2.2 气体的等温变化 教学设计（表格式）

(完整word版)气体的等温变化教学设计
(完整word版)气体的等温变化教学设计
2.气体的等温变化
教材分析
教材注重培养学生的科学探究能力和科学思维。通过让学生参与实验设计、数据采集与处理等过程，培养其科学探究能力；在数据处理中，引导学生绘制p - 1/V图像，利用转化思想确定气体等温变化规律，培养学生的科学思维能力。教材主要包含探究气体等温变化规律的实验和玻意耳定律两部分内容。实验探究围绕“实验思路”“物理量的测量”“数据分析”展开，引导学生通过实验得出一定质量的气体在温度不变时，压强与体积的关系，进而总结出玻意耳定律。玻意耳定律是学生学习的第一个气体实验定律，是对气体状态参量定量变化的首次研究，为后续学习查理定律、盖 - 吕萨克定律等气体实验定律奠定基础，有助于培养学生通过观察研究物理问题的思想方法。
二、学情分析
学生在初中阶段已学过压强的概念，了解固体、液体压强的计算；在高中物理必修阶段，掌握了力的合成与分解、牛顿运动定律等知识，能为分析气体压强提供力学基础。 相关认知经验：学生在生活中接触过与气体体积、压强相关的现象，如给自行车打气时气筒变热（虽涉及温度变化，但能感知压强与体积的关联）、密封饮料瓶挤压时体积变化伴随压强变化等，这些生活经验为理解气体状态参量的关系提供了感性认识。气体的“质量一定”“温度不变”是研究等温变化的前提，学生容易忽略这些条件的重要性，难以理解“控制变量法”在实验中的严格应用。从实验中得到压强（p）和体积（V）的数值后，学生可能难以通过数据分析归纳出p与V的反比关系，尤其是对“p-1/V图像是过原点的直线”这一结论的推导和理解存在困难。
三、教学目标
1、理解玻意耳定律的内容、表达式及等温图象．
2、能运用玻意耳定律分析和求解一定质量的气体在等温变化过程中压强和体积的关系问题．
3、能运用实验得到一定质量的气体等温变化过程中压强和体积的关系，理解四种不同坐标下的等温图线及其物理意义．
4、理解控制变量法在物理学研究中的重要意义．
四、重点、难点
1、重点：一定质量的理想气体在温度不变的条件下,压强和体积的关系．
2、难点：让学生养成分析气体变化过程、确定初始条件的习惯及等温线中的信息．
五、任务分解
1.通过定性实验探究，知道温度不变的情况下压强与温度的关系
2. 通过定量的实验探究与数据收集得出规律
设计实验装置：如用注射器封闭气体，通过改变体积，利用压强传感器测量压强（或反之）。记录数据多次测量不同体积下的压强值，确保数据准确性。
利用电脑软件计算压强与体积的乘积，观察其是否为定值。得出结论：一定质量的气体，在温度不变时，压强与体积成反比（玻意耳定律），即pV = C（C为常数）。
3. 规律应用与拓展：会用P1V1= P2V2解决体积与压强互求的问题。
六、评价任务设计
1. 通过定性实验寻找压强和体积的规律，回答任务1问题(对应目标1)
2. 通过定量实验，利用DISLAB软件得出pV=C，回答任务2问题(对应目标1)
3. 独立运用气体实验定律，解答情境问题和分析解决各类题型，回答任务3问题(对应目标 2)
七、教学过程设计
任务 1：通过定性实验探究，知道温度不变的情况下压强与温度的关系
创设问题情境：
演示实验1：用力挤压矿泉水瓶，瓶盖被弹出很远。
演示实验2：吹气球比赛，准备两个一样的空矿泉水瓶，两瓶内装有气球，气球口和矿泉水瓶口重合并固定，瓶A事先扎了小孔，瓶B完好无损。
现在请两个同学来进行一场吹气球比赛，看看谁能把气球吹得更大.（女同学吹瓶A中气球,男同学吹瓶B气球)
两个同学谁吹得更大呢？
表1 定性实验探究得出压强与温度的关系
问题设计 学习过程 达成素养目标
让同学在讲台上展示实验。2.请两个同学来进行一场吹气球比赛，看看谁能把气球吹得更大.（女同学吹瓶A中气球,男同学吹瓶B气球)两个同学谁吹得更大呢？ 引导同学们是什么原因导致的？2引导学生回答： 密闭瓶子中本身装有有一定量气体，当瓶中气球胀大时，瓶中气体被压缩，瓶中气体压强变大,使得吹大的气球更加困难。而漏气的瓶中的气体由于和外界连通，气压始终等于外界大气压，故吹起气球就和平时无异. 1.通过实验能能定性的得出体积减小，压强增大，瓶盖在压强的作用下弹出（科学探究）2.通过比赛告诉我们，对于质量一定的气体，其压强和体积存在关系。
任务2. 通过定量的实验探究与数据收集得出规律
目的，思考在物理量较多的情况下的实验方法，选定方法后用什么实验器材完成，通过实验得出什么结论。
表2 定量探究实验得出压强与温度的关系
问题设计 学习过程 达成素养目标
