高中物理-理想气体的状态方程教学设计学情分析教材分析课后反思

《理想气体状态方程》教学设计

一、教学目标

1、知识目标：

（1）理解“理想气体”的概念。

（2）掌握运用玻意耳定律和查理定律推导理想气体状态方程的过程，熟记理想气体状态方程的数学表达式，并能正确运用理想气体状态方程解答有关简单问题。

（3）熟记盖·吕萨克定律及数学表达式，并能正确用它来解答气体等压变化的有关问题。

2、能力目标

通过推导理想气体状态方程及由理想气体状态方程推导盖·吕萨克定律的过程，培养学生严密的逻辑思维能力。

3、情感目标

通过用实验验证盖·吕萨克定律的教学过程，使学生学会用实验来验证成正比关系的物理定律的一种方法，并对学生进行“实践是检验真理唯一的标准”的教育。

二、重点、难点分析

1、理想气体的状态方程是本节课的重点，因为它不仅是本节课的核心内容，还是中学阶段解答气体问题所遵循的最重要的规律之一。

2、对“理想气体”这一概念的理解是本节课的一个难点，因为这一概念对中学生来讲十分抽象，而且在本节只能从宏观现象对“理想气体”给出初步概念定义，只有到后两节从微观的气体分子动理论方面才能对“理想气体”给予进一步的论述。另外在推导气体状态方程的过程中用状态参量来表示气体状态的变化也很抽象，学生理解上也有一定难度。

三、教具

1、投影幻灯机、书写用投影片。

2、气体定律实验器、烧杯、温度计等。

四、主要教学过程

（一）引入新课

玻意耳定律是一定质量的气体在温度不变时，压强与体积变化所遵循的规律，而查理定律是一定质量的气体在体积不变时，压强与温度变化时所遵循的规律，即这两个定律都是一定质量的气体的体积、压强、温度三个状态参量中都有一个参量不变，而另外两个参量变化所遵循的规律，若三个状态参量都发生变化时，应遵循什么样的规律呢？这就是我们今天这节课要学习的主要问题。

（二）教学过程设计

1、关于“理想气体”概念的教学

设问：

（1）玻意耳定律和查理定律是如何得出的？即它们是物理理论推导出来的还是由实验总结归纳得出来的？答案是：由实验总结归纳得出的。

（2）这两个定律是在什么条件下通过实验得到的？老师引导学生知道是在温度不太低（与常温比较）和压强不太大（与大气压强相比）的条件得出的。

老师讲解：在初中我们就学过使常温常压下呈气态的物质（如氧气、氢气等）液化的方法是降低温度和增大压强。这就是说，当温度足够低或压强足够大时，任何气体都被液化了，

当然也不遵循反映气体状态变化的玻意耳定律和查理定律了。而且实验事实也证明：在较低温度或较大压强下，气体即使未被液化，它们的实验数据也与玻意耳定律或查理定律计算出的数据有较大的误差。

出示投影片（1）：

说明讲解：投影片（l）所示是在温度为0℃，压强为Pa的条件下取1L几种常见实际气体保持温度不变时，在不同压强下用实验测出的pV乘积值。从表中可看出在压强为Pa至Pa之间时，实验结果与玻意耳定律计算值，近似相等，当压强为Pa时，玻意耳定律就完全不适用了。这说明实际气体只有在一定温度和一定压强范围内才能近似地遵循玻意耳定律和查理定律。而且不同的实际气体适用的温度范围和压强范围也是各不相同的。为了研究方便，我们假设这样一种气体，它在任何温度和任何压强下都能严格地遵循玻意耳定律和查理定律。我们把这样的气体叫做“理想气体”。（板书“理想气体”概念意义。）

2．推导理想气体状态方程

前面已经学过，对于一定质量的理想气体的状态可用三个状态参量p、V、T来描述，且知道这三个状态参量中只有一个变而另外两个参量保持不变的情况是不会发生的。换句话说：若其中任意两个参量确定之后，第三个参量一定有唯一确定的值。它们共同表征一定质量理想气体的唯一确定的一个状态。根据这一思想，我们假定一定质量的理想气体在开始状态时各状态参量为（），经过某变化过程，到末状态时各状态参量变为（），这中间的变化过程可以是各种各样的，现假设有两种过程：

