氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系

1、氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系一、教學(xué)目標(biāo)知識與技能：1 解等溫變化，掌握波意耳定律的內(nèi)容；2 會使用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理；3 學(xué)會分析p1/V圖線和V1/p圖線。過程與方法：1通過利用p1/V圖線處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，感悟化曲為直的思想方法；2通過對壓強(qiáng)與體積關(guān)系的分析討論，感受得出物理規(guī)律的方法。情感、態(tài)度和價值觀：1 通過介紹中國古代對氣體壓強(qiáng)和體積關(guān)系的利用，感悟我國勞動人民的偉大，培養(yǎng)愛國主義思想。2 通過實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。二、教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)探究獲得波意耳定律； 難點(diǎn)：分析p1/V圖線和V1/p圖線。三、教學(xué)器材DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、注射器、塑料筒、氣球一、教學(xué)目標(biāo)知

2、識與技能：1、 理解等溫變化，掌握波意耳定律的內(nèi)容；2、 學(xué)會使用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理；3、 學(xué)會分析p1/V圖線和V1/p圖線。過程與方法：1、通過利用p1/V圖線處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，感悟化曲為直的思想方法；2、通過對壓強(qiáng)與體積關(guān)系的分析討論，感受得出物理規(guī)律的方法。情感、態(tài)度和價值觀：利用波意耳定律解釋日?，F(xiàn)象，形成愛科學(xué)、用科學(xué)的良好習(xí)慣。二、教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)探究獲得波意耳定律； 難點(diǎn)：分析p1/V圖線和V1/p圖線。三、教學(xué)器材DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、注射器、塑料筒、氣球四、教學(xué)過程一、引入新課同學(xué)們，今天上課之前我們活躍一下氣氛，先來做幾個小游戲。1 推塑料筒推火箭筒請一位同學(xué)

3、快速往前推動塑料筒的活塞請一位同學(xué)快速往前推動火箭筒，塑料筒前端的濕紙團(tuán)以較快的速度飛出去火箭以較快的速度飛出去。問：為什么塑料筒末端的活塞一往前推為什么火箭筒末端的活塞一往前推，原來靜止在塑料筒前端的濕紙團(tuán)就能飛出去呢原來靜止的火箭就能飛出去呢？答：是筒內(nèi)的氣體推動濕紙團(tuán)是筒內(nèi)的氣體推動火箭，使之加速。問：筒外也有大氣，大氣對濕紙團(tuán)也有力的作用，為什么筒內(nèi)的氣體對紙團(tuán)的作用力會大于大氣的作用力呢為什么筒內(nèi)的氣體對火箭的作用力會大于大氣的作用力呢？或者說為什么筒內(nèi)氣體的壓強(qiáng)大于大氣壓呢？引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)，推塑料筒的過程中推火箭筒的過程中，筒里封閉的氣體體積變小。從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象上來看，氣體體積減小，氣體

4、壓強(qiáng)會增大。這個游戲蠻有趣的吧？下面我們來做一個更有意思的游戲。2吹氣球再請一位同學(xué)吹一個氣球，然后讓氣球復(fù)原，放進(jìn)一個塑料瓶，并用氣球口向外包住瓶口，再請這位同學(xué)吹這個氣球（側(cè)面對著學(xué)生），同學(xué)們一起觀察前后兩次現(xiàn)象：氣球在空氣中容易吹大，而放在瓶子里卻不容易被吹大。問：氣球在空氣中容易被吹大，為什么放在瓶子里卻不容易被吹大？（給學(xué)生一定的時間思考）引導(dǎo)學(xué)生分析現(xiàn)象：當(dāng)氣球放在空氣中，氣球受到大氣壓力的作用，而放在瓶子里后，氣球受到瓶內(nèi)氣體壓力的作用，此時我們的研究對象是瓶內(nèi)氣球外的氣體，不是氣球內(nèi)吹進(jìn)去的氣體。二次吹氣球的過程中氣球所受壓力的大小是不相等的，也就是壓強(qiáng)不相等，顯然后者壓強(qiáng)更

