2022年-年高中物理8.4《气体热现象的微观意义》教案新人教版选修3-3

1、2021-2021 年高中物理 8.4 气体热现象的微观意义教案新人教版选修 3-3教学目标1在物理学问方面的要求：（ 1）能用气体分子动理论说明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说明三个气体试验定律.2通过让同学用气体分子动理论说明有关的宏观物理现象,培养同学的微观想像 才能和规律推理才能,并渗透“统计物理”的思维方法. 3通过对宏观物理现象与微观粒子运动规律的分析,对同学渗透“透过现象看本 质”的哲学思维方法.重点，难点分析1. 用气体分子动理论来说明气体试验定律是重点,它是本节课的核心内容.2. 气体压强的微观

2、意义是本节课的难点,由于它需要同学对微观粒子复杂的运动状态有丰富的想像力.教学过程引入新课先设问：气体分子运动的特点有哪些？ 答案：特点是：（ 1）气体间的距离较大,分子间的相互作用力特别脆弱,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,确定质量的气体的分子可以布满整个容器空间.（ 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机会均等,因此对大量分子而言,在任一时刻向容器各个

3、方向运动的分子数是均等的.（ 4）大量气体分子的速率是按确定规律分布,呈“中间多,两头少”的分布规律, 且这个分布状态与温度有关,温度上升时,平均速率会增大.今日我们就是要从气体分子运动的这些特点和规律来说明气体试验定律.教学过程一关于气体压强微观说明的教学第一通过设问和争辩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体积影响到分子密度（即单位体积内的分子数）,对确定的确定质量的理想气体而言,分子总数N 是确定的,当体积为V 时

4、,单位体积内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点呢？可编辑资料 - - - 欢迎下载这应从气体对容器器壁压强产生的机制来分析.看用运算机模拟气体分子运动撞击器壁产生压强的机制： 显示出如图 1 所示的图形：介绍：如以下图是一个一端用活塞（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.假如在气缸内密封了确定质量的理想气体.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,我们仅争辩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合, （图中显示的“分子”暂

5、呈静态）先看其中一个（图2 中涂黑的“分子”闪烁 23 次）分子与活塞碰撞情形,（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形：大屏幕显示“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”相撞后转变方向,有的与活塞对面器壁相碰 转变方向,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,且相对稳固,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.结论：由此可见气体对容器壁的压强是大量分子对器壁连

6、续不断地碰撞所产生的.进一步分析：如每个分子的质量为m,平均速率为 v,分子与活塞的碰撞是完全弹性碰撞,就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, 依据牛顿第三定律, 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.对确定的确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 越大就平均冲量就越大,而单位时间

7、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,就碰撞次数就越多,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 共同准备, n 越大,v 也越大,就压强就越大.二用气体分子动理论说明试验三定律（ 1）引导，示范,以说明玻意耳定律为例教会同学用气体分子动理论说明试验定律的基本思维方法和简易符号表述形式.范例：用气体分子动理论说明玻意耳定律.确定质量（ 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,就分子的平均速率（v）也保持不变,当其体积（V）增大几倍时,就单位体积内的分子数（ n）变为原

8、先的几分之一,因此气体的压强也减为原先的几分之一.反之如体积减小为原先的几分之一,就压强增大几倍,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： 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,从气体试验定律成立的条件所述的宏观物理量（如m确定和 T 不变）推可编辑资料 - - - 欢迎下载出相关不变的微观物理量（如N 确定和 v 不变）,再依据宏观自变量（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）的变与不变的情形推出宏观因变量（如p

9、）的变化情形,结论是否与试验定律的结论相吻合.如吻合就试验定律得到了微观说明.（ 2）表达：确定质量（ m）的气体的总分子数（N）是确定的,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）上升时,其分子运动的平均速率（ v）也增大,就气体压强（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样.用符号简易表示为：（ 3）再次练习,用气体分子动理论说明盖吕萨克定律.再用更短的时间让同学练习详细表述和符号表示,然后让物理成果为中等的或较差的同学口述自己的练习, 与下面标准答案核对.确定质量（ m）的理想气体的总分子数（N）是确定的,要保持