第一种：从（）先等温并使其体积变为，压强随之变为，此中间状态为（）再等容并使其温度变为，则其压强一定变为，则末状态（）。

第二种：从（）先等容并使其温度变为，则压强随之变为，此中间状态为（），再等温并使其体积变为，则压强也一定变为，也到末状态（），如投影片所示。

出示投影片（2）：

将全班同学分为两大组，根据玻意耳定律和查理定律，分别按两种过程，自己推导理想气体状态过程。（即要求找出与间的等量关系。）

基本方法是：解联立方程或消去中间状态参量或均可得到：

这就是理想气体状态方程。它说明：一定质量的理想气体的压强、体积的乘积与热力学温度的比值是一个常数。3．推导并验证盖·吕萨克定律

设问：（1）若上述理想气体状态方程中，，方程形式变化成怎样的形式？

（2）本身说明气体状态变化有什么特点？

答案：说明等效地看作气体做等压变化。（即压强保持不变的变化）

由此可得出结论：当压强不变时，一定质量的理想气体的体积与热力学温度成正比。

这个结论最初是法国科学家盖·吕萨克在研究气体膨胀的实验中得到的，也叫盖·吕萨克定律。它也属于实验定律。当今可以设计多种实验方法来验证这一结论。今天我们利用在验证玻意耳定律中用过的气体定律实验器来验证这一定律。

演示实验：实验装置如图所示，此实验保持压强不变，只是利用改变烧杯中的水温来确定三个温度状态，这可从温度计上读出，再分别换算成热力学温度，再利用气体实验器上的刻度值作为达热平衡时，被封闭气体的体积值，分别为，填入下表：

出示投影幻灯片（3）：

然后让学生用计算器迅速算出、、，只要读数精确，则这几个值会近似相等，从而证明了盖·吕萨克定律。

4．课堂练习出示投影幻灯片（4），显示例题（1）：

例题

一水银气压计中混进了空气，因而在27℃，外界大气压为758毫米汞柱时，这个水银气压计的读数为738毫米汞柱，此时管中水银面距管顶80毫米，当温度降至－3℃时，这个气压计的读数为743毫米汞柱，求此时的实际大气压值为多少毫米汞柱？

教师引导学生按以下步骤解答此题：

（1）该题研究对象是什么？

答案：混入水银气压计中的空气。

（2）画出该题两个状态的示意图：

（3）分别写出两个状态的状态参量：

（S是管的横截面积）。

（4）将数据代入理想气体状态方程：

（三）课堂小结

1．在任何温度和任何压强下都能严格遵循气体实验定律的气体叫理想气体。

2．理想气体状态方程为：五、说明

1．“理想气体”如同力学中的“质点”、“弹簧振子”一样，是一种理想的物理模型，是一种重要的物理研究方法。对“理想气体”研究得出的规律在很大温度范围和压强范围内都能适用于实际气体，因此它是有很大实际意义的。

2．本节课设计的验证盖·吕萨克定律的实验用的是温州师院教学仪器厂制造的J2261型气体定律实验器；实验中确定的三个温度状态应相对较稳定（即变化不能太快）以便于被研究气体与烧杯中的水能达稳定的热平衡状态，使读数较为准确。建议选当时的室温为，冰水混合物的温度，即0℃或0℃附近的温度为，保持沸腾状态的温度，即100℃或接近100℃为。这需要教师在课前作充分的准备，才能保证在课堂得出较理想的结论。理想气体的状态方程是本节课的重点，因为它不仅是本节课的核心内容，还是中学阶段解答气体问题所遵循的最重要的规律之一。对“理想气体”这一概念的理解是本节课的一个难点，因为这一概念对中学生来讲十分抽象，而且在本节只能从宏观现象对“理想气体”给出初步概念定义，只有到后两节从微观的气体分子动理论方面才能对“理想气体”给予进一步的论述。另外在推导气体状态方程的过程中用状态参量来表示气体状态的变化也很抽象，学生理解上也有一定难度。1、知识目标：

