2.3 气体的等压变化和等容变化 教学设计

第2章 气体、固体和液体
第3节 气体的等压变化和等容变化
教学内容分析
《气体的等压变化和等容变化》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》选择性必修第3册“固体、液体和气体”主题下的内容。课程标准要求为：通过实验，了解气体定律。知道理想气体模型。能用分子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程标准的解读为：本条目要求学生通过实验，学习气体的查理定理、盖-吕萨克定律。要求学生能够用分子动理论和统计观点定性地解释气体的三个实验定律。要知道理想气体模型，不能仅仅停留在知道什么是理想气体，而应该体会到物理模型的构建在解决物理问题中的重要意义。
本节内容由气体的等压变化、气体的等容变化、理想气体和气体实验定律的微观解释四部分组成。玻意耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律构成气体实验定律的完整体系。从宏观角度用实验方法得到气体实验定律后，教材从微观角度用分子动理论来研究气体状态变化，并对三个气体实验定律的适用条件进行探讨，抽象出理想气体模型。
学情分析
学生知道控制变量法研究物理量与多个因素的关系，研究气体等压变化和等容变化用到了相同的物理思想。学生了解压强的产生和影响因素，从微观角度利用分子动理论解释气体的实验定律。气体的变化抽象，中学生抽象逻辑思维能力进一步发展，解决问题对直观形象有较强的依赖，教学时可采用教育信息技术将气体的变化直观显现，例如PhET虚拟仿真实验。
教学目标
1.学生知道气体的等压变化、等容变化，了解定律内容并能应用定律解决简单问题。
2.学生了解理想气体模型，知道实际气体可以视为理想气体的条件。
3.学生理解理想气体状态方程，并能用方程分析求解气体状态变化相关问题。
4.学生能从微观角度，利用分子动理论和统计观点解释气体实验定律。
5.学生了解理想模型的含义和对研究解决问题的重要意义。
教学重难点
教学重点：盖-吕萨克定律、查理定律、理想气体的状态方程、气体定律的微观解释
教学难点：从分子动理论和统计观点解释气体实验定律
教学方法：讲授法、启发式教学、对话讨论
教学过程
复习旧知，引入新课
问题1：什么是等温变化？气体等温变化遵循的规律是什么？
问题2：玻意耳定律的适用条件是什么？
新课讲授
一、.气体的等压变化
1.等压变化：一定质量的某种气体，压强不变，体积随温度的变化过程
2.盖吕萨克——定律
一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积 V与热力学温度T 成正比.
V=CT 或 =C
对定律的理解：
①温度不能太低，否则会发生液化。
②常数C与气体的摩尔数有关。
③注意将摄氏度(℃)转化为热力学温度(K)。
二、气体的等容变化
1.等容变化：一定质量的某种气体，体积不变，压强随温度的变化过程
2.查理定律
一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强 p与热力学温度T成正比.
p=CT 或 =C
例题1 某种气体的压强为2×105Pa，体积为1m3,温度为200K.它经过等温过程后体积变为2m3.随后，又经过等容过程，温度变为300K，求：
(1)此时气体的压强。
(2)画出气体p-V 状态图。
三、理想气体
理想气体：任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体
①理想气体是抽象出所有气体的共同主要特征、忽略气体由于原子种类不同产生的差异后建立的理想化物理学模型；
②常温常压下的实际气体可当作理想气体
思考与讨论：一定质量的理想气体从状态A(pA，VA，TA)等温压缩到状态B（pB, VB ,TB），接着经历等容过程到达状态C（pC ,VC, TC）.推导A、C两状态的参量满足的关系。
(1)从 A到B，状态参量满足什么关系？
(2)状态B和C的状态参量有何关系？
(3)消去B 状态的参量，推导出A、C 的状态参量关系
③理想气体状态方程
④ 拓展延申：pV=nRT n为气体的物质的量，R为普适气体常量。
四、气体实验定律的微观解释
问题1：气体压强是如何产生的？与哪些因素有关？
问题2：温度不变，为什么减少气体体积，气体压强增大？
（保持温度不变，分子热运动平均动能不变，但分子数密度增大，撞击更加频繁，气体压强增大。）
问题3：体积不变，为什么增大气体温度，气体压强增大？
（当体积保持不变，分子数密度不变，温度升高，分子热运动平均动能增加，对器壁施加的力增大，压强增大。）
问题4：保持压强不变，为什么升高温度，气体体积增加？
（如果升高温度，气体分子热运动平均动能增大，只有让分子数密度减小，即增大气体的体积，压强才能保持不变。即p不变，T增大,V增大。 ）
PhET虚拟仿真实验
温度保持不变，体积减小，压强增大
体积保持不变，升高温度，压强增大
压强不变，降低温度，体积减小增大
作业：“复习与提高”A组第7题、B组第5题
课堂练习 一个装有某种气体的体积可变的圆筒形容器，原来气体的体积是40L，压强是3atm，温度为27℃。先使气体压强不变，体积增大到原来的2倍；再使气体保持一定温度，体积减少到原来的体积；最后使气体在体积不变的条件下恢复到原来的压强.试在p-V 图上画出整个变化过程的图线。
解 设 p1=3atm V1=40L T1=(273+27)K=300K
压强 p2=3atm，V2=80L，温度为T2，
V1/T1=V2/T2
解得 T2=V2T1/V1=600K
T3=600K，V3=40L，压强为p3，
由p3V3=p2V2
得 p3=6atm
V4=40L，p4=3atm，温度为T4
由p3/T3=p4/T4
解得 T4=300K
板书设计
§ 3 气体的等压变化何等容变化
盖-吕萨克定律：
查理定律：=C
理想气体状态方程 =C pV=nRT
气体实验定律的微观解释
教学反思
理想气体状态方程人教版新教材列为扩展学习内容，但根据高考考试说明，应为必学内容，教学时增加了“思考与讨论”栏目，让学生求解任意两个状态的状态参量关系。理想气体状态方程的定量表达式也可以介绍给学生，化学学科学生已经接触过这部分内容。
从微观角度解释气体实验定律，首先要理解压强的产生和影响因素。学生对热学理解不深，机械记忆压强的产生，这部分内容的教学要先复习压强的产生原理内容，回忆相关知识，最后再用PhET虚拟实验验证实验结果。