气体实验定律的微观解释

1、气体实验定律的微观解释教学目的1. 能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义，并能知道气体的压强、温 度、体 积与所对应的微观物理量间的相关联系2. 能用气体分子动理论解释三个气体实验定律能力要求通过让学生用气体分子动理论解释有关的宏观物理现象， 培养学生的微观想 象能力 和逻辑推理能力，并渗透 “统计物理 的思维方法重点、难点1、用气体分子动理论来解释气体实验定律是本节课的重点， 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教具计算机控制的大屏幕显示仪；自制的显示气体压强微观解释的计算机软件教学过程一引入新课设问：气体分子运

2、动的特点有哪些？答案：特点是： 1气体间的距离较大，分子间的相互作用力十分微弱，可以认为气体分子除相互碰撞及与器壁碰撞外不受力作用， 每个分子都可以在空 间自由移动，一定 质量的气体的分子可以充满整个容器空间2分子间的碰 撞频繁，这些碰撞及气体分子与器壁的碰撞都可看成是完全弹性碰撞 气体通过 这种碰撞可传递能量，其中任何一个 分子运动方向和速率大小都是不断变化的， 这就是杂乱无章的气体分子热运动3从总体上看气体分子沿各个方向运动 的时机均等， 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 4大量气体分子的速率是按一定规律分布， 呈 “中 间多，两头少 的 分布规律，且

3、这个分布状态与温度有关， 温度升高时， 平均速率会增大今天我们就是要从气体分子运动的这些特点和规律来解释气体实验定律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

4、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.ffl 1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：如下图是一个一端用活塞此时表示活塞局部的线条闪烁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.如果在气缸内密圭寸了一定质量的理想气体 .由 于在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.大屏幕上显示图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

5、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外表的运动状态，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：假设每个分子的质量为

6、IT平均速率为V,分子与活塞的碰撞是完全 弹性碰撞，那么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越大那么平均冲量就越大，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

7、的平均速率有关，分子密度 n越大，v也越大，那么碰撞次数就越多，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，那么压强就越大.2、用气体分子动理论解释实验三定律1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根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， 那么分子的平均速率v也保持不变，当其体积V增大几倍时， 那么单位体积内的分子数 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；反之假设体积减小为原来的几

8、分之一， 那么压强增大几倍，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:小结：根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mP、 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定和T不变推 出相关不变的微观物理量如 N 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和n的变与不变的情况推出宏观因变量如P的变化情况，结论是否与实验定律的 结论相吻合？假设吻合那么实验定律得到了微观解释 .2让学生体验上述思维方法：每个人都独立地用书面详细文字

9、表达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.书面或口头表达为：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，那么气体压强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: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的练习，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

10、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 一定要减小否那么压强不可能不变，因此气体体积V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:P不礎 ？T'f <-？ 4打仁豉打三课堂小结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 .五、说明1、本节课设计用计算机模拟气体分子对器壁碰撞而产生压强是为了使学生 有一点感 性认识，帮助学生想象，其中有两点需要说明，一是弹簧的形变活塞 的位移说明活塞 受到了压力，二是图中所示的 分子数只是示意图，其 大量 的含义是无法也没必要 用具体图形表示 .2、本节课用气体分子动理论解释实验定律的侧重点在于教会学生解释的方法，它是一种从宏观到微观，又由微观到宏观的有序而又严密的推理因此对 三个定律解释方式是先教师示范，讲清方法