（1）理解“理想气体”的概念。

（2）掌握运用玻意耳定律和查理定律推导理想气体状态方程的过程，熟记理想气体状态方程的数学表达式，并能正确运用理想气体状态方程解答有关简单问题。

（3）熟记盖·吕萨克定律及数学表达式，并能正确用它来解答气体等压变化的有关问题。

2、能力目标

通过推导理想气体状态方程及由理想气体状态方程推导盖·吕萨克定律的过程，培养学生严密的逻辑思维能力。

3、情感目标

通过用实验验证盖·吕萨克定律的教学过程，使学生学会用实验来验证成正比关系的物理定律的一种方法，并对学生进行“实践是检验真理唯一的标准”的教育。

学情分析前面通过气体实验定律的学习，学生对这一部分已经有了基本认识。这节课是这一章的重点，起承上启下的作用。为降低难度，让学生提前预习，提高学生的自学能力。课上讲解时降低重心，注重基础知识的讲解，注重方法点播。同时通过复习前面的知识，达到举一反三的目的。针对前面大部分学生头疼的图像问题，重点讲解，强化方法，侧重练习，让学生真正掌握这类问题的处理方法，达到预期的效果。．效果分析本教学设计注重了在过程中培养学生的科学素养．通过积极的创造性活动，使学生参与并体验了设计方案形成的思维过程，从中体会自学的乐趣和艰辛，感悟了知识形成的过程，从而使学生形成科学的情感态度与价值观．本教学设计主要是提前让学生自学，认识理想气体的概念，再次呈现理想模型法，通过控制变量法和设置状态分析法，推导理想气体的状态方程，培养学生灵活处理问题的能力。课上一边检查预习情况，一边讲解，达到了预期效果。通过典型例题突破要点，通过随堂练习巩固基础知识，达到了预期效果。物理新人教版选修3-38.3理想气体的状态方程学习目标1.知道理想气体的模型，并知道实验气体在什么情况下可以看成理想气体．(重点)2．学会用气体实验定律推导出理想气体的状态方程．(重点)3．掌握理想气体状态方程的内容、表达式及物理意义．(重点、难点)4．学会应用理想气体状态方程解决实际问题．(重点、难点)基础导学一、理想气体1．定义：在任何温度、任何_______下都严格遵从三个___________的气体．2．理想气体与实际气体理想气体是一种理想化的模型，是对实际气体的科学抽象．二、理想气体的状态方程1．内容：一定______的某种理想气体，在从一个状态(p1、V1、T1)变化到另一个状态(p2、V2、T2)时，尽管p、V、T都可能改变，但是________跟体积(V)的乘积与________的比值保持不变．2．理想气体状态方程表达式：___________或eq\f(pV,T)＝C(常量)．3．推导方法：(1)控制变量法．(2)选定状态变化法．4．成立条件：一定质量的理想气体．〔思考与讨论〕——教材P24如图所示，一定质量的某种理想气体从A到B经历了一个等温过程，从B到C经历了一个等容过程．分别用pA、VA、TA和pB、VB、TB以及pC、VC、TC表示气体在A，B，C三个状态的状态参量，请同学们尝试导出状态A的三个参量pA、VA、TA和状态C的三个参量pC、VC、TC之间的关系．点拨：我们可先选从A→B等温过程，即TA＝TB，由玻意耳定律得pAVA＝pBVB，然后从B→C等容变化，即VB＝VC，由查理定律得eq\f(pB,TB)＝eq\f(pC,TC)，联立以上方程得关系式eq\f(pAVA,TA)＝eq\f(pCVC,TC)，即理想气体的状态方程．要点例析eq\a\vs4\al(理想气体)1．理解：理想气体是为了研究问题方便提出的一种理想模型，是实际气体的一种近似，就像力学中质点、电学中点电荷模型一样，突出问题的主要方面，忽略次要方面，从而认识物理现象的本质，是物理学中常用的方法．2．特点(1)严格遵守气体实验定律及理想气体状态方程．(2)理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比忽略不计，分子视为质点．(3)理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力，故无分子势能，一定质量的理想气体内能只与温度有关．关于理想气体的性质，下列说法中正确的是()A．