2.3氣體的等壓變化和等容變化 教案

.3氣體的等壓變化和等容變化〖教材分析〗本課知識(shí)主要分為四部分，其中氣體的等壓、等容變化與前面學(xué)習(xí)的等溫變化，合為氣體的三變化。學(xué)生可能遇到的問題是氣體變化規(guī)律解決實(shí)際問題，產(chǎn)生這一問題的原因是不會(huì)判斷氣體變化是等溫、等容還是等壓變化。解決這一問題的方法就是多練，使學(xué)生掌握每一種變化情況。結(jié)合三個(gè)規(guī)律的局限性，建立了理想氣體模型，進(jìn)而從微觀上解釋了氣體實(shí)驗(yàn)定律?！冀虒W(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念∶能建立等壓過程、等容過程的物理觀念，理解這兩個(gè)過程狀態(tài)參量的變化。科學(xué)思維∶知道理想氣體是一種理想化的物理模型，現(xiàn)實(shí)中并不存在，具有建構(gòu)“理想化的物理模型”的意識(shí)。科學(xué)探究：具有與他人交流成果，討論問題的意識(shí)?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任∶理解物理概念的建立的過程和規(guī)律；感悟自然界的統(tǒng)一、和諧美；認(rèn)識(shí)到氣體實(shí)驗(yàn)的規(guī)律可以從微觀解釋，也可以從宏觀來感受?！冀虒W(xué)重難點(diǎn)〗教學(xué)重點(diǎn)：蓋—呂薩克和查理定律的理解和計(jì)算。教學(xué)難點(diǎn)：蓋—呂薩克和查理定律的理解和計(jì)算，以及圖像問題。〖教學(xué)準(zhǔn)備〗多媒體課件等。〖教學(xué)過程〗一、新課引入燒瓶上通過橡膠塞連接一根玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱。用手捂住燒瓶，會(huì)觀察到水柱緩慢向外移動(dòng)，這說明了什么?實(shí)驗(yàn)表明：溫度升高時(shí)，為了保持氣體的壓強(qiáng)不變的情況下，氣體的體積要隨溫度的升高而增大。二、新課教學(xué)（一）氣體的等壓變化1.等壓變化的概念溫度，壓強(qiáng)和體積是氣體的三個(gè)狀態(tài)參量，對(duì)于一定質(zhì)量的某種氣體，讓溫度不變，研究壓強(qiáng)與體積的變化關(guān)系，就是之前學(xué)習(xí)的等溫變化，那如果換成壓強(qiáng)不變，研究體積隨溫度的變化，那就是等壓變化。即一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變時(shí)，體積隨溫度變化的過程叫作氣體的等壓變化。實(shí)驗(yàn)表面，在V—T圖像中，等壓線是一條過原點(diǎn)的直線。對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，溫度不變時(shí)，壓強(qiáng)越大，體積就越小。2.蓋—呂薩克定律法國(guó)科學(xué)家蓋—呂薩克通過研究發(fā)現(xiàn)這一線性關(guān)系。得出結(jié)論：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，其體積與熱力學(xué)溫度成正比。V=CT或注意①公式的T是熱力學(xué)溫度。②適用條件：壓強(qiáng)不太大，溫度不太低；氣體的質(zhì)量和壓強(qiáng)都不變。③V1T1和V2T2分別表示一定質(zhì)量的氣體在等壓變化時(shí)，兩個(gè)不同狀態(tài)下的體積和熱力學(xué)溫度。課堂練習(xí)例1：一容器中裝有某種氣體，且容器上有一個(gè)小口與外界大氣相通，原來容器內(nèi)的溫度為27℃，若把它加熱到127℃，從容器中溢出的空氣質(zhì)量是原來質(zhì)量的多少倍呢？分析：圖中容器上有一個(gè)小口，與外界大氣相通，說明容器內(nèi)外壓強(qiáng)始終相同，可以看作是等壓變化。那咱根據(jù)這個(gè)公式，只要把V1T1和V2T2都搞清楚不就好了嗎。解：等壓變化過程初態(tài)：P1=P0V1=VT1=27+273=300K末態(tài)：P2=P0V2=？T2=127+273=400K根據(jù)：代入數(shù)據(jù)得：解得：這個(gè)體積怎么比容器還要大呢？