一端封闭的粗玻璃管和一根直径约14 英寸的两端开口的细玻璃管组成的，在旧玻璃管上贴纸，分隔，将细玻璃管插入盛有水银粗玻璃管内，两管中水银面等高，将细玻璃管上端口密封起来，再慢慢拉起细玻璃管，管内的空气逐渐膨胀，细管内外水银面的高度差也逐渐增大，不断地记下空气的体积和压强。不论是空气的压缩过程还是膨胀过程，都证实了玻意耳的 图4 图5假说：“一定量的气体，在温度不变时，体积和压强成反比，即PVC8玻意耳定律的微观解释，玻意耳定律是一条很精确的实验规律，当时还不能从微观上予以说明，但今天我们可以站在分子运动论的高度来理解这个实验规律，学生回答归纳如下：定量气体温度不变，分子平均动能、分子平均速率不变，在单位时间内分子与器壁碰撞次数只决定于单位体积内分子的数目：气体体积 气体密度 单位时间单位面积上分子与器壁碰撞次数 气体压强气体体积 气体密度 单位时间单位面积上分子与器壁碰撞次数 气体压强从宏观上看体积增大几倍，压强就减小为原来几分之一；体积减小几倍，压强就增大为原来的几倍。因此，从分子运动论角度来认识气体等温变化，定律提示内容是必然的。三、理解应用，概括思路利用玻意耳定律分析和解决实际问题时，关键是根据题意找出：“一定量气体”的两种状态，即P1 、V1和P2 、V2 ；其次，只要用相同的压强单位和相同的体积单位就行。例1 如图6所示，一端封闭的粗细均匀的玻璃管开口向下竖直插入水银槽中，管上部封有一定质量的气体，现将管缓缓下压，则管内气体体积V和管内外水银面高度差h将是：AV不变、h不变；B V不变、h减小；CV减小、h减小；DV减小、h增大；概括解题思路为：由体积变化趋势通过玻意耳定律推理出压强变化，再结合压强的计算式进行判断。 图6例2 如图7所示，是一根一端封闭的粗细均匀的细玻璃管，用一段h19.0cm的水银柱将一部分空气柱封闭在细玻璃管里。当玻璃管开口向上竖直放置时，管内空气柱长L115.0cm，当时大气压强P01.00105Pa，那么当玻璃管开口向下竖直放置时，管内空气柱的长度该是多少？概括解题思路：（1）明确研究对象；（2）分析过程（3）确定气体状态变化的初末状态；（4）分别写出初末状态P1 、V1