10、压强（p）不变,当 温度（ T）上升时,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） 确定要减小（否就压强不行能不变）,因此气体体积（V）确定增大.反之当温度降低时,同理可推出气体体积确定减小.这与盖吕萨克定律的结论是一样的.用符号简易表示为：2021-2021 年高中物理 8.5.动量守恒定律的应用教案新人教版必修 1一，教学目标1. 学会分析动量守恒的条件.2. 学会选择正方向,化一维矢量运算为代数运算.3. 会应用动量守恒定律解决碰撞， 反冲等物体相互作用的问题 仅限于一维情形 ,知道应用动量守恒定律解决实际问题的基本思路和方法.二，重点，难点分析1. 应用动量守恒定律

11、解决实际问题的基本思路和方法是本节重点.2. 难点是矢量性问题与参照系的选择对初学者感到不适应.三，教具可编辑资料 - - - 欢迎下载1. 碰撞球系统 两球和多球 .2. 反冲小车.四，教学过程本节是继动量守恒定律理论课之后的习题课.1. 争辩动量守恒的基本条件例 1在光滑水平面上有一个弹簧振子系统,如以下图,两振子的质量分别为 m1 和 m2 .争辩此系统在振动时动量是否守恒？分析：由于水平面上无摩擦,故振动系统不受外力 竖直方向重力与支持力平稳 ,所以此系统振动时动量守恒,即向左的动量与向右的动量大小相等.例 2承上题,但水平地面不光滑,与两振子的动摩擦因数相同,争辩m1 m2 和 m1

12、 m2 两种情形下振动系统的动量是否守恒.分析： m1 和 m2 所受摩擦力分别为 f 1 m1g 和 f 2 m2g.由于振动时两振子的运动方向总是相反的,所以 f 1 和 f 2 的方向总是相反的.板书画图：对 m1 和 m2 振动系统来说合外力 F 外 f 1+f 2,但留意是矢量合.实际运算时为板书： F 外 m1g- m2 g明显,如 m1 m2 ,就 F 外0,就动量守恒.如 m1 m2 ,就 F 外 0,就动量不守恒.向同学提出问题：(1) m 1m2 时动量守恒,那么动量是多少？可编辑资料 - - - 欢迎下载(2) m 1m2 时动量不守恒,那么振动情形可能是怎样的？与同学共

13、同分析：(1) m 1m2 时动量守恒, 系统的总动量为零. 开头时 释放振子时 p 0,此后振动时,当 p1 和 p2 均不为零时,它们的大小是相等的,但方向是相反的,所以总动量仍为零.数学表达式可写成m1v1 m2 v2(2) m 1m2 时 F 外 m1 -m2g .其方向取决于 m1 和 m2 的大小以及运动方向.比如 m1m2,一开头 m1 向右m2 向左 运动,结果系统所受合外力 F 外 方向向左 f 1向左,f 2 向右,而且 f 1 f 2 .结果是在前半个周期里整个系统一边振动一边向左 移动.进一步提出问题：在 m1 m2 的情形下,振动系统的动量守恒,其机械能是否守恒？分析

14、：振动是动能和弹性势能间的能量转化. 但由于有摩擦存在, 在动能和弹性势能往复转化的过程中势必有一部分能量变为热损耗,直至把全部原有的机械能都转化为热,振动停止.所以虽然动量守恒p 0 ,但机械能不守恒. 从振动到不振动 2. 学习设置正方向,变一维矢量运算为代数运算例 3抛出的手雷在最高点时水平速度为10m/s,这时突然炸成两块,其中大块质量 300g 仍按原方向飞行,其速度测得为 50m/s,另一小块质量为 200g, 求它的速度的大小和方向.分析：手雷在空中爆炸时所受合外力应是它受到的重力 G m1+m2g ,可见系统的动量并不守恒. 但在水平方向上可以认为系统不受外力, 所以在水平方向