別忘了這里有個(gè)小孔，氣體是一直在溢出的，所以你不能只考慮容器內(nèi)的氣體，咱可以假設(shè)在這里加了一層無形的膜。這部分就是溢出的氣體在容器內(nèi)的體積是立外面就還剩下1/3V。但你要當(dāng)心，最后求得是溢出的空氣質(zhì)量，這里溢出的氣體是1/3V，整個(gè)氣體體積是4/3V才對(duì)，所以溢出的部分只占總體及大1/4那質(zhì)量就也是1/4，這才是正確答案。（二）氣體的等容變化1.等容變化的概念一定質(zhì)量的某種氣體在體積不變時(shí)，壓強(qiáng)隨溫度變化的過程叫作氣體的等容變化。如圖氣體等容變化時(shí)壓強(qiáng)與溫度的關(guān)系圖像。法國(guó)科學(xué)家查理在分析了實(shí)驗(yàn)事實(shí)后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一定質(zhì)量的氣體體積一定時(shí)，各種氣體的壓強(qiáng)與溫度之間都有線性關(guān)系，即壓強(qiáng)與溫度成正比。所以說，在P-T圖像中，一定質(zhì)量的某種氣體的等容線是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。2.查理定律一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)P與熱力學(xué)溫度T成正比。P=CT或注意①公式的T是熱力學(xué)溫度。②適用條件：壓強(qiáng)不太大，溫度不太低；氣體的質(zhì)量和體積都不變。③P1T1和P2T2分別表示一定質(zhì)量的氣體在等容變化時(shí)，兩個(gè)不同狀態(tài)下的壓強(qiáng)和熱力學(xué)溫度。課堂練習(xí)例2：某種氣體的壓強(qiáng)為2×105Pa，體積為1m3，溫度為200K。它經(jīng)過等溫過程后體積變?yōu)?m3。隨后又經(jīng)過等容過程，溫度變?yōu)?00K，求此時(shí)氣體的壓強(qiáng)？分析：分別按等溫變化和等容變化來求解。解：等溫變化過程初態(tài)：P1=2×105PaV1=1m3T1=200K末態(tài)：P2=?V2=2m3T2=200K根據(jù)：p1V1=p2V2代入數(shù)據(jù)得：2×105×1=P2×2解得：P2=105Pa等容變化過程初態(tài)：P2=105PaV2=2m3T2=200K末態(tài)：P3=？V3=2m3T3=300K根據(jù)∶代入數(shù)據(jù)得：解得：P3=1.5×105Pa思考：分別學(xué)習(xí)波意耳定律，查理定律和蓋—呂薩克定律分別都有等溫、等容和等壓變化，不知你是否還記得，三條定律都只在壓強(qiáng)不太大，溫度不太低時(shí)成立。但是當(dāng)壓強(qiáng)很大，或者溫度很低時(shí)，結(jié)果會(huì)怎樣呢？舉例子說明初態(tài)：P1=P0V1=1m3T1=273K令溫度不變，壓強(qiáng)增大末態(tài)：P2=500P0V2=？T2=273K根據(jù)：p1V1=p2V2代入數(shù)據(jù)得：但實(shí)際測(cè)量的結(jié)果并非如此，而是1.36/500m3。與實(shí)際有偏離，另外兩個(gè)定律也存在這樣的問題。疑惑：壓強(qiáng)很大、溫度很低，結(jié)果會(huì)偏離的問題，這不就給科學(xué)研究帶來了麻煩嗎？（三）理想氣體建立理想化模型：可以假設(shè)存在這樣一種氣體。在任何溫度，任何壓強(qiáng)下都遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律，就叫他理想氣體。從微觀角度來看看理想氣體，氣體分子被看成一個(gè)個(gè)質(zhì)點(diǎn)，忽略了分子的體積，也忽略他們之間的吸引和排斥，相當(dāng)于忽略了分子勢(shì)能。所以①理想氣體的內(nèi)能=分子動(dòng)能之和（只與溫度有關(guān)）。②它是一種理想模型和實(shí)際氣體近似。③實(shí)際氣體壓強(qiáng)不太大，溫度不太低，就可以看做理想氣體。拓展學(xué)習(xí)理想氣體的狀態(tài)方程：描述一定質(zhì)量的某種理想氣，體狀態(tài)的參量有三個(gè)，即壓強(qiáng)p、體積V和溫度T。