5、大。問：是什么原因使得瓶子里的氣體壓強(qiáng)變大了呢？請同學(xué)們觀察在吹氣球過程中，瓶子里氣體發(fā)生了什么變化？經(jīng)過觀察可以發(fā)現(xiàn)，瓶子里封閉氣體的體積變小，導(dǎo)致氣體壓強(qiáng)增大。其實(shí)人們很早就知道一定質(zhì)量的氣體，體積變小壓強(qiáng)就會變大的事實(shí)，從明朝宋應(yīng)星所著天工開物一書中，可以看到產(chǎn)生壓縮空氣的活塞式風(fēng)箱已被普遍采用。但壓強(qiáng)與體積之間具體的定量關(guān)系直到1661年才由英國化學(xué)家物理學(xué)家波意耳發(fā)現(xiàn)。通過剛才的小實(shí)驗(yàn)我們可以定性地知道，氣體的體積減小，壓強(qiáng)增大，請同學(xué)猜想一下壓強(qiáng)和體積之間到底存在什么關(guān)系呢？答：反比。引導(dǎo)學(xué)生：體積減小壓強(qiáng)增大不一定就成反比，比如y中，x減小，y也會增大，但y和x不成反比。要知道壓

6、強(qiáng)和體積之間是否有反比關(guān)系，需要用定量實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。今天我們大家也來做一回波意耳，用更先進(jìn)的裝置DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)定量地研究氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。二、分組實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備展示一支已連在DIS系統(tǒng)上的注射器。推拉活塞，就可以改變氣體體積。問：研究哪部分氣體？答：注射器內(nèi)的氣體。引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和注射器相連的塑料管里也有一定量氣體，實(shí)驗(yàn)研究對象應(yīng)該是塑料管和注射器里封閉氣體的總和。問：請同學(xué)們猜測一下影響氣體壓強(qiáng)的因素可能有哪些？答：體積、溫度、質(zhì)量。改變體積從而影響壓強(qiáng)的實(shí)例，上課一開始我們就展示過了，那么能舉出改變溫度或者質(zhì)量從而改變壓強(qiáng)的實(shí)例嗎？問：你能舉個例子說明溫度影響壓強(qiáng)嗎？答：夏天自行車爆胎

7、。問：那質(zhì)量影響壓強(qiáng)的例子呢？答：自行車打氣，打進(jìn)去氣體越多，車胎越硬，壓強(qiáng)越大。問：非常好！這些例子讓我們可以感受到影響壓強(qiáng)的因素很多。今天我們實(shí)驗(yàn)要研究的是氣體壓強(qiáng)和體積的關(guān)系，現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)影響壓強(qiáng)的因素可能有很多個，那么應(yīng)該采取什么物理方法進(jìn)行研究？答：控制變量法。問：控制哪些實(shí)驗(yàn)條件？答：我們研究的是氣體的壓強(qiáng)和體積，所以保證溫度和質(zhì)量不變。定義：氣體在溫度不變的條件下發(fā)生的狀態(tài)變化過程叫做等溫過程。凡與恒溫源（較大的物體）充分接觸的較慢的過程，就是等溫過程。問：根據(jù)上面的定義，實(shí)驗(yàn)操作過程中要注意什么操作規(guī)范，才能保證溫度不變？答：不能用手握注射器，推拉活塞時要緩慢（演示）。問：那又

8、要注意什么操作規(guī)范來保證氣體質(zhì)量不變呢？也，就是要保證不漏氣也沒有新的氣體注入？，操作時又應(yīng)該注意什么？答：注射器與壓強(qiáng)傳感器前端軟管需緊密相連，活塞和注射器壁之間涂潤滑油，確保其氣密性。潤滑油已經(jīng)涂好，同學(xué)們操作時只要注意注射器和軟管緊密相連即可。問：保證溫度質(zhì)量都一定了，那又該如何來改變氣體的壓強(qiáng)呢？答：緩慢推動活塞，通過改變氣體的體積，來改變壓強(qiáng)。問：這么說氣體的體積要多次測量，那么如何測量各個狀態(tài)氣體的體積？答：直接通過注射器上的刻度讀取。問：注射器上讀取的刻度是否就是所研究氣體的總體積？答：注射器上讀取的刻度只是注射器內(nèi)氣體的體積，塑料軟管里還有一部分氣體。為了實(shí)驗(yàn)的精確性，我事先測

