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視頻標簽：氣體的壓強
所屬欄目：高中物理優質課視頻
視頻課題：教科版高二物理選修3-3第二章《氣體的壓強》北京
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教科版高二物理選修3-3第二章《氣體的壓強》北京市大興區興華中學
《氣體的壓強》教學設計
教學基本信息
課題 氣體的壓強 學科 物理 學段 高中 年級 高二
教材 選修3-3
相關章節 第二章氣體 (教科版) 、第八章氣體 (人教版)
相關領域
氣體實驗定律、碰撞、動量定理、熱力學研究方法、分子動理論方法
教學背景分析
本課題為普通高中人教版物理選修3-3第八章氣體(教科版物理選修3-3第二章氣體)的內容。由于兩套教材對這部分內容的詮釋存在順序上的明顯差別，所以根據2017版《普通高中物理課程標準》的要求，以“了解氣體實驗定律、建立理想氣體模型、學習利用分子動理論和統計觀點解釋氣體壓強和氣體實驗定律”為本設計的主要教學目標，以氣體壓強為主要研究主題，對教材內容進行整合。從宏觀和微觀兩個角度進行研究，進一步促進學生的物質觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念和物理模型建構等物理學科核心素養的形成。體會和掌握微觀量的研究思想和方法，能利用不同的方法和手段分析和處理信息。利用氣體實驗定律分析和解決實際問題。通過多種方法創設問題情境，引導學生探究和討論氣體壓強的宏觀和微觀影響因素。 一、教學內容分析
氣體壓強是描述氣體狀態的重要參量，本節設計中的氣體實驗定律、氣體壓強微觀解釋及統計性質的描述，是認識氣體的重要內容。本節設計還從要宏觀角度和微觀角度分別研究氣體壓強，將引領學生認識熱力學研究方法和統計物理方法，兩種研究方法的依次呈現既對后續其它內容的學習進行了鋪墊（如：溫度微觀意義），又對研究方法進行了充分的比較，有利于學生體會兩種方法的相輔相成，體會宏觀世界和微觀世界的聯系，建立更好的物理觀念。 二、學習者情況分析
在初中物理教材中明確寫道，“不僅大氣存在壓強，封閉容器中的氣體也有壓強。生活中你可能有過這樣的體驗……。實驗表明，在溫度不變的條件下，一定質量的氣體，體積減小壓強就增大，體積增大壓強就減小。用注射器從藥瓶中吸藥水就利用了這個原理。”學生通過初中階段的學習知道氣體壓強的存在，了解氣體壓強與溫度、體積之間存在關系，但主要停留在表象的了解和解釋上。基于學生的既有知識和經驗，學生對熱學中常用的宏觀研究方法很容易接受，對微觀研究方法（分子動理論方法和統計物理方法）十分陌生，因此在課堂上充分的引導學生使用分子動理論方法分析解決問題。利用儀器模擬氣體壓強產生機制，幫助學生克服微觀模型建立的困難。
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教學目標(含重、難點)
一、教學目標：
1．通過實驗，了解氣體實驗定律。 2．了解理想氣體模型。
3．知道氣體壓強微觀產生原因和影響因素。
4. 能用分子動理論和統計觀點解釋氣體實驗定律。 二、教學重點：
能用分子動理論和統計觀點解釋氣體壓強 三、教學難點：
1．理想氣體微觀模型的建立
2．理論推導氣體壓強的微觀影響因素。
物理實踐活動及實驗器材 演示實驗1: 針管、紅墨水、燒杯 演示實驗2: 吹風機、泡沫小球
演示實驗3: 氣壓微觀演示器、學生電源 學生實驗1: 氣體壓強傳感器、針管、筆記本
教學流程示意
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教學過程
教學環節
教師活動
學生活動
環節一 引入
通過初中的學習，我們知道周圍的大氣存在壓強，封閉容器內的氣體也有壓強 <板書>：氣體的壓強 <演示>：注射器從燒杯中吸入紅墨水
觀察并解釋：注射器的活
塞被拉動后，管內的空氣體積增大，壓強變小。注射器外的液體在大氣壓強的作用下被壓入注射器內。
本環節設計意圖
引導學生回憶，利用學生的已有知識切入。 應用壓強知識解釋實際現象。
環節二 氣體壓強宏觀影響因素的研究
生活中的許多現象表明，氣體的壓強、體積、溫度三個狀態參量之間存在著一定關系。探索三者關系時，可以采用什么方法研究？ 傳感器幫我們更加準確采集數據，下面我們利用傳感器探索氣體等溫變化的規律。 <實驗>： ① 儀器
② 操作方法
③ 數據處理方法
④ 誤差分析
<板書>：一、玻意耳定律：一定質量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強P與體積V成反比。（等溫變化）
歷史上，科學家沒有今天這樣好的實驗條
件，依然堅持通過實驗發現氣體壓強P、體積V、
溫度T之間的關系。如：查理定律，一定質量的某種氣體，在體積不變的情況下，其壓強P與熱力學溫度T成正比。（等容變化）