課本例題的解法：初態(tài)：P1=2×105PaV1=1m3T2=200K末態(tài)：P2=？V2=2m3T3=300K根據(jù)：解得：P2=1.5×105Pa結(jié)果也是一樣的，而且更快，省去了很多中間環(huán)節(jié)。（五）氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋①波意耳定律：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)P與體積V成反比溫度不變→不變那么V↓→分子密集程度↑→P↑。②蓋—呂薩克定律：一定質(zhì)量的某種氣體,在壓強(qiáng)不變的情況下,其體積V與熱力學(xué)溫度T成正比。T↑→↑→P↑。為了抑制壓強(qiáng)的增大，只能減少分子密集程度→V↑③查理定律：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)P與熱力學(xué)溫度T成正比。體積不變→分子密集程度不變。T↑→↑→P↑。從微觀角度解釋了這三個(gè)氣體定律，它給了咱新的分析問題的視角，你理解就行，不要死記硬背?？茖W(xué)方法：理想模型課堂練習(xí)例3：如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A，沿平行于縱軸的直線變化到狀態(tài)B，則它的狀態(tài)變化過程是（）氣體溫度不變氣體的內(nèi)能增加氣體分子的平均速率減小氣體分子在單位時(shí)間與器壁單位面積碰撞的次數(shù)不變解析：這是一個(gè)壓強(qiáng)體積圖，那平行于縱軸的直線，就意味著體積不變。從A到B壓強(qiáng)增大，所以這也是一個(gè)等容升壓的過程。根據(jù)查理定律，此時(shí)壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比，所以壓強(qiáng)增大，溫度應(yīng)該升高啦。哪A選項(xiàng)說的氣體的溫度不變就是錯(cuò)誤的?？碆選項(xiàng)，氣體的內(nèi)能增加，因?yàn)槔硐霘怏w的內(nèi)能等于分子動(dòng)能，溫度升高，氣體分子的平均速率增大，所以平均動(dòng)能增大，內(nèi)能當(dāng)然也增大，所以B是正確，C選項(xiàng)錯(cuò)的。最后看D選項(xiàng)，氣體分子在單位時(shí)間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的次數(shù)不變，剛才說了氣體分子的平均速率增大，在分子密集程度不變的情況下，單位時(shí)間內(nèi)與器壁的碰撞次數(shù)肯定增大，那這樣的話地也是錯(cuò)的。綜上所述，正確答案選B。例4：盛有氧氣的鋼瓶，在17℃的室內(nèi)測(cè)得氧氣的壓強(qiáng)是9.31×106Pa。當(dāng)鋼瓶到-13℃的工地上時(shí)，瓶?jī)?nèi)氧氣的壓強(qiáng)變?yōu)?.15×106Pa。鋼瓶是不是漏氣?為什么？解：以鋼瓶?jī)?nèi)氣體為研究對(duì)象，等容變化過程。初態(tài)：P1=9.31×106PaV1=VT1=17+273.15=290.15K末態(tài)：P2=？V2=VT2=-13+273.15=260.15K根據(jù)：代入數(shù)據(jù)得：解得：P2=8.35×106Pa比測(cè)量值大，說明漏氣了。〖板書設(shè)計(jì)〗2.3氣體的等壓變化和等容變化一、氣體的等壓變化蓋—呂薩克定律∶一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，其體積V與熱力學(xué)溫度T成正比。二、氣體的等容變化查理定律∶一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)P與熱力學(xué)溫度T成正比。三、理想氣體：在任何溫度，任何壓強(qiáng)下都遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律。①理想氣體的內(nèi)能=分子動(dòng)能之和（只與溫度有關(guān)）②它是一種理想模型和實(shí)際氣體近似③實(shí)際氣體壓強(qiáng)不太大，溫度不太低，就可以看做理想氣體