1.实验目的是什么？2.实验方法是什么？3．大家猜测本实验器材有哪些？ 4.本实验怎样操作？5. 本实验数据怎样处理6.本实验误差来源于哪些方面？7. 实验过程中需要注意哪些事项？8. 如何具体理解气体等温变化规律？ 1.引导同学们探究一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强与体积的关系。2引导学生回答在高中物理阶段物理量多的情况下我们用什么方法研究，可以提示如前面我们学习的牛顿第二定律，库伦定律的研究方法，从而得出结论本实验的研究方法为控制变量法3.本实验用到DISLAB让将系统，通过老师展示，让学生知道本实验用到 压强传感器、注射器、数据采集器、数据线、计算机等。4.通过老师的引导得出本实验的操作过程如下（1）.封闭一定质量的气体；（2）.记录体积及压强；推动活塞，改变体积；（3）.多次改变体积，记录不同体积下对应的压强（4）画出p-图象，得出P∝5．通过引导学生得出本实验的误差来源如下：(1)计算体积时未将软管中的体积算进去，产生系统误差(2)漏气造成空气柱质量变化。(3)空气柱温度不恒定造成误差。(4)空气柱体积和气压测量不准确。6. (1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是在注射器活塞上涂润滑油。(2)为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是移动活塞要缓慢以及不能用手握住注射器封闭气体部分。7. 英国化学家玻意耳，在1662年根据实验结果提出：“在密闭容器中的一定质量气体，在恒温下，气体的压强和体积成反比关系。”称之为玻意耳定律。这是人类历史上第一个被发现的“定律”(1)内容：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强P跟体积V成反比(2)表达式：P1V1=P2V2其中P1，V1和P2，V2分别表示气体在1，2两个状态下的压强和体积研究对象:一定质量的气体适用条件:温度保持恒定适用范围:温度不太低（与室温相比），压强不太大（与大气压相比）说明：相当于大气压几倍的压强都可以算作“压强不太大”，零下几十摄氏度的温度也可以算作“温度不太低”。 1.掌握实验基本技能，如仪器操作（注射器、压强传感器等）、数据测量与记录。2.培养实验设计能力，理解控制变量法（控制温度不变）在实验中的应用。3.提升分析与解决问题的能力，能处理实验中的误差（如漏气、温度变化等）并改进方案。 科学态度与责任4.养成严谨求实的科学态度，尊重实验数据，不篡改结果。5.体会合作的重要性（若为小组实验），学会交流与分享实验结论。6.认识物理规律在生产生活中的应用（如打气筒、气缸等），增强联系实际的意识。
任务3. 规律应用与拓展
解决实际和理论问题，服务生产生活，解释常见现象：如打气筒充气时筒内气体体积减小、压强增大；吸盘挂钩利用挤压时内部气体体积变大、压强减小，从而吸附在物体表面。指导技术应用：在化工生产中，利用等温压缩或膨胀控制气体的压强与体积，实现物料的输送或反应条件的调控；医疗器械中，注射器的吸液和注射过程也基于等温变化原理。
知识拓展：等温图像
问:怎样判断图片中压强的大小关系和体积关系？
图一：P-V线离原点越远，温度越高
图二：P-1/V线斜率越大，温度越高
典例分析
例1　如图3所示是一定质量的某种气体状态变化的p－V图像，气体由状态A变化到状态B的过程中，气体分子平均速率的变化情况是（ ）
A.一直保持不变 B.一直增大
C.先减小后增大 D.先增大后减小
例2：一定质量气体的体积是20L时，压强为1×105Pa。当气体的体积减小到16L时，压强为多大？设气体的温度保持不变。
问：通过以上练习，总结一下这部分的解题步骤
解题步骤总结：
应用定律解题的一般思路
①明确研究对象——被封闭的气体。
②明确初、末状态参量——找出气体状态变化前后的两组p、V值。
③根据玻意耳定律p1 V1 =p2V2(统一单位)列方程、求解。
例3：如图所示，汽缸内封闭着一定温度的气体，气体长度为12cm。活塞质量20kg，横截面积为100cm 。已知大气压强为1×105Pa。求：汽缸开口向上时，气体的长度。
八、课堂小结：
1．气体的等温变化：一定质量的气体，在温度不变的条件下其压强与体积变化时的关系。
2．玻意耳定律
（1）定律内容：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p跟体积V成反比。
（2）数学表达式： pV=c（常数） 或 p1V1=p2V2
（3）定律成立条件：气体的质量和温度不变。
（4）应用定律解题的一般思路
①明确研究对象——被封闭的气体。
②明确初、末状态参量——找出气体状态变化前后的两组p、V值。
③根据玻意耳定律p1 V1 =p2V2列方程、求解。
九、板书设计（小结）
2.气体的等温变化
1。研究对象：ｍ和Ｔ一定的气体（控制变量法）
2.玻意耳定律：
（1）定性分析：气体压强增大，体积减小；气体压强减小，体积增大。
(2）定量分析：　　　　 p∝
pV=C或p1V1=p2V2
一定质量的气体,在温度不变的情况下，它的压强跟体积成反比，这个结论叫做玻意耳定律。
（3)玻意耳定律的适用条件：压强不太大(和大气压比较)、温度不太低(和室温比较）的任何气体。
3. 气体等温变化的p－V图象及温度的关系：
十、学反思:
通过实验演示使学生知道并掌握一定质量的气体在等温变化时压强与体积的关系，理解 p—V 图象的物理意义,知道玻意耳定律的适用条件。对于玻意耳定律应用学生往往由于“状态”和“过程”分不清，造成抓不住头绪，不同过程间混淆不清的毛病,这是难点.在目前这个阶段，有相当多学生尚不能正确确定密闭气体的压强。