從宏觀的角度看，一定質量氣體的壓強與溫度、體積有關。 控制變量法 分組實驗 操作 介紹實驗結論 本環節設計意圖
選取恰當的研究方法，實踐體驗：一定質量的氣體，溫度不變的條件下，壓強與體積變化的關系。
實驗的探究中，利用傳感器等現代技術手段進行實驗，培養學生獲取和處理信息、基于證據得出結論并作出解釋的能力。提高學生科學探究的能力。
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環節三 理想氣體微觀模型的建立
很多實際氣體在常溫常壓下，其性質與實驗定律的結論符合的很好。為了研究方便，可以設想一種氣體在任何溫度壓強下都遵從氣體實驗定律，我們把這樣的氣體叫做理想氣體。
從分子動理論的角度，同學們對分子的運動和相互作用有哪些認識？
氣體很容易被壓縮，說明氣體分子間的距離比較大。實驗表明，氣體的體積約為同種分子組成的等質量液體體積的1000倍，即氣體分子之間的距離大約是分子直徑的10倍。理想氣體的分子間除碰撞過程外無相互作用，我們可以借助理想氣體的微觀模型繼續討論。
思考并回答：
微觀上分子在做永不停息的無規則熱運動。 分子間存在相互作用的引力和斥力。
本環節設計意圖
在物理觀念上： 氣體壓強的認識要建立在氣體——物質觀念，氣體分子在做永不停息的無規則熱運動的分子動理論——運動觀念上。
在科學思維上：體會物理學研究問題過程中，基于經驗事實建構物理模型的抽象概括過程，體會模型建構的研究方法。 環節四 氣體壓強的微觀產生原因
人們研究自然總是希望不但觀察現象，還要找到現象背后的原因。從微觀的角度看，氣體的壓強是怎么產生的？又與哪些因素有關呢？
<演示>：吹風機模擬風洞實驗
<演示>：氣壓微觀演示器（用小球的運動模擬理想氣體分子的熱運動。） 觀察模擬實驗發現
<板書>：三、氣體壓強的微觀意義：1.氣體壓強的微觀產生原因是由大量氣體分子頻繁地碰撞器壁而產生的。
觀察實驗現象
本環節設計意圖
為了加強對學生物質觀念的培養，幫助學生建立微觀世界的物質觀念，克服肉眼不可見導致的學習障礙，采用了實踐感受、實驗模擬等多種方法。例如:將吹風機使泡沫球懸浮的現象，轉化成用氣壓微觀演示器中的小球運動模擬氣體分子無規則運動將隔板推起，步步深入幫助學生感受氣體分子作用的存在。
環節五 氣體壓強的微觀影響因素
同學們根據實驗可以猜測，從微觀角度來看氣體壓強的大小與哪些因素有關？ <理論探索>：正方體密閉容器中有大量運動的氣體分子，單位體積內分子數量為n，每個分子質量為m。為簡化問題，我們假定：分子大小可以忽略；其速率均為V，與器壁碰撞前后瞬間，分子速度方向都與器壁垂直，且速率不變。 求:氣體分子撞擊器壁產生的壓
討論并猜測：分子質量、分子運動劇烈程度、單位面積單位時間撞擊器壁的分子個數 思考并解決
某一分子與器壁碰撞受到的作用力：Ft = mV - m（-V）
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強?
<板書>：2.影響氣體壓強的兩個微觀因素： 分子的平均動能和分子的密集程度
t時間內到達面積為s的器壁上的分子數:N = nvts
由于粒子與容器6個面相碰的幾率均等 ,到達目標區域的分子數 N’ = nvts/6
器壁單位面積所受分子作用力
F’=N‘F /s = nmv2/3 即氣體壓強 P= nmv2/3
本環節設計意圖
在氣體壓強微觀影響因素的理論探索部分有意加強對學生的書面論證能力培養。有理有據，加強學生對氣體壓強微觀影響因素的理解。
環節六 氣體實驗定律的微觀解釋
從宏觀和微觀兩個角度我們認識了氣體的壓強，同學們有沒有發現兩個角度的結果有著密切的聯系。
那么，我們也能夠應用微觀方法解釋氣體實驗定律。
<板書>：四、氣體實驗定律的微觀解釋
思考并回答：宏觀的溫度是微觀的分子平均動能的標志；宏觀的一定質量氣體的體積影響了微觀的分子密集程度。 思考并解釋： （玻意耳定律）當溫度不變時分子平均動能不變，如果體積減小，分子密集程度增大，壓強增大。
本環節設計意圖
從宏觀到微觀，再利用微觀解釋宏觀規律，學生既感受了宏觀研究方法和微觀研究方法的相輔相成，同時也體現了物理問題研究中的連貫邏輯。 環節七 小結
本節課通過對氣體壓強的研究，我們學習了熱學中宏觀和微觀兩種研究方法，形成了一個重要的觀點：“宏觀量是微觀量的統計平均值”感受兩種方法的相輔相成。熱學成為我們學習宏觀現象和微觀解釋關系的一座橋梁。
思考表述
本環節設計意圖
本設計中從實驗觀測出發找到氣體壓強的宏觀規律，又從物質微觀結構出發建立摸型，全面的認識氣體壓強，找出宏觀量和微觀量的關系。結論接受實驗的檢驗，實驗探索與理論探索同時進行，讓學生感受嚴謹認真的科學態度，希望學生逐漸形成探索自然的內在動力和能力。
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