理想气体是一种假想的物理模型，实际并不存在B．理想气体的存在是一种人为规定，它是一种严格遵守气体实验定律的气体C．一定质量的理想气体，内能增大，其温度一定升高D．氦是液化温度最低的气体，任何情况下均可视为理想气体1－1关于理想气体，下列说法正确的是()A．理想气体也不能严格地遵守气体实验定律B．实际气体在温度不太高、压强不太小的情况下，可看成理想气体C．实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下，可看成理想气体D．所有的实际气体在任何情况下，都可以看成理想气体eq\a\vs4\al(理想气体的状态方程)1．理想气体状态方程与气体实验定律eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)⇒eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(T1＝T2时，p1V1＝p2V2玻意耳定律,V1＝V2时，\f(p1,T1)＝\f(p2,T2)查理定律,p1＝p2时，\f(V1,T1)＝\f(V2,T2)盖­吕萨克定律))2．应用状态方程解题的一般步骤(1)明确研究对象，即一定质量的理想气体；(2)确定气体在始末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2；(3)由状态方程列式求解；(4)讨论结果的合理性．如图所示为粗细均匀、一端封闭一端开口的U形玻璃管．当t1＝31℃，大气压强为p0＝1atm时，两管水银面相平，这时左管被封闭的气柱长l1＝8cm.求：当温度t2等于多少时，左管气柱l2为9cm？(p0＝1atm＝76cmHg)2－1如图所示，上端开口的圆柱形气缸竖直放置，截面积为5×10－3m2，一定质量的气体被质量为2.0kg的光滑活塞封闭在气缸内，其压强为________Pa(大气压强取1.01×105Pa，g取10N/kg)．若从初温27℃开始加热气体，使活塞离气缸底部的高度由0.5m缓慢变为0.51m，则此时气体的温度为__________℃.eq\a\vs4\al(理想气体状态变化的图象)一定质量理想气体的状态变化图象与特点类别图象特点温度不变pV＝CT(其中C为常量)，即p与V之积越大的等温线温度越高，线离原点越远p＝CTeq\f(1,V)，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高体积不变p＝eq\f(C,V)T，斜率k＝eq\f(C,V)，即斜率越大，体积越小压强不变V＝eq\f(C,p)T，斜率k＝eq\f(C,p)，即斜率越大，压强越小2.一般状态变化图象的处理方法基本方法，化“一般”为“特殊”，下图是一定质量的某种气体的状态变化过程：A→B→C→A.在V－T图线上，等压线是一簇延长线过原点的直线，过A、B、C三点作3条等压线分别表示三个等压过程pA′＜pB′＜pC′，即pA＜pB＜pC，所以A→B压强增大，温度降低，体积缩小；B→C温度升高，体积减小，压强增大；C→A温度降低，体积增大，压强减小．一定质量的理想气体，由状态A变为状态D，其有关数据如图甲所示，若状态D的压强是2×104Pa.(1)求状态A的压强．(2)请在图乙中画出该状态变化过程的p－T图象，并分别标出A、B、C、D各个状态，不要求写出计算过程．3－1一定质量理想气体的状态经历了如图所示的ab、bc、cd、da四个过程，其中bc的延长线通过原点，cd垂直于ab且与水平轴平行，da与bc平行，则气体体积在()A．ab过程中不断增加B．bc过程中保持不变C．cd过程中不断增加D．da过程中保持不变随堂演练1．关于理想气体的说法正确的有()A．温度极低的气体也是理想气体B．压强极大的气体也遵守气体实验定律C．理想气体是对实际气体的抽象化模型D．理想气体实际并不存在2．关于理想气体的状态变化，下列说法中正确的是()A．一定质量的理想气体，当压强不变而温度由100℃上升到200℃时，其体积增大为原来的2倍B．一定质量的理想气体由状态1变到状态2时，