9、出了軟管里氣體的體積為1ml，同學(xué)們等會兒實(shí)驗(yàn)時千萬別忘記加上這1ml氣體的體積。搞清楚這些問題，接下來我們就進(jìn)入實(shí)驗(yàn)探究的環(huán)節(jié)。2學(xué)生實(shí)驗(yàn)：用DIS研究溫度不變時，一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹刻骄恳欢ㄙ|(zhì)量的氣體在溫度不變條件下的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系?！緦?shí)驗(yàn)器材】DIS、注射器?！緦?shí)驗(yàn)設(shè)計】點(diǎn)開運(yùn)行界面后，緊密連接注射器和壓強(qiáng)傳感器，改變氣體體積，記錄體積和壓強(qiáng)值。問：記錄數(shù)據(jù)前是先將活塞置于初始位置呢，還是先將注射器與壓強(qiáng)傳感器相連？答：先將活塞置于初始位置。具體的步驟如屏幕所示：（1） 將壓強(qiáng)傳感器接入數(shù)據(jù)采集器，運(yùn)行DIS應(yīng)用軟件，點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)條目中的“研究溫度不變時，一定質(zhì)量氣體

10、的壓強(qiáng)和體積的關(guān)系”。（2） 點(diǎn)擊“開始記錄”，觀察壓強(qiáng)傳感器實(shí)時測得的大氣壓強(qiáng)值。（3） 把注射器活塞置于初始位置，并將注射器與壓強(qiáng)傳感器前端軟管緊密相連，確保其氣密性。（4） 在表格中輸入氣體體積，點(diǎn)擊“記錄數(shù)據(jù)”，記錄下此刻的壓強(qiáng)值。（5） 連續(xù)8次改變注射器活塞的位置使氣體體積發(fā)生變化，將變化后的體積輸入表格中，同時記錄對應(yīng)的壓強(qiáng)值，獲得多組數(shù)據(jù)。學(xué)生活動，四人分一組，先討論數(shù)據(jù)記錄方法，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄體積和壓強(qiáng)值。活動一段時間后，請幾位做得好的學(xué)生概述他記錄體積和壓強(qiáng)的方法。答：1、先輸入8次預(yù)設(shè)的體積，再推活塞至預(yù)設(shè)位置，最后點(diǎn)擊“記錄數(shù)據(jù)”，記下壓強(qiáng)值。2、先輸入一個初始體積，

11、點(diǎn)擊“記錄數(shù)據(jù)”，記下壓強(qiáng)值，重復(fù)8次。3、活塞推至一定位置時先點(diǎn)擊“記錄數(shù)據(jù)”，記下壓強(qiáng)值，然后輸入此時氣體體積，重復(fù)8次。（1、2較好，因?yàn)轶w積先確定，保證體積讀數(shù)較精確）。注意強(qiáng)調(diào)：1）等到壓強(qiáng)示數(shù)穩(wěn)定時再點(diǎn)擊“記錄數(shù)據(jù)”。體積盡量單向變化，若推活塞，體積單向變小，則初始體積取大一些；若拉活塞，體積單向變大，則初始體積取小一些。每次體積可變化1ml。 2）取8組數(shù)據(jù)即可。先將活塞置于初始位置，再將注射器與壓強(qiáng)傳感器相連 3）記錄體積時不要忘記加塑料管里1ml氣體的體積，體積讀取盡量精確 4）等到壓強(qiáng)示數(shù)穩(wěn)定時再點(diǎn)擊“記錄數(shù)據(jù)” 5）推活塞時，體積不要取得過小，防止壓強(qiáng)過大，超過250kP

12、a 6）取8組數(shù)據(jù)即可3數(shù)據(jù)處理搞清楚操作中的注意事項(xiàng)，下面同學(xué)們可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。同學(xué)們已經(jīng)測出氣體的體積和壓強(qiáng)的小組，接下來我們要可以對這兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分析氣體體積和壓強(qiáng)的關(guān)系。3匯報數(shù)據(jù)處理過程及實(shí)驗(yàn)結(jié)論請一組同學(xué)匯報數(shù)據(jù)處理過程及實(shí)驗(yàn)結(jié)論：我們先點(diǎn)擊“pV繪圖”，發(fā)現(xiàn)是雙曲線的一支，然后再點(diǎn)擊“p1/V繪圖”，發(fā)現(xiàn)是過原點(diǎn)的一條傾斜直線，最后得出氣體壓強(qiáng)和體積成反比。問：點(diǎn)擊“pV繪圖”以后，你能確定那條曲線“是”雙曲線的一支嗎？還是僅僅是“像”雙曲線？答：像。所以接下來必須再點(diǎn)擊p1/V繪圖，顯示出一條過原點(diǎn)的傾斜的直線，因此可以得到p和1/V成正比。這是一種化曲為直的巧妙思維，