15、上动量是守恒的.强调：正是由于动量是矢量,所以动量守恒定律可在某个方向上应用.那么手雷在以 10m/s 飞行时空气阻力 水平方向 是不是应当考虑呢？ 上述问题同学可能会提出,犹如学不提出,老师应向同学提出此问题.一般说当 v10m/s 时空气阻力是应考虑,但爆炸力 内力 比这一阻力大的多,所以这一瞬时空气阻力可以不计.即当内力远大于外力时,外力可以不计, 系统的动量近似守恒.可编辑资料 - - - 欢迎下载板书：F 内 F外 时 p p.解题过程：设手雷原飞行方向为正方向,就v0 10m/s,m1 的速度 v1 50m/s, m2 的速度方向不清,暂设为正方向.板书：设原飞行方向为正方向,就

16、v010m/s, v1 50m/s. m10.3kg ,m2 0.2kg .系统动量守恒：m1+m2v 0 m1v1+m2v2此结果说明, 质量为 200 克的部分以 50m/s 的速度向反方向运动, 其中负号表示与所设正方向相反.例 4机关枪重 8kg,射出的子弹质量为 20 克,如子弹的出口速度是 1 000m/s,就机枪的后退速度是多少？分析：在水平方向火药的爆炸力远大于此瞬时机枪受的外力 枪手的依靠力 ,故可认为在水平方向动量守恒.即子弹向前的动量等于机枪向后的动量, 总动量保护“零”值不变.板书：设子弹速度 v,质量 m.机枪后退速度 V,质量 M.就由动量守恒有MV mv小结：上述

17、两例都属于“反冲”和“爆炸”一类的问题,其特点是F 内F外 , 系统近似动量守恒.演示试验：反冲小车试验可编辑资料 - - - 欢迎下载点燃酒精, 将水烧成蒸汽, 气压增大后将试管塞弹出, 与此同时, 小车后退.与爆炸和反冲一类问题相像的仍有碰撞类问题.演示小球碰撞 两个 试验.说明在碰撞时水平方向外力为零 竖直方向有向心力 ,因此水平方向动量守恒.结论：碰撞时两球交换动量 mA mB ,系统的总动量保持不变.例 5争辩质量为 mA的球以速度 v0 去碰撞静止的质量为 mB的球后, 两球的速度各是多少？设碰撞过程中没有能量缺失,水平面光滑.设 A 球的初速度 v0 的方向为正方向. 由动量守恒

18、和能量守恒可列出下述方程：可编辑资料 - - - 欢迎下载mAvA+mBvBmAv0可编辑资料 - - - 欢迎下载解方程和可以得到引导同学争辩：可编辑资料 - - - 欢迎下载(1) 由 vB 表达式可知 vB 恒大于零,即 B 球确定是向前运动的,这与生活中观看到的各种现象是吻合的.(2) 由 vA 表达式可知当 mAmB 时, vA0,即碰后 A球照旧向前即碰后 A 球反弹,且一般情形下速度也小于v0 了.当 mA mB 时, vA 0, vBv0,这就是刚才看到的试验,即 A，B 两球互换动量的情形.(3) 争辩极端情形：如 mB时, vA-v 0 ,即原速反弹.而 vB0,即几乎不动.这就好像是生活中的小皮球撞墙的情形. 在热学部分中气体分子与器壁碰撞的模型就属于这种情形.(4) 由于 vA 总是小于 v0 的,所以通过碰撞可以使一个物体减速,在核反应堆中利用中子与碳原子 石墨或重水 的碰撞将快中子变为慢中子.3. 动量守恒定律是对同一个惯性参照系成立的.例 6质量为 M的平板车静止在水平路面上,车与路面间的摩擦不计.质量为 m的人从车的左端走到右端,已知车长为L,求在此期间车行的距离？分析：由动