13、經(jīng)常運(yùn)用于物理研究中。問：剛才這位同學(xué)是通過畫pV圖線和p1/V圖線得出結(jié)論的，那么有沒有同學(xué)可以不通過畫圖的方式，而是直接利用表格中的數(shù)據(jù)，證明p和V成反比？（若不能馬上說出就同桌討論）答：計算各組pV乘積，看是否相等。很好的辦法！那就請同學(xué)們拿出計算器，算一下自己這組測出的壓強(qiáng)和體積的乘積。問：能得出什么結(jié)論？答：pV乘積基本相等，說明兩者之間存在反比關(guān)系。問：觀察這兩組數(shù)據(jù)，有什么規(guī)律？答：體積在逐漸變小，而壓強(qiáng)在逐漸變大。問：這就是前面我們講到的一定量氣體在溫度不變時，體積減小，壓強(qiáng)增大。那怎么用這兩組數(shù)據(jù)來驗(yàn)證同學(xué)們認(rèn)為壓強(qiáng)和體積成反比的猜想呢？（四個同學(xué)一組進(jìn)行討論）答：p、V乘積

14、是否相等；畫pV圖線。請同學(xué)們用計算器計算注射器內(nèi)氣體壓強(qiáng)和體積的乘積，并作記錄。發(fā)現(xiàn)乘積基本相等。說明兩者之間存在反比關(guān)系。問：比較其他組的pV值，發(fā)現(xiàn)各組同學(xué)實(shí)驗(yàn)所得的pV值并不完全相等，但他們的操作都是符合規(guī)范的，沒有用手握住注射器等行為，出現(xiàn)這種現(xiàn)象是什么原因呢？（同前后桌對照測出的壓強(qiáng)和體積數(shù)據(jù)進(jìn)行討論）答：因?yàn)槊拷M同學(xué)所封閉的氣體的質(zhì)量不一定相同。由此強(qiáng)調(diào)氣體質(zhì)量一定的重要性，是得出壓強(qiáng)和體積成反比的前提條件之一。剛才同學(xué)們還提到驗(yàn)證反比的猜想可以畫pV圖線。下面請同學(xué)們點(diǎn)擊pV繪圖，并觀察圖線的形狀。問：有些同學(xué)觀察后認(rèn)為pV圖線是雙曲線的一支，到底是“是”還是“像”？答：像！問

15、：就是說通過pV圖線我們并不能證明壓強(qiáng)和體積之間真的就成反比，那我們應(yīng)該怎樣做呢？如果坐標(biāo)平面上出現(xiàn)一條過原點(diǎn)的直線，我們一定可以確定這兩個物理量成正比，那么怎么處理數(shù)據(jù)可以化曲為直？答：先計算得出1/V的值，再作p1/V圖。非常好，作p1/V圖若能得到直線，就能證實(shí)p1/V，化曲為直，思維巧妙。請同學(xué)們在軟件界面上進(jìn)行操作，畫出p1/V圖線。問：軟件作出的圖線是一條直線，說明什么？答：說明壓強(qiáng)和體積成反比。三、得出結(jié)論分析了這么久，這個實(shí)驗(yàn)的結(jié)論同學(xué)們早已了然于心了，那我們請一位同學(xué)用比較完整精確的語言來敘述一下實(shí)驗(yàn)結(jié)論，好不好？答：一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時，它的壓強(qiáng)跟它的體積成反比玻意耳

16、定律。 1表達(dá)式問：那么波意耳定律的表達(dá)式可以有哪些形式呢？在筆記本上寫下來。答：1表達(dá)式：pV恒量，p1V1p2V2，（M、T一定）2等溫線在平面直角坐標(biāo)系中，縱軸表示壓強(qiáng)p，橫坐標(biāo)表示體積V，一定質(zhì)量氣體在等溫變化過程中，pV圖線是雙曲線的一支。這種表示等溫過程的pV圖線叫做等溫線。思考1：給癟掉的自行車胎打氣時，溫度不變，但自行車胎內(nèi)氣體的壓強(qiáng)和體積都增大，這和玻意耳定律有無矛盾？答：打氣過程中，車胎內(nèi)氣體的質(zhì)量在增大，因此不符合波意耳定律的前提條件，所以不矛盾。思考21：剛才我們對體積取倒數(shù)，看p和1/V之間是否成正比來得出結(jié)論。那么還可以用什么圖線還可以對哪個數(shù)據(jù)進(jìn)行處理也能化曲為直，證明壓強(qiáng)和體積成反比？答：V1/p圖線。問：既然壓強(qiáng)和體積是成反比的，那么V和1/p成什么關(guān)系？請?jiān)诠P記上畫出大致的V1/p圖線。（請一同學(xué)板書）。問：如果每一次體積的讀